结构承载力（精选9篇）
结构承载力 篇1
摘要：钢筋混凝土钢架拱桥的建造历史悠久, 近年来更是作为桥梁建设的主要桥型。本文主要分析了钢筋混凝土钢架拱桥结构的稳定性问题, 随后以具体的工程为例对钢筋混凝土钢架拱桥结构的极限承载力进行了探讨。
关键词：混凝土,拱桥,极限承载力
随着我国国民经济的发展, 对桥梁建设的投入越来越大, 钢筋混凝土钢架拱桥作为轻型拱桥一直受到大家的喜爱, 拱肋作为一种压弯构件, 随着跨径的增大, 要求拱肋材料具有较高的抗压强度和稳定性, 钢管混凝土拱肋克服了混凝土拱肋的笨重、施工不便和纯钢结构拱肋的昂贵。但是随着公路运输量的大幅增长以及拖挂运输和集装箱运输的推行, 钢筋混凝土钢架拱桥也不可避免的出现了病害现象, 从而和现行的桥梁使用规范出现了差异。因此, 对钢筋混凝土钢架拱桥的极限承载力研究显得尤为重要。
1 钢筋混凝土钢架拱桥结构的稳定性分析
通常, 按照拱在失稳时状态是否发生质变, 稳定问题可分为第一类稳定和第三类稳定两大类。第一类稳定指的是在没有荷载偏心和初始缺陷的情况下, 当承受的荷载超过一定的临界值时, 拱将失去原来的平衡状态转而进入新的平衡状态, 即拱的平衡状态出现分支, 因此第一类稳定又称为线弹性分支点稳定;第二类稳定问题指在荷载作用下, 拱的平衡状态不发生质变, 结构在材料达到塑性状态后被压溃, 是儿何、材料双重非线性的极值点稳定问题。我国桥涵设计规范中将拱的稳定验算简化为一个等效长度轴心受压柱的线弹性一类稳定问题, 并规定安全系数K约为4一5。目前, 对钢管混凝土拱桥第一类稳定分析的较多, 第二类稳定分析的较少;对几何非线性分析的较多, 材料非线性考虑的较少;对析式截面钢管混凝土拱桥极限承载里的实验研究和理论计算相对少。
2 钢筋混凝土钢架拱桥结构的极限承载力分析
2.1 工程概况
某市一座改进型钢筋混凝土钢架拱桥于2007年9月建成, 是9孔30米钢筋混凝土钢架拱桥。主要技术标准如下:
等级:公路-Ⅰ级, 单向三车道
计算行车速度:60km/h
桥面标准宽度:13m (净12+2×0.5米 (防撞护栏) )
纵坡:纵坡为平坡
横坡:单向横坡1.5%
2.2 控制荷载布置
通常情况下, 第一类稳定问题的求解值就是第二类稳定问题的极值点的上限。进行极限承载力研究时, 各工况所需要施加的荷载上限值由该工况下第一类稳定分析的一阶稳定特征值与所施加荷载的乘积确定。根据对单跨整桥各工况荷载施加位置及大小和单跨边拱片各工况荷载施加位置及大小的分析, 单跨整桥进行极限承载力研究的荷载上限值施加位置及大小。根据对单跨边拱片各工况荷载施加位置及大小和单跨边拱片改进设计的第一类稳定特征值分析, 可以得出跨边拱片进行极限承载力研究的荷载上限值施加位置及大小如图1。
2.3 破坏过程分析
对于任何一种桥梁结构, 要分析其破坏过程都应先了解弯矩、轴力以及应力的分布情况, 对于钢筋混凝土钢架拱桥也应该先分析其受力情况。工况一和工况二均为改进设计的工况, 不同的是加载方式, 前者施加跨中中载, 后者施加跨中偏载。同一桥型的破坏模态和加载方式有关, 而中载加载和偏载加载只影响横桥向的受力情况, 顺桥向的受力情况与加载方式无关。当进行单跨整桥的有限元分析时, 多拱片的钢筋混凝土钢架拱桥工况一和工况二影响不同拱片的弯矩、轴力、应力值, 针对其中任何一片拱片的截面, 其受力的相对大小是一致的。单跨边拱片的受力也相对一致。
2.4 极限承载力分析
钢筋混凝土钢架拱桥发生第二类失稳时, 其荷载值达到极限承载力。本文模拟计算了改进设计跨中中载工况、改进设计跨中偏载工况、定型设计跨中中载工况、定型设计跨中偏载工况四个工况下考虑双重非线性的极限承载力, 单跨整桥对应的活荷载系数值分别见图2和图3。
由图2可知, 对于单跨整桥, 改进设计和定型设计的活荷载系数最大值为12.833, 最小值为6.760, 分别发生在改进设计跨中中跨加载工况和定型设计跨中偏载加载情况, 前者是后者的1.898倍。当同为改进设计时, 跨中中载加载的极限承载力是跨中偏载加载的极限承载力的1.169倍;当同为定型设计时, 跨中中载加载的极限承载力是跨中偏载加载的极限承载力的1.623倍。当同为跨中中载加载时, 改进设计的极限承载力比定型设计的极限承载力提高了16.99%;当同为跨中偏载加载时, 改进设计的极限承载力比定型设计的极限承载力提高了62.29%。桥梁极限破坏时, 改进设计的跨中截面竖向最大位移远小于定型设计的对应值。
由图3所示, 对于单跨单拱片, 活荷载系数相对于单跨整桥来说都很小, 这种情况一方面是由单拱片缺乏相应的横向联系造成的, 另一方面, 单跨整桥中任何一片单拱片的破坏都不会造成全桥的第二类失稳。改进设计前提下, 跨中中载的活荷载系数是跨中偏载的1.041倍;定型设计前提下, 跨中中载的活荷载系数是跨中偏载的1.147倍;跨中中载加载情况下, 改进设计的极限承载力比定型设计的极限承载力1.476倍;跨中偏载加载情况下, 改进设计的极限承载力比定型设计的极限承载力1.627倍。发生第二类失稳时, 改进设计跨中竖向最大位移也远小于定型设计的最大竖向位移。由上述数据可知, 中载加载的极限承载能力明显高于偏载加载的极限承载能力。改进设计明显提高了钢筋混凝土钢架拱桥这个桥型的极限承载能力。
参考文献
[1]张建民.拱桥稳定性研究与发展[J].广东交通科技, 2000.
[2]中明文, 李国平.钢管混凝土拱的稳定和极限承载力分析[J].结构分析, 2002.
