钢骨混凝土范例6篇

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钢骨混凝土范文1

[关键词]钢骨混凝土正截面承载力抗弯刚度裂缝宽度

中图分类号:TU528文献标识码: A 文章编号:

一、受弯承载力计算

采用对称配筋的钢骨混凝土梁,其受弯承载力的计算方法与钢骨混凝土柱正截面受弯承载力的计算方法基本相同,取轴力N=0即可,这类计算方法在其它文献中有介绍,在此不再累述。

在钢骨偏置在截面受拉区时,对充分利用钢材的受拉性能较为合理,但钢骨上翼缘与混凝土的界面之间存在较大剪应力,并可能引起相对滑移,导致钢骨与混凝土不能完全协同工作。接近破坏时,界面附近产生较大的纵向裂缝,混凝土压碎高度较大,延性较差。对于这类梁在钢骨上翼缘应设置足够数量的剪切连接件。试验表明,设置一定数量的剪切连接件后,钢骨与混凝土可以较好地协同工作,截面应变分布也基本符合平截面假定,破坏时钢骨上翼缘与混凝土的界面无明显纵向裂缝。下面讨论这种梁的正截面受弯承载力计算。

一、基本公式

达到受弯承戴力极限状态时,截面应力如图1所示。受压区混凝土等效矩形应力图的强度取为fc,受压区高度为x。

由平衡条件得:

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为钢骨截面形心至受压边缘的距离;hor为受拉钢筋面积形心至受压边缘的距离;Ar、A’r分别为受拉和受压钢筋的面积;ar、a’r分别为受拉,受压钢筋面积形心至受拉,受压边的距离。

与钢筋混凝土梁受弯相同,为使受压钢筋能达到其受压屈服强度f’r,应满足x≥2a’r。

为防止超筋破坏,使梁具有较好的塑性变形性能,对钢骨混凝土梁可按钢骨受拉翼缘先屈服,然后受压区混凝土再压碎的原则确定界限受压区高度Xb,即有:Xb=[0.8/(1+fs/0.0033Es)](h0-as)

式中fs为钢骨的抗拉设计强度,当满足x≤xb时,一般可认为受拉钢筋也达到其抗拉强度fr。

2、钢骨截面内力Ns,Ms的计算

钢骨在截面中为偏心受拉。记钢骨截面形心处的合力为Ns,Ms,并近似取Ns与Ms的相关关系为:

Ns/Nso+Ms/Mso=1

式中Nso,Mso为钢骨截面的轴心受拉和纯弯承载力。

运用以上式计算受弯承载力,需确定Ns,Ms值,下面对此进行分析;

①当中和轴高度Xn=hos时,中和轴经过钢骨截面的形心,因此钢骨的合力Ns=0,Ms=Mso,此时混凝土等效矩形应力图的受压区高度记为Xo,由等效矩形应力图受压区高度与中和轴高度的换算关系,有Xo=0.8hos。

②当Xn-a’/(1+fs/0.0033Es)时,钢骨全截面受拉达到屈服,Ns=Nso,Ms=0,相应等效矩形应力图的高度记为Xt,则有

Xt=[0.8/(1+fs/0.0033Es)]a’s

二、钢骨混凝土梁的刚度

根据试验研究,在使用阶段SRC梁截面平均应变分布基本符合平截面段定,钢骨部分与混凝土部分保持共同变形。由此可得SRC梁截面的平均曲率φ,钢骨截面的平均曲率φs和混凝土截面的平均曲率φrc之间关系

φ=φs=φrc

在弯矩作用下,由截面的曲率与弯矩关系,可将φ,φs和φrc表示为

φ=M/B,φs=Ms/Bc, φrc=Mrc/Brc

其中B,Bs,Brc分别为钢骨混凝土,钢骨和Rc截面刚度。

B= Brc+Bc+Bn

上式表明钢骨混凝土梁的刚度为RC偏压构件刚度Brc,钢骨偏拉构件刚度Bs及组合刚度Bn之和。由此可见钢骨混凝土梁的刚度大于RC梁刚度与钢骨梁刚度的简单叠加,增加了一个组合刚度,因此,钢度混凝土梁具有较大的刚度,当钢骨与RC截面形心重合时,组合刚度很小,此时钢骨混凝土梁的刚度可偏于安全地近似取RC梁与钢梁刚度的简单叠加。

三、钢骨混凝土梁的裂缝宽度

短期荷载下,钢骨混凝土梁的平均裂缝宽度可表示为:

ω=εrlcr

其中εr=Ms/EsIs(hor-hos)+Ns/EsAs

式中,lcr为平均裂缝间距,lcr=(3.7Ce+0.05d/)υ

其中Ce=0.5(Cr+Cs),Cr,Cs分别为钢筋和钢骨的保护层厚度;d为受拉钢筋直径;υ受拉钢筋表面特征系数;ρte为按有效受拉混凝土面积计算的受拉钢筋和钢骨受拉翼缘的配筋率,ρte=(Ar+0.5dbf)/0.5bh,bf为钢骨下翼缘的宽度。

四、配筋构造

钢骨混凝土梁中钢筋的有关构造要求可按混凝土结构设计规范采用,但纵筋的直径不小于12mm,且配置不超过两排。箍筋的直径不小于8mm,箍筋间距对设防裂度为6°和T结构不大于250mm,对设防裂度为8°和9°结构不大于200mm,且不大于梁高的1/2,面积配筋率ρsv不小于0.02fc/fyv。

钢筋混凝土梁中钢骨的保护层厚度宜采用100mm,且不小于50mm.

当梁与柱连接时,梁的钢骨与柱的钢骨应做成刚性连接.

以上介绍了钢骨混凝土梁正截面承载力,抗弯刚度和裂缝宽度的设计计算方法,仅供参考.

以上介绍了钢骨混凝土梁正截面承载力,抗弯刚度和裂缝宽度的设计计算方法,仅供参考.

参考文献

叶列平。钢骨混凝土柱的设计方法,建筑结构。

中华人民共和国国家标准,混凝土结构设计规范GBJ50010-2010

钢骨混凝土范文2

关键词:混凝土结构;抗震性;结构

中图分类号:TV331文献标识码: A

1前沿

随着我国超高层建筑业的迅猛发展,特别是最近10年里,我国兴建了很多带有SRC构件或结构的高层建筑,如北京香格里拉饭店,柱子均为钢骨混凝土柱;北京长富宫饭店,地下部分和地上两层均为SRC结构;上海瑞金大厦,1至9层为钢骨混凝土结构;国内最高的建筑上海金茂大厦采用钢-钢骨混凝土-钢筋混凝土混合结构,核心筒为钢筋混凝土结构,四边几根大柱为钢骨混凝土柱,角柱为钢柱[2]。尽管钢骨混凝土构件和结构在我国高层及超高层建筑中应用得越来越多,到目前为止,国内外对其研究的成果多集中于构件的强度、刚度研究,少量体系研究,并不系统完善,至今未形成一套完整的抗震设计理论和可供设计人员参考使用的抗震规范或规程,因此对这种结构和构件的抗震性能和设计方法的研究是一个急迫而有意义的课题。本文介绍了SRC结构及其特点,着重总结论述了SRC结构在抗震研究方面的发展现状,指出了其抗震研究中存在的主要问题及今后的研究方向。

2 钢骨混凝土结构的特点

(1)与钢筋混凝土结构相比,由于配置了钢骨,使构件的承载力大大提高,从而有效的减小了梁柱截面尺寸,尤其是抗剪承载力提高和延性加大,可显著改善抗震性能。此外,钢骨架本身具有一定承载能力,可以利用它承受施工阶段荷载,将模板悬挂在钢骨架上,省去支撑,有利于流水作业,缩短施工工期。

(2)钢骨混凝土构件的外包混凝土可以防止钢构件的局部屈曲,提高构件的整体刚度,显著改善钢构件出平面扭转屈曲性能,使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨混凝土结构,一般可比纯钢结构节约钢材达50%以上。

(3)外包混凝土增加了结构的耐久性和耐火性,钢骨混凝土结构比钢结构具有更大的刚度和阻尼,有利于控制结构的变形和振动。

3 钢骨混凝土结构抗震研究发展现状

3.1 钢骨混凝土构件试验研究

日本是对钢骨混凝土结构研究与应用较多的国家,到1985年,钢骨混凝土结构的建筑面积占建筑总面积的62.8%,10~15层高层建筑中钢骨混凝土结构的建筑物幢数占总数90%左右。钢骨混凝土结构在几次大地震中经受了考验,充分展示了它的优越抗震性能。日本早在上世纪二十年代就展开了针对SRC结构的研究,五十年代以后,促成了以累加强度为基础的SRC规范的产生。随着对SRC构件抗震性能了解的逐步深入,多次修订了SRC结构规范。1968年日本十胜冲近海地震后修改SRC结构规范要求停止使用缺乏配格构式型钢的SRC构件,并建议使用实腹式型钢[3]。

我国自20世纪70年代开始,对钢骨混凝土结构进行了一系列研究,西安建筑科技大学、中国建筑科学研究院、清华大学和东南大学等对钢骨混凝土结构进行了开拓性的研究工作,并取得了较多的研究成果。陆续开展了SRC柱和RC柱在单调及往复荷载试验、高强混凝土(SRHC)短柱抗震性能试验、异形截面钢骨混凝土柱和圆形截面钢骨混凝土柱的抗震性能试验、联肢钢骨剪力墙及钢骨混凝土核心筒的伪静力试验、钢骨混凝土剪力墙的抗震性能试验等。

其它国家针对SRC构件进行的研究主要SRC构件的循环往复荷载试验、SRC柱受弯-扭联合作用下的拟静力试验等。

3.2 钢骨混凝土框架节点试验研究

日本1952年即对SRC框架节点开展试验研究,提出了一种能够反映节点主要受力特征的滞回模型,其假定节点由四个单元模型构成,最后通过叠加每个单元模型的恢复力特征得到节点的滞回特征,理论结果与试验结果吻合较好。

我国西安建筑科技大学最早在1985年和1986年进行SRC节点的试验。随后的研究主要有,SRC节点低周荷载试验,SRHC柱与SHC梁框架边节点试验和SRHC框架节点低周荷载试验研究。在试验研究基础上,考虑了节点配箍率、含钢率和轴压比对节点延性、耗能和强度、刚度退化等影响。

3.3 钢骨混凝土结构试验研究

目前针对钢骨混凝土整体结构的动力试验研究还较少。陆续开展了SRC-RC柱-RC梁混合体系的弹塑性试验、RC柱-钢梁和SRC柱-钢梁低周往复试验、SRC框架振动台试验。

从实测的框架在各级荷载作用下的层间恢复力曲线可知,滞回曲线较为饱满,始终未出现类似RC结构中的捏拢、主筋粘结破坏及滑移等现象,证明了这种框架具有较大的延性和较强的耗能能力。

