钢管混凝土框架结构（共12篇）
钢管混凝土框架结构 篇1
0 引言
近20年来,钢管混凝土的设计和制造技术得到了迅速发展,并被广泛应用于高层建筑、大跨桥梁、工业建筑以及地下结构等众多土木工程结构中,取得了良好的经济和社会效益。
随着经济建设的迅速发展,我国城市交通的桥梁建设亦进入迅速发展时期。为改善城市交通,加强与周围地区间的联系,人们日益要求跨越江河、海湾和山谷,建造安全、经济和轻盈美观的大跨桥梁。钢管混凝土已被公认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的结构材料。
由于钢管混凝土结构适应了现代土木工程结构向大跨、高耸、重载发展的趋势,并且符合现代化施工技术和工业化制造要求,在世界各地得到了迅速的发展和广泛的应用,它已经成为国家建筑科学技术水平的标志之一。
1 钢管混凝土框架的抗震性能分析
1.1 模型简介
为了解钢管混凝土框架结构的抗震性能,在此用两个结构布置、构件尺寸及用钢量完全相同的简单钢管混凝土框架和钢筋混凝土框架进行分析。该模型为一幢10层框架结构,层高3 m,总高度为30 m。结构平面和立面布置图如图1,图2所示。
框架1为钢筋混凝土结构,柱截面尺寸均为800 mm×800 mm,梁截面尺寸均为250 mm×700 mm,纵向受力钢筋采用HRB335,箍筋采用HPB235,楼盖厚为120 mm。
框架2为钢管混凝土结构,柱截面尺寸为800 mm×800 mm,钢管壁厚为20 mm,梁截面尺寸为250 mm×700 mm,楼盖采用钢筋混凝土楼盖,厚度为120 mm,钢管采用Q345钢。
由于结构的控制作用为地震作用,故在此分析地震对结构的作用,其他如恒载、活载、风载对结构的影响不予考虑。
1.2 多遇地震作用下结构抗震性能分析
采用有限元分析软件SAP2000对上述两框架结构进行线性时程分析,选用的地震波为El-Centro波和Taft波。
在70gal,El-Centro波作用下,框架1和框架2的结构顶点位移时程曲线显示:框架1的结构顶点最大位移为374.5 mm,框架2的结构顶点最大位移为208.8 mm。显然框架2在地震作用下的位移响应要明显小于框架1,框架2的最大位移仅为框架1的55.8%,可见减震效果是明显的。
在70gal,El-Centro波作用下,框架1和框架2的结构顶点加速度时程曲线显示:框架1的最大加速度为61.53 cm/s2,框架2的最大加速度为39.82 cm/s2,框架2的最大加速度值为框架1的64.7%。可见,钢管混凝土框架结构在多遇地震(70gal)下的加速度反应要明显优于钢筋混凝土框架结构这表明钢管混凝土的耗能能力要优于混凝土结构。
在70gal,Taft波作用下,框架1和框架2的结构顶点位移时程曲线和顶点加速度时程曲线显示:框架1的结构顶点最大位移为464.5 mm,框架2的结构顶点最大位移为237.3 mm;钢管混凝土结构的加速度响应要大大小于钢筋混凝土结构。可见,框架2的位移响应要明显小于框架1;Taft波作用下的结构响应与ElCentro波作用下的结果相差不大。
1.3 罕遇地震作用下结构抗震性能分析
模型简介中对结构在70gal的多遇地震作用下的表现进行了讨论,但实际工程中工程技术人员更主要的是要考虑罕遇地震作用对结构的影响。罕遇地震往往会对结构产生毁灭性的破坏,故需对钢管混凝土框架结构在罕遇地震作用下的抗震性能进行分析。
在此,采用400gal的El-Centro波来考察结构在罕遇地震作用下的反应。在400gal,El-Centro波作用下,框架1和框架2的结构顶点位移时程曲线图显示:框架1的结构顶点最大位移为1 858 mm,框架2的结构顶点最大位移为930.2 mm,明显小于框架1。可见,钢管混凝土结构在罕遇地震下的表现是优秀的,其塑性变形能力要强于钢筋混凝土结构。框架1的结构顶点位移达到1 858 mm之大,如若考虑P—Δ效应,结构实际上已濒临倒塌,与之相比框架2要好得多。图3为框架1和框架2在400gal,El-Centro波作用下的各层最大位移。显然,框架2的各层位移都要小于框架1,结构在地震作用下的加速度响应也同样可以验证这一点。
通过上述分析,可以明显看出框架2的地震响应小于框架1,即其在地震下的表现要好于框架1,因此可以判断钢管混凝土框架结构的抗震性能优于钢筋混凝土框架结构。
为进一步研究钢管混凝土框架结构的抗震性能,在此,假设框架3结构用钢量与框架2大致相当,结构布置与框架2相同。柱仍采用钢管混凝土柱,其截面与框架2的相同,梁截面采用Q345级H型钢,截面高度为400 mm,上下翼缘宽度均为250 mm,上下翼板及腹板厚度均为16 mm,楼盖亦与框架2相同。
同样采用波对该结构进行时程分析分析结果表明:框架3的顶点最大位移为2 285 mm,比框架2的结构顶点最大位移要大许多,亦大于框架1的结构顶点最大位移。框架3的加速度响应也比框架2大得多。可见,钢管混凝土结构中的钢管混凝土梁中的混凝土对结构的抗震性能提高是有帮助的,钢材与混凝土两者之间形成了一个有机整体,共同发挥作用,使结构整体的抗震性能得到提高。
2 结语
根据对三个框架结构在不同地震作用下的位移和加速度等响应的分析,本文得到如下结论:
1)钢管混凝土框架结构中外包钢管对核心混凝土起到了约束作用,使其塑性提高,变形能力增强,从而提高了它在地震作用下的耗能能力,提高了它的抗震性能。
2)钢管混凝土框架结构中核心混凝土对外包钢管的变形起到了约束作用。钢管壁很薄,在外力作用下极易向钢管内壁凹陷而使其失稳。但是混凝土的存在使得钢管不会向内凹陷,从而大大提高了钢管的稳定性,避免了钢管的失稳。钢管与混凝土形成了一个有机整体,使各自的性能都得到了提高,实现了1+1>2的效果。
3)钢管混凝土框架结构的整体抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构和钢管混凝土柱—钢梁组合框架结构。
4)钢管与混凝土的相互作用使得钢管混凝土构件的塑性变形能力大大提高,使其在地震作用下具有很强的变形和耗能能力。
5)普通的混凝土构件在地震作用下,混凝土会迅速开裂、剥落,几乎谈不上塑性变形,也不可能产生像钢管混凝土一样的材料摩擦。钢筋的塑性变形有限,往往钢筋刚进入塑性,混凝土已大量破坏,使得钢筋强度得不到充分利用。
6)一般的钢构件,由于没有混凝土的约束,经常会产生屈曲失稳,使钢材不能产生较大的塑性变形,强度得不到充分发挥,耗能能力也自然大打折扣。
参考文献
[1]汤关柞,招炳泉,竺会仙,等.钢管混凝土基本力学性能研究[J].建筑结构学报,1982(3):20-22.
[2]蔡绍怀.钢管混凝土结构的计算与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,1989.
[3]钟善桐.钢管混凝土结构[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1994.
[4]钟善桐.钢管混凝土在高层建筑中的发展[J].建筑钢结构进展,2000,2(4):3-15.
[5]韩林海.钢管混凝土力学性能研究进展与工程实践[J].建筑钢结构进展,2000(4):17-24.
[6]黄钊.浅谈钢筋混凝土框架结构的抗震性能[J].山西建筑,2009,35(1):104-105.