结构承载力 篇2
当结构或结构构件达到最大承载能力，或产生了不适于继续承载的变形时，即认为超过了承载能力极限状态，例如：
(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡例如烟囱在风荷载作用下整体倾翻;
(2)结构构件或连接因超过材料强度而破坏(包括疲劳破坏)，例如轴心受压短柱中的混凝土和钢筋分别达到抗压强度而破坏，或因过度变形而不适于继续承载;
(3)结构转变为机动体系，例如简支梁跨中截面达到抗弯承载力形成三铰共线的机动体系，从而丧失承载能力，
(4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)，例如细长柱达到临界荷载后因压曲失稳而破坏。
(5)地基丧失承载能力而破坏(如失稳等)。
全承载式客车车身结构设计管窥 篇3
关键词：全承载式客车；车身结构设计；客车结构设计
一、客车结构设计的力学理论
与非承载式客车和半承载式客车相比，全承载式客车的车身重量较轻，刚性和结构的强度更高，在进行制造加工时，构件成型过程更加简洁，材料的利用率高，整体的重心较低，车子的稳定性好。全承载式客车最大的优势就是其较高的被动安全性。但是，如果不注意车身机构的传力路线，就无法体现出全承载式客车相对于其他两种类型客车的优点，会浪费制造材料，也无法保证安全性。因此，在研究全承载式客车的车身结构时，就要对车身结构的传力路线进行分析。
非承载式、半承载式和全承载式这三种客车的分类是按照客车的车身结构的承载方式来划分的。非承载式和半承载式客车都有一个较为明显的底盘大梁，但是全承载式客车的底盘是直接安装在车身的结构上的，整个车身具有整体性，是一体的。由于全承载式客车的车身结构是由小截面的管材焊制成的。这种小截面的管材沿杆向力的承受能力较强，但是抗弯曲能力较弱，易发生形变，因此应在进行结构设计时，通过巧妙合理的设计，将管材所承受的弯曲力转化为沿杆向力，来保持车身结构的稳定性。所以，在进行设计时应更重视强度问题，而不是刚度，在进行车身结构的设计时用“强度理论”进行控制。使全承载式客车的车身结构满足并实现其对强度的要求，增强车辆的整体性能。
二、 全承载式客车的车身结构设计
（一）车身结构设计
由于全承载式车身结构主要是由小截面的方钢结构构成的，这种结构应对承载的力进行设计和转移。通过精密的计算和测试，来确定车身结构的承重力分布，探究出管材的形变规律，来对整体的结构进行调整，使承受力进行转变，降低管材的形变度，增强整体结构的强度。在设计的过程中还要注意以下几个问题。
1.检验和计算车身骨架结构的强度，保证不会发生一定程度的形变，保持整体车架结构的稳定性。
2.检验和计算车身骨架结构的刚度，来满足舒适度和其他装配部件的要求。
3.对车身结构进行NVH分析和计算，来使得车身保持一定的动态性。
4.对结构进行优化设计并选取适当的材料，降低车身的重量。
如果时间和精力允许的话，最好可以在进行结构设计时，加入碰撞和侧翻的分析，来进行动态状况的预测并根据设想来进行计算，将实际的数据与车体测算出的数据结合分析，再进行设计，能够更好地增强车辆的安全性。
（二）前后围结构设计
前后围结构能够连接侧围骨架和车顶骨架，使车体相连，构成一个刚性的框架。还能安装和固定玻璃、灯具、刮水器等设备。还能在车辆发生碰撞时，起到一个保护作用，是车辆的安全保护部件。所以在对前后围结构进行设计时，应注意以下几点。
1.在进行前后围结构的设计时，要注意设计合理的结构，设计车辆侧围与车顶的连接，确保车辆的整体性。注意车辆侧围与整体车架的连接，确保车体结构的刚性。
2.设计并计算前后围的骨架，使之能与玻璃钢进行贴合，还要注意与前后窗的安装接口保持良好的贴合度，确保窗户准确安装，不会发生挤压。
3.设计时，要注意加强前围的承载性，注意前围的形状设计，一定要抗挤压，抗撞击，将侧围与底架设计为一个整体，增强车辆的抗撞击能力。尤其是在与较低的轿车发生撞击是时，可以有效地预防在撞击发生后，一些物体进入车内对乘车人员造成二次伤害。以此来提升车辆的安全性。
（三）车顶结构设计
车顶结构有着连接侧围和前后围的作用，是整个车辆形成一个封闭的整体。车顶结构还起到了承受负载，承受行驶中产生的部分压力。所以，要从这三点出发，来对车顶进行设计。
1.将车顶的弧杆件对应侧窗进行布置，更好地对行驶中承担的压力进行传递，增强稳定性。
2.对于车顶弧杆件，要选取适当的尺寸规格，来提升抗扭曲、抗弯的能力。在保证车顶的弧杆件能够使车顶具备一定的强度和刚度时，可以适当地减少一些不必要的弧杆件，来减少车顶的重量，进行结构的优化设计，并减少焊接工作的不必要的工作量。
3.在进行车顶的结构设计时，要对车顶弧杆件的结构进行合理的设计和搭配，来保证弧杆件贯穿车顶，这样能够有效地提升车顶的抗扭曲性，提升整个车架的刚度。
4.由于车顶的纵梁作用较小，对维持整体结构的稳定性的贡献较低，在选取材料时，可以选取规格较小的纵梁，提升车顶空间的利用率，减少车顶的重量。并综合考虑其他设备的安装空间，来对纵梁的放置位置进行设计，当支撑的强度达到标准后，适当地减少一些不必要的纵梁，来减轻车体的重量。
通过对整个全承载式客车车身结构的设计后，还要进行相关的理论计算和试验验证。通过理论计算，来计算整个车身结构的着力点、受力的分布规律，来为接下来的调整提供数据支持。仅仅是设计是不够的，试验是必须的。实践才是检验真理的唯一标准。通过试验来检验出设计上的不足，并及时地对存在问题的地方进行处理，进一步地进行优化设计，大幅度地提升车辆的性能。
三、总结
作为我国未来客车发展的主流，全承载式客车的车身结构十分重要。应从设计上提升全承载式客车车身结构的稳定性、安全性，并在进行设计时考虑到加工制造方面的难点，更好地优化全承载式客车的性能，提升客车的安全性，进而提升我国交通的安全性。
参考文献：
[1]王志芬.混合动力全承载客车车身结构设计与分析[D].郑州大学，2014.
[2]杨磊.某大型全承载式客车的轻量化研究和改进设计[D].吉林大学，2013.
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[4]朱强.全承载式客车车身结构设计概述[A]. 重庆市人力资源和社会保障局.重庆市专业技术人才知识更新工程项目——“汽车轻量化及零部件可靠性设计技术”高研班论文集[C].重庆市人力资源和社会保障局，2014：3.
