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鋼骨混凝土范文1
中圖分類號:TU528文獻標識碼: A 文章編號:
一、受彎承載力計算
采用對稱配筋的鋼骨混凝土梁,其受彎承載力的計算方法與鋼骨混凝土柱正截面受彎承載力的計算方法基本相同,取軸力N=0即可,這類計算方法在其它文獻中有介紹,在此不再累述。
在鋼骨偏置在截面受拉區時,對充分利用鋼材的受拉性能較為合理,但鋼骨上翼緣與混凝土的界面之間存在較大剪應力,并可能引起相對滑移,導致鋼骨與混凝土不能完全協同工作。接近破壞時,界面附近產生較大的縱向裂縫,混凝土壓碎高度較大,延性較差。對于這類梁在鋼骨上翼緣應設置足夠數量的剪切連接件。試驗表明,設置一定數量的剪切連接件后,鋼骨與混凝土可以較好地協同工作,截面應變分布也基本符合平截面假定,破壞時鋼骨上翼緣與混凝土的界面無明顯縱向裂縫。下面討論這種梁的正截面受彎承載力計算。
一、基本公式
達到受彎承戴力極限狀態時,截面應力如圖1所示。受壓區混凝土等效矩形應力圖的強度取為fc,受壓區高度為x。
由平衡條件得:
fcbx=frAr-fr’A’r+N s
Mu=fcbx(hos-0.5x)+ frAr(hor- hos)+ fr’A’r(hos-a’ r)+Ms
式中:hos為鋼骨截面形心至受壓邊緣的距離;hor為受拉鋼筋面積形心至受壓邊緣的距離;Ar、A’r分別為受拉和受壓鋼筋的面積;ar、a’r分別為受拉,受壓鋼筋面積形心至受拉,受壓邊的距離。
與鋼筋混凝土梁受彎相同,為使受壓鋼筋能達到其受壓屈服強度f’r,應滿足x≥2a’r。
為防止超筋破壞,使梁具有較好的塑性變形性能,對鋼骨混凝土梁可按鋼骨受拉翼緣先屈服,然后受壓區混凝土再壓碎的原則確定界限受壓區高度Xb,即有:Xb=[0.8/(1+fs/0.0033Es)](h0-as)
式中fs為鋼骨的抗拉設計強度,當滿足x≤xb時,一般可認為受拉鋼筋也達到其抗拉強度fr。
2、鋼骨截面內力Ns,Ms的計算
鋼骨在截面中為偏心受拉。記鋼骨截面形心處的合力為Ns,Ms,并近似取Ns與Ms的相關關系為:
Ns/Nso+Ms/Mso=1
式中Nso,Mso為鋼骨截面的軸心受拉和純彎承載力。
運用以上式計算受彎承載力,需確定Ns,Ms值,下面對此進行分析;
①當中和軸高度Xn=hos時,中和軸經過鋼骨截面的形心,因此鋼骨的合力Ns=0,Ms=Mso,此時混凝土等效矩形應力圖的受壓區高度記為Xo,由等效矩形應力圖受壓區高度與中和軸高度的換算關系,有Xo=0.8hos。
②當Xn-a’/(1+fs/0.0033Es)時,鋼骨全截面受拉達到屈服,Ns=Nso,Ms=0,相應等效矩形應力圖的高度記為Xt,則有
Xt=[0.8/(1+fs/0.0033Es)]a’s
二、鋼骨混凝土梁的剛度
根據試驗研究,在使用階段SRC梁截面平均應變分布基本符合平截面段定,鋼骨部分與混凝土部分保持共同變形。由此可得SRC梁截面的平均曲率φ,鋼骨截面的平均曲率φs和混凝土截面的平均曲率φrc之間關系
φ=φs=φrc
在彎矩作用下,由截面的曲率與彎矩關系,可將φ,φs和φrc表示為
φ=M/B,φs=Ms/Bc, φrc=Mrc/Brc
其中B,Bs,Brc分別為鋼骨混凝土,鋼骨和Rc截面剛度。
B= Brc+Bc+Bn
上式表明鋼骨混凝土梁的剛度為RC偏壓構件剛度Brc,鋼骨偏拉構件剛度Bs及組合剛度Bn之和。由此可見鋼骨混凝土梁的剛度大于RC梁剛度與鋼骨梁剛度的簡單疊加,增加了一個組合剛度,因此,鋼度混凝土梁具有較大的剛度,當鋼骨與RC截面形心重合時,組合剛度很小,此時鋼骨混凝土梁的剛度可偏于安全地近似取RC梁與鋼梁剛度的簡單疊加。
三、鋼骨混凝土梁的裂縫寬度
短期荷載下,鋼骨混凝土梁的平均裂縫寬度可表示為:
ω=εrlcr
其中εr=Ms/EsIs(hor-hos)+Ns/EsAs
式中,lcr為平均裂縫間距,lcr=(3.7Ce+0.05d/)υ
其中Ce=0.5(Cr+Cs),Cr,Cs分別為鋼筋和鋼骨的保護層厚度;d為受拉鋼筋直徑;υ受拉鋼筋表面特征系數;ρte為按有效受拉混凝土面積計算的受拉鋼筋和鋼骨受拉翼緣的配筋率,ρte=(Ar+0.5dbf)/0.5bh,bf為鋼骨下翼緣的寬度。
四、配筋構造
鋼骨混凝土梁中鋼筋的有關構造要求可按混凝土結構設計規范采用,但縱筋的直徑不小于12mm,且配置不超過兩排。箍筋的直徑不小于8mm,箍筋間距對設防裂度為6°和T結構不大于250mm,對設防裂度為8°和9°結構不大于200mm,且不大于梁高的1/2,面積配筋率ρsv不小于0.02fc/fyv。
鋼筋混凝土梁中鋼骨的保護層厚度宜采用100mm,且不小于50mm.
當梁與柱連接時,梁的鋼骨與柱的鋼骨應做成剛性連接.
以上介紹了鋼骨混凝土梁正截面承載力,抗彎剛度和裂縫寬度的設計計算方法,僅供參考.
以上介紹了鋼骨混凝土梁正截面承載力,抗彎剛度和裂縫寬度的設計計算方法,僅供參考.
參考文獻
葉列平。鋼骨混凝土柱的設計方法,建筑結構。
中華人民共和國國家標準,混凝土結構設計規范GBJ50010-2010
鋼骨混凝土范文2
關鍵詞:混凝土結構;抗震性;結構
中圖分類號:TV331文獻標識碼: A
1前沿
隨著我國超高層建筑業的迅猛發展,特別是最近10年里,我國興建了很多帶有SRC構件或結構的高層建筑,如北京香格里拉飯店,柱子均為鋼骨混凝土柱;北京長富宮飯店,地下部分和地上兩層均為SRC結構;上海瑞金大廈,1至9層為鋼骨混凝土結構;國內最高的建筑上海金茂大廈采用鋼-鋼骨混凝土-鋼筋混凝土混合結構,核心筒為鋼筋混凝土結構,四邊幾根大柱為鋼骨混凝土柱,角柱為鋼柱[2]。盡管鋼骨混凝土構件和結構在我國高層及超高層建筑中應用得越來越多,到目前為止,國內外對其研究的成果多集中于構件的強度、剛度研究,少量體系研究,并不系統完善,至今未形成一套完整的抗震設計理論和可供設計人員參考使用的抗震規范或規程,因此對這種結構和構件的抗震性能和設計方法的研究是一個急迫而有意義的課題。本文介紹了SRC結構及其特點,著重總結論述了SRC結構在抗震研究方面的發展現狀,指出了其抗震研究中存在的主要問題及今后的研究方向。
2 鋼骨混凝土結構的特點
(1)與鋼筋混凝土結構相比,由于配置了鋼骨,使構件的承載力大大提高,從而有效的減小了梁柱截面尺寸,尤其是抗剪承載力提高和延性加大,可顯著改善抗震性能。此外,鋼骨架本身具有一定承載能力,可以利用它承受施工階段荷載,將模板懸掛在鋼骨架上,省去支撐,有利于流水作業,縮短施工工期。
(2)鋼骨混凝土構件的外包混凝土可以防止鋼構件的局部屈曲,提高構件的整體剛度,顯著改善鋼構件出平面扭轉屈曲性能,使鋼材的強度得以充分發揮。采用鋼骨混凝土結構,一般可比純鋼結構節約鋼材達50%以上。
(3)外包混凝土增加了結構的耐久性和耐火性,鋼骨混凝土結構比鋼結構具有更大的剛度和阻尼,有利于控制結構的變形和振動。
3 鋼骨混凝土結構抗震研究發展現狀
3.1 鋼骨混凝土構件試驗研究
日本是對鋼骨混凝土結構研究與應用較多的國家,到1985年,鋼骨混凝土結構的建筑面積占建筑總面積的62.8%,10~15層高層建筑中鋼骨混凝土結構的建筑物幢數占總數90%左右。鋼骨混凝土結構在幾次大地震中經受了考驗,充分展示了它的優越抗震性能。日本早在上世紀二十年代就展開了針對SRC結構的研究,五十年代以后,促成了以累加強度為基礎的SRC規范的產生。隨著對SRC構件抗震性能了解的逐步深入,多次修訂了SRC結構規范。1968年日本十勝沖近海地震后修改SRC結構規范要求停止使用缺乏配格構式型鋼的SRC構件,并建議使用實腹式型鋼[3]。
我國自20世紀70年代開始,對鋼骨混凝土結構進行了一系列研究,西安建筑科技大學、中國建筑科學研究院、清華大學和東南大學等對鋼骨混凝土結構進行了開拓性的研究工作,并取得了較多的研究成果。陸續開展了SRC柱和RC柱在單調及往復荷載試驗、高強混凝土(SRHC)短柱抗震性能試驗、異形截面鋼骨混凝土柱和圓形截面鋼骨混凝土柱的抗震性能試驗、聯肢鋼骨剪力墻及鋼骨混凝土核心筒的偽靜力試驗、鋼骨混凝土剪力墻的抗震性能試驗等。
其它國家針對SRC構件進行的研究主要SRC構件的循環往復荷載試驗、SRC柱受彎-扭聯合作用下的擬靜力試驗等。
3.2 鋼骨混凝土框架節點試驗研究
日本1952年即對SRC框架節點開展試驗研究,提出了一種能夠反映節點主要受力特征的滯回模型,其假定節點由四個單元模型構成,最后通過疊加每個單元模型的恢復力特征得到節點的滯回特征,理論結果與試驗結果吻合較好。