3.4 钢骨混凝土构件和结构非线性分析

组合梁柱构件的非线性分析模型多采用杆系模型。将杆中间设置为线弹性弹簧,两端采用非线性弹簧来模拟,构件的非线性变形完全集中于末端弹簧,通过合理选取末端弹簧的弯矩-曲率关系,该模型可以描述构件复杂的滞回关系。为了计算混合结构体系的弹塑性性能,非线性弹簧有基于空间屈服面模型,即P-MX-MY的形式、考虑钢骨与混凝土之间的粘结滑移形式、退化三线型模型M-恢复力模型、四折线型M-恢复力模型描述。

纤维模型是近年来流行的方法,直接将模型建立在分布截面的纤维上,直接从材料的本构关系出发得到结构的非线形性能,可以考虑轴力-双向弯矩之间的耦合作用。针对SRC结构而言,由于其由两种材料组成,它的非线性也就直接来源于钢和混凝土这两种材料的非线性和相互之间的粘结滑移。另一种方法是将SRC柱分为钢筋混凝土和钢骨两部分,其中的钢筋混凝土部分采用桁架-拱力学模型,钢骨部分沿其断面和长度进行细分,选取合适的混凝土、钢筋和钢骨的恢复力模型之后,将两部分分别得到的荷载-位移滞回曲线进行叠加用于钢骨混凝土柱的滞回曲线。

目前国内外在钢骨混凝土结构的非线性分析中广泛采用的是杆系模型和方法,包括静力弹塑性分析和动力弹塑性分析。SRC结构弹塑性分析中,梁柱构件多采用集中塑性铰模型、考虑轴力-弯矩耦合的三维空间模型等,铰模型本构多为简化的多线性模型。

4 结论与展望

我国是一个多地震国家,绝大多数为地震区,甚至位于高烈度区,而SRC结构抗震性能好,在强地震区推广使用这种结构体系有着非常重要的现实意义。

(1)随着SRC结构的日益增多,应搞清楚其在地震作用下的工作性能,由于成本以及试验条件等原因,目前针对SRC整体结构的试验研究还很少,且针对该类构件和结构的恢复力模型也多是借鉴了钢筋混凝土结构的恢复力模型。因此有必要研究该类构件和结构的恢复力模型,尤其是双向地震作用下结构和构件的恢复力模型。

(2)在结构体系方面,实际工程中往往要求部分采用SRC构件,部分采用RC土构件或钢构件的混合体系,这就必须了解这种混合体系的工作行为,解决好不同性质构件的连接过渡。目前仅有日本对其进行了报道,而我国对此项工作还没有完全展开,因此,开展SRC-RC以及SRC-钢混合结构过渡层和过渡连接的抗震性能试验和理论研究将具有较强的理论和工程实践意义。

(3)研究表明,SRC构件在承受80%极限荷载之后,钢骨和混凝土之间将产生较大的相对滑移,变形不能协调一致,因此有必要研究该类构件在地震荷载作用下的粘结滑移问题,并建立相应的粘结-滑移分析模型。

(4)在地震荷载作用下,节点的受力状态非常复杂,处于压弯剪扭复合受力状态,但目前对钢骨混凝土梁柱构件节点所进行的试验不够,应加强这一方面的研究。

参考文献:

[1] 刘大海, 杨翠如. 型钢、钢管混凝土高楼计算和构造[M ]. 北京中国建筑工业出版社, 2003.

钢骨混凝土范文3

关键词:钢骨混凝土柱钢骨截面形式钢骨含钢率

前言

所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公,住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房,汽车库,地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅,房屋高度89.1米,包括局部突出在内,建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室,房屋高度99.6米。包括局部突出在内,建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米,总建筑面积100010平方米。

因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值,为此设二道抗震缝将房屋分为三段,形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼;C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑;其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类,场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础,底板厚度1600mm(住宅部分)、1800mm(办公部分),持力层为强风化砂岩,地基承载力标准值400Kpa,压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级,设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。

1、结构布置特点

A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求(即住宅室内无柱角)及下部五层商场大空间的使用要求,采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构,在五~六层中间利用设备层做转换层,采用梁式转换,转换层设置标高为23米。高宽比为3.22,长宽比为4.13,转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。

1、房屋高度超限

A、B栋高层房屋高度为89.1米,超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。

2、采用双塔楼联体结构,质量、刚度分布不均匀,竖向不规则。

3、高位转换:

在五~六层之间利用设备层做转换层,标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。

4、由于住宅建筑平面的要求,局部存在二次转换。

5、由于商场使用功能的限制,A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少,且大都布置在商场后部,主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。

6、6~26层住宅部分在剪力墙局部开设角窗。

2、构造措施

经我院多次分析论证,认为其主要不利因素为:框支剪力墙结构在转换层以下,支撑框架与落地剪力墙并存,形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中,支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系,在高位转换时,由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变,易形成薄弱层,对抗震不利。同时,支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载,直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力,要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施:

1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱,钢筋混凝土梁混合结构(钢骨混凝土柱共48个)。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。

2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板,在塔楼高振型的影响下,承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力,受力十分复杂。同时,由于建筑使用功能的要求,在裙楼中部开设大洞以便设置电梯,对楼板削弱较大。针对这一不利因素,在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋,加大楼板厚度,增设斜筋的措施。

3、由于上部住宅为蝶形平面,在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第10.2.10条的规定:转换层上部的竖向抗侧力构件(墙、柱)宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂,框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时,应进行应力分析,按应力校核配筋,并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层,不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素,我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施,并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。

4、在住宅部分开设角窗,削弱了剪力墙结构体系的整体性,对其抗震性能带来了不利影响,改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素,我们决定从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。

3、计算结果分析

3.1、总体计算结果

1、计算软件:

采用中国建筑科学研究院的PKPM系列中的TAT(多层及高层建筑结构三维分析与设计软件),SATWE(多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件)两种不同程序分别进行对比计算,其总体计算结果接近。下面列出TAT、SATWE的计算结果。地震影响系数采用《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中的数值:多遇地震0.16,罕遇地震0.9,阻尼比取0.05

2、设计参数:

地震烈度8度;场地土类别Ⅱ类;抗震等级框架、剪力墙均为一级;楼层自由度数:每个塔楼每层3个自由度(两个平动,一个扭转);地震作用按侧刚分析模型考虑扭转耦连,用18个振型计算,固定端取在±0.000处。

3、结构基本周期:

SATWE结果:T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611

T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458

(仅列出前六个振型)

TAT结果:T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669

T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749

(仅列出前六个振型)

4、地震作用下的底层水平地震剪力系数:

SATWE结果:Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%

TAT结果:Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%

5、地震作用下按弹性方法计算的最大层间位移与层高比值:

SATWE结果:Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187

TAT结果:Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583

6、地震作用下按弹性方法计算的最大顶点位移与总高比值:

SATWE结果:Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649

TAT结果:Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373

7、结构振型曲线及时程分析的部分图形

3.2、计算结果分析

根据以上计算结果来看,两种计算结果接近。下面以SATWE程序为主进行分析:

1、自振周期在合理范围之内,结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.9,满足规范要求。

2、振型曲线光滑符合规律。

3、底层剪重比>3.2%,满足规范要求。

4、最大层间位移和顶点位移<1/1000,满足规范要求。从最大楼层位移曲线可以看出,五层以下较缓,而转换层以上较陡,说明底盘刚度比塔楼刚度小。

5、分析表明,时程分析的最大位移均不超过反应谱法计算的位移值,y向楼层剪力,X、Y向楼层弯矩均不超过反应谱法计算的楼层剪力及楼层弯矩,仅X向楼层剪力TAF-2波大于反应谱法,但三个波的平均值仍小于反映谱法楼层剪力。动力时程分析复核结果表明,不需要调整个楼层构件的内力和断面配筋。

3.3、局部计算及构造处理

1、框支梁:采用SATWE程序中的框支剪力墙有限元分析程序进行计算,并进行应力分析。同时,加强框支梁的配筋构造措施,为避免框支梁钢筋过密,在框支主梁的下部配筋区加设一根580mm高的钢梁。

2、角窗:整体计算时,角窗上部墙体按双悬臂梁进行计算。配筋设计时同时满足剪力墙连梁的要求。同时,加强角窗周围的暗柱及连梁的配筋,边墙剪力墙加墙垛,角窗部分楼板加斜筋。

3、钢骨柱的计算:首先,确定钢骨的截面形式,预定钢骨柱的钢骨含钢率,带入SATWE程序中进行整体计算,并根据计算结果调整含钢率。有关钢骨柱的构造及具体做法见下面的详细介绍。

4、钢骨混凝土结构设计前的准备工作

采用钢骨混凝土是解决超限问题的重大技术措施,也是本次设计的重要组成部分,在我省也是首次采用。在本次设计中,钢骨柱采用的是实腹式十字型钢,钢骨梁采用的是工字型钢。在钢骨混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下:

4.1、钢骨的含钢率:

关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率,目前没有统一的认识,但当钢骨含钢率小于2%时,可以采用钢筋混凝土构件,而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时,钢骨与混凝土不能有效地共同工作,混凝土的作用不能完全发挥,且混凝土浇注施工有困难。因此,在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97中将钢骨含钢率定为2%~15%。一般说来,较为合理的含钢率为5%~8%。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001中定为4%~10%。在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中,考虑到建设单位尽量节约钢材,节省资金的要求,经专家委员会认可,钢骨柱的含钢率确定为3.5%。

4.2、钢骨的宽厚比:

钢板的厚度不宜小于6mm,一般为翼缘板20mm以上,腹板16mm以上,但当钢板厚度大于36mm时,钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性,由于在焊缝附近常形成约束,焊接时容易引起层状撕裂,焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。

4.3、钢骨的混凝土保护层厚度:

根据规范规定,对钢骨柱,混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm,对钢骨梁则不宜小于100mm。

4.4、要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题。

5、钢骨的制作与构造措施

5.1、钢骨的制作

钢骨的制作必须采用机械加工,并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221的规定,钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书,质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈,焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量,型钢钢板的制孔,应采用工厂车床制孔,严禁现场用氧气切割开孔,在钢骨制作完成后,建设单位不可随意变更,以免引起孔位改变造成施工困难。

5.2、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求

钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验,大约只相当于光面钢筋粘结力的45%。因此,在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的,直至构件破坏。而在钢骨混凝土中,由于粘结滑移的存在,将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决,一是在构件上另设剪切连接件(栓钉),并按照计算确定其数量,即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担,称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响,同时在型钢的一定部位:如(1)柱脚及柱脚向上一层范围内;(2)与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处;(3)结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》GB10433的规定,栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径,间距不宜小于6倍栓钉直径,且不宜大于200mm。并采用特制的设钉枪进行焊接,焊接质量应满足规范要求。