结构承载力 篇4
金属与周围环境之间发生化学或电化学作用而引起的变质和破坏称为金属腐蚀。
金属会发生腐蚀这一现象早在人类一开始使用金属时就已发现。古希腊历史学家Herodtus和古罗马自然科学家Plinius在公元前已提出用锡来防止铁的腐蚀。我国商代就已经用锡来改善铜的耐蚀性而出现了锡青铜。18世纪以来由于工业的迅速发展,为金属材料的出现创造了条件。
Keir在1790年详细论述了铁在硝酸中的钝化,从此研究金属在各种介质中破坏的科学才活跃起来。Holl在1819年证明铁在没有氧的情况下是不会生锈的。
腐蚀往往会引起灾难性的后果。金属腐蚀不仅给国民经济带来巨大损失,还常常危及人身安全和引起环境污染问题。
1 应力腐蚀的相关概念及危害
1.1 定义
应力腐蚀,也称应力腐蚀断裂(SCC),是指受应力的材料在特定环境下产生滞后裂纹,甚至发生滞后断裂的现象。不论是韧性材料还是脆性材料都可能发生应力腐蚀断裂。
1.2 机理
应力腐蚀破裂的机理可能有多种解释。以下是简单通俗的说法:如一根钢丝在拉应力下,表面可能产生微小裂纹,而腐蚀介质(如氯离子)进入裂纹促进腐蚀的发展,在裂纹周围、裂纹深处,可能形成多种形式的腐蚀电池,加速裂纹的开展和深向发展,而应力尤其是拉应力的存在,无疑会促进裂纹的进一步开裂。两种作用的交替、叠加,最终会导致断裂。
应力与腐蚀的共同作用使裂纹深向迅速发展,使钢丝的截面迅速缩小(单位截面应力加大),当达到极限抗拉强度时便发生断裂。断裂时缩颈很小或没有缩颈发生。而不受应力的钢丝,在拉断之前,先有一个缩颈过程(达到屈服强度),而后才断裂。因此,从断口的特征可以区分是应力腐蚀破坏还是一般腐蚀破坏(见图1)。
应力腐蚀破裂大致可分为3个阶段:
1)潜伏诱导阶段:逐渐形成具备腐蚀环境和表面产生裂纹的条件,即应力腐蚀开始前的一段“引发”过程;
2)裂纹扩展期:裂纹出现后,在裂纹的尖端进行电化学反应,其结果使裂纹沿尖端方向发展,此阶段电化学腐蚀对于裂纹的扩展起着主导作用;
3)失效阶段:裂纹继续发展直至断裂发生,此阶段裂纹的扩展是应力起着主导作用。
因此,使金属表面保持良好状态,对于防止和减缓应力腐蚀破裂的发生是极其重要的。
1.3 产生应力腐蚀的条件
1)应力作用特别是拉应力作用更易引起应力腐蚀。
这种应力可以是外加载荷引起的,也可以是各种残余应力。不存在应力时腐蚀非常轻微,当应力超过某一临界值后金属会在腐蚀不严重的情况下发生脆裂。
2)特定的腐蚀介质。
产生应力腐蚀的介质一般都是特定的,也就是说,某种材料只对某些介质敏感,而这种介质对其他材料可能没有明显作用。
3)敏感材料。
一般只有合金才产生应力腐蚀,纯金属不会产生这种现象。
1.4 应力腐蚀的特征
1)只有存在应力(特别是拉应力)时,才能产生应力腐蚀裂纹。通常认为,只有拉应力才能引起SCC,而压应力反而可以降低应力腐蚀趋势。但是,姚京等人的研究结果表明,压应力在某些情况下也可以产生应力腐蚀裂纹;
2)应力腐蚀断裂是一种与时间有关的滞后破坏;
3)应力腐蚀断裂是一种低应力脆性断裂;
4)裂纹走向宏观上与主拉伸应力的方向垂直,腐蚀裂缝的纵深比其宽度要大几个数量级;
5)应力腐蚀裂纹形态有晶间型、穿晶型和混合型,由具体合金——环境体系而定。
1.5 应力腐蚀的危害
应力腐蚀开裂是危害最大的局部腐蚀破坏形态之一,材料可以在没有明显预兆的情况下几分钟内破裂。SCC是一种“灾难性的腐蚀”,例如飞机失事、桥梁断裂、油气管的爆炸等造成了巨大的生命和财产损失。据美国杜邦公司统计,1968年～1969年在全部设备腐蚀破坏事故中SCC占21.6%。另外,据联邦德国一家大化工厂统计,1968年～1972年间,在全部设备腐蚀破坏事故中SCC超过总数的1/4。
2 应力腐蚀对承载力的影响分析
2.1 应力腐蚀构件对承载力的影响
下面以轴心受力构件为例,说明应力腐蚀对承载力的影响。据GB 50017-2003钢结构设计规范轴心受力构件承载力表达式如下:
1)轴拉和轴压构件强度表达式:
2)实腹式轴压构件稳定性表达式:
应力腐蚀使构件和节点表面出现裂纹,形成应力集中源,导致应力分布不均匀,增大了脆性破坏的可能性。
对强度而言,应力腐蚀导致构件净截面削弱,荷载作用下应力增大,有可能超过钢材的强度设计值。特别是对于拉应力作用的构件,腐蚀和拉应力的共同叠加作用,往往会导致构件出现脆裂;对稳定性而言,应力腐蚀对φ,A的共同影响会导致受压构件出现屈曲破坏。
2.2 应力腐蚀断裂的可能性判断依据
1)在设计应力腐蚀条件下的钢结构时,必须使其强度因子K满足下式要求:
nKI<KISCC (3)
式中:KI——应力强度因子;
KISCC——应力腐蚀条件下的KIC;
n——安全系数。
式中:σ——工作应力;
α——裂纹尺寸;
Q——缺陷形状参数;
M——表面影响因子;
φO——椭圆积分。
当结构缺陷未知时,按美国Asme规范,假定结构上存在有一个最大缺陷,此缺陷垂直于最大应力方向,为尖锐表面缺陷。
2)如果结构经无损探伤,其缺陷尺寸a,l为已知时,可根据公式
3)描述应力腐蚀最重要的一个力学性能指标就是KISCC,即应力腐蚀临界应力强度因子。
应力腐蚀裂纹在发展过程中极易分叉扩展,呈树枝状裂纹。当KI<KISCC时,不会发生应力腐蚀裂纹扩展。当KI>KISCC时,则会发生应力腐蚀裂纹扩展。当KI增大到材料的临界应力强度因子(KIC)时裂纹会断裂。
3 结论及建议
3.1 结论
1)钢结构应力腐蚀对承载力影响很大,往往导致无先兆的脆性破坏。
2)对钢结构而言,应采取措施控制应力腐蚀的发生。
3.2 建议
1)在该领域应重点研究临界值KISCC,应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt以及如何防止应力腐蚀。
2)钢结构建筑的设计、施工、使用、管理及维护人员,应该了解和重视发生应力腐蚀破坏的可能,采取相应措施,防止、避免应力腐蚀的发生。
摘要：在介绍应力腐蚀相关概念的基础上,重点论述了钢结构应力腐蚀对承载力的影响,并给出了应力腐蚀断裂的可能性判断依据,以促进钢结构应力腐蚀的研究发展,防止钢结构应力腐蚀的发生。
关键词：钢结构,应力腐蚀,承载力
参考文献
[1]乔利杰.应力腐蚀机理[M].北京:科学出版社,1993.
[2]洪乃丰.钢铁腐蚀与钢结构防护系列问答(4)[J].钢结构,2004,19(2):40-41.
[3]赵文珍.金属材料表面新技术[M].西安:西安交通大学出版社,1995.
[4]黄永昌.金属腐蚀与防护原理[M].上海:上海交通大学出版社,1989.