我國西安建筑科技大學最早在1985年和1986年進行SRC節點的試驗。隨后的研究主要有,SRC節點低周荷載試驗,SRHC柱與SHC梁框架邊節點試驗和SRHC框架節點低周荷載試驗研究。在試驗研究基礎上,考慮了節點配箍率、含鋼率和軸壓比對節點延性、耗能和強度、剛度退化等影響。
3.3 鋼骨混凝土結構試驗研究
目前針對鋼骨混凝土整體結構的動力試驗研究還較少。陸續開展了SRC-RC柱-RC梁混合體系的彈塑性試驗、RC柱-鋼梁和SRC柱-鋼梁低周往復試驗、SRC框架振動臺試驗。
從實測的框架在各級荷載作用下的層間恢復力曲線可知,滯回曲線較為飽滿,始終未出現類似RC結構中的捏攏、主筋粘結破壞及滑移等現象,證明了這種框架具有較大的延性和較強的耗能能力。
3.4 鋼骨混凝土構件和結構非線性分析
組合梁柱構件的非線性分析模型多采用桿系模型。將桿中間設置為線彈性彈簧,兩端采用非線性彈簧來模擬,構件的非線性變形完全集中于末端彈簧,通過合理選取末端彈簧的彎矩-曲率關系,該模型可以描述構件復雜的滯回關系。為了計算混合結構體系的彈塑性性能,非線性彈簧有基于空間屈服面模型,即P-MX-MY的形式、考慮鋼骨與混凝土之間的粘結滑移形式、退化三線型模型M-恢復力模型、四折線型M-恢復力模型描述。
纖維模型是近年來流行的方法,直接將模型建立在分布截面的纖維上,直接從材料的本構關系出發得到結構的非線形性能,可以考慮軸力-雙向彎矩之間的耦合作用。針對SRC結構而言,由于其由兩種材料組成,它的非線性也就直接來源于鋼和混凝土這兩種材料的非線性和相互之間的粘結滑移。另一種方法是將SRC柱分為鋼筋混凝土和鋼骨兩部分,其中的鋼筋混凝土部分采用桁架-拱力學模型,鋼骨部分沿其斷面和長度進行細分,選取合適的混凝土、鋼筋和鋼骨的恢復力模型之后,將兩部分分別得到的荷載-位移滯回曲線進行疊加用于鋼骨混凝土柱的滯回曲線。
目前國內外在鋼骨混凝土結構的非線性分析中廣泛采用的是桿系模型和方法,包括靜力彈塑性分析和動力彈塑性分析。SRC結構彈塑性分析中,梁柱構件多采用集中塑性鉸模型、考慮軸力-彎矩耦合的三維空間模型等,鉸模型本構多為簡化的多線性模型。
4 結論與展望
我國是一個多地震國家,絕大多數為地震區,甚至位于高烈度區,而SRC結構抗震性能好,在強地震區推廣使用這種結構體系有著非常重要的現實意義。
(1)隨著SRC結構的日益增多,應搞清楚其在地震作用下的工作性能,由于成本以及試驗條件等原因,目前針對SRC整體結構的試驗研究還很少,且針對該類構件和結構的恢復力模型也多是借鑒了鋼筋混凝土結構的恢復力模型。因此有必要研究該類構件和結構的恢復力模型,尤其是雙向地震作用下結構和構件的恢復力模型。
(2)在結構體系方面,實際工程中往往要求部分采用SRC構件,部分采用RC土構件或鋼構件的混合體系,這就必須了解這種混合體系的工作行為,解決好不同性質構件的連接過渡。目前僅有日本對其進行了報道,而我國對此項工作還沒有完全展開,因此,開展SRC-RC以及SRC-鋼混合結構過渡層和過渡連接的抗震性能試驗和理論研究將具有較強的理論和工程實踐意義。
(3)研究表明,SRC構件在承受80%極限荷載之后,鋼骨和混凝土之間將產生較大的相對滑移,變形不能協調一致,因此有必要研究該類構件在地震荷載作用下的粘結滑移問題,并建立相應的粘結-滑移分析模型。
(4)在地震荷載作用下,節點的受力狀態非常復雜,處于壓彎剪扭復合受力狀態,但目前對鋼骨混凝土梁柱構件節點所進行的試驗不夠,應加強這一方面的研究。
參考文獻:
[1] 劉大海, 楊翠如. 型鋼、鋼管混凝土高樓計算和構造[M ]. 北京中國建筑工業出版社, 2003.
鋼骨混凝土范文3
關鍵詞:鋼骨混凝土柱鋼骨截面形式鋼骨含鋼率
前言
所謂超限高層建筑工程是指超出國家現行規范、規程所規定的適用高度和適用結構類型、體型特別不規則以及有關規范、規程規定應進行抗震專項審查的高層建筑工程。中廣大廈是集辦公,住宅,商場,餐飲,娛樂為一體的大型高層綜合性建筑。包括三棟高層塔樓(A,B,C棟).裙房五層,地下二層。地下一、二層為設備用房,汽車庫,地下二層戰時為六級人防。地上一~五層為商場。A、B棟塔樓為6~26層蝶形平面的高層住宅,房屋高度89.1米,包括局部突出在內,建筑總高度106.1米。C棟塔樓為6~28層大空間辦公室,房屋高度99.6米。包括局部突出在內,建筑總高度118.800米。五層商場總面積為26745平方米,總建筑面積100010平方米。
因房屋總長度遠超過鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距55米的限值,為此設二道抗震縫將房屋分為三段,形成三個結構單元。即A、B棟高層為大底盤、雙塔樓;C棟為獨立帶裙房的框架剪力墻結構高層建筑;其余為框架結構。建筑抗震設防類別均為乙類,場地類別為Ⅱ類?;A采用鋼筋混凝土平板式筏形基礎,底板厚度1600mm(住宅部分)、1800mm(辦公部分),持力層為強風化砂巖,地基承載力標準值400Kpa,壓縮模量Es=12~17Mpa.。本建筑的結構安全等級為一級,設計基準期為50年。本文以A、B棟為論及對象。
1、結構布置特點
A、B棟高層為滿足上部住宅建筑的舒適性、規則性要求(即住宅室內無柱角)及下部五層商場大空間的使用要求,采用五層大底盤雙塔樓框支剪力墻結構,在五~六層中間利用設備層做轉換層,采用梁式轉換,轉換層設置標高為23米。高寬比為3.22,長寬比為4.13,轉換層上下剪切剛度比值γ=1.395。
1、房屋高度超限
A、B棟高層房屋高度為89.1米,超過了《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程》(JGJ3-91)中規定的框支剪力墻結構8度區適用高度80米的限值。
2、采用雙塔樓聯體結構,質量、剛度分布不均勻,豎向不規則。
3、高位轉換:
在五~六層之間利用設備層做轉換層,標高23米。超過8度區轉換層宜控制在3層以下的限制。
4、由于住宅建筑平面的要求,局部存在二次轉換。
5、由于商場使用功能的限制,A、B棟塔樓的落地剪力墻數量偏少,且大都布置在商場后部,主體結構與大底盤中心的偏心矩與底盤尺寸之比大于0.2。
6、6~26層住宅部分在剪力墻局部開設角窗。
2、構造措施
經我院多次分析論證,認為其主要不利因素為:框支剪力墻結構在轉換層以下,支撐框架與落地剪力墻并存,形成了“支撐框架—剪力墻“體系。此中,支撐框架是一個薄弱環節。這種結構體系,在高位轉換時,由于在轉換層附近的剛度、內力和傳力途徑發生突變,易形成薄弱層,對抗震不利。同時,支撐框架柱要直接承擔上部傳來的重力荷載,直接承擔其上剪力墻由于傾覆力矩產生的軸力,要直接承擔不可能依靠樓板全部間接傳力給落地剪力墻而有一部分直接傳來的地震水平剪力。這樣使得轉換層以下支撐框架柱的內力遠大于計算分析結果。對此采取以下措施:
1、在塔樓范圍內五層以下框支部分采用鋼骨混凝土柱,鋼筋混凝土梁混合結構(鋼骨混凝土柱共48個)。作為解決高位轉換和高度超限的一項重要措施。
2、A、B棟塔樓的裙樓樓屋面板,在塔樓高振型的影響下,承受較大反復作用下的縱向拉壓力及橫向剪力,受力十分復雜。同時,由于建筑使用功能的要求,在裙樓中部開設大洞以便設置電梯,對樓板削弱較大。針對這一不利因素,在設計中采用了加強開大洞處樓板四周梁的斷面及配筋,加大樓板厚度,增設斜筋的措施。
3、由于上部住宅為蝶形平面,在轉換層個別部位出現了二次轉換梁。根據《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)第10.2.10條的規定:轉換層上部的豎向抗側力構件(墻、柱)宜直接落在轉換層的主結構上。當結構豎向布置復雜,框支主梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻時,應進行應力分析,按應力校核配筋,并加強配筋構造措施。B級高度框支剪力墻高層建筑的結構轉換層,不宜采用框支主、次梁方案。針對這一不利因素,我們采取了加強框支主梁的配筋構造措施,并在框支主梁的下部配筋區設置鋼梁的措施。
4、在住宅部分開設角窗,削弱了剪力墻結構體系的整體性,對其抗震性能帶來了不利影響,改變了剪力墻與框支梁之間的傳力方式。針對這一不利因素,我們決定從受力計算和構造措施兩方面予以加強處理。
3、計算結果分析
3.1、總體計算結果
1、計算軟件:
采用中國建筑科學研究院的PKPM系列中的TAT(多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件),SATWE(多、高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件)兩種不同程序分別進行對比計算,其總體計算結果接近。下面列出TAT、SATWE的計算結果。地震影響系數采用《建筑抗震設計規范》GBJ11-89中的數值:多遇地震0.16,罕遇地震0.9,阻尼比取0.05