5.3、钢骨的拼接

钢骨柱的长度应根据钢材的生产和运输长度限制及建筑物层高综合考虑,一般每三层为一根,其工地拼接接头宜设于框架梁顶面以上1~3m处。钢骨柱的工地拼接一般有三种形式:(1)全焊接连接;(2)全螺栓连接;(3)栓、焊混合连接。设计施工中多采用第三种形式,即钢骨柱翼缘采用全溶透的剖口对接焊缝连接,腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。中广大厦设计中的钢骨工地拼接采用第三种形式。

5.4、钢骨柱的柱脚构造

1、钢骨柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种,在抗震区宜采用埋入式柱脚,柱脚钢骨的混凝土最小保护层厚度为:中间柱:不得小于180mm,边柱和角柱:不得小于250mm。

2、钢骨柱埋入式柱脚的埋入深度不应小于3倍型钢柱截面高度,在注脚部位和柱脚向上一层的范围内,钢骨柱翼缘外侧设置栓钉,栓钉直径不小于Ø19,间距不大于200mm,且栓钉至翼缘板边缘的距离大于50mm。

3、在中广大厦的钢骨设计中,由于建筑物嵌固端取在±0.000米处,为保证地下一层汽车库的使用功能,经多次反复研究、讨论,最终确定了底层框架梁水平、垂直加腋,钢骨伸入框架柱内长度为1.5m,下部与钢筋混凝土柱柱心钢筋焊接。在施工过程中,施工单位提出,钢骨注脚放在半层柱上施工有困难,施工质量无法保证。后经施工单位、设计单位、制作单位及建设单位多次研究,决定在钢骨柱柱脚底部另设格构式支架,将支架一延伸至地下一层底板(支架必须保证拉力传递),比上述方法容易施工,加快了施工进度。经实践证明在今后的设计中若遇到同类问题,宜将钢骨直接伸入地下一层,这样即满足了埋入式柱脚的埋深问题,又取消了底层梁加腋的施工工序、支架的制作安装工序,节省了时间,施工质量较易保证。

5.5、钢骨柱的节点构造

框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位,设计时应保证传力明确,安全可靠,施工方便,节点核心区不允许有过大的变形。

在钢骨混凝土结构中,梁、柱节点包括以下几种形式:(1)钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接;(2)钢梁—钢骨混凝土柱的连接;(3)钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接。在中广大厦设计中我们遇到的是第三种情况。

规范规定,节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致,在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋,其构造应便于混凝土浇灌,并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道,梁中主筋不应穿过钢骨翼缘,也不得与柱中钢骨直接焊接,钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时,截面缺损率不宜超过腹板面积的25%。

根据规范要求,在中广大厦钢骨设计中,我们采用的方法是:在钢筋混凝土梁与钢骨柱连接的梁端,设置一段工字型钢梁(牛腿),钢梁的高度由钢筋混凝土梁高决定,一般为钢筋混凝土梁高的0.7倍以上,钢筋混凝土梁内钢筋的一部分与钢牛腿焊接或搭接,钢牛腿的长度应满足梁内钢筋内力传递要求。因钢骨柱主筋穿过钢牛腿翼缘,钢牛腿强度有所削弱,因此梁内钢筋焊接或搭接长度应从牛腿根部起算。在实际施工中,由于钢牛腿长度较长,运输有困难,钢牛腿的长度均取满足梁内主筋焊接长度要求。在钢牛腿的上、下翼缘上设置栓钉,栓钉的直径为Ø19,间距200mm,从框架梁梁端至钢梁(牛腿)端部以外2倍梁高范围内为框架梁端箍筋加密区,梁内主筋保证有不少于1/3主筋面积穿过钢骨连续配置。

为方便钢骨的工厂化制作,钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是:

(1)需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置;

(2)根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度;

(3)确定框架梁中每根钢筋的位置;

(4)根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置;

(5)钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定,一般比钢筋直径大4~6mm;

(6),钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。

5.6、钢骨的柱顶构造

根据规范规定,但结构下部采用钢骨混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱时,其间应设置过渡层。在本次设计中,过渡层设置在转换层中,柱顶加设一块25厚柱顶锚固板。但在实际施工过程中,转换大梁配筋较多,柱顶锚固板直接影响转换大梁钢筋的锚固,经多方研究,取消了柱顶锚固板,为转换大梁的顺利施工创造了条件。

6、经济比较

未采用钢骨混凝土柱前,框支柱截面尺寸为1300X1300mm,上部住宅为6~25层。采用钢骨混凝土柱后,框支柱截面尺寸为1100X1100mm,上部住宅为6~26层,框支柱截面面积减少了30%左右,住宅面积增加了1860平方米。

在整个建筑中,共使用型钢650吨,型钢的材料、制作、安装综合预算价约为6500元/吨,减去缩小柱截面及减少钢筋面积的费用后,增加费用257.63万元,柱截面缩小后商场部分增加使用面积115.2平方米,按20000元/平方米计算,增加收益230.4万元。增加住宅面积增加收益372万元(1860平方米,按2000元/平方米计算),变更后增加净收益352.77万元。

由此可以看出,采用钢骨混凝土结构既可满足设计要求,又能为建设单位增加经济效益,为在高层建筑设计中解决超限问题提供了可靠途经。是一种值得推广的良好的结构体系。

钢骨混凝土范文4

【关键词】:钢骨混凝土柱;钢骨混凝土梁;型钢混凝土组合结构;钢骨柱、梁定位

中图分类号;

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;

中图分类号:TU375 文献标识码: A 文章编号:

钢骨混凝土柱梁因其内有型钢,外包钢筋,梁柱节点构造复杂,钢骨柱梁制作安装精度要求高,与普通钢筋混凝土结构施工有所不同。本文就钢骨柱、梁的安装定位及钢骨混凝土柱、梁之钢筋、模板、混凝土的施工与大家共同分享。

一、钢骨混凝土柱、梁设计概况

某图书馆工程地下2层,地上8层,框架―核心筒结构,其钢骨柱由H型、十字型和H型与T型的组合柱三种类型组成,钢梁为H型钢梁。钢柱总长最大49.59米,钢柱的每米最大重量约420kg,钢梁的最大跨度25.2米,最大自重约7吨。

二、钢骨混凝土柱基础施工

钢骨柱基座预埋件埋设位置要求相当准确,精度要求高,土建施工时以保证钢柱安装的精度为前提,在土建施工中保证一次成活、一次成优,确保钢柱的吊装精度。在混凝土浇捣前,对每一预埋件进行检查,对基座预埋件埋设采用上下定位措施,定位前,专人弹线,定好位置后将角铁支架放入,必要时与结构钢筋电焊连接,浇混凝土专人监护,有移动马上校正。

混凝土浇捣完成后,应及时对基座预埋件埋设的标高和位置进行复测,如有误差应及时纠正,确保误差值小于设计规定的要求。

三、钢骨柱、梁的定位

(一)钢柱安装定位

1、预埋件水平度和钢柱定位线经校正确认无误后可进行钢柱安装。

2、首节钢骨的安装:安装前在每根钢骨基础上设置 4 组垫块,矫正时用垫块调整钢骨垂直度、标高,在两个方向的控制轴线上均布设一台经纬仪控制垂直度,并用水准仪控制标高。

3、上节钢骨的安装:钢骨吊装就位后, 用塔吊缆绳牵拉临时固定,并用两台经纬仪观测,辅以撬棍在接头缝隙处用钢楔塞垫。在钢骨接头处架设小型千斤顶在两个方向上对钢骨的垂直度进行微调。

3、每节钢柱垂直度的校正:用两台经纬仪,站在两个轴线方向校正。通过钢柱上的十字线或柱边,用钢楔子调整柱底脚板,从而进行垂直偏差、位移的测控。

4、钢柱定位后,将钢柱与钢板焊接牢固。采用两人对称施焊,以减少焊接变形和因残余应力引起的钢柱垂直度偏差。

(二)钢梁安装定位

1、钢梁吊装前,在梁底模铺垫木,使垫木上皮标高等于钢梁下皮标高,垫木间距经计算确定。

2、校正钢梁的底标高、垂直度、轴线和跨度,使其满足设计要求。

四、钢骨混凝土柱、梁施工程序

钢柱、梁制作并运至现场搭设钢柱稳固架子安装钢柱,校正并焊接固定搭设大梁排架及钢梁安装操作平台支大梁底模钢梁吊装就位、扶直、校正并焊接固定绑扎柱钢筋支柱模板浇筑柱混凝土至梁下50mm绑扎钢梁之上的梁面筋绑扎钢梁之上的梁底筋绑扎钢梁之下的梁面筋绑扎钢梁之下的梁底筋绑扎钢梁两侧腰筋焊接箍筋验收梁筋支梁侧模安装其他模板浇筑梁板混凝土养护。

五、钢骨混凝土柱、梁施工工艺

(二)钢骨混凝土柱、梁钢筋施工

钢骨混凝土柱梁因其内有型钢,外包钢筋,因此与普通结构的钢筋混凝土结构施工有所不同。钢骨混凝土柱、梁之钢筋工程的施工重在梁、柱节点的穿筋构造,在钢骨混凝土柱梁施工前首先需要对钢骨柱梁节点进行深化设计,深化设计采用Xsteel与AutoCAD相结合的方式,将柱梁节点交汇处所有柱筋、梁筋与钢骨的相对位置准确施放在图纸上,以保证钢骨上制孔标高、轴线的准确性。

(二)钢骨混凝土柱、梁模板施工

为了增强混凝土的表面感观质量,钢骨柱模板面板采用定型模板,柱模采用18mm厚覆膜胶合板配制,竖龙骨为50×100的木枋,矩形柱模板设计成四块。在竖龙骨外侧用[5#槽钢加工成可调柱箍加固。

梁模采用18mm厚覆膜胶合板,背枋和托枋均采用50×100木枋。梁板模板支撑架采用型钢桁架支撑。

1、原材料及配合比

(1)对于钢骨混凝土结构,由于钢筋与钢骨之间间隙较小,对混凝土浇筑的密实带来较大难度,须对混凝土配合比进行优化设计,并在搅拌站进行混凝土试配,保证混凝土浇筑过程中具有较好的流动性、良好的可泵性和保塑性。同时由于500*1300大梁属于大体积混凝土范畴,为防止施工裂缝的出现,在配合比设计中须考虑降低水泥水化热,减少单位体积水泥用量,降低温度应力,并采用低水灰比,提高混凝土的极限抗拉强度,延长混凝土凝结时间。