结构承载力 篇5
一、城市综合承载力的内涵
自2005年以来, 国内学者从不同的角度提出了城市综合承载力的概念。
罗亚蒙认为, 城市综合承载力包括两种, 一是战略意义上的城市承载力, 二是技术层面上的城市承载力。研究城市的综合承载能力, 首先要解决战略意义上的承载力问题, 主要包括:城市的地理基础承载能力, 如水和土地等, 这是最根本的承载能力, 决定了城市能建多大;二是城市的功能, 即城市的发展动力问题, 决定了一个城市能有多大。
叶裕民认为, 城市综合承载力是指城市的资源禀赋、生态环境、基础设施和公共服务对城市人口及经济社会活动的承载能力。城市综合承载力已经超越了原来资源环境承载力的概念, 即整个城市能容纳多少人口, 能承担多少就业, 能提供什么程度的生活质量等, 它是资源承载力、环境承载力、经济承载力和社会承载力的有机结合体。
吕斌认为, 城市综合承载力必须强调三个承载力:一个是基于粮食安全底线的土地承载力问题, 实际上是我们城镇化规模非常重要的一个约束条件;第二个是环境资源承载力, 即生态或环境的安全格局问题, 这个承载力也对我们城镇化的模式包括规模和速度, 构成一种约束条件;第三个承载力是就业岗位的承载力。谭文垦、石忆邵、孙莉等人认为, 综合承载力还要考虑人的忍受能力。
综上, 城市综合承载力应包括资源承载力、环境承载力、经济承载力和社会承载力。这是一个有机的结合, 而不是简单的相加。城市资源和环境承载力是城市最根本的承载能力, 决定了城市能建多大, 同时影响城市经济和社会承载力;城市经济和社会承载力主要决定和体现了城市功能, 它们直接决定了城市经济规模、所能容纳的就业人数以及所能提供的城市公共服务的能力和水平。总之, 城市综合承载能力决定了城市人口、经济、社会和资源环境协调发展的基础性的能力。提高城市综合承载能力是构建和谐社会、实现城市可持续发展的重要路径。
二、城市综合承载力结构模型
(一) 系统模型
根据城市综合承载力的内涵, 结合城市发展的实际, 借鉴城市竞争力、城市经营、城市经济、可持续发展、产业经济等理论, 构建如下城市综合承载力结构模型 (如图1所示) 。
(二) 系统构成
城市承载力是个复杂的系统, 其众多要素和子系统以不同方式存在, 共同构成城市综合承载力, 从而支撑城市人口社会经济活动的协调发展。城市综合承载力由资源环境承载力和经济社会承载力组成, 它的大小由这两部分决定。同时, 资源环境承载力是由基础承载力系统决定的。基础承载力系统包括城市生态环境、水资源、土地资源、矿产资源等要素;经济社会承载力是由硬件承载力系统、软件承载力系统和承载力结合系统决定的。硬件承载力系统包括道路、管网、公用建筑等各种城市内外交通和公用设施等, 软件承载力系统包括城市文化、制度、管理、科技、学习、开放等, 承载力结合系统则是指城市产业。
三、综合承载力内部相互作用机制
(一) 作用系统构成
在城市综合承载力相互作用系统中, 主要包括城市基础承载力系统、硬件承载力系统、软件承载力系统、承载力结合系统。在基础承载力系统中, 主要包括生态环境、土地、水资源、矿产等承载力, 用函数表达为Y基=F (e, s, w, m) ;在硬件承载力系统中, 主要包括道路、管网、建筑等硬件承载力, 用函数表达为Y硬=F (r, p, b, ……) , 由于硬件承载力系统在一定时期内相对变动较小, 因此可以假定基本不变;在软件承载力系统中, 主要包括文化、制度、管理、技术、学习和开放等软件承载力, 用函数表达为Y软=F (c, s, m, t, l, o) , 软件承载力系统不能独立对城市综合承载力起作用, 只能通过与基础承载力、硬件承载力系统有机融合, 才能充分发挥其作用;城市结合承载力系统是城市基础承载力、软硬承载力有机结合的反映, 城市的综合承载力只能通过城市产业的有机融合才能表现其承载力, 所以城市结合承载力系统可用函数表达为Y合=F (i) , 它主要通过两个导向目标———经济活动与社会活动来表现。因此, 城市综合承载力系统可用函数表示为:Y=F (y基, y硬, y软, y合) 。这些系统相互作用共同形成城市综合承载力的合力, 其耦合机制如图2所示。
(二) 相互作用关系
城市基础承载力系统是城市硬件承载力、软件承载力和承载力结合系统的基础, 对它们功能的发挥起支撑和最根本的保障作用, 城市生态环境、土地资源、水资源和矿产资源都是城市生存和发展的基础, 城市基础承载力的大小和能力的强弱直接影响硬件、软件和结合系统的功能的发挥;反过来, 硬件、软件和承载力结合系统的功能大小和发挥能力, 即表现为城市经济社会承载力的强弱又影响城市基础承载力功能的发挥, 对其起反馈作用。
硬件承载力系统、软件承载力系统和承载力结合系统三者之间也存在密切的关系。硬件承载力系统和软件承载力系统二者共同影响和决定了承载力结合系统即城市产业发展状况;城市产业发展状况又反过来影响城市硬件承载力系统和软件承载力系统的发展。另外, 硬件承载力系统和软件承载力系统也存在着密切的互动关系, 软件承载力系统中的文化、制度、管理、科技等影响城市硬件承载力系统效能的发挥, 对其作用的发挥起到增强或者减弱的作用;同时, 硬件承载力系统状况也在一定程度上影响软件承载力系统。总之, 城市基础承载力、硬件承载力、软件承载力和承载力结合系统它们相互作用、相互影响的, 它们共同组成城市承载力综合系统, 其共同作用能力的发挥直接影响到城市综合承载力的大小。
摘要：随着城市人口急剧增长、经济高速增长以及城市规模的迅速扩张, 资源、环境等要素对城市发展的约束日益增强, 城市综合承载力研究越发显得重要。文章在对城市综合承载力内涵研究进行综述的基础上, 借鉴城市竞争力、城市经营、城市经济、可持续发展、产业经济等理论, 构建了由基础承载力系统、硬件承载力系统、软件承载力系统和承载力结合系统共同组成的城市综合承载力结构模型, 并通过构建它们相互作用的机制模型来阐述它们之间的相互作用关系。
关键词：城市,综合承载力,结构模型,作用机制
参考文献
[1]吕光明, 何强.可持续发展观下的城市综合承载能力研究[J].城市发展研究, 2009, 16 (4) .
[2]李东序, 赵富强.城市综合承载力结构模型与耦合机制研究[J].城市发展研究, 2008, 15 (6) .
[3]牛建宏.关注提高城市综合承载能力[N].中国建设报, 20060209.
[4]叶裕民.解读城市综合承载能力[J].前线, 2007 (, 4) .
[5]汪汀.多措并举提高城市承载力[N].中国建设报, 20080111.