2、設計參數:
地震烈度8度;場地土類別Ⅱ類;抗震等級框架、剪力墻均為一級;樓層自由度數:每個塔樓每層3個自由度(兩個平動,一個扭轉);地震作用按側剛分析模型考慮扭轉耦連,用18個振型計算,固定端取在±0.000處。
3、結構基本周期:
SATWE結果:T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611
T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458
(僅列出前六個振型)
TAT結果:T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669
T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749
(僅列出前六個振型)
4、地震作用下的底層水平地震剪力系數:
SATWE結果:Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%
TAT結果:Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%
5、地震作用下按彈性方法計算的最大層間位移與層高比值:
SATWE結果:Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187
TAT結果:Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583
6、地震作用下按彈性方法計算的最大頂點位移與總高比值:
SATWE結果:Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649
TAT結果:Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373
7、結構振型曲線及時程分析的部分圖形
3.2、計算結果分析
根據以上計算結果來看,兩種計算結果接近。下面以SATWE程序為主進行分析:
1、自振周期在合理范圍之內,結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.9,滿足規范要求。
2、振型曲線光滑符合規律。
3、底層剪重比>3.2%,滿足規范要求。
4、最大層間位移和頂點位移<1/1000,滿足規范要求。從最大樓層位移曲線可以看出,五層以下較緩,而轉換層以上較陡,說明底盤剛度比塔樓剛度小。
5、分析表明,時程分析的最大位移均不超過反應譜法計算的位移值,y向樓層剪力,X、Y向樓層彎矩均不超過反應譜法計算的樓層剪力及樓層彎矩,僅X向樓層剪力TAF-2波大于反應譜法,但三個波的平均值仍小于反映譜法樓層剪力。動力時程分析復核結果表明,不需要調整個樓層構件的內力和斷面配筋。
3.3、局部計算及構造處理
1、框支梁:采用SATWE程序中的框支剪力墻有限元分析程序進行計算,并進行應力分析。同時,加強框支梁的配筋構造措施,為避免框支梁鋼筋過密,在框支主梁的下部配筋區加設一根580mm高的鋼梁。
2、角窗:整體計算時,角窗上部墻體按雙懸臂梁進行計算。配筋設計時同時滿足剪力墻連梁的要求。同時,加強角窗周圍的暗柱及連梁的配筋,邊墻剪力墻加墻垛,角窗部分樓板加斜筋。
3、鋼骨柱的計算:首先,確定鋼骨的截面形式,預定鋼骨柱的鋼骨含鋼率,帶入SATWE程序中進行整體計算,并根據計算結果調整含鋼率。有關鋼骨柱的構造及具體做法見下面的詳細介紹。
4、鋼骨混凝土結構設計前的準備工作
采用鋼骨混凝土是解決超限問題的重大技術措施,也是本次設計的重要組成部分,在我省也是首次采用。在本次設計中,鋼骨柱采用的是實腹式十字型鋼,鋼骨梁采用的是工字型鋼。在鋼骨混凝土結構設計中需要注意的幾個問題如下:
4.1、鋼骨的含鋼率:
關于鋼骨混凝土構件的最小和最大含鋼率,目前沒有統一的認識,但當鋼骨含鋼率小于2%時,可以采用鋼筋混凝土構件,而沒有必要采用鋼骨混凝土構件。當鋼骨含鋼率太大時,鋼骨與混凝土不能有效地共同工作,混凝土的作用不能完全發揮,且混凝土澆注施工有困難。因此,在冶金部行業標準《鋼骨混凝土結構設計規程》YB9082-97中將鋼骨含鋼率定為2%~15%。一般說來,較為合理的含鋼率為5%~8%。另在建設部行業標準《型鋼混凝土組合結構技術規程》JGJ138-2001中定為4%~10%。在中廣大廈鋼骨混凝土柱的設計中,考慮到建設單位盡量節約鋼材,節省資金的要求,經專家委員會認可,鋼骨柱的含鋼率確定為3.5%。
4.2、鋼骨的寬厚比:
鋼板的厚度不宜小于6mm,一般為翼緣板20mm以上,腹板16mm以上,但當鋼板厚度大于36mm時,鋼材的厚度方向的斷面收縮率應符合現行國家標準《厚度方向性能鋼板》GB5313中的Z15級的規定。這是因為厚度較大的鋼板在軋制過程中存在各向異性,由于在焊縫附近常形成約束,焊接時容易引起層狀撕裂,焊接質量不易保證。鋼骨的寬厚比應滿足規范的要求。
4.3、鋼骨的混凝土保護層厚度:
根據規范規定,對鋼骨柱,混凝土最小保護層厚度不宜小于120mm,對鋼骨梁則不宜小于100mm。
4.4、要重視鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁在構造連接上的配合協調問題。
5、鋼骨的制作與構造措施
5.1、鋼骨的制作
鋼骨的制作必須采用機械加工,并宜由鋼結構制作廠家承擔。型鋼的切割、焊接、運輸、吊裝、探傷檢驗應符合現行國家標準《鋼結構工程施工及驗收規范》GB50205、《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ81、《鋼結構工程質量檢驗評定標準》GB50221的規定,鋼材、焊接材料、螺栓等應有質量證明書,質量應符合國家有關規范的規定。焊接前應將構件焊接面除油、除銹,焊工應持證上崗。施工中應確保施工現場型鋼柱拼接和梁柱節點連接的焊接質量,型鋼鋼板的制孔,應采用工廠車床制孔,嚴禁現場用氧氣切割開孔,在鋼骨制作完成后,建設單位不可隨意變更,以免引起孔位改變造成施工困難。
5.2、鋼骨混凝土中設置抗剪拴釘的要求
鋼骨混凝土與鋼筋混凝土結構的顯著區別之一是型鋼與混凝土的粘結力遠遠小于鋼筋與混凝土的粘結力。根據國內外的試驗,大約只相當于光面鋼筋粘結力的45%。因此,在鋼筋混凝土結構中認為鋼筋與混凝土是共同工作的,直至構件破壞。而在鋼骨混凝土中,由于粘結滑移的存在,將影響到構件的破壞形態、計算假定、構件承載能力及剛度、裂縫。通??捎脙煞N方法解決,一是在構件上另設剪切連接件(栓釘),并按照計算確定其數量,即滑移面上的剪力全由剪切連接件承擔,稱為完全剪力連接。這樣可以認為型鋼與混凝土完全共同工作。另一種方法是在計算中考慮粘結滑移對承載力的影響,同時在型鋼的一定部位:如(1)柱腳及柱腳向上一層范圍內;(2)與框架梁連接的牛腿的上、下翼緣處;(3)結構過渡層范圍內的鋼骨翼緣處加設抗剪栓釘作為構造要求。構件中設置的栓釘應符合國家現行標準《園柱頭焊釘》GB10433的規定,栓釘直徑一般為Ø19,長度不宜小于4倍栓釘直徑,間距不宜小于6倍栓釘直徑,且不宜大于200mm。并采用特制的設釘槍進行焊接,焊接質量應滿足規范要求。
5.3、鋼骨的拼接
鋼骨柱的長度應根據鋼材的生產和運輸長度限制及建筑物層高綜合考慮,一般每三層為一根,其工地拼接接頭宜設于框架梁頂面以上1~3m處。鋼骨柱的工地拼接一般有三種形式:(1)全焊接連接;(2)全螺栓連接;(3)栓、焊混合連接。設計施工中多采用第三種形式,即鋼骨柱翼緣采用全溶透的剖口對接焊縫連接,腹板采用摩擦型高強度螺栓連接。中廣大廈設計中的鋼骨工地拼接采用第三種形式。
5.4、鋼骨柱的柱腳構造
1、鋼骨柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種,在抗震區宜采用埋入式柱腳,柱腳鋼骨的混凝土最小保護層厚度為:中間柱:不得小于180mm,邊柱和角柱:不得小于250mm。
2、鋼骨柱埋入式柱腳的埋入深度不應小于3倍型鋼柱截面高度,在注腳部位和柱腳向上一層的范圍內,鋼骨柱翼緣外側設置栓釘,栓釘直徑不小于Ø19,間距不大于200mm,且栓釘至翼緣板邊緣的距離大于50mm。