(2)水泥选用水化热较低的42.5矿渣水泥,减少混凝土温度裂缝的出现。

(3)严格控制碎石级配,采用0.5~2.5cm连续级配,含泥量≤0.5%,泥块含量≤0.2%,针片状颗粒含量≤5%;并满足泵送要求。

(4)细集料选用石英含量较高的圆形颗粒状优质天然河砂,细度模数为2.6~3.3,且含泥量≤2%,泥块含量≤0.5%,其他指标符合现行行业标准的有关规定。

(5)采用优质I级粉煤灰以改善混凝土的和易性,替代水泥用量降低水化热,减少收缩,提高抗裂性。使用前按国家标准规定,进行细度、烧失量和含水率检验,合格后方可使用。

(6)在混凝土中掺入适量UEA膨胀剂配制成补偿收缩混凝土,防止混凝土收缩产生的裂缝。

(7)采用高效减水剂,增强混凝土的粘聚性与和易性,减小用水量,其掺量根据施工要求,通过试验室试配确定。

(8)坍落度要求:为便于施工并保证混凝土施工质量,要求运输到现场的混凝坍落度为180~200mm,并根据浇筑时间对混凝土坍落度作出适当调整。

2、浇筑、振捣

钢骨混凝土结构内有型钢,且四周钢筋围绕,混凝土浇筑及振捣时死角较多,易造成混凝土不密实,混凝土浇筑拟采取以下措施:

(1)钢骨柱混凝土浇筑

柱混凝土浇筑过程中从型钢柱四周均匀下料,每根柱采用4根振捣棒振捣至顶。

对钢骨柱混凝土浇注的分层厚度控制在500mm以内,同时用标尺杆严格控制。由于型钢砼柱内的钢筋多,使用Φ30高频振捣棒,每层必振,振捣时间不得超过20s,待表面泛浆自平,气泡溢出即可,严禁过振。当上层混凝土振捣时振捣棒应插入下层混凝土50-100mm。

(2)钢骨梁混凝土浇筑

钢骨梁长度较长,最大跨度达25.2米,混凝土浇筑采用整体浇筑,由中部向两边扩展,确保模板支架施工过程中均衡受载。

对于高度大于1000mm的钢骨梁,混凝土浇筑采用斜向分层浇筑,振捣时间以混凝土面无气泡泛出为准,设专人监控。

钢骨梁混凝土先从钢梁一侧下料,用振动器在钢梁一侧振捣,将混凝土从钢梁底挤向另一侧,直到混凝土高度超过钢梁下翼缘板,然后改为双侧对称下料,对称振捣,当混凝土浇筑到上翼缘板时,再将混凝土从跨中下料,混凝土由跨中向两端延伸振捣,将混凝土内气泡赶向两端排出为止。

鉴于钢骨梁为大体积混凝土,因此在混凝土浇筑过程中采用预埋测温探头对混凝土进行温度监测,并相应采用一些温差控制措施,防止了温差裂缝的出现。

3、两种不同强度等级混凝土施工界面处理。

柱、梁混凝强度等级≥10Mpa时,先施工柱混凝土至梁施工缝,接着施工梁板混凝土,在交界处用双层钢丝网固定于定位支架上。

(四)支撑加固及模板拆除与养护

1、支撑加固

由于钢骨梁自重较大,除本层支撑系统应满足各类荷载要求外,还应对其下楼层相应的梁采取逐层加固措施。该工程拟采用分层卸荷的方法,从首层起在钢骨梁下的模板支撑均不拆除,以保证楼面结构安全。

2、模板拆除及养护

由于钢骨梁跨度较大,截面较高,故对拆模时间作出严格限制:底模从浇筑完毕起28天且强度达100%后方可拆除;侧模浇筑后7d开始拆卸固定梁外侧的螺栓,然后用撬棍略加撬动以脱离混凝土,浇水养护14d,每天4次,外侧模板起保温保湿作用,防止混凝土因收缩温差而裂缝。

参考文献:

(1)型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ138-2001)中国建筑工业出版社,2001。

(2)大体积混凝土施工规范(GB50496-2009),2009

(3)建筑施工计算手册-(第二版) ,中国建筑工业出版社,2007

钢骨混凝土范文5

关键词:抗冲击性能;钢管混凝土;动态力学性能;钢管再生骨料混凝土;落锤

中图分类号:TU398文献标志码: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

钢管混凝土是指在钢管内填充普通混凝土而制成的构件,钢管混凝土将钢材和混凝土优势互补,既能借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性,又因钢管的套箍约束使内部混凝土处于三向受压而提高了抗压强度,同时也提高了延性。钢管混凝土因其优越的力学性能和良好的抗震性能在高层和超高层建筑中被广泛应用。另外,人们将废弃的混凝土块经过破碎、清洗、分级后,按一定比例与级配混合,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,这就是再生骨料混凝土。然而再生骨料混凝土因为骨料表面附有旧砂浆,破碎过程容易导致微裂纹产生等使其性能与普通混凝土有所区别。为了更好地利用再生骨料混凝土,一些学者将再生骨料混凝土填入钢管构成钢管再生骨料混凝土,期望它能充分发挥两者的优势,获得更加优越的工作性能。

针对汽车撞击房屋结构、高架桥墩、轮船撞击桥墩和恐怖袭击等时有发生的冲击现象,为了更好地了解和推广钢管混凝土,学者对其抗冲击性能进行了应变率、高温、约束系数、材料强度、冲击能量、外包约束、边界条件和冲击部位等不同因素影响的研究[1],得到了一些重要结论。然而钢管再生骨料混凝土抗冲击性能的研究则相对较少,同时由于再生骨料混凝土力学性能的变异性,时常得到不一致的结论,使得需要进行大量试验研究才能获知钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能。

本文通过梳理相关文献,着重介绍和分析了近些年来钢管混凝土和钢管再生骨料混凝土的重要研究成果。按照钢管混凝土轴向冲击、侧向冲击顺序进行了综述和分析,并依据这些结论结合再生骨料混凝土的特性,对钢管再生骨料混凝土受冲击性能进行了推测。

1钢管混凝土受冲击性能

钢管混凝土所受冲击从不同的冲击方向可以分为轴向冲击和侧向冲击,其中轴向冲击从应变率水平由低到高常采用液压装置、落锤、霍普金森杆(SHPB)、轻气泡冲击等进行试验。

1.1轴向冲击

1.1.1液压试验系统

陈肇元等[2]采用42根具有不同配筋率以及长径比的钢管混凝土柱进行了静载和快速加载对比试验,并进行了爆炸曲线加载试验。结果表明,钢管混凝土柱有较好的延性,快速加载与静载无本质区别,但强度和刚度有所增加。

1.1.2落锤冲击

Prichard等[3]用落锤进行了钢管混凝土的冲击试验,发现相比素混凝土,钢管混凝土的承载力显著提高,随着加载速度以及钢管壁厚的增加,接触力都有提高;同时对破坏形式、冲击力、钢管表面应变与素混凝土柱、铝管和外包塑料管柱进行了比较分析。

李静[4]对16根钢管混凝土短柱进行落锤冲击试验,结果表明钢管壁厚对冲击荷载有一定影响。在钢管壁厚超过限值后,冲击承载力随着钢管壁厚增加而增大,但趋势逐渐减缓。李珠等[5]对16根钢管混凝土短柱进行了轴向冲击试验以及仿真分析,得到了与文献[4]一致的结论,试验结果还表明,纵向变形和冲击速度呈线性关系,径向变形和速度呈二次曲线关系,且试件上点的纵向应变大于其环向应变。

任够平等[6]对具有3种不同套箍系数的15根钢管混凝土短柱进行了轴向落锤冲击试验,结果表明随着冲击速度的增加变形增大,屈服后变形显著增大,属于延性破坏。同一冲击速度下,随套箍系数增加,试件的变形减小。郑秋[7]利用落锤对钢管壁厚分别为4 mm和6 mm的钢管混凝土短柱进行了轴向冲击试验和有限元分析,试验发现2种壁厚的钢管混凝土均以斜向剪切破坏为主。

沈亚丽等[89]采用落锤对2种壁厚的钢管混凝土和2种碳纤维层数的钢管约束混凝土短柱进行了不同高度的轴向冲击试验。发现外包碳纤维将改变钢管混凝土的破坏形态且能较好地改善其性能。

任晓虎等[10]利用落锤进行了高温后钢管混凝土短柱动态冲击试验研究,高温后钢管混凝土在冲击作用下产生了较大的压缩变形,延性有所下降,但仍能够保持很好的完整性,钢管混凝土在高温作用后有良好的抗冲击能力,试验中采用的最高温度等级为800 ℃。霍静思等[11]进行了更高温度等级的试验,在试验中发现,降低含钢率和延长受火时间将明显加剧试件的斜向剪切破坏程度,即使钢管处于塑性流动状态,强度很低,但是仍能给混凝土提供很好的约束,保证其截面完整性。对有抗火灾倒塌和抗冲击要求的结构需要合理的含钢率。

1.1.3霍普金森杆冲击

田志敏等[12]采用霍普金森杆进行了钢管超高强混凝土(RPC)在冲击荷载下的试验研究。结果表明,钢管RPC试件比无钢管约束的RPC承载能力大得多,且承载能力的提高一部分是因为钢管对混凝土的约束作用,当其他条件一定时随混凝土强度等级提高,钢管和混凝土复合构件的承载力将提高,随钢管壁厚的增加亦有类似现象。同时发现钢管和混凝土的轴向刚度比值是影响钢管超高强混凝土构件抗冲击荷载能力的控制因素。

Xiao等[13]采用分离式霍普金森杆进行高应变率下的钢管混凝土轴向冲击试验,结果表明,应变率越大,动态强度增大系数越大,钢管混凝土对应变率的敏感性不如普通混凝土。

郑秋等[14]利用分离式霍普金森杆进行了高温下钢管混凝土试件的抗冲击研究。按照文献[15]分析了高温下屈服强度变化,试验结果表明,随温度提高,试件的强度下降明显,但是仍然具有良好的变形能力和后期承载力,钢管混凝土在高温下仍具有优越性能。何远明等[16]以温度和冲击速度为主要试验参数进行了钢管混凝土抗冲击研究,相对于文献[14]的试验研究,试件尺寸更大且更与实际接近,最高温度升至800 ℃,研究发现常温和高温下钢管混凝土均有显著的应变率效应,而高温下钢管混凝土强度和耗能能力均受高温劣化影响显著。钢管混凝土进入塑性之后仍能保持良好的抗冲击能力。在文献[14]的试验基础上,Huo等[17]进一步进行了研究,发现高温下钢材与混凝土的冲击动态响应与常温下不同,且动力增大系数不如常温下的大。

Huo等[18]采用霍普金森杆进行了800 ℃高温下钢管混凝土的轴向冲击试验,试验发现:温度、冲击速度以及含钢率对钢管混凝土高温下受冲击性能有显著的影响,但在参数范围内高温、长径比、含钢率的变化并不会引起破坏模式的改变;高温下内填普通混凝土的钢管混凝土比内填微型混凝土的钢管混凝土有更优越的抗冲击性能。

霍静思等[19]采用霍普金森杆进行了高温后钢管混凝土多次冲击后的性能研究,结果表明,钢管混凝土的耗能能力随温度升高有所增加,高温后钢管混凝土具有良好的耗能能力。常温和高温下多次冲击后钢管混凝土强度降低幅度并不显著,钢管混凝土可以用于有抗火灾倒塌与高温抗爆和抗冲击要求的结构。