结构承载力 篇6
(1) 挑梁的倾覆破坏。当挑梁埋入段的砌体强度较高且埋入段长较短, 则可能在挑梁尾端处的砌体中产生阶梯形斜裂缝。如挑梁的砌入段斜裂缝范围内的砌体及其他上部荷载不足以抵抗挑梁的倾覆力矩, 此裂缝继续发展, 直至跳梁产生倾覆破坏。
(2) 挑梁下局部受压破坏。当挑梁埋入段的砌体强度较低且埋入段较长, 在斜裂缝发展的同时, 下截面的裂缝也在延伸, 使挑梁下砌体受压区的长度减小、砌体压应力增大。若压应力超过砌体的局部抗压强度, 则挑梁下的砌体将发生局部受压破坏。
(3) 悬跳梁弯曲破坏或剪切破坏。挑梁由于正截面受弯承载力或斜截面的受剪承载力不足引起的弯曲破坏或剪切破坏。
挑梁的承载力验算。对于上述砌体结构中的悬臂梁需要对其挑梁的承载力进行验算。
首先是抗倾覆验算, 砌体墙中钢筋混凝土挑梁的抗倾覆应按下式验算Mov≤Mr, 式中Mov代表挑梁的荷载设计值对计算倾覆点产生的倾覆力矩。Mr代表挑梁抗倾覆力矩的设计值。挑选梁计算倾覆点至墙外边缘的距离可按下列规定采用 (1) 当埋入段长≥2.2hb时X0=0.3hb且不大于0.13倍的埋入段长; (2) 当埋入段长小于2.2hb时X0=0.13l1。
当挑梁下有构造柱时计算倾覆点到外墙边缘的距离可取0.5x0挑梁的抗倾覆力矩值可按Mr=0.8Gr (l2-X0)
其次挑梁下砌体的局部受压承载力验算。N1≤ηγfA1
式中A1—挑梁砌体局部受压面积, 可取A1=1.2bh0,
其中b为挑梁截面宽度, hb为挑梁的截面高度。
第三部分是挑梁本身的承载力验算。同时也是本文介绍的重点。挑梁的最大弯矩设计值Mmax与最大剪力设计值Vmax可按Mmax=MOV, Vmax=Vo, Vo挑梁的荷载设计值在挑梁墙外边缘处截面产生的剪力。
2 斜截面的破坏形式
挑梁钢筋混凝土构件在剪切和弯曲的共同作用的支座附近区段内, 沿斜裂缝发生斜截面受剪破坏或斜截面受弯破坏。斜截面的受剪破坏有三种破坏形式:
斜压破坏。λ<1时发生斜压破坏。这种破坏多数发生在剪力大而弯矩小的区段, 以及梁腹板很薄的T型截面或I型截面梁内。破坏时混凝土被腹剪斜裂缝分割成若干个斜向短柱而破坏, 因此受剪承载力取决于混凝土的抗压强度, 是斜截面中承载力最大的。
剪压破坏。当1≤λ≤3常发生此种破坏。破坏特性通常是, 在剪弯区段的受拉区边缘先出现一些垂直的裂缝它们沿竖向延伸一小段长度后, 就斜向延伸形成一条斜裂缝, 而后又产生一条贯穿的较宽主要斜裂缝, 称为临界斜裂缝, 临界斜裂缝出现后迅速延伸, 使斜截面剪压区的高度减小, 最后导致剪压区的混凝土破坏, 使斜面丧失承载力。
斜拉破坏。λ>3时, 常发生这种破坏。其特点是当垂直裂缝一出现, 就迅速向受压去区向伸展, 斜截面承载力随之丧失。破坏荷载与出现斜裂缝时的荷载很接近, 破坏过程骤然, 破坏前两变形很小, 具有明显的脆性, 其承载力取决于混凝土的抗拉强度。
在上述破坏中除剪跨比外, 箍筋的配置数量以及弯起钢筋对其破坏形态也用很大影响。
三种破坏都是脆性破坏, 但是脆性的破坏程度不同。斜拉破坏脆性最大, 斜压的脆性破坏次之。在工程中一般用构造措施强制性的来防止斜拉、斜压脆性破坏, 而剪切承载力变化幅度较大所以是通过计算来防止的。
3 斜截面受剪承载力计算公式
3.1 影响因素
(1) 剪跨比。随着剪跨比的增加, 悬臂梁的破坏形态按斜压, 剪压和斜拉的顺序演变, 其受剪承载力逐渐减弱, 当λ>3时剪跨比的影响将不明显。
(2) 混凝土强度。混凝土的强度越大斜截面受剪承载力越大。
(3) 箍筋的配筋率。梁的斜截面受剪承载力随着箍筋的配筋率增大而提高, 且二者是线性关系。
(4) 纵筋配筋率。纵筋配筋率越高, 梁的受剪承载力越高。
(5) 斜截面的骨料咬合力。
(6) 截面尺寸与形状。
3.2 计算公式
基本假定。我国混凝土设计规范中所规定的计算公式就是根据剪切破坏形态而建立的所采用的是理论与实验相结合的方法。其基本假定有以下几个方面,
悬臂梁发生剪切破坏时斜截面所承受的剪力有三部分组成
与斜裂缝相交的箍筋和弯起钢筋的拉应力都达到其屈服强度, 但要考虑拉应力可能不均匀, 特别是靠近剪压区的箍筋可能达不到屈服强度;上式中没有考虑斜裂缝出的骨料咬合力和纵筋的销栓力;仅在悬臂梁受集中力时才考虑剪跨比的影响。计算公式:
(1) 均布作用下矩形、T形、I形截面梁的斜截面受剪承载力计算公式
(2) 对集中荷载作用下的矩形、T形和I形截面的悬臂梁
3.3 适用范围
当梁截面尺寸过小, 而剪力较大时梁往往发生斜压破坏, 即使多配筋也无济于事, 因而设计时为避免斜压破坏, 同时也为了防止梁在使用过程中斜裂缝过宽, 必须对梁的截面尺寸作如下规定。上限值:当时应满足时应满足按线插法取用。下限值:箍筋的最小配筋率的最小值
4 斜截面受剪承载力的设计计算
有一钢筋混凝土悬臂梁上部承受均布荷载设计值为90KN/m, C 20混凝土, ft=1.1N/mm 2, fc=9.6N/mm 2, 箍筋热轧HPB 235fyv=210N/mm 2, 纵筋热轧HRB 335级钢筋, fy=300N/mm 2。
4.1 设计值
4.2 截面尺寸的验算
属厚腹板, 且fcuk=20kN/mm 2<50KN/mm 2, 取βc=1
4.3 验算是否需要按计算配置箍筋
0.7ftbh0=0.7×1.1×150×365=42.16<80.1, 故计算需要配置箍筋
4.4 只配箍筋而不用弯起钢筋
配筋率
若配箍筋又配弯起钢筋。根据已经配的弯起钢筋2@25+1@22, 可利用1@22弯起, 则弯起钢筋承担的剪力:
混凝土和箍筋承担的剪力:VCS=V-Vsb=80.1-64.5=15.9
小结, 从上述计算可以看出只要不超筋, 且符合构造要求就可以省去弯起钢筋的计算, 并不影响斜截面受剪承载力, 而且施工方面, 没有了弯起钢筋更加方便。
5 结论
因为考虑跳梁的构造要求规定, 悬臂梁长度大于1.5m时, 须设置一排弯起钢筋用以抗剪, 如梁端遇有集中荷载时, 则须配两排弯起筋。从上述结构设计案例可以看出, 在悬臂梁的中弯起钢筋与箍筋都起着抗剪作用, 但是在实际工程中箍筋的抗剪能力比弯起钢筋的抗剪能力强的多, 效果更好, 在悬臂梁中除了构造原因, 可以把弯起钢筋省掉使的构件设计更简洁, 所以在满足构造的情况下可以尽量减少纵筋的弯起, 适当加粗钢筋或者在悬臂梁的端处适当加密箍筋, 都将使得的工程施工更加方便快捷。
摘要：在砌体结构设计, 施工过程中经常遇到挑梁结构, 由于其特殊性, 所以挑梁的质量问题对整个结构设计构成了很大的隐患。特别是用户使用原因, 而且也存在一定的不确定性, 所以很容易出现问题。砌体结构挑梁主要有三种破坏形式。本文通过一个工程实例, 对挑梁的斜截面计算, 对悬挑的剪切破坏及其斜截面的配筋问题做出了分析。着重分析挑梁剪切破坏及其斜截面配筋的问题。
关键词：挑梁,斜截面,抗剪,弯起钢筋
参考文献
[1]混凝土结构设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社.
[2]09G901-2, 混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图.国家建筑标准设计图集.
[3]砌体结构[M].北京:北京大学出版社.