3、在中廣大廈的鋼骨設計中,由于建筑物嵌固端取在±0.000米處,為保證地下一層汽車庫的使用功能,經多次反復研究、討論,最終確定了底層框架梁水平、垂直加腋,鋼骨伸入框架柱內長度為1.5m,下部與鋼筋混凝土柱柱心鋼筋焊接。在施工過程中,施工單位提出,鋼骨注腳放在半層柱上施工有困難,施工質量無法保證。后經施工單位、設計單位、制作單位及建設單位多次研究,決定在鋼骨柱柱腳底部另設格構式支架,將支架一延伸至地下一層底板(支架必須保證拉力傳遞),比上述方法容易施工,加快了施工進度。經實踐證明在今后的設計中若遇到同類問題,宜將鋼骨直接伸入地下一層,這樣即滿足了埋入式柱腳的埋深問題,又取消了底層梁加腋的施工工序、支架的制作安裝工序,節省了時間,施工質量較易保證。
5.5、鋼骨柱的節點構造
框架梁、柱節點核心區是結構受力的關鍵部位,設計時應保證傳力明確,安全可靠,施工方便,節點核心區不允許有過大的變形。
在鋼骨混凝土結構中,梁、柱節點包括以下幾種形式:(1)鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接;(2)鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接;(3)鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接。在中廣大廈設計中我們遇到的是第三種情況。
規范規定,節點區鋼骨部分的連接構造應與鋼結構的節點連接相一致,在柱鋼骨的鋼牛腿翼緣水平位置處應設置加勁肋,其構造應便于混凝土澆灌,并保證混凝土密實。柱中鋼骨和主筋的布置應為梁中主筋貫穿留出通道,梁中主筋不應穿過鋼骨翼緣,也不得與柱中鋼骨直接焊接,鋼骨腹板部分設置鋼筋貫穿孔時,截面缺損率不宜超過腹板面積的25%。
根據規范要求,在中廣大廈鋼骨設計中,我們采用的方法是:在鋼筋混凝土梁與鋼骨柱連接的梁端,設置一段工字型鋼梁(牛腿),鋼梁的高度由鋼筋混凝土梁高決定,一般為鋼筋混凝土梁高的0.7倍以上,鋼筋混凝土梁內鋼筋的一部分與鋼牛腿焊接或搭接,鋼牛腿的長度應滿足梁內鋼筋內力傳遞要求。因鋼骨柱主筋穿過鋼牛腿翼緣,鋼牛腿強度有所削弱,因此梁內鋼筋焊接或搭接長度應從牛腿根部起算。在實際施工中,由于鋼牛腿長度較長,運輸有困難,鋼牛腿的長度均取滿足梁內主筋焊接長度要求。在鋼牛腿的上、下翼緣上設置栓釘,栓釘的直徑為Ø19,間距200mm,從框架梁梁端至鋼梁(牛腿)端部以外2倍梁高范圍內為框架梁端箍筋加密區,梁內主筋保證有不少于1/3主筋面積穿過鋼骨連續配置。
為方便鋼骨的工廠化制作,鋼骨混凝土結構與普通鋼筋混凝土結構設計中不同且難度最大的是:
(1)需確定鋼骨柱中每根鋼筋的準確位置;
(2)根據鋼骨這種型鋼翼緣的寬度確定框架梁的寬度;
(3)確定框架梁中每根鋼筋的位置;
(4)根據柱梁鋼筋的位置確定鋼骨穿孔的位置;
(5)鋼骨中穿鋼筋的孔徑由鋼筋直徑確定,一般比鋼筋直徑大4~6mm;
(6),鋼骨中縱橫兩方向穿鋼筋孔的位置至少應錯開一個孔徑。
5.6、鋼骨的柱頂構造
根據規范規定,但結構下部采用鋼骨混凝土柱、上部采用鋼筋混凝土柱時,其間應設置過渡層。在本次設計中,過渡層設置在轉換層中,柱頂加設一塊25厚柱頂錨固板。但在實際施工過程中,轉換大梁配筋較多,柱頂錨固板直接影響轉換大梁鋼筋的錨固,經多方研究,取消了柱頂錨固板,為轉換大梁的順利施工創造了條件。
6、經濟比較
未采用鋼骨混凝土柱前,框支柱截面尺寸為1300X1300mm,上部住宅為6~25層。采用鋼骨混凝土柱后,框支柱截面尺寸為1100X1100mm,上部住宅為6~26層,框支柱截面面積減少了30%左右,住宅面積增加了1860平方米。
在整個建筑中,共使用型鋼650噸,型鋼的材料、制作、安裝綜合預算價約為6500元/噸,減去縮小柱截面及減少鋼筋面積的費用后,增加費用257.63萬元,柱截面縮小后商場部分增加使用面積115.2平方米,按20000元/平方米計算,增加收益230.4萬元。增加住宅面積增加收益372萬元(1860平方米,按2000元/平方米計算),變更后增加凈收益352.77萬元。
由此可以看出,采用鋼骨混凝土結構既可滿足設計要求,又能為建設單位增加經濟效益,為在高層建筑設計中解決超限問題提供了可靠途經。是一種值得推廣的良好的結構體系。
鋼骨混凝土范文4
【關鍵詞】:鋼骨混凝土柱;鋼骨混凝土梁;型鋼混凝土組合結構;鋼骨柱、梁定位
中圖分類號;
Abstract: This article discussed on the steel column, the installation of the beam positioning and steel reinforced concrete columns, beams reinforced, templates, concrete construction.Key words: reinforced concrete columns; steel reinforced concrete beam; steel reinforced concrete composite structure; steel columns, beams positionedCLC;
中圖分類號:TU375 文獻標識碼: A 文章編號:
鋼骨混凝土柱梁因其內有型鋼,外包鋼筋,梁柱節點構造復雜,鋼骨柱梁制作安裝精度要求高,與普通鋼筋混凝土結構施工有所不同。本文就鋼骨柱、梁的安裝定位及鋼骨混凝土柱、梁之鋼筋、模板、混凝土的施工與大家共同分享。
一、鋼骨混凝土柱、梁設計概況
某圖書館工程地下2層,地上8層,框架―核心筒結構,其鋼骨柱由H型、十字型和H型與T型的組合柱三種類型組成,鋼梁為H型鋼梁。鋼柱總長最大49.59米,鋼柱的每米最大重量約420kg,鋼梁的最大跨度25.2米,最大自重約7噸。
二、鋼骨混凝土柱基礎施工
鋼骨柱基座預埋件埋設位置要求相當準確,精度要求高,土建施工時以保證鋼柱安裝的精度為前提,在土建施工中保證一次成活、一次成優,確保鋼柱的吊裝精度。在混凝土澆搗前,對每一預埋件進行檢查,對基座預埋件埋設采用上下定位措施,定位前,專人彈線,定好位置后將角鐵支架放入,必要時與結構鋼筋電焊連接,澆混凝土專人監護,有移動馬上校正。
混凝土澆搗完成后,應及時對基座預埋件埋設的標高和位置進行復測,如有誤差應及時糾正,確保誤差值小于設計規定的要求。
三、鋼骨柱、梁的定位
(一)鋼柱安裝定位
1、預埋件水平度和鋼柱定位線經校正確認無誤后可進行鋼柱安裝。
2、首節鋼骨的安裝:安裝前在每根鋼骨基礎上設置 4 組墊塊,矯正時用墊塊調整鋼骨垂直度、標高,在兩個方向的控制軸線上均布設一臺經緯儀控制垂直度,并用水準儀控制標高。
3、上節鋼骨的安裝:鋼骨吊裝就位后, 用塔吊纜繩牽拉臨時固定,并用兩臺經緯儀觀測,輔以撬棍在接頭縫隙處用鋼楔塞墊。在鋼骨接頭處架設小型千斤頂在兩個方向上對鋼骨的垂直度進行微調。
3、每節鋼柱垂直度的校正:用兩臺經緯儀,站在兩個軸線方向校正。通過鋼柱上的十字線或柱邊,用鋼楔子調整柱底腳板,從而進行垂直偏差、位移的測控。
4、鋼柱定位后,將鋼柱與鋼板焊接牢固。采用兩人對稱施焊,以減少焊接變形和因殘余應力引起的鋼柱垂直度偏差。
(二)鋼梁安裝定位
1、鋼梁吊裝前,在梁底模鋪墊木,使墊木上皮標高等于鋼梁下皮標高,墊木間距經計算確定。
2、校正鋼梁的底標高、垂直度、軸線和跨度,使其滿足設計要求。
四、鋼骨混凝土柱、梁施工程序
鋼柱、梁制作并運至現場搭設鋼柱穩固架子安裝鋼柱,校正并焊接固定搭設大梁排架及鋼梁安裝操作平臺支大梁底模鋼梁吊裝就位、扶直、校正并焊接固定綁扎柱鋼筋支柱模板澆筑柱混凝土至梁下50mm綁扎鋼梁之上的梁面筋綁扎鋼梁之上的梁底筋綁扎鋼梁之下的梁面筋綁扎鋼梁之下的梁底筋綁扎鋼梁兩側腰筋焊接箍筋驗收梁筋支梁側模安裝其他模板澆筑梁板混凝土養護。
五、鋼骨混凝土柱、梁施工工藝
(二)鋼骨混凝土柱、梁鋼筋施工
鋼骨混凝土柱梁因其內有型鋼,外包鋼筋,因此與普通結構的鋼筋混凝土結構施工有所不同。鋼骨混凝土柱、梁之鋼筋工程的施工重在梁、柱節點的穿筋構造,在鋼骨混凝土柱梁施工前首先需要對鋼骨柱梁節點進行深化設計,深化設計采用Xsteel與AutoCAD相結合的方式,將柱梁節點交匯處所有柱筋、梁筋與鋼骨的相對位置準確施放在圖紙上,以保證鋼骨上制孔標高、軸線的準確性。
(二)鋼骨混凝土柱、梁模板施工
為了增強混凝土的表面感觀質量,鋼骨柱模板面板采用定型模板,柱模采用18mm厚覆膜膠合板配制,豎龍骨為50×100的木枋,矩形柱模板設計成四塊。在豎龍骨外側用[5#槽鋼加工成可調柱箍加固。
梁模采用18mm厚覆膜膠合板,背枋和托枋均采用50×100木枋。梁板模板支撐架采用型鋼桁架支撐。
1、原材料及配合比