钢管混凝土框架结构 篇2
针对提篮式钢管混凝土拱桥上部结构施工的特点，研究制定了提篮拱桥钢结构现场卧式加工制作、焊接工艺规程及验收技术标准；研究开发了提篮拱桥拱肋单吊单扣安装关键技术；研究确定了特大跨径提篮式钢管混凝土拱桥管内混凝土配合比，提出了管内混凝土的分段连续顶升灌注技术。[创新成果]：
提篮式钢管混凝土拱桥钢结构制作 焊接工艺及检测、验收标准
缆索吊装系统的安装验收和试吊工艺 塔架受力及抗风计算 主索计算方法及接长方式 锚固体系设计 扣挂系统的设计
成拱过程监测系统及控制技术 拱肋安装工艺 钢管内混凝土设计 泵送工艺和质量检测 [创新点]：
实现了提篮拱桥钢管拱肋单肋单吊斜拉扣挂悬拼施工
通过偏心设置吊点及加以简单的辅助措施，完成了提篮拱钢管拱肋单吊段空间姿态的调整，从而使悬拼精度和速度与平行拱相近。提出了切线吊扣系统及适当增强缆风的方法，保证了提篮拱肋悬拼过程中的横向稳定。通过灌注顺序调整等措施，解决了倾斜拱肋管内混凝土灌注引起的侧向变形问题。
实现了拱肋卧式加工、运输、竖转起吊工艺，适应了场地的要求，大大降低了施工费用。……
共计220页
全文阅读：提篮式钢管混凝土拱桥上部结构施工技术汇报（鲁班奖工程）
混凝土框架结构抗震设计探析 篇3
关键词：框架结构；混凝土；抗震设计方法
在混凝土框架结构抗震设计中，通过“强节弱杆、强剪弱弯、强压弱拉、强柱弱梁”四强四弱抗震措施的采取，实现混凝土框架结构抗震设防目标，是混凝土框架结构抗震设计的核心。在混凝土框架抗震设计两阶段设计中，在混凝土框架结构方案布置符合抗震设计原则前提下，通过第一阶段多遇地震作用下延性框架的设计，落实了混凝土框架结构抗震设计要求，减轻了大地震对框架结构的破坏作用，建立混凝土框架结构抗震设计抗震机制，最终可实现抗震设防目标。
一、地震对混凝土框架结构建筑物的破坏
1.混凝土框架结构的承重体系是由梁板柱三种构件组成的结构体系。从施工角度来说，这种结构的施工速度是比较快的，也比较简易，而且在使用功能上也比较灵活。可以根据用户的要求进行隔墙布置，是一种比较实用的结构体系。
2.地震使承重结构承载力不足或变形过大，引起的框架梁﹑柱的破坏和填充墙的破坏、结构丧失整体性的破坏和地基失效破坏。框架梁﹑柱的破坏主要反映在节点处。柱的破坏重于梁；柱顶的破坏重于柱底；角柱的破坏重于内柱；短柱的破坏重于一般柱。混凝土框架结构的砖砌填充墙遇到地震时破坏较为严重，一般7 度就出现裂缝。端墙、窗间墙及门窗洞口边角部分裂缝最多，9 度以上填充墙大部分即会倒塌，原因是在强烈的地震作用下，框架的层间位移较大，因填充墙砌体的极限变形很小，在往复水平地震作用下，即产生斜裂缝甚至倒塌。混凝土框架结构的变形为剪切型，下部层间位移较大，因此填充墙的破坏在房屋中下部几层较严重。
二、混凝土框架结构抗震设计方法
1.应重视框架梁柱节点的设计，保证其具有满足要求的承载力。
（1）框架节点是联系梁柱的重要部件，只有节点具有了足够的承载力，才能保证梁柱充分发挥其承载能力和变形能力，从而使整体结构具有良好的抗震能力。因而建筑抗震规范从概念设计的角度规定了“构件节点的破坏，不应先于其连接的构件”，同时也规定“一、二、三级框架的节点核芯区，应进行抗震验算；四级框架节点核芯区，可不进行抗震验算，但应符合抗震构造措施的要求”及一些加强节点的构造要求。
图1 框架节点破坏
（2）从大量震害实例来看，节点的破坏形式主要有： 节点区域混凝土被压碎，箍筋断裂或松脱，纵筋压曲外鼓等（图1） 。从目前的一些设计来看，很多设计人员并未重视对节点的设计，设计中经常出现节点区域的抗剪能力不足、节点区域的箍筋实配梁少于计算量、节点区域的箍筋肢距或配箍率不满足要求、节点区域的实际混凝土强度等级低于计算、梁柱的偏心距较大而未采取合理的加强措施等，这些都会导致节点的承载力不足，使节点在地震中成为薄弱部位。设计中应有针对性地对节点采取加强措施，在使节点设计满足有关规定的前提下，还宜适当提高节点区域的配箍率和加密箍筋间距和肢距，加强箍筋对混凝土和纵筋的约束，进一步提高节点的承载力和延性。
2.应采取措施，避免结构的扭转破坏。
（1）地震中，很多建筑结构端部构件破坏严重，甚至已局部倒塌。结构平面端部的破坏一般由结构的扭转引起，结构在地震作用下的扭转变形很难形成整体结构的延性耗能机制，即使在设计时采取了保证结构构件延性的构造措施，整体结构有可能仍不具有设计期望的延性。
（2）对于结构的位移比，按规定楼层的竖向构件最大弹性水平位移（或层间位移），不宜大于该楼层两端弹性水平位移（ 或层间位移） 平均值的1.5倍。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3）规定在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层的竖向构件最大弹性水平位移和层间位移与该楼层的平均值的比值，A、B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不宜大于1.2，A级高度高层建筑不应大于1.5，B级高度高层建筑、混合结构高层建筑、复杂高层建筑不应大于1.4。在结构设计时，严格控制结构位移比，使之满足规范要求是非常必要的。
（3）众所周知，由于地震作用的不确定性和地震作用中扭转分量的实际存在，即使设计为平面简单、规则、对称、荷载布置均匀的结构，在地震中也会产生扭转变形，当结构第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1比较接近时，说明结构的抗扭刚度偏小，结构在地震中产生扭转振动的可能性很大，当建筑结构（ 包括多层结构） 的周期比不小于0.90时，结构在地震中极易产生扭转破坏，为避免结构在地震中产生扭转破坏，设计中仍应采取有效措施提高结构的抗扭刚度或提高结构的抗扭承载能力。
3.提高混凝土强度等级。为满足框架柱轴压比要求及避免框架柱截面尺寸过大，在抗震结构设计中（尤其是高层结构抗震设计中）常取框架柱的混凝土强度等级高于梁板的强度等级，有时高出几个等级。高层建筑结构抗震设计是十分复杂的任务，需要在每一个环节充分考虑，根据国内一些工程实践，较成熟的施工方法如下。第一，为满足“强节点”的概念设计，节点区混凝土强度等级与柱相同。第二，先浇注高等级混凝土，后浇注低等级混凝土。第三，应确定合理的配合比，严格控制施工配料，并在现场测控坍落度，加强对混凝土的养护，以防梁端高低等级混凝土交界处附近出现混凝土收缩裂缝。
4.截面尺寸不宜太小。第一，框架梁是框架地震作用下的主要耗能构件，因此，梁特别是梁的塑性铰区应保证有足够的延性。影响延性的因素有：梁柱剪跨比、梁柱剪压比、柱轴压比等。在地震作用下，梁端塑性铰区保护层容易脱落，如梁截面高度过小，则截面损失比例较大。第二，框架柱是框架结构的主要抗侧力构件，应具有较高的承载能力和变形、耗能能力。而且，框架柱截面尺寸太小，箍筋不充分，柱的延性与抗震能力不足会导致脆性剪切破坏或柱头压碎。
地震所产生的地面运动有很大的随机性，不同地点所发生地震的波形是完全不同的，从而它对建筑物所产生的作用是很不相同的。所以，抗震设计所考虑的地是不确定的，也不能准确地预测，更难以确切地估计。因此，抗震设计必须留有较多的余地。正确合理地采取抗震构造措施，能最大限度地减少地震损失，防止结构脆性破坏与倒塌。
参考文献：
[1]张志俊，论混凝土框架结构抗震设计[J].黄冈职业技术学院学报，2011
（2）.
[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.
[3]柳炳康. 荷载与结构设计方法[M]. 武汉： 武汉理工大学出版社， 2011： 68-83.
钢管混凝土框架结构 篇4
1 工艺原理
在直径700 mm的钢管柱上端节点处,焊2Φ25环筋,其内浇筑高强混凝土,又在其上端外周设有钢筋混凝土环梁,要求环梁骨架的箍筋与钢管柱上的Φ25环筋之间,保证上下均有20 mm的距离(即其间距内为素混凝土),再将框架梁钢筋锚入环梁中,并与混凝土共同作用形成钢管混凝土柱与环梁组合框架结构体系。由于剪力在环梁根部最大,故其节点处的最大剪力,主要靠焊在钢管柱上的2Φ25环筋来承担,这就是该体系的工艺原理。
2 工艺流程
M1埋件、钢管柱、环梁钢筋制作→安装固定M1定位弹线→首层钢管柱安装→支环梁及框架底模→安装环梁钢筋骨架→安装框架梁钢筋→支框架梁、环梁侧模及楼板底模→安装楼板钢筋→浇筑混凝土→养护→上层钢管柱对接→再从“支环梁及框架梁底模”起,随后程序均与上类同。
3 操作要点
3.1 M1埋件、钢管柱、环梁钢筋制作
3.1.1 M1埋件制作
M1是稳固钢管柱的基座埋件:由直径900 mm的环形钢板下焊24Ф25钢筋制成,并配有3Ф30的螺栓,是用于调整其位置和水平度的,均在工厂内制作。
3.1.2 钢管柱制作
钢管柱制作按设计要求,在有一定资质和技术能力的厂家完成。制作时按设计要求,将防腐、焊接2Φ25抗剪环筋及内衬管等均在工厂内完成,其高度一般为楼层的1层～2层为宜。
3.1.3 环梁钢筋制作
1)环筋成型。