1.1.4轻气泡冲击

张望喜等[20]等利用57轻气泡试验装置进行了钢管混凝土柱的冲击试验,结果表明,冲击速度越大残余变形越大,外包碳纤维能改善试件的抗冲击性能,钢管混凝土在如此高应变率的冲击行为下仍有较好的性能。

Xiao等[21]采用轻气泡以外包约束和冲击速度为试验参数研究了钢管混凝土与约束钢管混凝土的性能,结果表明提供的侧向约束能有效改善钢管混凝土的抗冲击性能。单建华[22]采用霍普金森杆进行了钢管混凝土和素混凝土抗冲击性能的对比,结果表明,钢管混凝土受力之后形状保持良好,属于塑性破坏;同时采用一级轻气泡进行了钢管混凝土和约束钢管混凝土的冲击试验,并结合有限元软件探索了钢管壁厚以及外包碳纤维的增加对抗冲击性能的影响。

1.2侧向冲击

在钢管混凝土抗侧向冲击方面,一般是采用落锤试验和有限元模拟分析来进行研究。

贾电波[23]进行了钢管混凝土抗侧向冲击的研究,结果表明,试件破坏过程属于塑性破坏,经历弹性变形、弹塑性变形、极限状态3个阶段,变形主要集中在冲击处很小范围内,这个范围外的钢管混凝土试件变形基本呈直线。钢管混凝土具有较好的抵抗侧向冲击的能力。试验结果还表明,混凝土强度越高,试件受到的约束越强,耐冲性能就越好,其中提高含钢率是提高冲击性能的最佳方式。

王蕊等[24]对3种不同套箍系数的两端简支钢管混凝土梁侧向冲击荷载作用下的动力响应进行了试验,结果表明,冲击力时程曲线可划分为振荡阶段、稳定阶段和衰减阶段3个阶段,文献[23]也有这一结论。同时试验结果表明,套箍系数对冲击力的影响要比对挠度的影响小得多。Wang等[25]对约束系数分别为1.23和0.44的钢管混凝土试件进行了落锤冲击和仿真模拟,结果表明,约束系数为1.23的试件呈延性破坏且冲击力时程曲线有峰值阶段、平台值阶段和卸载阶段,而约束系数为0.44的试件呈脆性破坏且不出现平台值阶段。

王蕊等[24]通过理论分析建立了局部变形和整体变形的关系,并推导出低速冲击下整体变形的计算公式,结果吻合良好。涂劲松等[26]通过落锤以及仿真模拟对钢管混凝土跨中挠度进行了分析,得出了跨中挠度与冲击能量及约束效应系数间的关系,并通过回归分析得出了挠度的近似计算公式。任够平等[27]采用落锤试验与有限元模拟对钢管混凝土柱侧向冲击作用下的横向挠度和挠度曲线进行了研究,并分析了测得的跨中最终挠度随套箍系数、约束类型及冲击能量变化的变化规律。

李珠等[28]对固简支的8根钢管混凝土构件进行了落锤侧向冲击试验研究,结果表明,钢管壁厚大的试件冲击力峰值和平台值均较大,破坏所需临界能量也较大,这是因为弯曲、拉伸和剪切的联合作用破坏开始于跨中底部以及固支端顶部。王瑞峰[29]采用落锤对两端固支、两端铰支和一端固支、一端铰支3种不同约束情况下的冲击性能展开了研究,结果表明,钢管混凝土构件有较好的延性,抗冲击性能良好,且约束越强,耐冲性能越好。

Bambach等[30]进行了方空心钢管梁和方钢管混凝土梁2种试件完全固支低速高质量下的冲击对比研究;同时还做了静力荷载与动力冲击的对比分析,发现由于内置混凝土能够很大程度减小局部变形,钢管混凝土梁能够承受更大的荷载,文献[31]也有类似结论。文献[30]按照弹塑性理论建立了空心钢管梁和钢管混凝土梁力位移与能量吸收等关系,在试验基础上提出了空心钢管梁以及钢管混凝土梁受横向冲击的设计公式。

Bambach等[32]还进行了与文献[30]类似的试验,研究了轴向力、转动约束、轴向约束、钢管材料性能和混凝土填充等因素对吸收能量的影响,进一步提出了设计方法。结果表明,内置的混凝土对钢管混凝土吸收能量的能力提升基本没有什么帮助,但是外钢管以及两端的约束对耗能能力有很大帮助,提供轴向约束会引起薄膜张力作用,是提高耗能能力的最显著方式。Remennikov等[33]进行了钢管混凝土、钢管硬质聚氨酯泡沫和空心钢管在落锤横向冲击下的试验。结果表明,钢管混凝土抗冲击性能和耗能能力最好,钢管硬质聚氨酯泡沫次之,硬质聚氨酯泡沫可以作为钢管内的填充物,构成组合结构用以提高构件耗能能力。

在实际情况中,当柱受到撞击时,柱两端是受轴力作用的。王蕊[34]在钢管混凝土受侧向冲击时考虑了轴力的影响,结果表明,钢管壁厚为1.7 mm的构件跨中挠度会在轴压力作用下变小,而钢管壁厚为3.5 mm和4.5 mm的构件跨中挠度都会增大,并且当钢管壁厚为3.5 mm的构件轴压力为0.3 N0(N0为钢管再生骨料混凝土轴心受压短柱的承载力设计值)时,出现了瞬间失稳的现象,文献[35]获得了相一致的结论。Yousuf等[36]通过试验和有限元分析进行了预压轴力和横向静力荷载综合作用下空心钢管柱及钢管混凝土柱的冲击性能研究,讨论了低碳钢以及不锈钢2种材料的影响,并且得出了不锈钢试件比低碳钢试件具有更高的强度及耗能能力的结论。

任晓虎等[37]利用落锤冲击试验机和高温试验炉研究了冲击能量和受火时间对钢管混凝土梁抗冲击性能的影响。结果表明,随着受火时间的延长,构件的弯曲程度和塑性区长度将增大,最大冲击力减小,抗弯刚度减小。随冲击能量的增大,最大冲击力将增大,构件的弯曲程度和塑性区长度减小。相比钢管混凝土短柱,钢管混凝土梁的动态承载力增大系数要小,在火灾高温之后仍有良好的抗冲击性能。此外还发现钢管混凝土梁通过弯曲变形耗散了大部分冲击能量,这与文献[23]的结论一致。

侯川川等[38]建立有限元模型进行分析,发现钢材屈服强度对构件抗冲击能力影响较为显著,但是对混凝土强度变化的影响则相对较小。章琪等[39]通过有限元分析研究了钢管混凝土跨中遭受侧向冲击后受压承载力的变化,发现冲击后受压试件的性能将会降低,将提前进入屈服阶段,屈服强度降低,屈服应变减小,延性有很大程度降低。试验中发现,约束效应系数对钢管混凝土柱抗冲击性能起主要影响作用。

章琪等[40]采用ABAQUS软件分析了不同截面的钢管混凝土抗冲击性能,发现对于外径相同的实心钢管混凝土,增大钢管壁厚可显著减小跨中挠度。在一定范围内若适当减少核心混凝土,以空心钢管代替,能够提高构件的抗冲击性能。相同混凝土用量和钢材用量时实心钢管混凝土抗冲击性能最好,内插双H型钢钢管混凝土次之,空心钢管混凝土较差。王洪欣等[41]进行了空心钢管受侧向冲击的研究,结果表明,随空心率变大,挠度变大。于璐等[4244]采用ABAQUS对不同约束情况下的十字形钢管混凝土柱、不同长细比的T形钢管混凝土柱,以及L形钢骨混凝土异形柱的冲击性能进行了研究。

另外,还有不少学者对钢管混凝土的侧向冲击进行了其他方面的研究,瞿海雁等[4547]通过分析构件支座和跨中塑性铰形成的特征,提出了钢管混凝土侧向冲击时的简化分析模型,有效估算了跨中和支座的动态截面极限弯矩和跨中截面最大挠度,并采用模型和试验数据结合的方式进行了一系列侧向冲击下的研究。余敏等[48]采用有限元方法首先对钢管混凝土柱侧向落锤结果进行模拟和验证,然后进行了实心钢管混凝土柱和空心钢管混凝土柱侧向遭受汽车撞击的研究,陈忱等[49]通过仿真分析考察了不同FRP种类、包裹层数、包裹形式以及钢管壁厚等情形下钢管混凝土的抗冲击特性。鞠翱天等[50]采用有限元模拟软件分析了钢管混凝土铁路桥限高防护架在汽车碰撞作用下的动力响应。Han等[51]采用落锤及仿真模拟对钢管高强混凝土横向冲击性能进行了研究,并对静力荷载和冲击作用下的受力状态、内力分布、受弯承载力进行了比较分析。Deng等[52]进行了9个简支钢管混凝土试件、2个后张拉钢管混凝土以及1个纤维增强钢管混凝土的冲击试验,结果表明,后张拉钢管混凝土以及纤维增强钢管混凝土的受冲击性能比普通钢管混凝土要优越。

总之,学者对钢管混凝土抗冲击方面进行了充分的研究,获得了很多较为一致的结论。在轴向方面,动态荷载下钢管混凝土构件承载能力有所提高,并在一定范围内随冲击速度增加而提高;随钢管壁厚增加以及混凝土强度提高,钢管混凝土构件承载能力有所提高,钢管壁厚超过一定范围时承载能力提高幅度有所减小,试件一般呈斜向剪切破坏;高温下随温度升高钢管混凝土承载能力有所下降,高温下钢管混凝土仍具有应变率效应以及良好的抗冲击性能;外包碳纤维可以改善钢管混凝土构件的抗冲击性能。

在侧向方面,一些研究结果均表明,冲击力时程曲线可划分为振荡阶段、稳定阶段、衰减阶段3个阶段。试件经历弹性变形、弹塑性变形、极限状态3个阶段,变形主要集中在冲击处及两端处很小范围内。在高温下因为混凝土以及钢材材料性能劣化,随着受火时间延长,构件的弯曲程度和塑性区长度将增大,最大冲击力则减小;同时随受火时间延长,钢管混凝柱的抗弯刚度减小。随冲击能量的增大,最大冲击力将增大。相比钢管混凝土短柱,钢管混凝土梁的动态承载力增大系数要小。此外,钢材屈服强度对构件抗冲击能力影响较为显著,混凝土强度变化的影响则相对较小。增大钢管壁厚可显著减小跨中挠度,同时也是改善钢管混凝土侧向冲击性能的最有效方式之一,钢管混凝土具有较好的抵抗侧向撞击的能力。