(1)對于鋼骨混凝土結構,由于鋼筋與鋼骨之間間隙較小,對混凝土澆筑的密實帶來較大難度,須對混凝土配合比進行優化設計,并在攪拌站進行混凝土試配,保證混凝土澆筑過程中具有較好的流動性、良好的可泵性和保塑性。同時由于500*1300大梁屬于大體積混凝土范疇,為防止施工裂縫的出現,在配合比設計中須考慮降低水泥水化熱,減少單位體積水泥用量,降低溫度應力,并采用低水灰比,提高混凝土的極限抗拉強度,延長混凝土凝結時間。
(2)水泥選用水化熱較低的42.5礦渣水泥,減少混凝土溫度裂縫的出現。
(3)嚴格控制碎石級配,采用0.5~2.5cm連續級配,含泥量≤0.5%,泥塊含量≤0.2%,針片狀顆粒含量≤5%;并滿足泵送要求。
(4)細集料選用石英含量較高的圓形顆粒狀優質天然河砂,細度模數為2.6~3.3,且含泥量≤2%,泥塊含量≤0.5%,其他指標符合現行行業標準的有關規定。
(5)采用優質I級粉煤灰以改善混凝土的和易性,替代水泥用量降低水化熱,減少收縮,提高抗裂性。使用前按國家標準規定,進行細度、燒失量和含水率檢驗,合格后方可使用。
(6)在混凝土中摻入適量UEA膨脹劑配制成補償收縮混凝土,防止混凝土收縮產生的裂縫。
(7)采用高效減水劑,增強混凝土的粘聚性與和易性,減小用水量,其摻量根據施工要求,通過試驗室試配確定。
(8)坍落度要求:為便于施工并保證混凝土施工質量,要求運輸到現場的混凝坍落度為180~200mm,并根據澆筑時間對混凝土坍落度作出適當調整。
2、澆筑、振搗
鋼骨混凝土結構內有型鋼,且四周鋼筋圍繞,混凝土澆筑及振搗時死角較多,易造成混凝土不密實,混凝土澆筑擬采取以下措施:
(1)鋼骨柱混凝土澆筑
柱混凝土澆筑過程中從型鋼柱四周均勻下料,每根柱采用4根振搗棒振搗至頂。
對鋼骨柱混凝土澆注的分層厚度控制在500mm以內,同時用標尺桿嚴格控制。由于型鋼砼柱內的鋼筋多,使用Φ30高頻振搗棒,每層必振,振搗時間不得超過20s,待表面泛漿自平,氣泡溢出即可,嚴禁過振。當上層混凝土振搗時振搗棒應插入下層混凝土50-100mm。
(2)鋼骨梁混凝土澆筑
鋼骨梁長度較長,最大跨度達25.2米,混凝土澆筑采用整體澆筑,由中部向兩邊擴展,確保模板支架施工過程中均衡受載。
對于高度大于1000mm的鋼骨梁,混凝土澆筑采用斜向分層澆筑,振搗時間以混凝土面無氣泡泛出為準,設專人監控。
鋼骨梁混凝土先從鋼梁一側下料,用振動器在鋼梁一側振搗,將混凝土從鋼梁底擠向另一側,直到混凝土高度超過鋼梁下翼緣板,然后改為雙側對稱下料,對稱振搗,當混凝土澆筑到上翼緣板時,再將混凝土從跨中下料,混凝土由跨中向兩端延伸振搗,將混凝土內氣泡趕向兩端排出為止。
鑒于鋼骨梁為大體積混凝土,因此在混凝土澆筑過程中采用預埋測溫探頭對混凝土進行溫度監測,并相應采用一些溫差控制措施,防止了溫差裂縫的出現。
3、兩種不同強度等級混凝土施工界面處理。
柱、梁混凝強度等級≥10Mpa時,先施工柱混凝土至梁施工縫,接著施工梁板混凝土,在交界處用雙層鋼絲網固定于定位支架上。
(四)支撐加固及模板拆除與養護
1、支撐加固
由于鋼骨梁自重較大,除本層支撐系統應滿足各類荷載要求外,還應對其下樓層相應的梁采取逐層加固措施。該工程擬采用分層卸荷的方法,從首層起在鋼骨梁下的模板支撐均不拆除,以保證樓面結構安全。
2、模板拆除及養護
由于鋼骨梁跨度較大,截面較高,故對拆模時間作出嚴格限制:底模從澆筑完畢起28天且強度達100%后方可拆除;側模澆筑后7d開始拆卸固定梁外側的螺栓,然后用撬棍略加撬動以脫離混凝土,澆水養護14d,每天4次,外側模板起保溫保濕作用,防止混凝土因收縮溫差而裂縫。
參考文獻:
(1)型鋼混凝土組合結構技術規程(JGJ138-2001)中國建筑工業出版社,2001。
(2)大體積混凝土施工規范(GB50496-2009),2009
(3)建筑施工計算手冊-(第二版) ,中國建筑工業出版社,2007
鋼骨混凝土范文5
關鍵詞:抗沖擊性能;鋼管混凝土;動態力學性能;鋼管再生骨料混凝土;落錘
中圖分類號:TU398文獻標志碼:A
Abstract: The general research situations of the impacts of concretefilled steel tube (CFST) and recycled aggregate concretefilled steel tube (RACFST) were introduced. The relevant research results of the impact property of CFST under different factors, such as strain rate, high temperature, constraint coefficient, material strength, impact energy and outsourcing constraints, were summarized. The current research results were summarized and the shortage of the current research were listed. According to the impact of CFST and the related properties of recycled aggregate concrete, the impact resistance of recycled aggregate concrete were speculated. The results show that RACFST has good impact resistance. The relevant conclusions indicate the direction of the further research on the impact property of RACFST.
Key words: impact resistance; concretefilled steel tube; dynamic mechanical property; recycled aggregate concretefilled steel tube; drop hammer
0引言
鋼管混凝土是指在鋼管內填充普通混凝土而制成的構件,鋼管混凝土將鋼材和混凝土優勢互補,既能借助內填混凝土提高鋼管壁受壓時的穩定性,又因鋼管的套箍約束使內部混凝土處于三向受壓而提高了抗壓強度,同時也提高了延性。鋼管混凝土因其優越的力學性能和良好的抗震性能在高層和超高層建筑中被廣泛應用。另外,人們將廢棄的混凝土塊經過破碎、清洗、分級后,按一定比例與級配混合,部分或全部代替砂石等天然骨料(主要是粗骨料),再加入水泥、水等配成新的混凝土,這就是再生骨料混凝土。然而再生骨料混凝土因為骨料表面附有舊砂漿,破碎過程容易導致微裂紋產生等使其性能與普通混凝土有所區別。為了更好地利用再生骨料混凝土,一些學者將再生骨料混凝土填入鋼管構成鋼管再生骨料混凝土,期望它能充分發揮兩者的優勢,獲得更加優越的工作性能。
針對汽車撞擊房屋結構、高架橋墩、輪船撞擊橋墩和恐怖襲擊等時有發生的沖擊現象,為了更好地了解和推廣鋼管混凝土,學者對其抗沖擊性能進行了應變率、高溫、約束系數、材料強度、沖擊能量、外包約束、邊界條件和沖擊部位等不同因素影響的研究[1],得到了一些重要結論。然而鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能的研究則相對較少,同時由于再生骨料混凝土力學性能的變異性,時常得到不一致的結論,使得需要進行大量試驗研究才能獲知鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能。
本文通過梳理相關文獻,著重介紹和分析了近些年來鋼管混凝土和鋼管再生骨料混凝土的重要研究成果。按照鋼管混凝土軸向沖擊、側向沖擊順序進行了綜述和分析,并依據這些結論結合再生骨料混凝土的特性,對鋼管再生骨料混凝土受沖擊性能進行了推測。
1鋼管混凝土受沖擊性能
鋼管混凝土所受沖擊從不同的沖擊方向可以分為軸向沖擊和側向沖擊,其中軸向沖擊從應變率水平由低到高常采用液壓裝置、落錘、霍普金森桿(SHPB)、輕氣泡沖擊等進行試驗。
1.1軸向沖擊
1.1.1液壓試驗系統
陳肇元等[2]采用42根具有不同配筋率以及長徑比的鋼管混凝土柱進行了靜載和快速加載對比試驗,并進行了爆炸曲線加載試驗。結果表明,鋼管混凝土柱有較好的延性,快速加載與靜載無本質區別,但強度和剛度有所增加。
1.1.2落錘沖擊