环筋成型分两次完成,第一次:先将直筋一端插入模具,然后由两人沿模具转动钢筋,使其250 mm长已形成弧状(250 mm是按Φ25钢筋的10倍考虑的,即为单面搭接焊的长度值)。第二次:将其从模具上取出来,再将另一端插入模具,先由两人沿模具转动此筋,另一人用撬棍往下压,以阻止钢筋上翘,当转动到长度剩余1/3时,将钢筋套入一根ϕ48 mm,L=1 800 mm的钢管内,用于增大力臂,然后再推动钢筋和钢管沿模具转动,直到两端相交为止。在不松劲的同时由焊工将接头处点焊3点,然后再均匀地从模具上将环筋撬出来。为控制环筋焊接受热后变形,制作一个特殊的卡具。
2)环梁钢筋骨架成型。
环梁钢筋骨架成型时,将已经制作成型的环筋及箍筋,分别放在两个马凳和4ϕ48钢管搭设的架子上成型。注意:为便于框架梁带弯钩的钢筋锚入环梁骨架中,环梁腰筋暂不绑扎就位,先临时吊绑在上层环筋下。
3.2 安装固定M1
由3Φ30螺栓将M1调整到轴线位置上,并调平到设计标高后,用数根Φ25钢筋分别与桩头甩出的钢筋焊牢,浇筑在钢筋混凝土基础底板中,其上表面与混凝土底板上表面在一个标高上。
3.3 定位弹线
在M1上表面弹出纵横轴线及钢管柱外边框线,见图1。
3.4 首层钢管柱安装
1)先将3块定位钢板焊于M1埋件上。
2)考虑要解决吊装和支撑及校正钢管柱的问题,先在钢管柱上端下来1 350 mm的位置上,均开焊3个Φ18钢筋鼻子,安装时用钢丝绳将其兜住,起吊就位,即将定位板套入钢管柱内,然后按设计要求,将钢管柱与M1埋件贴角焊接在一起。
3.5 支环梁及框架梁底模
为方便环梁钢筋骨架安装,以利于框架梁钢筋锚入环梁骨架筋中,采用将环梁及框架梁模板分两次支设的办法,即第一次先将环梁底模和框架梁底模支设好,第二次待其钢筋安装后再支侧模。
3.6 环梁钢筋骨架安装
用塔吊将环梁骨架分别套入每根钢管柱上,并放在环梁底模上,随即在底模上垫好钢筋保护层垫块。为控制抗剪筋与环梁箍筋之间有20 mm间隙,采用4个木楔临时均开插入钢管柱与环梁之间,混凝土浇筑完周转使用。
3.7 框架梁钢筋安装
由于框架梁主筋带弯钩,并锚入环梁骨架中,两端间距又小于其钢筋长度,按常规方法是难以穿入环梁骨架中的,采取先将带弯钩框架钢筋一端由3人举起,再由1人将另一端插入环梁骨架内;然后3人移到梁跨中,将其钢筋再次举起,另1人移到另一端,将其压弯后快速插入环梁骨架中,跨中3人再将钢筋慢慢放下来。在框架梁钢筋全部锚入环梁骨架中后,再将环梁腰筋整理到位,并绑扎好,见图2。
3.8支环梁、框架梁侧模及楼板底模
当环梁骨架与框架梁钢筋全部绑扎、调整完毕后,分别支设环梁侧模、框架梁侧模及楼板底模,环梁侧模用竹制胶合板制作的定型圆弧模支设,配制3个施工层段的,以便于周转。
3.9绑扎楼板钢筋
绑扎楼板钢筋之前,先将环梁主筋保护层垫好,特别是环箍筋与钢管柱上的2Υ25抗剪环筋之间用木楔子,在4个方向别调整完善,确保其有20 mm的间隙,然后再调整框架梁主筋,后再按设计要求绑扎楼板钢筋。
3.10浇筑混凝土
1)先浇筑钢管柱内混凝土,然后再浇筑梁板混凝土,也可以先浇梁板混凝土,后浇钢管柱内混凝土,但其高度不能超过一个楼层。2)浇筑钢管柱内混凝土按CECS 28∶90钢管混凝土结构施工规程要求的高抛法施工。3)钢管柱内混凝土浇筑高度,一般低于焊接接头处400 mm～500 mm为宜,可避免由于焊接受热时,引起钢管柱内混凝土受损。
3.11上层钢管柱对接
当上节钢管柱套入内衬管后,先用去除钉帽的钢钉,沿钢管柱周围,均匀垫起2 mm～3 mm,以利于上下节钢管柱及内衬管在焊接时,融为一体。当垂直度校正无误后,开始对称点焊8个点,然后将钢钉取出来,存放好,以便用在另外钢管柱上,钢管柱上焊接时,应由两人对称施焊,以免受热不均,引起已校正好的垂直度偏差过大。焊接完毕按设计要求进行超声波探伤检测。
4结语
我们在山西省太原市华夏数码中心工程中,应用了钢管混凝土柱与环梁组合框架结构施工技术。该工程由两座塔楼组成,每座塔楼地下2层,地上30层,总建筑面积69 373 m2。通过对其施工技术的改进与应用的情况来看,效果是显著的。主体结构验收时,受到了省质检站、设计院、监理单位、建设单位的高度好评,并一次通过验收。又先后荣获“汾水杯”“国优”等质量奖。实践证明该施工技术的确值得推广应用。
摘要：介绍了钢管混凝土柱与环梁组合框架结构的特点,分析了该结构的工艺原理,提出了具体的施工工艺流程,探讨了该结构的施工操作要点,指出该施工技术具有工期短、质量高、成本低的优点,值得推广。
关键词：钢管柱,混凝土,环梁,施工技术
参考文献
钢管混凝土框架结构 篇5
本作业指导书适用于本公司承建的一般工业与民用建筑框架结构混凝土浇筑工程的施工。
2．施工准备 2.1 材料
2.1.1 水泥：一般采用不低于425#硅酸盐水泥或425#矿渣水泥。水泥进场必须有出厂质量合格证及进场后复试试验报告。水泥出厂超过3个月或对水泥质量有怀疑时，在使用前应进行复试，并按试验结果使用。不同牌号、不同品种、不同标号的水泥要分别堆放，不得混合使用。
2.1.2 砂
2.1.2.1 配臵混凝土时宜优先用中砂, 细度模数3.0～2.3。
2.1.2.2 砂的质量要求必须符合GB50204-2002标准及《强制性条文》要求。砂中含泥量应符合下列表的规定
砂中含泥量限值
2.1.2.3 砂中的泥块含量应符合下列表的规定 砂中的泥块含量
2.1.3 碎石：粗细颗料之间有适当的级配，现场搅拌单粒级20～40mm，最大40mm 粒径，搅拌站石子粒径5～25mm，最大25mm 粒径。
2.1.3.1 碎石的含泥量规定
2.1.3.2 碎石的泥块含量的规定
2.1.3.3 针、片状颗粒含量的规定
一般宜选用较大的颗粒，但最大颗粒的尺寸不得超过结构截面最小尺寸的1/4，同时不得大于钢筋间最小净距的3/4。凡混凝土板厚度为100mm 和小于100mm 时，可允许采用一部分最大粒径达1/2板后的石子，但其数量不得超过25%。
2.1.4 水：凡一般饮用的自来水及洁净的天然水均可作为混凝土搅拌用水，要求水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质或油脂、糖类等，污水、工业废水及PH 值小于4的酸性水和硫酸盐含量（按SO 4）超过水重1%的水均不许
使用。不得使用海水拌制混凝土。
2.1.5 掺合料：粉煤灰其掺量应通过试验确定，并符合国家有关标准方可使用。
2.1.6 混凝土外加剂：减水剂、早强剂、缓凝剂、防冻剂、膨胀剂等应符合国家有关标准及规定，有出厂合格证、试验复试报告，其掺量应通过试验确定。
2.2 机具
混凝土搅拌机、磅秤、混凝土运输车、插入式振捣器、平板式振捣器、混凝土泵及导管、吊斗、串筒、溜槽、铁锨、木抹子、胶皮管、水桶、铁盘、外加剂稀释容器、水勺、比重计。
2.3 人员
一般要求2～3名4级混凝土工以上的技术工人带领操作。
2.4 作业条件
2.4.1 根据工程对象、结构特点、结构具体条件，制定混凝土灌筑的施工方案，工长根据模板、钢筋、预埋件及管线安装完毕，经检查合格，预检手续，工长依据施工方案做好技术交底。
2.4.2 原材料符合要求后，试验室下达配合比通知单，并在搅拌机旁悬挂计量牌，检查磅秤是否灵活准确，并按配合比规定的每盘各种材料用量及小车自重，分别将各个磅秤标量固定，当配合比调整时，磅秤另行标量固定。
2.4.3 检查搅拌机、振捣器是否运转正常、性能良好。2.4.4 脚手架搭设齐全，并合乎安全操作规程。
2.4.5 模板经检查标高、位臵及截面尺寸符合设计要求，支撑稳定、支撑和模板牢固可靠，模板的缝隙已嵌堵严密。模板内的一切杂物清理干净，并已浇水湿润，无积水现象。
2.4.6 钢筋、预埋件、预留孔及水电管线经检查无误并已办完隐、预检查验收手续，钢筋垫块已垫好。
2.4.7 根据气象预报掌握天气变化情况，尤其是雨季和冬季，做好准备工作，采取必要的措施，保证混凝土连续灌筑，确保工程质量。冬季做好保温措施。
3．施工工艺及技术要点 3.1 施工工艺：
机具准备→原材料准备→配比设计→混凝土搅拌→混凝土运输→混凝土浇灌→养护
3.2 技术要点： 3.2.1 按配合比计量。
3.2.2 搅拌时间及水灰比控制。3.2.3 运输时间控制。3.2.4 浇筑与振捣。3.2.5 施工缝。4．操作工艺 4.1 混凝土的搅拌
4.1.1 搅拌混凝土前，搅拌机应先加水空转数分钟，然后将积水倒净，使搅拌筒充分湿润，搅拌第一盘时，应考虑搅拌筒壁上砂浆损失，石子用量应按配合比减半。
4.1.2 严格控制水灰比，搅拌机上的自动给水装臵必须保持性能良好，供水量准确；如用人工加水时，要在固定的容器上画出所需的计量标志。砂、石要按规定测定含水率，雨季施工要增加测定次数，根据测定的结果，随时调整用水量。未经试验人员的同意，不得任意加减用水量，要经常测定坍落度，如坍落度与原规定不符时，应予调整配合比。当用振捣器捣实混凝土时，一般板、石、柱等坍落度为3～5cm，薄壁、细柱等坍落度为5～7cm，配筋特密结构的坍落度为5～9cm，同时应按规定留臵试块。
4.1.3 严格掌握配合比，在上料时各种材料必须车车过磅，精确计量。4.1.4 装料时，通常是按先石子后水泥，最后砂的顺序，如掺入的外加剂应按规定量取已调成的溶液同拌合水加入搅拌机中拌合，搅拌机每次装料数量不得超过搅拌筒标准容量的10%。
4.1.5 混凝土应搅拌均匀，颜色一致。在搅拌机中搅拌时，自全部材料装入搅拌筒中起，至混凝土由筒中开始卸料为止，其连续搅拌时间一般应按下表采用。
4.2 混凝土的运输
4.2.1 混凝土从搅拌机中卸出后，要及时运到灌筑地点，中途不得停歇。运输延续时间不宜超过下列规定，当混凝土的温度为20～30℃时，不超过1小时，当混凝土的温度为10～19℃时，不超过1.5小时，当混凝土的温度为5～9℃时，不超过2小时。