当前研究也有一些不完善的地方,比如所进行的都是轴向中心冲击,没有偏心冲击的研究,而后者在现实生活中是常见的。因为没有统一的标准以及研究的实际情况不同,各学者分析时采用的指标不一样,有的用屈服强度研究,有的用极限强度,同时在屈服强度、极限强度等取值上采用的方式也不同,这对研究结果会产生影响。部分有代表性的取值如表1,2所示。

另外,各因素的影响多属于定性研究,尚未形成科学的定量关系。冲击荷载下动态承载力增大系数、挠度等关键指标虽然有学者提出计算公式,但是理论与实际方面均存在不足,应用范围也有很大限制,需要进一步完善。动态强度公式及其与实际值的符合情况统计如表3所示。

张智成[53]采用6根钢管混凝土和16根钢管再生骨料混凝土构件,对钢管再生骨料混凝土构件的抗冲击性能进行了研究,其试验主要涉及再生骨料混凝土粗骨料取代率、轴压荷载、落锤高度等影响因素。结果表明,在受到侧向冲击荷载作用下,钢管再生骨料混凝土具有良好的塑性变形能力,轴向压力和侧向冲击荷载有耦合效应,再生骨料混凝土粗骨料取代率、落锤高度和轴向荷载对试件抗冲击承载力的影响总体不明显。3钢管再生骨料混凝土抗冲击性能的推测再生骨料混凝土与普通混凝土的显著差别在于再生骨料表面包有一层老砂浆,表面粗糙,棱角多,同时骨料含有微裂纹,随机性变异大,造成其与普通混凝土性能的差异。虽然目前研究较少,但是通过对钢管混凝土抗冲击性能的研究和再生骨料混凝土静态和动态的相关研究,可以对钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能进行合理推测。

3.1轴向冲击性能

在轴向冲击方面,李杰等[55]所概括的普通混凝土应变率效应的因素同样对于再生骨料混凝土有作用。因此,高应变率下钢管再生骨料混凝土强度会有所提升,随着应变率的增大,强度提高。提高再生骨料混凝土强度,增加钢管壁厚和钢管强度均能提高钢管再生骨料混凝土抗冲击强度,其中在一定范围内增加钢管壁厚能显著增加约束效应,故其对抗冲击强度的提高作用相比其他几种方式更有效,但是钢管壁厚超过一定范围后增加幅度就相对降低。

再生骨料混凝土相比普通混凝土材料性能稍差,所以钢管再生骨料混凝土的性能应该比钢管普通混凝土要低,但是由于钢管和混凝同承受外力,其间还有钢管对混凝土的约束,所以混凝土对承载力贡献的比重有所降低,影响有所削弱,故钢管再生骨料混凝土相对钢管普通混凝土的强度差异要小于再生骨料混凝土相对普通混凝土的强度差异。陈杰[56]认为钢管再生骨料混凝土相对钢管普通混凝土的抗压强度降幅在10%以内,邱昌龙[57]则发现强度降幅在5%以内,王玉银等[58]的统计结果表明抗压强度变化幅度在-14.3%~9%范围。Hansen[59]统计得到再生骨料混凝土较普通混凝土抗压强度降低幅度在5%~40%之间。在冲击荷载作用下,裂缝来不及发展,因此再生骨料的2层界面及微裂缝等不利因素对抗压强度的影响进一步减小,这种现象在高应变率下将更为明显,所以钢管再生骨料混凝土抗轴向冲击的能力与钢管混凝土的差异会很小,钢管再生骨料混凝土将具有良好的抗冲击性能。

在高温下由于核心混凝土材料劣化,将导致再生骨料混凝土自身多界面、多裂纹等差异的影响变得不那么显著。刘轶翔等[60]的研究表明,由于再生骨料混凝土的比热容高于普通混凝土,导热系数低于普通混凝土,所以再生骨料混凝土的升温慢于普通混凝土,具有更强的耐热性能。因此,高温下钢管再生骨料混凝土轴向抗冲击性能应该不会显著低于钢管普通混凝土,甚至可能会更好。

3.2侧向冲击性能

由于再生骨料混凝土性能劣于普通混凝土,所以钢管再生骨料混凝土侧向冲击能力可能会劣于钢管再生骨料混凝土,但从文献[53]的落锤试验可以看出,核心混凝土除了跨中和两端支座混凝土有明显局部损伤外,其余区域混凝土并没有明显损伤。梁跨中下方有大范围拉裂缝,一些情况下钢管会发生断裂,大多数侧向冲击的研究均是这一破坏形态[2324]。这表明冲击荷载作用下外钢管要承受相当一部分力而很大区域的混凝土并没有对承载能力做出较大贡献,同时破坏严重区域的混凝土有一部分承受拉力,而且出现裂缝退出工作,并没有充分发挥其承载力。因此,核心混凝土对承载能力的贡献有限,使内置再生骨料混凝土还是普通混凝土引起的构件强度差别不大。文献[38]的研究表明混凝土强度变化对钢管混凝土侧向冲击性能的影响较小也证明了这一点。虽然再生骨料混凝土多了集料与老砂浆界面这一薄弱层,但是冲击速度较快的情况下很多裂缝没有足够时间很好地发展,而主裂缝因为高速冲击有沿着较短路径发展而不是沿着界面破坏的倾向,所以再生骨料混凝土与普通混凝土间的差异被进一步缩小。因此,可能会有粗骨料取代率对钢管再生骨料混凝土抗侧向冲击承载力的影响总体不明显这一结论,文献[53]的试验结果符合这一点。

按照钢管普通混凝土的相关研究结论可以推知,由于钢管对承载能力有较大贡献,所以增加钢管强度和钢管壁厚可以有效提高钢管再生骨料混凝土抗侧向冲击的能力,增加两端约束也可以一定程度上提高抗侧向冲击的能力。受到高温作用后钢管再生骨料混凝土的强度将降低,相比钢管再生骨料混凝土短柱,梁的动态承载力增大系数要小。综合以上分析可以认为钢管再生骨料混凝土与钢管普通混凝土在抵抗侧向冲击方面无太大差异,具有良好的抗侧向冲击性能。4结语

(1)钢管再生骨料混凝土是有效运用再生骨料混凝土这一经济、环保材料的重要方式,具有广阔的应用前景。建筑结构面临着汽车撞击、恐怖袭击等日益增多的冲击问题,对钢管再生骨料混凝土进行抗冲击研究具有重要的工程意义。

(2)对于钢管混凝土抗冲击性能已经有大量研究,本文按照应变率由低到高分别对钢管混凝土轴向冲击以及侧向冲击进行了综述,列举了钢管混凝土在应变率、高温、约束系数、材料强度、冲击能量和外包约束等不同因素影响下冲击性能方面的研究结论,并列举出当前研究的不足。

(3)对钢管再生骨料混凝土受冲击的研究很少,本文基于钢管混凝土抗冲击的研究以及再生骨料混凝土的相关性能,从轴向和纵向2个角度出发推测了钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能,得出了钢管再生骨料混凝土具有良好的抗冲击性能,适用于工程实践的结论,但是尚需要试验研究的跟进用以验证理论的正确性,弥补理论推导的不足。

(4)钢管再生骨料混凝土抗冲击性能方面需要进行大量的研究,其研究工作大体与钢管普通混凝土类似。不同的是,在既定的研究下应该考虑骨料取代率、骨料来源和水灰比等再生骨料混凝土的相关属性,了解其影响并通过调整这些属性来改善钢管再生骨料混凝土的抗冲击性能。

参考文献:

References:

[1]卢锦钟.钢管混凝土构件冲击力学性能研究综述[J].房地产导刊,2013(10):108,54.

LU Jinzhong.Review of Impact Mechanical Properties of Concrete Filled Steel Tubular Members[J].Real Estate Biweekly,2013(10):108,54.

[2]陈肇元,罗家谦.钢筋混凝土轴压和偏压构件在静载和快速变形下的性能[R].北京:清华大学,1986.

CHEN Zhaoyuan,LUO Jiaqian.The Performance of Reinforced Concrete Axial Compression and Bias Compression Member Under Static Load and Rapid Deformation[R].Beijing:Tsinghua University,1986.

[3]PRICHARD S J,PERRY S H.The Impact Behaviour of Sleeved Concrete Cylinders[J].Structural Engineer,2000,78(17):2327.

[4]李静.钢管混凝土短柱轴向冲击的试验研究与仿真分析[D].太原:太原理工大学,2005.

LI Jing.Test Research and Simulation Analysis of Steel Tubeconfined Concrete Short Column Under Axial Impact[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2005.

[5]李珠,李宝成,李永刚,等.钢管混凝土短柱轴向冲击动力特性的探讨[J].太原理工大学学报,2006,37(4):383385.

LI Zhu,LI Baocheng,LI Yonggang,et al.The Research of the Dynamic Property of Steel Tubeconfined Concrete Short Column Under Axial Impact[J].Journal of Taiyuan University of Technology,2006,37(4):383385.

[6]任够平,李珠,王蕊.轴向冲击下钢管混凝土短柱的变形研究[C]//《工程力学》杂志社.第17届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册).北京:《工程力学》杂志社,2008:153156.

REN Gouping,LI Zhu,WANG Rui.Deformation Study of the Concrete Filled Steel Tubular Short Column Under Axial Impact[C]//Engineering Mechanics Periodical Office.Proceedings of the 17th National Conference on Structure Engineering (Vol Ⅲ).Beijing:Engineering Mechanics Periodical Office,2008:153156.

[7]郑秋.钢管混凝土短柱抗冲击性能试验研究及有限元分析[D].长沙:湖南大学,2008.

ZHENG Qiu.Experimental Research and Finite Element Analysis of Concrete Filled Steel Tube Short Columns Under Impact Load[D].Changsha:Hunan University,2008.

[8]沈亚丽.钢管及约束钢管混凝土短柱抗冲击性能研究[D].长沙:湖南大学,2010.

SHEN Yali.Research on Impact Resistant Behavior of Concrete Filled Steel Tube and Confined Concrete Filled Steel Tube Short Columns[D].Changsha:Hunan University,2010.

[9]XIAO Y,SHEN Y L.Impact Behaviors of CFT and CFRP Confined CFT Stub Columns[J].Journal of Composites for Construction,2012,16(6):662670.

[10]任晓虎,霍静思,陈柏生.高温后钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究[J].振动与冲击,2011,30(11):6773,84.

REN Xiaohu,HUO Jingsi,CHEN Baisheng.Dynamic Behaviors of Concretefilled Steel Tubular Stub Columns After Exposure to High Temperature[J].Journal of Vibration and Shock,2011,30(11):6773,84.

[11]霍静思,任晓虎,肖岩.标准火灾作用下钢管混凝土短柱落锤动态冲击试验研究[J].土木工程学报,2012,45(4):920.

HUO Jingsi,REN Xiaohu,XIAO Yan.Impact Behavior of Concretefilled Steel Tubular Stub Columns Under ISO834 Standard Fire[J].China Civil Engineering Journal,2012,45(4):920.