Prichard等[3]用落錘進行了鋼管混凝土的沖擊試驗,發現相比素混凝土,鋼管混凝土的承載力顯著提高,隨著加載速度以及鋼管壁厚的增加,接觸力都有提高;同時對破壞形式、沖擊力、鋼管表面應變與素混凝土柱、鋁管和外包塑料管柱進行了比較分析。
李靜[4]對16根鋼管混凝土短柱進行落錘沖擊試驗,結果表明鋼管壁厚對沖擊荷載有一定影響。在鋼管壁厚超過限值后,沖擊承載力隨著鋼管壁厚增加而增大,但趨勢逐漸減緩。李珠等[5]對16根鋼管混凝土短柱進行了軸向沖擊試驗以及仿真分析,得到了與文獻[4]一致的結論,試驗結果還表明,縱向變形和沖擊速度呈線性關系,徑向變形和速度呈二次曲線關系,且試件上點的縱向應變大于其環向應變。
任夠平等[6]對具有3種不同套箍系數的15根鋼管混凝土短柱進行了軸向落錘沖擊試驗,結果表明隨著沖擊速度的增加變形增大,屈服后變形顯著增大,屬于延性破壞。同一沖擊速度下,隨套箍系數增加,試件的變形減小。鄭秋[7]利用落錘對鋼管壁厚分別為4 mm和6 mm的鋼管混凝土短柱進行了軸向沖擊試驗和有限元分析,試驗發現2種壁厚的鋼管混凝土均以斜向剪切破壞為主。
沈亞麗等[89]采用落錘對2種壁厚的鋼管混凝土和2種碳纖維層數的鋼管約束混凝土短柱進行了不同高度的軸向沖擊試驗。發現外包碳纖維將改變鋼管混凝土的破壞形態且能較好地改善其性能。
任曉虎等[10]利用落錘進行了高溫后鋼管混凝土短柱動態沖擊試驗研究,高溫后鋼管混凝土在沖擊作用下產生了較大的壓縮變形,延性有所下降,但仍能夠保持很好的完整性,鋼管混凝土在高溫作用后有良好的抗沖擊能力,試驗中采用的最高溫度等級為800 ℃?;綮o思等[11]進行了更高溫度等級的試驗,在試驗中發現,降低含鋼率和延長受火時間將明顯加劇試件的斜向剪切破壞程度,即使鋼管處于塑性流動狀態,強度很低,但是仍能給混凝土提供很好的約束,保證其截面完整性。對有抗火災倒塌和抗沖擊要求的結構需要合理的含鋼率。
1.1.3霍普金森桿沖擊
田志敏等[12]采用霍普金森桿進行了鋼管超高強混凝土(RPC)在沖擊荷載下的試驗研究。結果表明,鋼管RPC試件比無鋼管約束的RPC承載能力大得多,且承載能力的提高一部分是因為鋼管對混凝土的約束作用,當其他條件一定時隨混凝土強度等級提高,鋼管和混凝土復合構件的承載力將提高,隨鋼管壁厚的增加亦有類似現象。同時發現鋼管和混凝土的軸向剛度比值是影響鋼管超高強混凝土構件抗沖擊荷載能力的控制因素。
Xiao等[13]采用分離式霍普金森桿進行高應變率下的鋼管混凝土軸向沖擊試驗,結果表明,應變率越大,動態強度增大系數越大,鋼管混凝土對應變率的敏感性不如普通混凝土。
鄭秋等[14]利用分離式霍普金森桿進行了高溫下鋼管混凝土試件的抗沖擊研究。按照文獻[15]分析了高溫下屈服強度變化,試驗結果表明,隨溫度提高,試件的強度下降明顯,但是仍然具有良好的變形能力和后期承載力,鋼管混凝土在高溫下仍具有優越性能。何遠明等[16]以溫度和沖擊速度為主要試驗參數進行了鋼管混凝土抗沖擊研究,相對于文獻[14]的試驗研究,試件尺寸更大且更與實際接近,最高溫度升至800 ℃,研究發現常溫和高溫下鋼管混凝土均有顯著的應變率效應,而高溫下鋼管混凝土強度和耗能能力均受高溫劣化影響顯著。鋼管混凝土進入塑性之后仍能保持良好的抗沖擊能力。在文獻[14]的試驗基礎上,Huo等[17]進一步進行了研究,發現高溫下鋼材與混凝土的沖擊動態響應與常溫下不同,且動力增大系數不如常溫下的大。
Huo等[18]采用霍普金森桿進行了800 ℃高溫下鋼管混凝土的軸向沖擊試驗,試驗發現:溫度、沖擊速度以及含鋼率對鋼管混凝土高溫下受沖擊性能有顯著的影響,但在參數范圍內高溫、長徑比、含鋼率的變化并不會引起破壞模式的改變;高溫下內填普通混凝土的鋼管混凝土比內填微型混凝土的鋼管混凝土有更優越的抗沖擊性能。
霍靜思等[19]采用霍普金森桿進行了高溫后鋼管混凝土多次沖擊后的性能研究,結果表明,鋼管混凝土的耗能能力隨溫度升高有所增加,高溫后鋼管混凝土具有良好的耗能能力。常溫和高溫下多次沖擊后鋼管混凝土強度降低幅度并不顯著,鋼管混凝土可以用于有抗火災倒塌與高溫抗爆和抗沖擊要求的結構。
1.1.4輕氣泡沖擊
張望喜等[20]等利用57輕氣泡試驗裝置進行了鋼管混凝土柱的沖擊試驗,結果表明,沖擊速度越大殘余變形越大,外包碳纖維能改善試件的抗沖擊性能,鋼管混凝土在如此高應變率的沖擊行為下仍有較好的性能。
Xiao等[21]采用輕氣泡以外包約束和沖擊速度為試驗參數研究了鋼管混凝土與約束鋼管混凝土的性能,結果表明提供的側向約束能有效改善鋼管混凝土的抗沖擊性能。單建華[22]采用霍普金森桿進行了鋼管混凝土和素混凝土抗沖擊性能的對比,結果表明,鋼管混凝土受力之后形狀保持良好,屬于塑性破壞;同時采用一級輕氣泡進行了鋼管混凝土和約束鋼管混凝土的沖擊試驗,并結合有限元軟件探索了鋼管壁厚以及外包碳纖維的增加對抗沖擊性能的影響。
1.2側向沖擊
在鋼管混凝土抗側向沖擊方面,一般是采用落錘試驗和有限元模擬分析來進行研究。
賈電波[23]進行了鋼管混凝土抗側向沖擊的研究,結果表明,試件破壞過程屬于塑性破壞,經歷彈性變形、彈塑性變形、極限狀態3個階段,變形主要集中在沖擊處很小范圍內,這個范圍外的鋼管混凝土試件變形基本呈直線。鋼管混凝土具有較好的抵抗側向沖擊的能力。試驗結果還表明,混凝土強度越高,試件受到的約束越強,耐沖性能就越好,其中提高含鋼率是提高沖擊性能的最佳方式。
王蕊等[24]對3種不同套箍系數的兩端簡支鋼管混凝土梁側向沖擊荷載作用下的動力響應進行了試驗,結果表明,沖擊力時程曲線可劃分為振蕩階段、穩定階段和衰減階段3個階段,文獻[23]也有這一結論。同時試驗結果表明,套箍系數對沖擊力的影響要比對撓度的影響小得多。Wang等[25]對約束系數分別為1.23和0.44的鋼管混凝土試件進行了落錘沖擊和仿真模擬,結果表明,約束系數為1.23的試件呈延性破壞且沖擊力時程曲線有峰值階段、平臺值階段和卸載階段,而約束系數為0.44的試件呈脆性破壞且不出現平臺值階段。
王蕊等[24]通過理論分析建立了局部變形和整體變形的關系,并推導出低速沖擊下整體變形的計算公式,結果吻合良好。涂勁松等[26]通過落錘以及仿真模擬對鋼管混凝土跨中撓度進行了分析,得出了跨中撓度與沖擊能量及約束效應系數間的關系,并通過回歸分析得出了撓度的近似計算公式。任夠平等[27]采用落錘試驗與有限元模擬對鋼管混凝土柱側向沖擊作用下的橫向撓度和撓度曲線進行了研究,并分析了測得的跨中最終撓度隨套箍系數、約束類型及沖擊能量變化的變化規律。
李珠等[28]對固簡支的8根鋼管混凝土構件進行了落錘側向沖擊試驗研究,結果表明,鋼管壁厚大的試件沖擊力峰值和平臺值均較大,破壞所需臨界能量也較大,這是因為彎曲、拉伸和剪切的聯合作用破壞開始于跨中底部以及固支端頂部。王瑞峰[29]采用落錘對兩端固支、兩端鉸支和一端固支、一端鉸支3種不同約束情況下的沖擊性能展開了研究,結果表明,鋼管混凝土構件有較好的延性,抗沖擊性能良好,且約束越強,耐沖性能越好。
Bambach等[30]進行了方空心鋼管梁和方鋼管混凝土梁2種試件完全固支低速高質量下的沖擊對比研究;同時還做了靜力荷載與動力沖擊的對比分析,發現由于內置混凝土能夠很大程度減小局部變形,鋼管混凝土梁能夠承受更大的荷載,文獻[31]也有類似結論。文獻[30]按照彈塑性理論建立了空心鋼管梁和鋼管混凝土梁力位移與能量吸收等關系,在試驗基礎上提出了空心鋼管梁以及鋼管混凝土梁受橫向沖擊的設計公式。
Bambach等[32]還進行了與文獻[30]類似的試驗,研究了軸向力、轉動約束、軸向約束、鋼管材料性能和混凝土填充等因素對吸收能量的影響,進一步提出了設計方法。結果表明,內置的混凝土對鋼管混凝土吸收能量的能力提升基本沒有什么幫助,但是外鋼管以及兩端的約束對耗能能力有很大幫助,提供軸向約束會引起薄膜張力作用,是提高耗能能力的最顯著方式。Remennikov等[33]進行了鋼管混凝土、鋼管硬質聚氨酯泡沫和空心鋼管在落錘橫向沖擊下的試驗。結果表明,鋼管混凝土抗沖擊性能和耗能能力最好,鋼管硬質聚氨酯泡沫次之,硬質聚氨酯泡沫可以作為鋼管內的填充物,構成組合結構用以提高構件耗能能力。
在實際情況中,當柱受到撞擊時,柱兩端是受軸力作用的。王蕊[34]在鋼管混凝土受側向沖擊時考慮了軸力的影響,結果表明,鋼管壁厚為1.7 mm的構件跨中撓度會在軸壓力作用下變小,而鋼管壁厚為3.5 mm和4.5 mm的構件跨中撓度都會增大,并且當鋼管壁厚為3.5 mm的構件軸壓力為0.3 N0(N0為鋼管再生骨料混凝土軸心受壓短柱的承載力設計值)時,出現了瞬間失穩的現象,文獻[35]獲得了相一致的結論。Yousuf等[36]通過試驗和有限元分析進行了預壓軸力和橫向靜力荷載綜合作用下空心鋼管柱及鋼管混凝土柱的沖擊性能研究,討論了低碳鋼以及不銹鋼2種材料的影響,并且得出了不銹鋼試件比低碳鋼試件具有更高的強度及耗能能力的結論。