4.2.2 混凝土在运输过程中，应保持其匀质性，混凝土运至灌筑地点时，应具有规定的坍落度，如有离析现象时，必须在灌筑前进行二次搅拌，但不得随意加水。
4.2.3 运输车辆应不漏浆，并应经常清除车中粘附的和硬化的混凝土残渣，装车不宜过满，要低于车帮50～100mm，防止砂浆流失。
4.2.4 在采用导管运送混凝土时，应先水泥浆通过导管，使其表面湿润，在间歇时间不能超过45分钟，应立即用压力水清除导管中残存的混凝土。
4.3 混凝土的灌筑：
4.3.1 整体式钢筋混凝土结构，混凝土量大的工程以及重点工程和一般工程的重要部位，在灌筑混凝土时做好各种记录，施工中重大问题应有详细记录。
4.3.2 多层框架灌筑混凝土时，应分层分段施工，水平方向宜以结构平面的伸缩线分段，垂直方向按结构层次分层。
4.3.3 混凝土应分层灌筑，每灌筑层的厚度要根据振捣方法，结构的配筋情况而定，一般不得超过下列表规定的数值。
混凝土灌筑层的厚度
4.3.4 灌筑混凝土时，混凝土应不产生离析现象，混凝土自高处倾落时，其自由倾落度不应超过2米，超过2米时，应沿串筒或溜槽下落。
4.3.5 为了保证结构良好的整体性，灌筑混凝土时，应连续进行，如必须间歇时，间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土凝结前将次层混凝土灌筑完毕。间歇时间一般情况下不应超过2小时，如超过2小时，则应待混凝土的抗压强度不小于1.2Mpa/mm2时，才能允许继续灌筑。
4.3.6 用振捣捣实混凝土时，不允许碰撞钢筋、模板、水电管线和预埋件。插入式振捣器振捣方法一种是垂直振捣，即振动棒与混凝土表面垂直；一种是斜向振捣，即振动棒与混凝土表面成40°～45°角。操作时要快插慢拔，在振捣过程中，宜将振动棒上下略微抽动，以使上下振捣均匀密实。在振捣上层混凝土时，应插入下一层混凝土中5cm 左右，以消除层之间的接缝。同时在振捣上层混凝土时，要在下层混凝土初凝前进行。插点要排列均匀，可采用“行列式”或“交错式”的次序逐
点移交，不应混乱，以免漏振，每次移动位臵的距离应不大于振捣棒作用半径（一般为30～40cm）的1.5倍。要掌握好每一天插点的振捣的时间，过短不易捣实，过长可能引起混凝土产生离析现象。一般每点振捣时间以20～30秒为宜，应视混凝土表面呈现水平，不再下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准。平板式振捣器是放在混凝土表面上进行振捣，适用于振捣楼板，其有效振捣深度约20～30cm，对于过厚的混凝土须分层灌筑，分层振捣，每层厚度不宜超过20cm。平板振捣器的移动方向应顺着电动机转动的方向慢慢向前移动。振捣速度及遍数应根据混凝土的坍落度及灌筑厚度而定。在混凝土停止下沉并往上泛浆或表面已平整并均匀出现浆液时，即可转移振捣位臵。
4.3.7 灌筑混凝土时，要随时检查模板、钢筋、水电管线、预埋件、预留孔洞和插铁等有无走动、位移、变形和堵塞等现象，如发现问题，必须在已灌筑的混
凝土初凝前，修正完好后再继续施工。
4.3.8 灌筑多层框架结构混凝土，在每层中应先灌筑柱，再灌筑梁、板。4.3.9灌筑柱子时，应先在底部浇一层3～5cm 的水泥浆或混凝土内成分相同的水泥砂浆，然后分层灌筑混凝土（每层厚度不超过50cm），分层振捣，一气灌至施工缝处，中间不得停歇。当混凝土灌到将近施工缝时，上面有一层相同厚的水泥砂浆应加入一定数量与原混凝土相同粒径的洁净石子，在进行振捣，要掌握好标高，防止超高，当柱子与梁同时灌筑时，在柱子灌筑到大梁底时，应停歇1～2小时，防止柱顶与梁底接缝处的混凝土出现裂缝。
4.3.10在灌筑抗剪墙、薄墙、立柱等，灌筑至一定高度后，可能积聚大量浆水，造成混凝土强度不均匀，宜在灌筑到一定高度时，应适当减少混凝土配合比的用水量。
4.3.11楼梯段混凝土自下而上浇筑，先振实底板混凝土，达到踏步位臵时，在与踏步混凝土一起浇捣，不断连续向上推进，并随时用木抹将踏步上面抹平。
4.4施工缝的留臵：
4.4.1施工缝应留在结构中受剪力最小的部位上，具体应按下列部位留臵： a）柱子的施工缝应留在梁或吊车梁牛腿下面，吊车梁的上面；
b）梁的高度大于1米时，施工缝应留臵在板底面以下20～30cm 处； c）平板楼板的施工缝应留臵在平行于板的短边的任何位臵；
d）肋形楼板施工缝的位臵，沿着与次梁平行的方向灌筑时，施工缝应留臵在次梁跨度的中间1/3范围内。
4.4.2 梁板的施工缝应留直槎或企口式接槎，不留坡槎，在梁上施工缝处应用以木板，板应放臵与板厚相同的木方，中间均应按照钢筋位臵留有切口，以通过钢筋。
4.4.3 在施工缝继续灌筑以前，要先清除混凝土上表面土、水泥薄膜、松动或软弱的混凝土土层，用水冲洗干净，再铺一层3～5cm 水泥砂浆，然后继续灌筑混凝土。
4.5 混凝土的养护：
4.5.1 为了保证已灌筑的混凝土有适宜的硬化条件，并在规定龄期内达到设计要求的强度，防止出现脱水产生收缩裂缝，必须认真做好混凝土的养护工作。
4.5.2 混凝土灌筑完毕后，应在12小时以内加以覆盖和浇水，浇水次数应能保 持混凝土具有足够湿润状态为度，养护期不得少于7昼夜。
4.5.3 养护混凝土所用水其要求与拌制混凝土所用的水相同，当气温低于+5℃时，混凝土不得浇水，并需进行保暖养护。
4.5.4 冬季掺防冻剂，混凝土出罐温度不得低于10℃，入模温度5℃。（具体参见《冬施技术规范》）
5．质量标准
A 原材料
（一）主控项目
1．水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查，并应对其强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验，其质量必须符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175等的规定。
当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月（快硬硅酸盐水泥超过一个月时），应进行复验，并按复验结果使用。
钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构中，严禁使用含氯化物的水泥。2．混凝土中掺用外加剂的质量及应用技术应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076、《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119等和有关环境保护的规定。
预应力混凝土结构中，严禁使用含氯化物的外加剂。钢筋混凝土结构中，当使用含氯化物的外加剂时，混凝土中氯化物的总含量应符合现行国家标准《混凝土质量控制标准》GB50164的规定。
3．混凝土中氯化物和碱的总含量应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和设计的要求。
（二）一般规定
1．混凝土中掺用矿物掺合料的质量应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596等的规定。矿物掺合料的掺量应通过试验确定。
2．普通混凝土所用的粗、细骨料的质量应符合国家现行标准《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ53、《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52的规定。
3．拌制混凝土宜采用饮用水；当采用其他水源时，水质应符合国家现行标准《混凝土拌合用水标准》JGJ63的规定。
B 配合比
（一）主控项目
混凝土应按国家现行标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55的有关规定，根据混凝土强度等级、耐久性和工作性等要求进行配合比设计。
对有特殊要求的混凝土，其配合比设计尚应符合国家现行标准的专门规定。
（二）一般项目
1．首次使用的混凝土配合比应进行开盘鉴定，其工作性应满足设计配合比的要求。开始生产时应至少留置一组标准养护试件，作为验证配合比的依据。
2．混凝土拌制前，应测定砂、石含水率并根据测试结果调整材料用量，提出施工配合比。
C 混凝土施工
（一）主控项目
1．结构混凝土的强度等级必须符合设计要求。用于检查结构构件混凝土强度的试件，应在混凝土的浇筑地点随机抽取。取样与试件留置应符合下列规定：
（1）每拌制100盘且不超过100m 3的同配合比的混凝土，取样不得少于一次；
（2）每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时，取样不得少于一次；
（3）当一次连续浇筑超过1000m 3时，同一配合比的混凝土每200m 3取样不得少于一次；
（4）每一楼层、同一配合比的混凝土，取样不得少于一次；
（5）每次取样应至少留置一组标准养护试件，同条件养护试件的留置组数应根据实际需要确定。
2．对有抗渗要求的混凝土结构，其混凝土试件应在浇筑地点随机取样。同一工程、同一配合比的混凝土，取样不应少于一次，留置组数可根据实际需要确定。