结构承载力 篇7
关键词：可展式浮箱,承载力,数值模拟
浮箱主要用于搭建水上作业平台、开辟水上通道等。早在20世纪60年代, 美国针对近岸货物卸载研制了海军栈桥码头、陆军栈桥码头等浮箱式军用装备。英国陆军部队于2001年正式装备了MEXEFLOTE (麦埃佛罗特) 多功能浮箱。我国从上世纪70年代开始对浮箱展开研究, 已研制出TF-80浮箱、TP-82浮箱、装配式公路浮箱等多种战备俘箱器材, 在抗洪救灾和国民经济建设中发挥了重要作用。
目前, 运输和存储体积大已成为浮箱的主要弊端, 本文基于可展结构原理, 提出了可展式浮箱结构单元, 并运用AN-SYS软件对其承载力进行了数值模拟, 得到了较优的气囊压缩刚度和上甲板截面惯性矩。
1 可展式浮箱结构组成
可展式浮箱主要通过气囊来实现浮箱体积的变化, 以减少运输和存储体积。浮箱主要分为四大部分:甲板、剪叉机构、条形气囊、锁紧装置 (图1) 。甲板分上甲板和下甲板, 材料为铝合金;气囊采用3层帘布气囊;剪叉机构采用钢材。浮箱展开时, 通过气囊充气提供动力, 带动剪叉机构展开, 达到工作状态后锁紧装置将其锁紧。浮箱压缩时, 将放气阀与解锁装置打开, 利用自身重力实现浮箱的压缩。
2 可展浮箱有限元模型
利用ANSYS软件建立浮箱的有限元模型。其中甲板的平面几何尺寸为6m×3m (长度×宽度) , 横向截面惯性矩为460×10-8 (m4) ;剪叉杆件尺寸为1.4m×0.04m×0.06m (长×宽×高) ;气囊尺寸为2.2m×1.2m×1m。
2.1 网格划分
采用Shell 63号单元对甲板进行网格划分, 单元尺寸为1cm×1cm;采用Beam 3号单元对剪叉机构进行网格划分, 单元尺寸为1cm;采用Solid 45号单元对气囊进行网格划分, 单元尺寸为1cm×1cm×1cm。 (图2)
2.2 材料参数
钢材和铝材均采用线弹性材料模型, 弹性模量分别为206Gpa和68.9Gpa, 泊松比分别为0.26和0.33;对气囊采用等效模量法进行简化处理, 即使用气囊的压缩刚度作为气囊单元的弹性模量, 忽略气囊的侧向变形 (泊松比为0) 。
2.3 荷载及边界条件
以50吨履带车辆为设计荷载, 履带宽度0.7米, 长度4.5米, 浮箱受力简图如图3所示。将甲板与气囊连接面, 甲板与剪叉机构连接点进行自由度耦合, 对气囊底部施加固定约束。
3 结构静力分析
3.1 气囊压缩刚度的影响
图4、5分别给出了气囊压缩刚度与上甲板最大变形和中心处最大应力关系曲线。从图可知, 上甲板最大变形和中心处最大应力均随气囊压缩刚度增大而减小, 当气囊压缩刚度大于143KN/m2时, 上甲板的变形和中心处应力均趋于稳定, 分别为3.09cm和10.05Mpa。
图6和图7分别为143 KN/m2气囊压缩刚度时上甲板的变形和应力分布。从图6可以得出, 上甲板最大变形出现在中心位置, 约为3.09cm。从图7可以得出, 上甲板中心处最大应力为为10.5Mpa, 小于铝材的屈服应力。但是, 上甲板的最大应力出现在其与剪叉机构的连接处, 约为89Mpa, 为减小此处应力集中现象, 可通过设置加强板的方法加以克服。
3.2 甲板截面惯性矩的影响
本节研究了气囊压缩刚度为143KN/m2时, 上甲板截面惯性矩对其最大变形影响。图8、9分别给出了不同截面惯性矩下上甲板最大变形和最大应力变化曲线, 从图中可知, 上甲板最大变形和最大应力均随截面惯性矩的增大而不断减小, 当截面惯性矩大于7047×10-8 (m4) 时, 上甲板最大变形和最大应力均趋于稳定, 分别为2.08cm和7.95 Mpa。
图8和图9分别给出了截面惯性矩为7047×10-8 (m4) 时, 上甲板的变形和应力分布图。从图8可以得出, 上甲板最大变形出现在中心位置, 约为2.08cm。从图9可以得出, 上甲板中心位置的最大应力为为10.5Mpa, 小于铝材的屈服应力。
结束语
本文基于可展式原理, 提出了可展式浮箱的结构形式, 并运用ANSYS软件对浮箱的承载力进行了初步分析, 得到了较优的气囊压缩刚度与上甲板截面惯性矩数值, 对可展浮箱的进一步分析及系统的优化提供了基础。
参考文献
[1]邓智文.新型海洋浮箱系统方案预先研究[D].天津, 军事交通学院, 2003.
[2]董涤新.多用途浮箱方案设计中的几个问题[J].国防交通技术, 2008 (6) .
[3]孙菊香, 大型船舶采用气囊上下水工艺安全对策研究[J].中国修船, 2007, (1) :8-12.
结构承载力 篇8
钢筋混凝土构件在荷载作用下多以弯、剪、扭其中2种或3种组合形式出现[1], 以往人们往往比较重视构件所承受的弯矩和剪力作用, 忽略了其承受的扭矩作用, 事实上, 吊车梁、雨篷梁、现浇框架边梁、螺旋形楼梯板等在很多情况下都承受着扭矩作用, 大量试验也表明, 钢筋混凝土结构的抗弯承载力与抗扭承载力存在相关性。自20世纪80年代, 我国开始研究钢筋混凝土结构的扭转问题, GB50010—2002和GB50010—2010《混凝土结构设计规范》则对混凝土结构抗扭设计方法作了进一步完善和补充。本文主要在阐述钢筋混凝土结构纯扭构件的破坏形式及特征基础上研究了我国规范中关于纯扭构件承载力的计算方法, 结合算例按照公式计算纯扭构件承载力, 并将中国规范与美国规范做对比, 希望为我国钢筋混凝土结构设计规范的修订提供有益参考。
2 钢筋混凝土结构纯扭构件破坏形式及特征
钢筋混凝土纯扭构件开裂后有以下不同的破坏形态[2]。
少筋破坏:脆性破坏, 抗扭钢筋数量过少, 会因混凝土的卸载很快屈服, 使构件突然破坏, 有明显预兆, 类似于素混凝土的破坏特征, 开裂扭矩与破坏扭矩相等。在设计中为防止少筋破坏, 一般需要规定抗扭纵筋和箍筋最小配筋率。
适筋破坏:塑性破坏, 抗扭钢筋数量适当, 构件三面开裂出现45°斜裂缝后与斜裂缝相交的受扭钢筋屈服后还可继续加载, 直至第四面被压碎。从斜裂缝出现到构件破坏要经历较长的阶段, 有明显的破坏预兆, 破坏具有一定延性。
超筋破坏:脆性破坏, 抗扭钢筋数量过多, 斜裂缝间的混凝土被压碎, 而箍筋和纵筋不屈服, 破坏突然, 无明显预兆。在设计中要通过控制最大配筋率或是对截面的最小尺寸进行限制来防止超筋破坏。
部分超筋破坏:介于塑性与脆性破坏之间, 出现在箍筋或纵筋比例失衡时, 破坏时纵筋或箍筋未屈服, 破坏过程有一定延性, 但比适筋破坏差。
3 钢筋混凝土结构纯扭构件承载力计算
3.1 开裂扭矩计算
我国《混凝土结构设计规范》 (GB50010—2010) 规定, 当扭矩≤1/4的开裂扭矩时, 可将扭转效应忽略, 而当扭矩比构件的开裂扭矩大, 则按照相关计算结果对受扭纵筋和箍筋进行适当配置, 否则的话需要按构造要求配置受扭钢筋[3]。要计算钢筋混凝土结构纯扭构件受扭承载力, 首先应得出正确的开裂扭矩。钢筋混凝土结构的开裂荷载一般不受钢筋应力影响或影响较小, 因而在计算开裂扭矩时可将其忽略。矩形截面受扭构件在扭矩作用下截面上的剪应力分布情况见图1。