任曉虎等[37]利用落錘沖擊試驗機和高溫試驗爐研究了沖擊能量和受火時間對鋼管混凝土梁抗沖擊性能的影響。結果表明,隨著受火時間的延長,構件的彎曲程度和塑性區長度將增大,最大沖擊力減小,抗彎剛度減小。隨沖擊能量的增大,最大沖擊力將增大,構件的彎曲程度和塑性區長度減小。相比鋼管混凝土短柱,鋼管混凝土梁的動態承載力增大系數要小,在火災高溫之后仍有良好的抗沖擊性能。此外還發現鋼管混凝土梁通過彎曲變形耗散了大部分沖擊能量,這與文獻[23]的結論一致。
侯川川等[38]建立有限元模型進行分析,發現鋼材屈服強度對構件抗沖擊能力影響較為顯著,但是對混凝土強度變化的影響則相對較小。章琪等[39]通過有限元分析研究了鋼管混凝土跨中遭受側向沖擊后受壓承載力的變化,發現沖擊后受壓試件的性能將會降低,將提前進入屈服階段,屈服強度降低,屈服應變減小,延性有很大程度降低。試驗中發現,約束效應系數對鋼管混凝土柱抗沖擊性能起主要影響作用。
章琪等[40]采用ABAQUS軟件分析了不同截面的鋼管混凝土抗沖擊性能,發現對于外徑相同的實心鋼管混凝土,增大鋼管壁厚可顯著減小跨中撓度。在一定范圍內若適當減少核心混凝土,以空心鋼管代替,能夠提高構件的抗沖擊性能。相同混凝土用量和鋼材用量時實心鋼管混凝土抗沖擊性能最好,內插雙H型鋼鋼管混凝土次之,空心鋼管混凝土較差。王洪欣等[41]進行了空心鋼管受側向沖擊的研究,結果表明,隨空心率變大,撓度變大。于璐等[4244]采用ABAQUS對不同約束情況下的十字形鋼管混凝土柱、不同長細比的T形鋼管混凝土柱,以及L形鋼骨混凝土異形柱的沖擊性能進行了研究。
另外,還有不少學者對鋼管混凝土的側向沖擊進行了其他方面的研究,瞿海雁等[4547]通過分析構件支座和跨中塑性鉸形成的特征,提出了鋼管混凝土側向沖擊時的簡化分析模型,有效估算了跨中和支座的動態截面極限彎矩和跨中截面最大撓度,并采用模型和試驗數據結合的方式進行了一系列側向沖擊下的研究。余敏等[48]采用有限元方法首先對鋼管混凝土柱側向落錘結果進行模擬和驗證,然后進行了實心鋼管混凝土柱和空心鋼管混凝土柱側向遭受汽車撞擊的研究,陳忱等[49]通過仿真分析考察了不同FRP種類、包裹層數、包裹形式以及鋼管壁厚等情形下鋼管混凝土的抗沖擊特性。鞠翱天等[50]采用有限元模擬軟件分析了鋼管混凝土鐵路橋限高防護架在汽車碰撞作用下的動力響應。Han等[51]采用落錘及仿真模擬對鋼管高強混凝土橫向沖擊性能進行了研究,并對靜力荷載和沖擊作用下的受力狀態、內力分布、受彎承載力進行了比較分析。Deng等[52]進行了9個簡支鋼管混凝土試件、2個后張拉鋼管混凝土以及1個纖維增強鋼管混凝土的沖擊試驗,結果表明,后張拉鋼管混凝土以及纖維增強鋼管混凝土的受沖擊性能比普通鋼管混凝土要優越。
總之,學者對鋼管混凝土抗沖擊方面進行了充分的研究,獲得了很多較為一致的結論。在軸向方面,動態荷載下鋼管混凝土構件承載能力有所提高,并在一定范圍內隨沖擊速度增加而提高;隨鋼管壁厚增加以及混凝土強度提高,鋼管混凝土構件承載能力有所提高,鋼管壁厚超過一定范圍時承載能力提高幅度有所減小,試件一般呈斜向剪切破壞;高溫下隨溫度升高鋼管混凝土承載能力有所下降,高溫下鋼管混凝土仍具有應變率效應以及良好的抗沖擊性能;外包碳纖維可以改善鋼管混凝土構件的抗沖擊性能。
在側向方面,一些研究結果均表明,沖擊力時程曲線可劃分為振蕩階段、穩定階段、衰減階段3個階段。試件經歷彈性變形、彈塑性變形、極限狀態3個階段,變形主要集中在沖擊處及兩端處很小范圍內。在高溫下因為混凝土以及鋼材材料性能劣化,隨著受火時間延長,構件的彎曲程度和塑性區長度將增大,最大沖擊力則減小;同時隨受火時間延長,鋼管混凝柱的抗彎剛度減小。隨沖擊能量的增大,最大沖擊力將增大。相比鋼管混凝土短柱,鋼管混凝土梁的動態承載力增大系數要小。此外,鋼材屈服強度對構件抗沖擊能力影響較為顯著,混凝土強度變化的影響則相對較小。增大鋼管壁厚可顯著減小跨中撓度,同時也是改善鋼管混凝土側向沖擊性能的最有效方式之一,鋼管混凝土具有較好的抵抗側向撞擊的能力。
當前研究也有一些不完善的地方,比如所進行的都是軸向中心沖擊,沒有偏心沖擊的研究,而后者在現實生活中是常見的。因為沒有統一的標準以及研究的實際情況不同,各學者分析時采用的指標不一樣,有的用屈服強度研究,有的用極限強度,同時在屈服強度、極限強度等取值上采用的方式也不同,這對研究結果會產生影響。部分有代表性的取值如表1,2所示。
另外,各因素的影響多屬于定性研究,尚未形成科學的定量關系。沖擊荷載下動態承載力增大系數、撓度等關鍵指標雖然有學者提出計算公式,但是理論與實際方面均存在不足,應用范圍也有很大限制,需要進一步完善。動態強度公式及其與實際值的符合情況統計如表3所示。
張智成[53]采用6根鋼管混凝土和16根鋼管再生骨料混凝土構件,對鋼管再生骨料混凝土構件的抗沖擊性能進行了研究,其試驗主要涉及再生骨料混凝土粗骨料取代率、軸壓荷載、落錘高度等影響因素。結果表明,在受到側向沖擊荷載作用下,鋼管再生骨料混凝土具有良好的塑性變形能力,軸向壓力和側向沖擊荷載有耦合效應,再生骨料混凝土粗骨料取代率、落錘高度和軸向荷載對試件抗沖擊承載力的影響總體不明顯。3鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能的推測再生骨料混凝土與普通混凝土的顯著差別在于再生骨料表面包有一層老砂漿,表面粗糙,棱角多,同時骨料含有微裂紋,隨機性變異大,造成其與普通混凝土性能的差異。雖然目前研究較少,但是通過對鋼管混凝土抗沖擊性能的研究和再生骨料混凝土靜態和動態的相關研究,可以對鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能進行合理推測。
3.1軸向沖擊性能
在軸向沖擊方面,李杰等[55]所概括的普通混凝土應變率效應的因素同樣對于再生骨料混凝土有作用。因此,高應變率下鋼管再生骨料混凝土強度會有所提升,隨著應變率的增大,強度提高。提高再生骨料混凝土強度,增加鋼管壁厚和鋼管強度均能提高鋼管再生骨料混凝土抗沖擊強度,其中在一定范圍內增加鋼管壁厚能顯著增加約束效應,故其對抗沖擊強度的提高作用相比其他幾種方式更有效,但是鋼管壁厚超過一定范圍后增加幅度就相對降低。
再生骨料混凝土相比普通混凝土材料性能稍差,所以鋼管再生骨料混凝土的性能應該比鋼管普通混凝土要低,但是由于鋼管和混凝同承受外力,其間還有鋼管對混凝土的約束,所以混凝土對承載力貢獻的比重有所降低,影響有所削弱,故鋼管再生骨料混凝土相對鋼管普通混凝土的強度差異要小于再生骨料混凝土相對普通混凝土的強度差異。陳杰[56]認為鋼管再生骨料混凝土相對鋼管普通混凝土的抗壓強度降幅在10%以內,邱昌龍[57]則發現強度降幅在5%以內,王玉銀等[58]的統計結果表明抗壓強度變化幅度在-14.3%~9%范圍。Hansen[59]統計得到再生骨料混凝土較普通混凝土抗壓強度降低幅度在5%~40%之間。在沖擊荷載作用下,裂縫來不及發展,因此再生骨料的2層界面及微裂縫等不利因素對抗壓強度的影響進一步減小,這種現象在高應變率下將更為明顯,所以鋼管再生骨料混凝土抗軸向沖擊的能力與鋼管混凝土的差異會很小,鋼管再生骨料混凝土將具有良好的抗沖擊性能。
在高溫下由于核心混凝土材料劣化,將導致再生骨料混凝土自身多界面、多裂紋等差異的影響變得不那么顯著。劉軼翔等[60]的研究表明,由于再生骨料混凝土的比熱容高于普通混凝土,導熱系數低于普通混凝土,所以再生骨料混凝土的升溫慢于普通混凝土,具有更強的耐熱性能。因此,高溫下鋼管再生骨料混凝土軸向抗沖擊性能應該不會顯著低于鋼管普通混凝土,甚至可能會更好。
3.2側向沖擊性能
由于再生骨料混凝土性能劣于普通混凝土,所以鋼管再生骨料混凝土側向沖擊能力可能會劣于鋼管再生骨料混凝土,但從文獻[53]的落錘試驗可以看出,核心混凝土除了跨中和兩端支座混凝土有明顯局部損傷外,其余區域混凝土并沒有明顯損傷。梁跨中下方有大范圍拉裂縫,一些情況下鋼管會發生斷裂,大多數側向沖擊的研究均是這一破壞形態[2324]。這表明沖擊荷載作用下外鋼管要承受相當一部分力而很大區域的混凝土并沒有對承載能力做出較大貢獻,同時破壞嚴重區域的混凝土有一部分承受拉力,而且出現裂縫退出工作,并沒有充分發揮其承載力。因此,核心混凝土對承載能力的貢獻有限,使內置再生骨料混凝土還是普通混凝土引起的構件強度差別不大。文獻[38]的研究表明混凝土強度變化對鋼管混凝土側向沖擊性能的影響較小也證明了這一點。雖然再生骨料混凝土多了集料與老砂漿界面這一薄弱層,但是沖擊速度較快的情況下很多裂縫沒有足夠時間很好地發展,而主裂縫因為高速沖擊有沿著較短路徑發展而不是沿著界面破壞的傾向,所以再生骨料混凝土與普通混凝土間的差異被進一步縮小。因此,可能會有粗骨料取代率對鋼管再生骨料混凝土抗側向沖擊承載力的影響總體不明顯這一結論,文獻[53]的試驗結果符合這一點。