3．混凝土原材料每盘称量的误差应符合表1的规定。
4．混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间。同一施工段的混凝土应连续浇筑，并应在底层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完毕。
当底层混凝土初凝后浇筑上一层混凝土时，应按施工技术方案中对施工缝的要求进行处理。
（二）一般项目
1．施工缝的位置应在混凝土浇筑前按设计要求和施工技术方案确定。施工缝的处理应按施工技术方案执行。
2．后浇带的留置应按设计要求和施工技术方案确定。后浇带混凝土应按施工技术方案进行。
3．混凝土浇筑完毕后，应按施工技术方案及时采取有效的养护措施，并应符合下列规定：
（1）应在浇筑完毕后12h 以内对混凝土加以覆盖并保湿养护；
（2）混凝土浇水养护的时间：对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d ；对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d ；
（3）浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态；混凝土养护用水应与拌制用水相同；
（4）采用塑料布覆盖养护的混凝土，其敞露的全部表面应覆盖严密，并应保持塑料布内有凝结水；
（5）混凝土强度达到1.2N/mm2前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。注：1．当日平均气温低于5℃时，不得浇水；
2．当采用其他品种水泥时，混凝土的养护时间应根据所采用水泥的技术性能确定；
3．混凝土表面不便浇水或使用塑料布时，宜涂刷养护剂；
4．对大体积混凝土的养护，应根据气候条件按施工技术方案采取控温措施。D 结构分项
（一）主控项目
1．现浇结构的外观质量不应有严重缺陷。对已经出现的严重缺陷，应有施工单位提出技术处理方案，并经监理（建设）单位认可后进行处理。对经处理的部位，应重新检查验收。
2．现浇结构不应有影响结构性能和使用功能的尺寸偏差。对超过尺寸允许偏差且影响结构性能和安装、使用功能的部位，应由施工单位提出技术处理方案，并经监理（建设）单位认可后进行处理。对经处理的部位，应重新检查验收。
（二）一般项目
1．现浇结构的外观质量不宜有一般缺陷。对已经出现的一般缺陷，应由施工单位按技术处理方案进行处理，并重新检查验收。
2．现浇混凝土框架拆模后的尺寸偏差应符合表1的规定。按楼层、结构缝或施工段划分检验批，在同一检验批内，应抽查构件数量的10%，且不少于3件。
注：检查轴线、中心线位置时，应沿纵、横两个方向量测，并取其中的较大值。
6．成品保护
6.1在施工中不应在模板帮上搭设脚手板，不许随意拆改模板的拉杆和支撑。6.2 在混凝土灌筑完毕后，在常温情况下 10～12 小时内用草袋或草帘子覆盖，及时浇水养护，应保证有足够的养护日期及浇水次数，以防止产生收缩裂缝，并
现浇混凝土框架结构抗震性能研究 篇6
【关键词】现浇混凝土；框架结构；抗震性能
1.现浇混凝土框架结构抗震问题概述
钢筋混凝土框架结构是多高层建筑广泛采用的一种结构型式，他具有传力明确、结构整体性好、抗震能力较强、工程造价较低、结构用钢量较省等优点；由于不设承重墙，所以建筑平面布置灵活，可以形成较大开间，适用于各类公用建筑和民用住宅。按照施工工艺的不同，框架结构可以分为装配式、装配整体式和全现浇式。现浇结构因为比装配结构具有更好的抗震性能，同时施工比较简便，在框架结构中具有更广泛的应用。
在一般情况下，钢筋混凝土结构都要求整体浇筑，但由于施工组织（如工人换班，待料等）和施工工艺（如安装上部钢筋、模板，限制支撑结构上的荷载等）上的原因，或者意外情况的发生（如停电，设备损坏等），往往无法实现混凝土的连续浇筑。当浇筑中的时间间隔超过混凝土的初凝时间时，就会在前后浇筑的混凝土接槎处形成施工缝。施工缝是现浇结构中不可避免的，他是保证结构构件质量、保证结构安全和整体性的重要因素，处理不好，极易成为结构上的薄弱部位，对结构抗震极为不利。
我国规范规定，钢筋混凝土框架柱应在梁底标高以下20～30mm处或在梁、板面标高处留设水平施工缝，这样设置主要是考虑到施工的方便。然而，这些部位正是柱受弯矩和剪力最大处，施工缝设在这些部位是否会对结构的整体性产生影响一直存在争议。为保证框架结构能以较低的设防标准确定的截面承载力，在强烈地震中有较大的弹塑性变形能力和耗能能力，应当避免梁、柱、节点的剪切破坏，满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的抗震设计要求。对于经受侧移的框架，要避免形成“柱侧移破坏机构”，因此要求塑性铰在梁端而不是柱端形成，这样可以使结构受非线性影响的部分最小，同时保持承受竖向荷载的能力。考虑到框架柱的水平施工缝恰好留设在邻近节点的柱端，而梁柱节点处，受力又比较复杂，加之钢筋比较密集，纵横向钢筋都交叉于此，因此各国规范对施工缝的设置和处理都有比较详细的规定。尤其当梁、柱等结构构件的混凝土强度等级不同的时候，施工缝的处理要求更为严格。
2.在实际施工过程中应注意的问题
工程实体的质量是在施工过程中形成的。实际施工过程中建筑结构的施工质量受各种因素的影响多、变化复杂、质量控制的任务和难度大。虽然我国规范已对现浇混凝土框架结构施工缝的留设位置和处理方法做了较为详细的规定，但仍无法满足实际施工的需要。对于某些问题还存在着一些不同意见。
2.1施工缝的留设位置
2.1.1不应对施工缝的留设做过多限制
认为施工缝具有客观性和任意性。随着建筑物功能及美观需要，“高、大、新”建筑物越来越多，由于混凝土浇筑、模板支设、施工操作等问题，使混凝土会分成若干段进行施工，只要对钢筋混凝土构件的内力和抗渗问题有比较正确的认识，施工缝处理方法合理、科学，就不应当对施工缝设置做过多的限制[1]。施工缝的问题，主要是应该对施工缝的处理方法需要认真研究，谨慎从事[2]。
2.1.2严格控制施工缝留设位置的正确
随着构件类型和受力状况的不同（弯矩或剪力等），混凝土施工缝的留设位置和处理方法也不同。现浇混凝土施工缝是保证结构构件质量、保证结构整体性和安全性的重要因素之一。施工缝处理不好，极易成为结构的薄弱部位，对结构抗剪，特别是抗震和防渗漏极为不利。因此认为施工缝不能随意设置[3]，其位置必须在混凝土浇筑之前确定，严格控制施工缝留设位置的正确[4]。
2.2对施工缝危害性的两种看法
一种看法认为，由于施工缝的存在，使混凝土有一道天然的缝隙，从而影响混凝土的抗拉和抗剪强度[5]，与一次性浇筑混凝土相比较而言，施工缝必然会削弱结构的接体性能。另一种看法认为，只要按照规范要求设置和处理施工缝，并认真施工，施工缝的存在就不会对结构承载能力产生不利影响，不会影响工程质量。
2.3混凝土抗压强度未达到1.2MPa
《混凝土结构工程施工及验收规范》规定：在施工缝处继续浇筑混凝土时，已浇筑的混凝土，其抗压强度不应小于1.2 MPa。但是，由于在工程施工现场缺少可靠的检测手段和保证满足这一条件的技术措施。实际上施工缝处的混凝土还未达到1.2MPa，就又继续浇筑了。对这一问题，施工中普遍存在着重视不够的现象，常常被忽略[6]。混凝土初凝后，过早在上面或附近浇筑新混凝土，会导致初凝混凝土内部结构的破坏，影响混凝土与钢筋的粘结握裹，严重影响施工缝的质量。
3.钢筋混凝土框架结构震害特点
在历次大地震中，钢筋混凝土房屋的震害都要比砌体房屋轻得多。但是未经设防的钢筋混凝土框架建筑也存在着很多薄弱环节，在较高裂度地震作用下，这类建筑也产生了中等和严重破坏，甚至倒塌的情况[7]。
钢筋混凝土框架结构的的震害如下：震害多发生在柱端，梁端、梁深的震害较少、较轻，节点的震害较少；就框架柱所在的位置而言，边柱的破坏程度比中柱重；边柱之中，又以角柱的破坏最重；就一根柱子而言，柱上端的震害往往重于下端，尤其带有砖填充墙的框架，楼层柱的上端往往发生比较严重的破坏。
3.1柱顶
常见的震害现象有两种：柱顶周围有水平施工缝，有时柱四角混凝土压裂，局部崩落，钢筋外露弯曲；柱顶有斜裂缝或交叉裂缝，重者混凝土压碎崩落，柱头顺斜裂缝下滑错动，钢筋顺斜裂缝方向弯曲，严重者混凝土全部崩落，上部梁板下塌，柱内纵向钢筋压弯成灯笼形。
3.2柱底
常见的震害现象是在离地面100～400mm处柱有周围水平裂缝，有部分柱在离地面0.8—1.2m处有周围水平裂缝，在柱四角有混凝土压碎。
3.3柱身
有的出现严重的X裂缝和斜裂缝（短柱），柱主筋压弯，箍筋有颈缩和拉断。
3.4施工缝
施工缝处常有一圈水平裂缝，下截面部分混凝土剥落，露出较为平滑的柱横截面。
【参考文献】
[1]吴留恩.钢筋混凝士施工缝的特性与处理.电力建设，1994，15（7）：57-60.
[2]张玉堂.混凝土结构工程施工监理需要注意的两个问题.建设监理，1999（5）：20-21.
[3]吴留恩.钢筋混凝士施工缝的特性与处理.电力建设，1994.
[4]张玉堂.混凝土结构工程施工监理需要注意的两个问题.建设监理，1999：20-21.
[5]林文.混凝土施工缝的质量控制与监督.福建建设科技，1998.
[6]丛志勇.混凝土施工缝的质量控制，工程质量管理与监测，2011.