进入完全塑像状态, 扭矩为:
式中, Tc r为扭矩;Wt为截面受扭塑性抵抗矩;b为截面短边尺寸;h为截面长边尺寸;τmax为截面上最大应力。
混凝土为弹塑性材料, 矩形截面纯扭构件抗裂扭矩主要近似采用理想弹塑性材料的应力分布图形来计算, 并适当降低混凝土抗拉强度, 计算公式为:
式中, ft为混凝土轴心抗拉强度设计值。
3.2 受扭承载力计算
抗扭钢筋由纵筋和箍筋组成, 其对于提高构件抗裂性的作用不大, 但能提高极限抗扭强度和延性, 在钢筋混凝土受扭构件中配置适当的钢筋纵筋和箍筋能提高构件抗扭承载力, 提高的幅度以及构件的破坏状态与纵筋和箍筋数量及两者比例相关[4]。一般来说, 抗扭纵筋应沿截面周边对称均匀布置, 箍筋则沿构件长度均匀布置, 采用封闭箍。纯扭构件抗扭纵筋与抗扭箍筋的配筋强度比:
式中, Astl为全部纵向普通钢筋截面面积;fy为抗扭纵筋抗拉强度设计值;uc o r为截面核芯部分的周长, 取2 (bc o r+hc o r) , bcor, hc o r分别为核芯部分短边尺寸和长边尺寸;fyv为箍筋的抗拉强度设计值;s为抗扭箍筋的间距。
为防止纯扭构件发生部分超筋受扭破坏, 应使配筋强度比ζ在0.6~1.7之间。试验证明, 当ζ=1.2左右时, 钢筋达到屈服最佳值。
规范要求根据变角空间桁架理论, 经过试验统计分析后取用试验数据偏低值给出的, 经过对高强度混凝土纯扭构件的试验验证, 抗扭承载力计算的经验公式仍然适用:
以上公式未考虑混凝土的抗扭作用。在试验研究的基础上, 经过统计和分析得出了实用公式, 提出了由混凝土承担的扭矩Tc和由钢筋承担的扭矩Ts两项相加的计算公式:
纯扭构件强度基本公式:
为防止发生完全超筋破坏, 应满足:
1) 当hw/b≤4时, T≤0.2βcfcWt;
2) 当hw/b=6时, T≤0.16βcfcWt;
3) 当4<hw/b<6时, 按照线性内插法确定。
为防止发生少筋破坏, 应满足:
1) 箍筋:ρsv≥0.28ft/fy;
2) 纵筋:。
3.3 与美国规范的对比
与中国规范相同, 美国ACI318—11规范也是根据钢筋混凝土纯扭构件的开裂扭矩Tcr确定纵筋和箍筋用量的, 通过计算可得到纯扭构件抗扭纵筋配筋率[5], 见公式 (8) :
式中, fc'为混凝土抗压强度规定值;Acp为构件整个混凝土截面面积;Pcp为构件截面周长。
美国规范计算钢筋混凝土构件抗扭承载力时, 也采用了变角空间桁架模型, 其承载力计算式如下:
式中, A0为剪应力流包围的毛面积;At为抗扭箍筋单肢截面面积;fyv为封闭受扭箍筋屈服强度;s为钢筋间距;θ为桁架模型中压杆的角度, 30°≤θ≤60°。
与我国规范比较可发现, 在计算纯扭构件时, 美国规范只考虑了钢筋受扭, 而我国规范则考虑了钢筋和混凝土受扭这两个部分, 美国规范抗扭承载力计算比我国规范安全。对于抗扭纵筋和箍筋的强度比, 美国规范用cotθ表示, 而我国规范则用ζ表示, 两者物理意义相同。
4 算例分析
本文计算对比分析中, 箍筋采用中国所使用的HPB300级和HRB400级钢筋, 见表1。但依照两国规范的不同规定, 中国规范承载力计算时采用抗拉强度设计值, 而美国规范采用抗拉强度标准值。
算例中, 300mm×600mm截面矩形梁, HPB300钢筋, T=25k N·m (保护层厚度30mm, 间距100mm双肢箍) 。根据中国规范中的计算公式, 受扭构件的截面受扭塑性抵抗矩Wt=22.500×106mm3, 截面有效高度h0=570mm, 腹板高度hw=570mm。当hw/b=570/300=1.900≤4时, T=25.000k N·m≤64.350k N·m, 受扭截面符合要求。为确定是否需要配置抗扭钢筋, 经计算, T=25.000k N·m>22.522k N·m, 因而需要按构造配置抗扭钢筋。另经计算, 截面核芯部分面积和周长为129 600mm2和1560mm, 单肢受扭箍筋面积和全部受扭纵筋面积分别为32.72mm2, 383mm2。最小配箍率为0.200%, 满足要求;最小配筋率0.400%, 不满足要求。因而计算面积为最小配筋率×300mm×600mm=720mm2。
按照计算公式只能计算出纯扭构件承载力大小, 无法真实反映受扭承载力, 需要通过试验和可靠度分析来说明公式计算精度。为此, 笔者收集了99根钢筋混凝土矩形截面纯扭构件, 按照中美规范计算各纯扭构件受扭承载力, 得到试验实测值与按照规范公式计算得到的受扭承载力之比Kp的统计参数变异系数和平均值, 见表2。
由表2可以看出, 按两国规范, Kp的变异系数较为接近, 说明规范中受扭承载力计算公式精度比较接近, 按美国规范计算的Kp的平均值略小于1.0, 这是由于计算平均值时cotθ是按照实际纵筋与箍筋单位长度强度比计算得到的。
荷载的统计特性和荷载系数也会影响受扭构件可靠性, 本文采用一次二阶矩阵法对可靠度进行分析, 得到纯扭构件受扭时的可靠指标随可变荷载效应与永久荷载效应比的增加而增加的结论。对于恒荷载加活荷载组合, 中国规范计算的纯扭构件可靠度指标大于美国规范, 按照恒荷载加风荷载组合两国规范计算的可靠度指标较为接近。
4 结论
总之, 钢筋混凝土结构是目前建筑结构中应用最为广泛的结构形式。钢筋混凝土构件不仅承受弯矩和剪力作用, 还承受扭矩作用, 本文就针对钢筋混凝土结构纯扭构件承载力的计算展开了研究, 并对比了中美规范中的相关计算方法。结果表明, 中美规范中纯扭构件抗扭纵筋配筋率随混凝土立方体抗压强度的增大而增大, 美国规范大于中国;对于钢筋混凝土结构纯扭构件, 美国规范只考虑了钢筋受扭, 而我国规范则考虑了钢筋和混凝土受扭这两个部分, 美国规范抗扭承载力计算比我国规范安全;经可靠度分析, 对于恒荷载加活荷载组合, 中国规范计算的纯扭构件可靠度指标大于美国规范, 按照恒荷载加风荷载组合两国规范计算的可靠度指标较为接近。
摘要：介绍了钢筋混凝土结构纯扭构件的破坏形式及特征, 研究了纯扭构件承载力计算方法, 将其与美国规范相关计算方法进行对比, 并给出了计算算例, 进行了可靠度分析。结果表明, 中美规范中纯扭构件抗扭纵筋配筋率随混凝土立方体抗压强度的增大而增大, 美国规范大于中国;对于钢筋混凝土结构纯扭构件, 美国规范只考虑了钢筋受扭, 而我国规范则考虑了钢筋和混凝土受扭这两个部分, 美国规范抗扭承载力计算比我国规范安全;经可靠度分析, 对于恒荷载加活荷载组合, 中国规范计算的纯扭构件可靠度指标大于美国规范, 按照恒荷载加风荷载组合两国规范计算的可靠度指标较为接近。
关键词：钢筋混凝土结构,受扭构件,承载力,可靠度分析
参考文献
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[2]张望喜, 易伟建.钢筋混凝土弯扭构件承载力验算方法与安全性[J].建筑结构, 2013 (23) :81-86.