按照鋼管普通混凝土的相關研究結論可以推知,由于鋼管對承載能力有較大貢獻,所以增加鋼管強度和鋼管壁厚可以有效提高鋼管再生骨料混凝土抗側向沖擊的能力,增加兩端約束也可以一定程度上提高抗側向沖擊的能力。受到高溫作用后鋼管再生骨料混凝土的強度將降低,相比鋼管再生骨料混凝土短柱,梁的動態承載力增大系數要小。綜合以上分析可以認為鋼管再生骨料混凝土與鋼管普通混凝土在抵抗側向沖擊方面無太大差異,具有良好的抗側向沖擊性能。4結語
(1)鋼管再生骨料混凝土是有效運用再生骨料混凝土這一經濟、環保材料的重要方式,具有廣闊的應用前景。建筑結構面臨著汽車撞擊、恐怖襲擊等日益增多的沖擊問題,對鋼管再生骨料混凝土進行抗沖擊研究具有重要的工程意義。
(2)對于鋼管混凝土抗沖擊性能已經有大量研究,本文按照應變率由低到高分別對鋼管混凝土軸向沖擊以及側向沖擊進行了綜述,列舉了鋼管混凝土在應變率、高溫、約束系數、材料強度、沖擊能量和外包約束等不同因素影響下沖擊性能方面的研究結論,并列舉出當前研究的不足。
(3)對鋼管再生骨料混凝土受沖擊的研究很少,本文基于鋼管混凝土抗沖擊的研究以及再生骨料混凝土的相關性能,從軸向和縱向2個角度出發推測了鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能,得出了鋼管再生骨料混凝土具有良好的抗沖擊性能,適用于工程實踐的結論,但是尚需要試驗研究的跟進用以驗證理論的正確性,彌補理論推導的不足。
(4)鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能方面需要進行大量的研究,其研究工作大體與鋼管普通混凝土類似。不同的是,在既定的研究下應該考慮骨料取代率、骨料來源和水灰比等再生骨料混凝土的相關屬性,了解其影響并通過調整這些屬性來改善鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能。
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鋼骨混凝土范文6
論文摘要:隨著交通量的迅猛增長和車輛的重型化,原有橋梁承載力明顯不足;各種病害影響發生強度、剛度降低;采取粘FRP的方法對鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁進行加固取得較好的效果。
引言
各種鋼筋混凝土和預應力混凝土橋梁結構在我國公路建設中被大量采用。近年來,隨著交通量的迅猛增長和車輛的重型化,許多原設計標準較低的橋梁承載力明顯不足;一些橋梁受各種病害影響發生強度、剛度降低;還有許多立交橋的梁跨結構被超高車撞壞,混凝土大塊脫落,主筋被撞彎甚至折斷,嚴重威脅運營安全。當梁的結構構件不能提供足夠的強度和使用性能時,必須進行加固。根據實際情況,可選用不同加固方法,如預應力加固、噴射混凝土加固、聚合物浸漬加固、粘鋼加固、粘FRP板加固等。其中粘鋼加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工場地小等優點,因而得到廣泛的應用。
一、加大截面加固法
加大截面加固法、顧名思義,是采用同種材料——鋼筋混凝土,來增大原混結構截面面積,達到提高結構承載力的目的?;疽笫牵涸Y構結合面基層應堅實,表面應粗糙、清潔,新澆混凝土收縮小,粘結性能好。在梁底分段剝開縱向鋼筋的保護層,焊上短鋼筋后再焊上新增受力鋼筋,新加受力鋼筋與原受力鋼筋比較靠近,通過焊接短筋進行連接,短筋直徑應不小于5d,間距不大于500mm。
混凝土梁底面暴露出主筋工作量大,施工操作復雜,且對原梁有一不定期的損傷?,F場濕作業工作量大,養護期長,對生產和生活有一定的影響,截面增大對結構外觀及房屋凈空也有一定的影響。該法施工工藝簡單,適應性強,并具有成熟的設計和施工經驗;適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土的加固;但現場施工的濕作業時間長,對生產生活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
二、預應力加固法
預應力加固法是采用外加預應力鋼拉桿多結構構件或整體進行加固的方法,特點是通過預應力手段強迫后加部分——拉桿或撐桿受力,改變原結構內力分布并降低原結構應力水平,致使一般加固結構中所特有的應力滯后現象得以完全消除。因此,后加部分與原結構能更好的共同工作,結構的總體承載力可顯著的提高。預應力加固法具有加固、卸載、改變結構內力的三重效果。適用于大跨結構加固,以及采用一般方法無法加固或加固效果很不理想的較高應力狀態下的加固,施工設備簡單,可有效的提高梁的抗彎剛度,缺點是減小建筑凈空、影響建筑外立面,影響上層樓蓋結構或屋面防水構造。
三、粘鋼加固法
粘鋼加固法是在混凝土構件表面用特制的建筑結構膠粘貼鋼板,以提高承載力的一種加固法?;炷两Y構加固用膠、強度高,粘結力強,耐老化,彈性模量高,線膨脹系數小,具有一定的彈性,膠本身強度及其粘結強度總是大于混凝土的強度。與其他加固方法相比,粘鋼加固技術有其獨特的優點,如不減小建筑凈空、不影響建筑外立面,不影響上層樓蓋結構或屋面防水構造,施工時對生產和冬小麥影響較小,無現場澆注混凝土的濕作業,施工設備簡單,可有效的提高梁的抗彎剛度,粘鋼加固后幾乎不增加結構自重,因此不會引起基礎等其它構件的連鎖加固。采用構件外部粘鋼加法,鋼板厚4mm,材質A3,粘結劑采用冶金建筑研究院的YJS結構膠,對于這類梁的加固是在梁底面粘貼鋼板,鋼板固定起初設計是用的射釘,但是由于鋼板較薄和混凝土強度低,所以射釘又無鋼質墊圈,錨固不力,而導致鋼板剝落,并且易造成鋼板翹曲。后來采用了木架板加對頭楔頂緊帶鋼,效果很好,既經濟又安全可靠。
采用粘鋼技術加固砼梁,技術可靠,工藝簡單,不增加結構自重,不會引起基礎等其他構件的連續加固,不影響建筑使用功能。施工靈活,不占獨立工期,做到了對建筑質量缺陷的處理,不影響施工進度。具有明顯的社會效益和經濟效益。
該法施工快速、現場無濕作業或僅有抹灰等少量濕作業,對生產和生活影響小,且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響,但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平;適用于承受靜力作用且處于正常濕度環境中的受彎或受拉構件的加固。
四、粘FRP板加固法
粘FRP板的施工工藝分以下幾個步驟:首先用噴砂機打磨混表面,去掉1-2mm表面疏松層;然后用噴氣機清除混凝土表面的混凝土碎裂屑;環氧樹脂和固化劑按一定的比例混合,然后均勻地涂于FRP板的板面和混凝土梁的表面上,粘貼時要趕出氣泡并壓平;粘貼后對粘貼面施加壓力,直到粘結劑養護完成。本文建議粘FRS板加固用的FRP板的厚度取為2—4m,且FRP板與加固的梁等長。從加固的效果出發,進行抗彎加固時,宜在梁的受拉面粘貼FRP板,進行抗剪加固時,宜在梁的底面和側面粘貼的FRP板以形成U型加固方案,提高試件的延性。為了保證加固梁的FRP板與混凝土在使用過程中粘結完好,還可在FRP的端部采用錨固加強措施。
FRP板直到破壞均表現出線彈性特征,其力學性能與加固纖維的種類和纖維的排列方向有關,因而可通過改變纖維的排列方向得到某一特定方向上最大的材料強度。粘FRP板進行抗彎加固和抗剪加固的效果均與FRP板纖維的布置方向有關。
由粘FRP的抗彎加固和抗剪加固的試驗研究可知:在對梁進行加固時,一般可同時提高梁的受彎承載力和受剪承載力,亦即抗彎加固和抗剪加固是相關聯的。在進行結構加固時,應針對結構的具體情況,重點進行某一方面的加固。
結束語
由于FRP板應力應變曲線沒有屈服平臺,存在脆性性能,因而加固梁 的延性問題被提出來了,但只要設計合理,粘FRP板加固梁的延性可以得到滿足。且粘FRP板加固對提高隨重復荷載的構件(如吊車梁)的正截面和斜截面疲勞強度效果都較好,尤其是對斜截面疲勞強度的提高效果更大。粘FRP板不僅可用于梁的加固,而且可用于樁和砌體的加固;還可用于新結構的設計。通過改進FRP板的材料性能和粘結劑的性能可進一步提高粘FRP板的加固效果。粘FRP板技術是一種有效的結構加固形式。