[12]田志敏,吴平安.冲击荷载作用下钢管超高强混凝土(简称钢管RPC) 轴压构件的性能[C]//《工程力学》杂志社.第17届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册).北京:《工程力学》杂志社,2008:170177.

TIAN Zhimin,WU Pingan.Dynamic Response of RPCfilled Steel Tubular Columns with High Load Carrying Capacity Under Axial Impact Loading[C]//Engineering Mechanics Periodical Office.Proceedings of the 17th National Conference on Structure Engineering (Vol Ⅲ).Beijing:Engineering Mechanics Periodical Office,2008:170177.

[13]XIAO Y,SHAN J,ZHENG Q,et al.Experimental Studies on Concrete Filled Steel Tubes Under High Strain Rate Loading[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2009,21(10):569577.

[14]郑秋,霍静思,陈柏生,等.高温下钢管混凝土抗冲击承载力试验研究[J].哈尔滨工业大学学报,2007,39(增2):519522.

ZHENG Qiu,HUO Jingsi,CHEN Baisheng,et al.Experimental Research on Impactresistant Capacity of Concrete Filled Steel Tube Under High Temperature[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2007,39(S2):519522.

[15]吕彤光.高温下钢筋的强度和变形试验研究[D].北京:清华大学,1996.

LU Tongguang.Strength and Deformation Test Research of Steel Under High Temperature[D].Beijing:Tsinghua University,1996.

[16]何远明,霍静思,陈柏生.高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究[J].工程力学,2013,30(1):5258.

HE Yuanming,HUO Jingsi,CHEN Baisheng.Impact Tests on Dynamic Behavior of Concretefilled Steel Tube at Elevated Temperatures[J].Engineering Mechanics,2013,30(1):5258.

[17]HUO J S,ZHENG Q,CHEN B S,et al.Tests on Impact Behaviour of Microconcretefilled Steel Tubes at Elevated Temperatures Up to 400 ℃[J].Materials and Structures,2009,42(10):13251334.

[18]HUO J S,HE Y M,CHEN B S.Experimental Study on Impact Behaviour of Concretefilled Steel Tubes at Elevated Temperatures Up to 800 ℃[J].Materials and Structures,2014,47(1/2):263283.

[19]霍静思,何远明,肖莉平,等.高温后钢管混凝土抗多次冲击力学性能试验研究[J].湖南大学学报:自然科学版,2012,39(9):610,86.

HUO Jingsi,HE Yuanming,XIAO Liping,et al.Experimental Study on the Dynamic Behavior of Concretefilled Steel Tube After Exposure to High Temperatures Under Multiple Impact Loadings[J].Journal of Hunan University:Natural Sciences,2012,39(9):610,86.

[20]张望喜,单建华,陈荣,等.冲击荷载下钢管混凝土柱模型力学性能试验研究[J].振动与冲击,2006,25(5):96101,195.

ZHANG Wangxi,SHAN Jianhua,CHEN Rong,et al.Experimental Research on Mechanical Behavior of Concrete Filled Steel Tubes Model Under Impact Load[J].Journal of Vibration and Shock,2006,25(5):96101,195.

[21]XIAO Y,ZHANG W X,SHAN J H.Behavior of CFT and CCFT Columns Under Impact Loads[C]//HAN L H,RU J P,TAO Z.Proceedings of the Ninth International Symposium on Structural Engineering for Young Experts (Vol 1).Beijing:Science Press,2006:5661.

[22]单建华.钢管混凝土在冲击荷载作用下实验研究和有限元分析[D].长沙:湖南大学,2007.

SHAN Jianhua.Experimental Research and Finite Element Analysis of Concrete Filled Steel Tubes Under Impact Load[D].Changsha:Hunan University,2007.

[23]贾电波.钢管混凝土构件在侧向冲击载荷作用下的初步研究[D].太原:太原理工大学,2005.

JIA Dianbo.The Accidence Research of Steel Tubeconfined Concrete in the Lateral Impact[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2005.

[24]王蕊,李珠,任够平,等.侧向冲击载荷作用下钢管混凝土梁动力响应的实验和理论研究[J].工程力学,2008,25(6):7580,93.

WANG Rui,LI Zhu,REN Gouping,et al.Studies on Dynamic Response of Concrete Filled Steel Tube Under Lateral Impact Loading[J].Engineering Mechanics,2008,25(6):7580,93.

[25]WANG R,HAN L H,HOU C C.Behavior of Concrete Filled Steel Tubular (CFST) Members Under Lateral Impact:Experiment and FEA Model[J].Journal of Construction Steel Research,2013,80:188201.

[26]涂劲松,穆启华,李珠,等.钢管混凝土侧向冲击荷载下的变形分析及简化计算[J].太原理工大学学报,2007,38(2):156159.

TU JinSong,MU Qihua,LI Zhu,et al.Deformation Analysis and Simplifying Computation of Concretefilled Steel Tube Under Lateral Impact Load[J].Journal of Taiyuan University of Technology,2007,38(2):156159.

[27]任够平,李珠,王蕊.低速侧向冲击下钢管混凝土柱挠度研究[J].工程力学,2008,25(5):170175.

REN Gouping,LI Zhu,WANG Rui.The Deflection of Concrete Filled Steel Tubular Column Under Lateral Impact at Low Speed[J].Engineering Mechanics,2008,25(5):170175.

[28]李珠,王瑞峰.固简支钢管混凝土构件侧向冲击试验研究[J].工程力学,2008,25(增1):193197.

LI Zhu,WANG RuiFeng.Experimental Study of Fixedfreely Supported Concrete Filled Steel Tubular Under Lateral Impact Load[J].Engineering Mechanics,2008,25(S1):193197.

[29]王瑞峰.不同约束条件钢管混凝土构件的侧向冲击试验研究与数值分析[D].太原:太原理工大学,2008.

WANG RuiFeng.Test Research and Simulation Analysis of Steel Tubeconfined Concrete with Different Restrain Condition in the Lateral Impact[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2008.

[30]BAMBACH M R,JAMA H,ZHAO X L,et al.Hollow and Concrete Filled Steel Hollow Sections Under Transverse Impact Loads[J].Engineering Structures,2008,30(10):28592870.

[31]YOUSUF M,UY B,TAO Z,et al.Transverse Impact Resistance of Hollow and Concrete Filled Stainless Steel Columns[J].Journal of Constructional Steel Research,2013,82:177189.

[32]BAMBACH M R.Design of Hollow and Concrete Filled Steel and Stainless Steel Tubular Columns for Transverse Impact Loads[J].Thinwalled Structures,2011,49(10):12511260.

[33]REMENNIKOV A M,KONG S Y,UY B.Response of Foam and Concretefilled Square Steel Tubes Under Lowvelocity Impact Loading[J].Journal of Performance of Constructed Facilities,2011,25(5):373381.

[34]王蕊.钢管混凝土结构构件在侧向撞击下动力响应及其损伤破坏的研究[D].太原:太原理工大学,2008.

WANG Rui.Study on the Dynamic Response and Damage Failure of Concrete Filled Steel Tube Under Lateral Impact[D].Taiyuan:Taiyuan University of Technology,2008.

[35]AGHDAMY S,THAMBIRATNAM D P,DHANASEKAR M,et al.Lateral Impact Response and Parametric Studies of Axially Loaded Square Concrete Filled Steel Tube Columns[C]//TOPPING B V H,IVANYI P.Proceedings of the 14th International Conference on Civil,Structural and Environmental Engineering Computing.Cagliari:Civilcomp Press,2013:2027.

[36]YOUSUF M,UY B,TAO Z,et al.Impact Behaviour of Precompressed Hollow and Concrete Filled Mild and Stainless Steel Columns[J].Journal of Constructional Steel Research,2014,96:5468.

[37]任晓虎,霍静思,陈柏生.火灾下钢管混凝土梁落锤冲击试验研究[J].振动与冲击,2012,31(20):110115.

REN Xiaohu,HUO Jingsi,CHEN Baisheng.Antiimpact Behavior of Concretefilled Steel Tubular Beams in Fire[J].Journal of Vibration and Shock,2012,31(20):110115.

[38]侯川川,王蕊,韩林海.低速横向冲击下钢管混凝土构件的力学性能研究[J].工程力学,2012,29(增1):107110.

HOU Chuanchuan,WANG Rui,HAN Linhai.Performance of Concretefilled Steel Tubular (CFST) Members Under Low Velocity Transverse Impact[J].Engineering Mechanics,2012,29(S1):107110.

[39]章琪,蒋庆,陆新征.侧向冲击对钢管混凝土受压承载力影响研究[J].结构工程师,2013,29(3):5964.

ZHANG Qi,JIANG Qing,LU Xinzheng.Lateral Impact Effects on the Compressive Strength of Concrete Filled Steel Tubes[J].Structural Engineers,2013,29(3):5964.

[40]章琪,蒋庆,陆新征.不同截面钢管混凝土结构抗冲击性能比较[J].工程力学,2013,30(增):8993.

ZHANG Qi,JIANG Qing,LU parison of Impact Resistance of Different Concrete Filled Steel Tube Sections[J].Engineering Mechanics,2013,30(S):8993.

[41]王洪欣,查晓雄,叶福相.空心钢管混凝土构件抗侧向冲击性能研究[J].华中科技大学学报:自然科学版,2010,38(8):107110.

WANG Hongxin,ZHA Xiaoxiong,YE Fuxiang.Impact Resistance of Hollow Concrete Filledsteel Tubular Members Subjected to Lateral Impact Loading[J].Journal of Huazhong University of Science and Technology:Natural Science Edition,2010,38(8):107110.

[42]于璐,徐亚丰.十字形钢管混凝土芯柱在不同约束条件下侧向冲击作用的动力响应分析[J].工程力学,2012,29(增2):201204.

YU Lu,XU Yafeng.Dynamic Response Analysis of the Crossshaped Concretefilled Steel Tube Core Column with Different Boundary Restraints Under Lateral Impact[J].Engineering Mechanics,2012,29(S2):201204.

[43]蒋晶,徐亚丰.长细比对T形截面钢骨混凝土芯柱侧向冲击性能分析[C]//沈阳市科学技术协会.第十届沈阳科学学术年会论文集(信息科学与工程技术分册).北京:中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,2013:14.

JIANG Jing,XU Yafeng.Analysis of Slenderness Ratio on Performance of Tshaped Steel Reinforced Concrete Core Column Under Lateral Impact[C]//Shenyang Association for Science and Technology.Proceedings of the Tenth Annual Conference on Science and Technology in Shenyang (Information science and Engineering Technology).Beijing:China Academic Journals (CD Version) Electronic Magazine,2013:14.

[44]任林林,徐亚丰,张凤荣.L形钢骨混凝土异形柱在爆炸荷载作用下的抗爆性能分析[C]//沈阳市科学技术协会.第十届沈阳科学学术年会论文集(信息科学与工程技术分册).北京:中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,2013:1014.