预应力钢管混凝土结构 篇7
尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用, 具体的缺陷表现在以下几个方面:
1) 钢管混凝土仅适用于小长细比的轴心受压和小偏心受压构件, 对于大长细比的轴心受压、受弯和大偏心受压构件, 承载力的提高效果并不显著;而作为受拉构件时, 核心混凝土不参加工作, 只是钢管受力, 承载力与空钢管轴心受拉基本相同。2) 钢管对核心混凝土的被动箍紧力出现太迟, 构件在弹性阶段和弹塑性阶段的承载力没有提高, 塑性阶段承受荷载的能力虽能得到大幅度提高, 但是也将产生很大塑性变形。此外, 受荷初期增加的侧向拉应力还将使核心混凝土提早开裂。3) 一些承受移动荷载作用的构件如桥墩、拱肋、吊车柱等往往存在偏心受压状态, 这些因素的综合影响, 使构件的受压性质发生了变化, 从而进一步降低构件的承载力。
2 预应力钢管混凝土的提出
为了扩展钢管混凝土结构的应用范围, 进一步发挥它的特点, 研究者们将预应力技术运用到钢管混凝土结构中, 充分发挥两者的优越性, 提出了“预应力钢管混凝土结构”。这种结构是指在钢管混凝土构件中加设高强钢部件, 施加预应力, 从而改变构件中的内力分布, 使钢管混凝土构件部分承受轴心压力或小偏心受压。这样, 预应力钢管混凝土结构不仅可以作为长细比较大的长柱和大偏心受压构件, 而且还可用于受弯构件, 这就使得钢管混凝土的应用领域大为扩展。
3 预应力钢管混凝土的特点
预应力钢管混凝土结构除具有钢管混凝土结构的优点外还具有以下特点:1) 通过预应力技术传递部分荷载, 减小结构内力, 对于预应力连续梁还能够调整整个结构的内力分布;2) 针对内力大的杆件施加预应力, 预应力筋通过钢管混凝土承担绝大部分使用荷载, 用高强钢材代替普通钢材, 能使预应力筋强度高的优势得到充分发挥;3) 多采用无粘结预应力结构, 钢管和混凝土对预应力筋具有明显的保护作用;4) 在预应力施加阶段, 借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用, 可使核心混凝土获得较大的预紧力, 核心混凝土在使用荷载作用下不出现裂缝, 构件刚度变大;5) 增加结构刚度和自振频率, 减少结构变形和动力影响, 增大结构跨度, 提高结构承载力;6) 对桁架、网架等结构施加整体预应力, 可调整结构内力, 结合支座位移和反力调整, 减小内力峰值, 使结构受力更合理、更优化。
4 预应力钢管混凝土的结构形式
4.1 轴心受力构件
将预应力筋放于管轴内, 并在钢管内灌注混凝土, 形成预应力钢管混凝土轴心受力构件。它既能提高抗压性能, 又能提高抗拉性能, 可用于轴压或轴拉构件。为方便施工, 也常将预应力筋放于钢管外, 形成撑杆式预应力钢管混凝土柱。施加预应力后, 撑杆对构件产生扭转约束和线位移约束, 从而提高其临界压力和稳定性。
4.2 受弯构件
当构件承受弯矩时, 可根据弯矩分布图形, 配置直线形、折线形、抛物线形预应力筋, 就像普通预应力混凝土结构一样。若弯矩较大或为方便施工, 可将预应力筋配置在体外。配筋的原则是获得最大的反向弯矩及最小的轴向压力。根据荷载的形式不同, 在构件上布置不同线形的预应力筋, 这样做可以平衡掉对结构构件产生弯曲应力和变形的那部分荷载。若外荷载全部被预应力所平衡, 则构件在外荷载和预应力共同作用下将成为一个轴向受压的结构, 即只受到轴压力的作用而没有弯矩, 也没有竖向挠度, 但这只是理论上的假设, 实际上一般很难完全抵消外弯矩, 故只能使构件由受弯改变为压弯构件, 充分利用钢管混凝土的受压特性和预应力筋的高强抗拉特性。
4.3 压弯构件
钢管混凝土特别适合用于轴心受压或小偏心受压构件, 但抵抗大偏心荷载的性能却不如钢筋混凝土柱出色。因为偏心率、含钢率和混凝土强度等级对钢管混凝土偏压短柱的力学性能有影响, 其中以偏心率的影响最大。偏心率较小时, 套箍力产生较早、发挥较充分, 其受力性能与轴压短柱类似。随着偏心率的增大, 受压区钢管混凝土的组合材料泊松比不断降低, 钢管对混凝土的套箍作用受到削弱。为了有效地提高偏心受压柱的承载力, 可在体内加偏心预应力, 使钢管产生预压偏心, 其方向与荷载偏心方向相反, 这样可减小荷载的偏心距使柱接近承载力较高的小偏心受压柱。为此, 采用在钢管内部预先施加反向偏心预应力筋的方法, 发挥钢管混凝土抗压强度高的特点, 克服截面惯性矩相对较小的弱点;同时改变其受力状态, 使大偏压接近小偏压, 减小偏心率, 增大柱子的承载能力。
4.4 拱结构
拱属于有推力的结构体系, 当拱轴线选择合理时, 拱体主要承受压力, 适合于采用钢管混凝土结构。拱的推力对拱身工作有利, 但却增加了支座的负担, 特别是在平原地区地基基础不能抵抗水平推力的情况下, 极大地增加了支座造价。为此, 利用内力平衡原理, 在拱脚处设置拉杆, 以承受拱的部分推力;如果再在拉杆中施加预应力, 将水平推力由预应力体系来平衡, 与压拱组成无推力或小推力的拱架结构体系, 成为内超静定外静定的结构, 可以大大减轻支座负担, 取得最大的经济效益。
4.5 桁架结构
在钢桁架中施加预应力, 可以把个别构件 (主要是拉杆) 做成预应力杆, 也可以对整个桁架施加预应力。根据计算分析, 对于预应力钢结构而言, 不论采用何种形式桁架和何种预应力索布置, 与未施加预应力的桁架相比, 腹杆和下弦杆比较省钢, 而上弦杆并不省钢。原因是钢压杆需要承担强度和稳定的要求。为此, 在压杆内灌注高强度混凝土, 协助钢压杆承受压力, 从而解决了强度、刚度和稳定问题, 大大节约用钢量, 改善结构的特性;同时由于利用了混凝土良好的抗压能力和索的高抗拉能力, 并可调整整个结构内各部分内力的分配, 使构件内力分布合理, 改善结构的性态, 使受力变形性能达到最佳状态。
5 结语
预应力技术的引进, 使得钢管混凝土的受力性能得到改善, 扩大了其应用的领域, 推动了钢管混凝土结构的进一步发展。
摘要：尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用。
关键词：预应力,钢管混凝土,结构形式
参考文献
[1]钟善桐.钢管混凝土结构应用范围的扩展[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1994.
新型钢管混凝土结构的特点及运用 篇8
1 新型钢管混凝土结构的特点
1.1 薄壁钢管混凝土
薄壁钢管混凝土是指其横截面径厚比D/t(对于圆钢管混凝土)或宽厚比B/t(对于方钢管混凝土)大于对应受压构件中空钢管局部稳定限值1.5倍的情况。对于薄壁钢管来说,其承载力是极不稳定的,因为它对于局部缺陷很敏感。试验证明,其实际轴压力往往只有理论计算值的1/3~1/5,当有残余应力存在时,影响则更大[2]。
相对于厚壁钢管混凝土,采用薄壁钢管混凝土的主要优点是:减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低工程造价的目的,还可以提高构件的耐火极限。在小高层以下包括多层、低层建筑工程中推广使用有着广阔的前景和积极的意义。目前,薄壁钢管混凝土实验室研究的径厚比D/t最大达到了150,使得柱的含钢率为5%~7%,与钢筋混凝土柱的含钢率接近。
1.2 带纵向加劲肋钢管混凝土
对于薄壁钢管和长细比大的钢管较易产生局部屈曲,国内外研究者先后提出了一些抵消这种影响的构造措施,主要包括设置纵向加劲肋、采用约束拉杆和角部隅撑这三种方法,其中设置纵向加劲肋方法制作的板件较少,加劲肋和钢管焊在一起,整体性好,有利于提高钢管和混凝土共同工作的性能,同时还有利于提高构件的抗火性能[3]。
1.3 冷弯型钢钢管混凝土
冷弯型钢钢管通常做法是将两个冷弯卷边槽钢的卷边部分相对焊接而成方管。与普通拼焊的钢管不同:1)其残余应力较拼焊管要小;2)它在冷加工的过程中会发生较大的塑性变形,出现强度提高和塑性下降的现象,正好可以利用其优点。
由于目前冷弯型钢标准中列出的型钢截面尺寸普遍偏小,因而其使用范围通常为网架、网壳和桁架等结构中受力较小的杆件,在实际的钢管混凝土工程中直接采用这些标准产品的情况还不多见。
1.4 中空夹层钢管混凝土
中空夹层钢管混凝土,是在两个同心放置的钢管之间灌注混凝土而形成的构件,是在传统实心截面钢管混凝土的基础上发展起来的一种新型钢管混凝土结构。由于常用的钢管截面形式有圆形、方形和矩形,而组成中空夹层钢管混凝土的内、外钢管可采用不同的截面形式,因而可以组合出多种截面类型的中空夹层钢管混凝土构件。
中空夹层钢管混凝土继承了实心钢管混凝土承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好等一系列的优点。此外,由于其特殊的截面形式,和实心钢管混凝土相比,中空夹层钢管混凝土构件具有截面开展、抗弯刚度大、自重轻、抗震性能好和防火性能好等特点,适于用作海洋平台支架柱、桥墩以及高层建筑中的大直径柱[5]。
1.5 钢管高性能混凝土和千米承压材料
这里的高性能混凝土,指具有高强度、高流动性,在自重或少振捣的情况下就能自密实的混凝土。将其灌注在钢管里,可以减小施工工作量和施工的噪声污染,钢管混凝土还具有承载能力高、塑性和韧性好等诸多优点,在高层、超高层建筑中被广泛的运用。
随着人们对高度在千米以上的超级摩天大楼的设想和规划,首先遇到的就是用什么样的承压材料的问题,所以就有了千米承压材料这一概念。千米承压材料是指材料在承受压应力的状态下,在承受压力的方向上材料尺度可以延续至1 km以上。其主要是由C100以上高强混凝土和高强度无缝钢管制成的钢管高强混凝土柱,目前还处于试验研究阶段。
1.6 空心钢管混凝土
空心钢管混凝土是采用离心法浇筑管内混凝土并通过蒸汽养生制成的钢管混凝土构件。自20世纪90年代以来,我国已较广泛地在输电变电工程中采用。这种构件在工厂中预制,运抵现场组装。由于构件中心部分的混凝土抽空了,减轻了自重,因此便利了运输和施工。和传统的钢杆塔相比,节约钢材50%以上。与预应力钢筋混凝土杆塔相比,钢材和混凝土的用量基本相同,但不存在混凝土开裂问题,提高了结构的耐久性和安全度。由此可见,空心钢管混凝土在电力工程建设中有很大的发展前景。
此外,还有蜂窝状钢管约束混凝土、复式钢管混凝土、异形钢管混凝土组合柱等一些新型钢管混凝土结构,由于这些结构在实践中应用得少,在此不一一论述。
2 钢管混凝土的应用
根据钢管混凝土结构本身的特点,目前的主要应用领域有单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、地铁站长柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构等[1]。
我国从20世纪60年代开始研究钢管混凝土结构,主要为内填型素钢管混凝土结构。1963年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁站工程。由于钢管混凝土结构具有一系列优越的力学性能,20世纪70年代我国进一步推广应用这种结构,相继应用在一些大型工程中,到了20世纪80年代,钢管混凝土结构在我国的研究已经逐步得到完善,计算理论和设计方法取得了很大进展,在构件性能和理论研究方面也取得了很大的成就。
近年来,随着我国国民经济的迅速发展,在现代化的事业中,钢管混凝土结构作为一种新的结构形式,在我国的高层建筑工程、地铁车站工程、工业厂房工程和大跨度桥梁工程等建设中得到了卓有成效的应用,取得了令人瞩目的成就。例如1997年10月建成的四川万县长江大桥跨度达到了420 m,这在桥梁史上也是少见的,据桥梁工程师们预测,采用钢管混凝土拱桥结构,单孔蹁有望达到500 m~600 m,高384 m。采用钢管混凝土柱建成的高层建筑也近20座之多,其中最高的深圳赛格广场大厦,地下4层,地上70层,高度为278.8 m,建筑面积达到了160 000 m2,是迄今为止全部采用钢管混凝土柱的世界最高建筑。地上78层的深圳地王大厦,其结构为型钢混凝土结构,四周框架柱为方钢管混凝土构件。结构总层数为51层、地上高度201.8 m的广州新中国大厦,上部结构部分柱为带约束拉杆异形(方形)钢管混凝土组合构件,核心筒地下室5层部分采用带约束拉杆异形(L形,T形)钢管混凝土构件。
在美国、日本、澳大利亚等国,建成的钢管混凝土结构高层建筑也已经超过40余幢。例如东京西新宿广场塔楼,地上31层,采用框架体系,柱子全为方钢管混凝土构件。此外还有新大阪菲尼克斯威尔大厦、淀川六番馆。在澳大利亚,有很多工程实例比如the Forrest Center Exchange Plaza和Westralia Square等,层数均在30层以上。特别是1995年阪神地震后,钢管混凝土结构更显示出其优良的耐震性能,进一步掀起对钢管混凝土结构进行深一层研究的热潮。
3 结语
与普通钢管混凝土结构相比,新型钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式,能够适应现代工程中各种结构形式的需要,符合现代施工技术的工业化要求,是结构工程科学的一个重要发展方向。随着其理论研究的深入和完善,施工工艺的提高和高性能材料的应用,钢管混凝土也将继续广泛地用于各种建筑结构中。
摘要：主要介绍了各类新型钢管混凝土结构的特点,受力性能,制作与加工的方法,阐述了各类钢管混凝土结构的应用情况和发展前景,以提高人们对新型钢管混凝土结构的认识,推广钢管混凝土结构的应用。
关键词：钢管混凝土,宽厚比,含钢率,强度,稳定性
参考文献
[1]韩林海.钢管混凝土结构——理论与实践[M].北京:科学出版社,2004.