[3]黄靓, 陈胜云, 李建伟, 鲁懿虬, 陶承志, 杨春侠.对钢筋混凝土剪扭构件承载力计算公式的修正[J].土木工程学报, 2010 (4) :46-52.
[4]田磊, 贡金鑫, 魏巍巍.钢筋混凝土构件受扭承载力对比分析[J].建筑科学与工程学报, 2010 (4) :57-68.
结构承载力 篇9
关键词：带裙房的高层建筑结构,地基承载力计算,抗浮措施
1 引言
带裙房的高层建筑结构在实际工程中经常出现,所以设计时应该充分考虑高层部分和裙房部分的整体性,采用合理的计算模型和采取适当的处理办法,如果处理不当会使结构的安全性存在隐患甚至导致严重的后果,对国家财产造成损失,对人民的生命安全构成威胁。本文结合某具体工程的设计对带裙房高层建筑结构高层部分地基承载力的计算和裙房部分抗浮措施的选择进行详细分析。
某工程地下为5层,地上由主楼和裙房组成。主楼地上24层,高度100m;裙房3层～5层,高度23.45 m。地下:主要功能为停车库;地上:主楼主要为办公。裙房首层为展厅、多功能接待厅等;2层、3层按商业、餐厅设计;4层、5层按会议、办公设计。主楼平面东侧呈矩形,西侧呈弧形,平面尺寸北大南小,钢筋混凝土核心筒基本居中。南北长约90.50m,东西宽约23.50m～48.50m。竖向柱网8.4m,横向框架距核心筒的距离为13.00m、12.80m。裙房柱网为:8.4m×8.4m。平面不规则。本工程设计标高±0.000m相当于绝对标高值为:39.60m。抗浮设防水位标高按35.0m。考虑采用钢筋混凝土梁板式筏板基础。主楼基础底板底标高-24.70m,裙房基础底板底标高-23.40 m。本工程剖面图见图1。
2 主楼地基承载力计算
本工程平面示意图见图2,该工程主楼部分基础底标高为-24.7m,地基持力层为饱和细砂,地基承载力特征值280kPa,由于群房地下室的宽度大于两倍的主楼宽,验算主楼地基承载力时,深度修正需要考虑裙房的影响。根据《建筑地基基础设计规范》(GB 5007-2002)条文说明5.2.4,可将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载(裙房部分的恒载)折算成土层厚度作为基础埋深考虑。表1为主楼部分在考虑和不考虑裙房的影响时地基承载力的验算结果。从表中可以看出不考虑裙房部分影响后的地基承载力特征值远大于考虑裙房影响的地基承载力特征值,不考虑裙房影响时地基承载力均满足要求,考虑裙房影响时,地基承载力相差较多,尤其是主楼核心筒部分。所以主楼部分均需要进行地基处理,本工程根据土层地质情况综合考虑各种因素,采用了水泥粉煤灰碎石桩(CFG)法进行地基处理:主楼核心筒部分采用Φ500mm桩,桩距1 500mm,桩深18m;主楼其他部分采用Φ400mm桩,桩距1 680mm,桩深15m,均为满布。
3 裙房抗浮计算
大部分工程,特别是高层建筑的抗浮验算一般都能满足要求,设计人通常仅在地下室外墙以及基础的强度计算、变形验算时考虑水浮力的作用,而对于结构抗浮问题较容易忽略。另外在进行抗浮验算时容易错将整个建筑物的平均自重标准值与水浮力标准值比较,以判定是否需要抗浮处理,但是很多工程荷载分布不均匀,尤其是带裙房或者纯地下室的高层建筑结构,地下室连成整体,基础深度基本一致,但主楼部分和裙房部分(或地下室部分)荷载差别很大,所以裙房部分(或地下室部分)的抗浮经常不满足要求,因地下室水浮力作用而引发的工程事故时有发生,需要引起高度注意。
本工程抗浮设防水位标高35.0m(-4.6m),群房基础底板底标高为-23.4m,基底水浮力为10×(23.4-4.6)=188kPa。恒载作用下裙房部分基底反力平均值为120.8kPa,纯地下室部分为59.5 kPa,结构自重不能满足抗浮要求,相差较大,需要对裙房和纯地下室部分进行抗浮处理。表2列出了常见的抗浮处理措施和各种措施适用的条件以及优缺点。
通过对以上抗浮措施的比较分析,由于此工程水浮力较大,另外高层部分的上部荷载比裙房部分上部荷载大很多,高层部分采用水泥粉煤灰碎石桩(CFG)法进行了地基处理,属于复合地基,所以高层部分基础沉降较大,裙房部分如果采用抗拔桩方法,在正常情况下抗拔桩处于受压状态,使得裙房部分的基础沉降更小,从而使得基础在主楼和裙房部分的沉降差加大,对整个建筑的安全性造成较大影响。由于水浮力较大,经计算采用表2中的1、2项抗浮措施均无法满足抗浮要求,第5项措施在严重缺水的北京市基本被禁止适用。
综合以上分析,本工程采用抗浮锚杆进行抗浮设计。
由于水浮力通过基础底板传至基础梁,再传至柱墙,所以本工程将抗浮锚杆均匀布置在纯基础底板下。抗浮锚杆采用《岩土锚杆(索)技术规程》(CECS 22-2005)中的方法进行计算,抗浮锚杆根数=(总的水浮力设计值-底板及上部结构自重设计值)/单根锚杆的设计值(底板及上部结构自重设计值分项系数取1.0)。考虑施工条件,本工程基础抗浮采用了全长黏结型非预应力抗浮锚杆,分别对裙房部分和纯地下室部分锚杆数量进行了计算,具体锚杆锚杆数量及布置方法见图3,锚杆的参数见表3。
4 结论
本文通过具体工程分析了带裙房的高层建筑结构地基承载力特征值计算方法和抗浮措施的选择。本工程由于裙房部分的宽度超过高层部分宽度的两倍使得高层部分不考虑裙房部分影响后的地基承载力特征值远大于考虑裙房影响的地基承载力特征值;为了使高层与裙房间的沉降差不致因抗浮处理而进一步扩大,裙房部分进行抗浮处理时,抗浮处理措施不采用抗拔桩而采用抗浮锚杆。在带裙房的高层建筑结构设计时应该充分考虑裙房和高层的整体性,否则将导致工程存在较大安全隐患。
参考文献
【1】DBJ11-501-2009北京地区建筑地基基础勘察设计规范[S].
【2】CECS22:2005岩土锚杆(索)技术规程[S].