REN Linlin,XU Yafeng,ZHANG Fengrong.Analysis of Blast Resistance of Lshaped Steel Reinforced Concrete Specialshaped Column Under Explosion Load[C]//Shenyang Association for Science and Technology.Proceedings of the Tenth Annual Conference on Science and Technology in Shenyang (Information science and Engineering Technology).Beijing:China Academic Journals (CD Version) Electronic Magazine,2013:1014.

[45]瞿海雁,李国强,孙建运,等.侧向冲击作用下钢管混凝土构件的简化分析模型[J].同济大学学报:自然科学版,2011,39(1):3541.

QU Haiyan,LI GuoQiang,SUN Jianyun,et al.Simplified Analysis Model of Circular Concretefilled Steel Tube Specimen Under Lateral Impact[J].Journal of Tongji University:Natural Science,2011,39(1):3541.

[46]QU H Y,LI G Q,CHEN S W,et al.Analysis of Circular Concretefilled Steel Tube Specimen Under Lateral impact[J].Advances in Structural Engineering,2011,14(5):941951.

[47]QU H Y,LI G Q,SUN J Y,et al.Numerical Simulation Analysis of Circular Concretefilled Steel Tube Specimen Under Lateral Impact[J].Journal of Architecture and Civil Engineering,2010,27(1):8996.

[48]余敏,查晓雄.实空心钢管混凝土柱在汽车撞击下的性能研究[J].建筑钢结构进展,2011,13(1):5764.

YU Min,ZHA Xiaoxiong.Behaviour of Solid and Hollow Concrete Filled Steel Tube Columns Under Vehicle Impact[J].Progress in Steel Building Structures,2011,13(1):5764.

[49]陈忱,赵颖华.FRP钢管混凝土构件抗冲击性能仿真分析[J].振动与冲击,2013,32(19):197201.

CHEN Chen,ZHAO Yinghua.Simulation for Antiimpact Performance of Concretefilled FRPsteel Tubes[J].Journal of Vibration and Shock,2013,32(19):197201.

[50]鞠翱天,王金田,王国梁,等.冲击荷载下钢管混凝土限高防护架的动力响应[J].烟台大学学报:自然科学与工程版,2012,25(1):5964.

JU Aotian,WANG Jintian,WANG Guoliang,et al.Dynamic Response of Concretefilled Steel Tube Height Limit Protective Frame Under Impact Loads[J].Journal of Yantai University:Natural Science and Engineering Edition,2012,25(1):5964.

[51]HAN L H,HOU C C,ZHAO X L,et al.Behaviour of Highstrength Concrete Filled Steel Tubes Under Transverse Impact Loading[J].Journal of Constructional Steel Research,2014,92:2539.

[52]DENG Y,TUAN C Y,XIAO Y.Flexural Behavior of Concretefilled Circular Steel Tubes Under Highstrain Rate Impact Loading[J].Journal of Structural Engineering,2012,138(3):449456.

[53]张智成.钢管再生混凝土构件抗冲击性能研究[D].大连:大连理工大学,2014.

ZHANG Zhicheng.Study on Impact Resistant Behavior of Recycled Aggregate Concretefilled Steel Tubular Members[D].Dalian:Dalian University of Technology,2014.

[54]杨君,李华林,周华,等.钢管再生混凝土的研究现状[J].四川建材,2014,40(2):34,6.

YANG Jun,LI Hualin,ZHOU Hua,et al.The Current Research Status of Recycled Concrete Filled Steel Tube[J].Sichuan Building Materials,2014,40(2):34,6.

[55]李杰,任晓丹.混凝土静力与动力损伤本构模型研究进展述评[J].力学进展,2010,40(3):284297.

LI Jie,REN Xiaodan.A Review on the Constitutive Model for Static and Dynamic Damage of Concrete[J].Advances in Mechanics,2010,40(3):284297.

[56]陈杰.钢管再生混凝土短柱轴压力学性能研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.

CHEN Jie.Static Behavior of Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tubular Stub Columns Under Axial Compressive Loading[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2011.

[57]邱昌龙.再生混凝土研究及钢管再生混凝土短柱力学性能分析[D].成都:西南交通大学,2009.

QIU Changlong.Study on Recycled Concrete and Analysis of Mechanical Properties of Steel Tube Recycled Concrete Short Column[D].Chengdu:Southwest Jiaotong University,2009.

[58]王玉银,陈杰.钢管再生混凝土构件力学性能研究综述[R].北京:中国工程院,2012.

WANG Yuyin,CHEN Jie.A Review of the Mechanical Properties of Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tubular Column[R].Beijing:Chinese Academy of Engineering,2012.

[59]HANSEN T C.Recycled Aggregates and Recycled Aggregate Concrete Second Stateoftheart Report Developments 19451985[J].Materials and Structures,1986,19(3):201246.

钢骨混凝土范文6

论文摘要:随着交通量的迅猛增长和车辆的重型化,原有桥梁承载力明显不足;各种病害影响发生强度、刚度降低;采取粘FRP的方法对钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁进行加固取得较好的效果。

引言

各种钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁结构在我国公路建设中被大量采用。近年来,随着交通量的迅猛增长和车辆的重型化,许多原设计标准较低的桥梁承载力明显不足;一些桥梁受各种病害影响发生强度、刚度降低;还有许多立交桥的梁跨结构被超高车撞坏,混凝土大块脱落,主筋被撞弯甚至折断,严重威胁运营安全。当梁的结构构件不能提供足够的强度和使用性能时,必须进行加固。根据实际情况,可选用不同加固方法,如预应力加固、喷射混凝土加固、聚合物浸渍加固、粘钢加固、粘FRP板加固等。其中粘钢加固由于具有方便快速、增加自重少、所需施工场地小等优点,因而得到广泛的应用。

一、加大截面加固法

加大截面加固法、顾名思义,是采用同种材料——钢筋混凝土,来增大原混结构截面面积,达到提高结构承载力的目的。基本要求是:原结构结合面基层应坚实,表面应粗糙、清洁,新浇混凝土收缩小,粘结性能好。在梁底分段剥开纵向钢筋的保护层,焊上短钢筋后再焊上新增受力钢筋,新加受力钢筋与原受力钢筋比较靠近,通过焊接短筋进行连接,短筋直径应不小于5d,间距不大于500mm。

混凝土梁底面暴露出主筋工作量大,施工操作复杂,且对原梁有一不定期的损伤。现场湿作业工作量大,养护期长,对生产和生活有一定的影响,截面增大对结构外观及房屋净空也有一定的影响。该法施工工艺简单,适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造物的混凝土的加固;但现场施工的湿作业时间长,对生产生活有一定的影响,且加固后的建筑物净空有一定的减小。

二、预应力加固法

预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆多结构构件或整体进行加固的方法,特点是通过预应力手段强迫后加部分——拉杆或撑杆受力,改变原结构内力分布并降低原结构应力水平,致使一般加固结构中所特有的应力滞后现象得以完全消除。因此,后加部分与原结构能更好的共同工作,结构的总体承载力可显著的提高。预应力加固法具有加固、卸载、改变结构内力的三重效果。适用于大跨结构加固,以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力状态下的加固,施工设备简单,可有效的提高梁的抗弯刚度,缺点是减小建筑净空、影响建筑外立面,影响上层楼盖结构或屋面防水构造。

三、粘钢加固法

粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘贴钢板,以提高承载力的一种加固法。混凝土结构加固用胶、强度高,粘结力强,耐老化,弹性模量高,线膨胀系数小,具有一定的弹性,胶本身强度及其粘结强度总是大于混凝土的强度。与其他加固方法相比,粘钢加固技术有其独特的优点,如不减小建筑净空、不影响建筑外立面,不影响上层楼盖结构或屋面防水构造,施工时对生产和冬小麦影响较小,无现场浇注混凝土的湿作业,施工设备简单,可有效的提高梁的抗弯刚度,粘钢加固后几乎不增加结构自重,因此不会引起基础等其它构件的连锁加固。采用构件外部粘钢加法,钢板厚4mm,材质A3,粘结剂采用冶金建筑研究院的YJS结构胶,对于这类梁的加固是在梁底面粘贴钢板,钢板固定起初设计是用的射钉,但是由于钢板较薄和混凝土强度低,所以射钉又无钢质垫圈,锚固不力,而导致钢板剥落,并且易造成钢板翘曲。后来采用了木架板加对头楔顶紧带钢,效果很好,既经济又安全可靠。

采用粘钢技术加固砼梁,技术可靠,工艺简单,不增加结构自重,不会引起基础等其他构件的连续加固,不影响建筑使用功能。施工灵活,不占独立工期,做到了对建筑质量缺陷的处理,不影响施工进度。具有明显的社会效益和经济效益。

该法施工快速、现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小,且加固后对原结构外观和原有净空无显著影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。

四、粘FRP板加固法

粘FRP板的施工工艺分以下几个步骤:首先用喷砂机打磨混表面,去掉1-2mm表面疏松层;然后用喷气机清除混凝土表面的混凝土碎裂屑;环氧树脂和固化剂按一定的比例混合,然后均匀地涂于FRP板的板面和混凝土梁的表面上,粘贴时要赶出气泡并压平;粘贴后对粘贴面施加压力,直到粘结剂养护完成。本文建议粘FRS板加固用的FRP板的厚度取为2—4m,且FRP板与加固的梁等长。从加固的效果出发,进行抗弯加固时,宜在梁的受拉面粘贴FRP板,进行抗剪加固时,宜在梁的底面和侧面粘贴的FRP板以形成U型加固方案,提高试件的延性。为了保证加固梁的FRP板与混凝土在使用过程中粘结完好,还可在FRP的端部采用锚固加强措施。

FRP板直到破坏均表现出线弹性特征,其力学性能与加固纤维的种类和纤维的排列方向有关,因而可通过改变纤维的排列方向得到某一特定方向上最大的材料强度。粘FRP板进行抗弯加固和抗剪加固的效果均与FRP板纤维的布置方向有关。

由粘FRP的抗弯加固和抗剪加固的试验研究可知:在对梁进行加固时,一般可同时提高梁的受弯承载力和受剪承载力,亦即抗弯加固和抗剪加固是相关联的。在进行结构加固时,应针对结构的具体情况,重点进行某一方面的加固。

结束语

由于FRP板应力应变曲线没有屈服平台,存在脆性性能,因而加固梁 的延性问题被提出来了,但只要设计合理,粘FRP板加固梁的延性可以得到满足。且粘FRP板加固对提高随重复荷载的构件(如吊车梁)的正截面和斜截面疲劳强度效果都较好,尤其是对斜截面疲劳强度的提高效果更大。粘FRP板不仅可用于梁的加固,而且可用于桩和砌体的加固;还可用于新结构的设计。通过改进FRP板的材料性能和粘结剂的性能可进一步提高粘FRP板的加固效果。粘FRP板技术是一种有效的结构加固形式。

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