[2]占美森.薄壁钢管混凝土柱轴心受压承载性能研究[D].南昌:南昌大学硕士学位论文,2007.
[3]张耀春,陈勇.设直肋方形薄壁钢管混凝土短柱的试验研究与有限元分析[J].建筑结构学报,2006(10):39-40.
[4]温宇宁,佟京阳,黄小国.浅谈钢管混凝土结构的特点及其工程应用[J].山西建筑,2006,32(15):61-62.
钢管混凝土框架结构 篇9
1 部分填充混凝土桥梁结构形式
1.1 部分填充钢管混凝土拱桥
对于常见的钢管混凝土拱桥, 可仅在拱脚部分填充混凝土, 拱顶不填。拱脚部分压力大, 受力复杂, 填充混凝土可减少拱脚区域钢材用量以及内部焊接工作量, 进一步简化构造, 节省工程造价, 提高钢管拱的抗冲击能力。拱顶部分为空钢管结构, 这可进一步减轻结构重量, 降低重心, 大大减小横向地震力作用, 而且避免了拱顶管内混凝土不密实的问题。
1.2 部分填充混凝土钢管 (箱) 桁架桥梁
对于钢管 (箱) 桁架桥梁, 在实际应用过程中, 可以采用部分填充混凝土的钢管桁架结构, 根据实际受力特性, 灵活选择填充混凝土的部位和填充数量。
由于混凝土具有很好的抗压性能, 在桁架压力较大的弦管中填充混凝土, 可分担较大的压力, 从而减小弦杆截面面积, 防止局部管壁屈曲, 减少用钢量, 还可防止钢管内部锈蚀, 增强耐久性, 并具有较好的延性。在钢管桁架节点区域弦杆填充混凝土, 可提高节点承载力, 避免一般节点复杂的构造;同时降低了节点应力集中程度, 提高了抗疲劳性能。
在桁架较大集中荷载作用处、支座和管壁受侧向力区域的管内填充混凝土, 可避免钢管管壁局部屈曲破坏。对于拉力较大的弦杆, 可在受拉弦管中填充混凝土, 然后施加预应力, 提高桁架的整体刚度, 减小变形。
此外, 钢管桁架由于其结构轻便、造型美观、施工方便快捷成为人行天桥等结构的首选。常见的钢管桁架人行桥多为圆形钢管桁架结构, 平面结构抵抗外力的能力较强, 但切割和焊接难度较大;而矩形钢管桁架钢管间的切割和焊接施工较为方便, 但平面结构抵抗面外力的能力远远小于圆拱形结构, 见图1。
笔者计算分析的矩形钢管桁架节点变形图验证了上述分析。为此, 可考虑在矩形钢管桁架的节点区域填充混凝土, 以改善矩形钢管桁架的受力性能, 弥补矩形钢管桁架的缺点, 进一步扩大矩形钢管桁架的应用范围, 成熟后其设计和施工可在工厂标准化生产, 现场快速拼装。
1.3 部分填充混凝土钢结构塔柱
对于钢结构桥塔、桥墩等, 构件本身为偏心受压构件, 在根部填充混凝土可大大提高根部受压承载能力, 减少根部复杂的加劲措施, 防止根部钢结构局部屈曲, 提高塔柱结构塑性铰区域的延性, 进而提高其抗震性能;同时, 还可提高根部抵抗车辆撞击能力。
1.4 工作环境较恶劣的箱型钢结构构件
对于所处环境为干湿交替、空气流通不畅、内部容易积水、养护较难的钢结构构件, 可在箱室内部填充轻质混凝土或其他轻质合成材料。
2 研究现状
日本学者在文献[2]中提出使用部分填充混凝土的钢管和钢筋混凝土桥面组合作为斜拉桥的主梁, 并通过对一座900 m的斜拉桥的分析与试验, 确定这种新结构是可行的和具有竞争力的, 桥梁总体布置图见图2。其填充思路为:在边跨端部支座处 (区域A1, A2) 填充混凝土以减少负反力;桥塔附近主梁内 (区域A2和B) 存在巨大轴压力, 此区域填充混凝土可有效增加抗压能力;跨中部位 (区域C) 压力很小, 在此区域可不填混凝土。钢管内的空间提供了控制沿跨长的重量分布的办法。
文献[3]提出在桥塔到跨中的过渡段部分填充轻混凝土, 采用2层钢管相套, 在中间环形填充混凝土的形式。
在国内, 部分填充混凝土钢管拱桥已经得到应用。文献[4]对一座部分填充混凝土钢管拱桥——山前大桥进行了受力特性研究, 其研究结果表明:部分填充混凝土结构具有良好的弹塑性工作性能;但是钢管段与钢管混凝土段交接处变形曲线出现明显折点, 而且拱肋变形较大, 这些地方的构造还有待进一步改善。
文献[5]研究了混凝土不同填充长度对桥梁结构动力特性的影响。分析结果表明:填充混凝土对桥梁动力特性有一定的影响, 当混凝土填充长度从拱脚超过L/4后, 拱肋重心提高, 对动力性能影响较明显。
文献[6]通过用有限元软件分析了传统全部填充钢管混凝土拱桥和部分填充钢管混凝土拱桥的面内整体稳定性和使用阶段的位移变形, 并通过实桥算例对比, 说明部分灌注钢管混凝土拱桥自重轻、稳定性好, 且变形值满足使用阶段的要求。
文献[7-9]通过试验和数值模拟相结合的方式, 研究了部分填充混凝土桥梁墩柱的动力特性和抗震性能。其研究表明, 部分填充混凝土钢管墩柱具有良好的抗震性能。
部分填充混凝土钢管 (箱) 组合结构桥梁尽管在国内外有一些应用, 但还未形成一套完善的理论体系、设计理念和共识。
3 应用现状
部分填充混凝土钢管 (箱) 组合结构桥梁在国内外桥梁中已有应用, 只是由于数量较少, 尚没有形成独立的结构概念。早期采用的部分填充理念并不是出于对结构受力的考虑, 比如法国Antrenas桥, 该桥跨径56 m, 为一空间桁式组合结构, 为提高钢管拱的抗冲击能力, 在其两端拱脚部分填充了混凝土[10]。
国内福建福鼎山前大桥、重庆万盛藻渡大桥、广东佛山东平大桥等也采用了部分填充混凝土单管钢管结构。其中福建福鼎山前大桥为圆管截面, 重庆万盛藻渡大桥、广东佛山东平大桥为钢箱截面。
福建福鼎山前大桥采用下承式刚架系杆拱 (见图3) , 两拱脚段水平投影长16.305 m范围内 (接近L/4处) 为钢管混凝土截面, 拱顶段水平投影长42.39 m范围内为空管截面[6]。
重庆万盛藻渡大桥的拱肋截面为钢箱截面, 拱脚区段钢箱内和跨中区段钢箱顶面浇注混凝土。
东平大桥 (见图4) 为3片拱肋的多重组合体系拱桥, 其主拱、副拱和刚性系梁均采用带加劲肋的钢箱, 而边拱采用钢箱混凝土, 属于部分填充混凝土钢箱结构。
部分填充混凝土钢管桁架桥梁结构是在部分填充混凝土单管结构上的进一步发展。湘潭四桥和衡酃路湘江特大桥均为部分填充混凝土钢管桁架结构, 桁架构件均采用圆形截面。
湘潭四桥 (见图5) 为120 m+400 m+120 m斜拉飞燕式系杆钢管混凝土拱桥, 边跨与主跨跨度比为0.3。大桥主拱采用中承式双肋无铰平行桁架拱, 每肋由6Φ850 mm钢管混凝土组成, 拱顶下弦管在无斜拉索区域采用空钢管结构截面。
衡酃路湘江特大桥 (见图6) 为双层钢管桁梁系杆拱桥。边拱和中拱拱肋在拱脚一定长度范围内填充C50混凝土, 其余部位为空钢管段。空钢管内设环形横向加劲肋以及4根100×10的纵向加劲肋, 灌注混凝土段和空钢管段以钢板隔开, 并采取一定的加劲措施[11]。
4 实例分析
4.1 某3跨连续刚性悬索加劲钢桁架桥
某3跨钢桁架桥为加劲弦钢桁梁双层桥, 上层为高速公路, 下层为城市交通。原桥为钢箱桁架结构, 计算后比较发现, 在图7所示位置的FG段、HH段、CD段钢箱内填充混凝土后, 边桁下弦杆轴力增加12%;中支座附近下弦杆应力下降16%, 其他杆件应力下降幅度在22%~51%;对于没有填充混凝土的弦杆, 应力增加的幅度为11%~13%。
上弦杆填充混凝土后, 中支座处没有填充混凝土的GH段轴力增加5%~8%, 而在填充混凝土的FG和HH段, 轴力增加12%~27%, 应力水平降低了29%~44%。总体来说, 混凝土对分担压应力的贡献大于其增加的自重效应。斜杆没有填充混凝土, 由于自重的增大, 轴力和应力变化幅度基本同步, 应力增加幅度基本上在6%~13%。
从以上的分析可以看出[12], 混凝土对分担构件压力的贡献大于其自重作用的效应, 对整体结构利大于弊。在实际应用中, 合理地进行结构的布置, 扬长避短, 会起到更好的作用。
4.2 某4拱肋全钢靠背拱桥
图8为某4拱肋全钢靠背拱桥, 主、斜拱水平力自平衡, 主拱依靠钢主梁平衡水平推力, 斜拱依靠预应力系杆平衡水平推力。4片拱肋和4片系梁均采用全焊矩形钢箱梁。
由于边系杆的截面比主系杆的截面小很多, 4个钢箱系杆在平衡各自拱肋的水平推力时, 其变形不同步, 边系杆伸长长度大于中系杆伸长长度, 导致端横梁承受较大的横向弯矩, 最终通过在边系梁内施加预应力来达到4个系杆变形同步的目的。
根据“按需分配”原则和部分填充混凝土的理念, 在端横梁内填充混凝土, 省去边系梁预应力锚固所需要的复杂的加劲构造, 简化了构造和施工。同时端横梁填充混凝土可较好地将上部结构荷载传递到支座上, 省去复杂的支座部位的加劲构造。端横梁灌注混凝土后, 不仅抗弯刚度大大增加, 拱肋稳定性安全系数也得到提高。
边系梁截面较小, 在边系梁内灌注混凝土, 不会增加太多自重荷载, 可方便预应力的施加, 减少施加预应力后钢箱局部屈曲的风险, 避免了空箱内预应力后期的养护难度。
在拱脚大概L/4区域灌注混凝土, 可以改善拱脚部分受力, 节省加劲构造措施, 节省钢材, 提高结构抗风性能, 在桥梁运营过程中, 还可增强拱脚区域钢箱结构抗车辆撞击能力。
5 部分填充混凝土钢管 (箱) 结构应用展望
(1) 对于小跨径的简支梁桥, 采用部分填充混凝土钢管桁架结构, 便于于工厂加工, 一方面有利于施工质量的保证;另一方面在山区等施工环境较复杂的桥梁施工现场, 可以直接架设, 既简便快速又减小了施工难度。在结构发展成熟后, 部分填充混凝土钢管桁架简支梁桥可以实行标准化节段设计。
(2) 对于中等跨径的连续梁桥, 一般采用预应力混凝土连续梁式桥, 当跨径达到240~270 m时, 其恒载在桥梁荷载作用中所占比例可达93%, 而活载内力仅占7%[12], 随着跨径的进一步增加, 其恒载所占比例可能更高。据资料[12]研究表明, 在300~380 m的跨径范围内, 如果采用钢管混凝土空间桁架连续刚构, 其恒载内力所占比例只有85%。如果进一步优化结构, 采用部分填充混凝土矩形钢管桁架结构, 其恒载所占比重将进一步减小。
(3) 90年代以后钢管混凝土拱桥日益增多, 跨径不断增大, 且近年来大跨度钢拱桥也日渐增多。在拱桥的发展中引入部分填充混凝土钢管拱桥, 对于改善桥梁使用阶段的受力性能, 尝试和发展新的拱桥形式有重要作用。
(4) 对于缆索支撑桥梁, 索塔是主要的承重构件之一, 它不仅要承受巨大的轴力, 而且还要承受一定的弯矩。因此早期多用钢塔结构, 近年来趋于采用钢筋混凝土结构。从受力角度考虑, 部分填充混凝土钢箱结构是可以用来修建斜拉桥主梁和主塔的, 而且具有较好的延性和抗震性能。
(5) 对于市政工程桥梁, 特别是人行天桥等钢管作为构件的桥梁, 造型美观, 结构轻盈, 外表华丽, 与城市的环境非常协调。采用钢管桁架的结构形式, 有利于快速施工, 整桥标准化工厂制作, 减少城市主干道的占用时间。城市人行天桥一般为跨城市主要道路, 桥下空间一般为城市主干道, 采用混凝土钢管桁架, 配合预应力的使用, 可以增大桥梁的跨度, 尽量减少桥梁支撑点, 节省桥下空间。
随着科技的发展, 一些质量更轻、性能更好的人工复合轻型材料会不断涌现, 也可作为钢管、钢箱等桥梁结构构件的填充物。
6 结语
本文对部分填充混凝土土钢管 (箱) 结构桥梁的可行的结构形式进行了探讨, 并结合工程实例进行了分析, 分析结果表明该结构形式具有明显的优越性及合理性。这一新型结构形式对丰富和发展钢-混组合结构理论, 拓宽组合结构的应用范围具有重要的意义。
摘要：根据桥梁结构受力特点, 结合材料特性, 探讨了部分填充混凝土钢管 (箱) 结构桥梁可行的结构形式, 分析了部分填充混凝土钢管 (箱) 结构的优越性及合理性。总结国内外研究现状和应用情况, 介绍了部分填充混凝土钢管 (箱) 结构桥梁的工程应用和发展。
关键词：桥梁工程,部分填充混凝土结构,钢管 (箱)
参考文献
[1]Packer J A, Henderson J E.空心管结构连接设计指南[M].北京:科学出版社, 1997.
[2]Shun-ichi Nakamura, Yoshiyuki Momiyama, Tetsuya Hosaka, et al.New technologies of steel/concrete composite bridges[J].Journal of Constructional Steel Research, 2002, 58:99-130.
[3]中村俊一, 冲本真之, 富永智德, 等.钢管を主桁とする长大合成斜张桥の构造特性[C]∥钢构造论文集, 1998.
[4]林英.钢管-钢管混凝土复合拱桥面内受力性能试验研究[D].福州:福州大学, 2000.
[5]潘桥文.双层桥面飞燕式钢管-钢管混凝土复合拱桥动力分析[D].福州:福州大学, 2005.
[6]张贝.部分灌注钢管混凝土拱桥稳定性研究[D].西安:长安大学, 2002.
[7]王占飞, 张海, 张敏江, 等.部分填充钢管混凝土桥墩抗震性能的数值分析[J].沈阳建筑大学学报, 2008, 24 (6) :949-953.
[8]王占飞, 杨阳, 王强, 等.部分填充圆形钢管混凝土桥墩子结构拟动力试验[J].沈阳建筑大学学报, 2012, 28 (3) :437-442.
[9]王占飞, 隋伟宁, 赵中华, 等.带有横隔板补强的部分填充圆形钢管混凝土桥墩柱抗震性能研究[J].建筑结构学报, 2013, 34 (S1) :233-239.
[10]白宝鸿.法国昂特那斯钢管拱桥[J].国外桥梁, 1998 (3) :5-6.
[11]陈永健, 郑振, 潘桥文.双层桥面飞燕式钢管-钢管混凝土复合拱桥动力分析[J].福建建筑, 2007, 114 (12) :98-100.
钢管混凝土框架结构 篇10
1 工程概况
列车竖向静活载采用中-活载图式, 如图1所示, 图2为特种活载图式, 二期恒载按179kN/m计算。横向分析时取特种活载, 轮重分布宽度纵向取1.5m。梁部按长大货物列车检算, 其荷载图式如图3所示。桥孔布置为1-80m简支拱梁, 全长82.5m (含两侧梁端至边支座中心各1.25m) , 挡渣墙内侧净宽8.86m, 梁顶面宽16.2m。
梁部采用双主纵横梁体系, 主纵梁高3.0m, 高跨比1/26.67, 梁端附近宽1.8m, 跨中附近宽1.4m, 桥面板厚0.27m, 端横梁高3.0m, 宽2.5m, 2-6号和7-10号中间横梁高2.1m, 宽0.35m, 其余中间横梁高2.1m, 宽0.45m;设四道小纵梁, 小纵梁高1.0m, 宽0.3m。
拱肋采用钢管混凝土哑铃形拱, 拱管直径1.0m, 管壁厚16mm, 矢跨比1/5, 拱管内灌注C50补偿收缩混凝土, 拱轴线采用二次抛物线, 上下拱管之间设置腹腔, 腹腔宽0.60m, 壁厚20mm, 在腹腔内, 吊杆位置处设置Φ800×16mm钢管, 其余位置处间隔2m左右设置Φ560×12mm钢管, 腹腔内不灌注混凝土;两拱肋中心距11.8m, 拱肋之间的横向风撑采用Φ850×14mm的钢管, 斜向风撑采用Φ700×14mm的钢管, 中间设一道一字形横撑, 两端各设一道K形横撑;梁上吊点间距5.5m, 全桥共设11对吊杆。
2 施工全过程仿真分析
2.1 建模前假设
(1) 平截面假定。
(2) 拱肋钢管与混凝土间无相对滑移。
(3) 线弹性假定即所有材料在施工过程中均保持线弹性。桥梁结构各种材料属性经换算后列举见表1。
2.2 施工过程阶段划分
(1) 在满布支架上浇注现浇段混凝土及相应横梁、桥面板和小纵梁混凝土;
(2) 浇注后浇段, 张拉部分纵向预应力钢束;
(3) 顶升钢管混凝土拱;
(4) 拆除拱肋支架, 安装吊杆, 各吊杆施加初张力1000kN;
(5) 张拉剩余预应力钢束;
(6) 拆除梁部支架;
(7) 调整各吊杆张拉力终值;
(8) 施工桥面二期恒载;
(9) 运营阶段。
为了调整结构内力以使结构受力合理, 需对超静定梁拱组合体系中吊杆张力进行调整。
2.3 结构仿真模型及结果分析
采用桥梁结构分析系统BSAS软件, 对大理河特大桥施工全过程进行了仿真模拟分析, 得出了各施工阶段主梁、拱肋和吊杆关键部位的最大内力、位移, 并对吊杆张拉力进行了准确的调整。
有限元仿真模型共282个结点, 304个单元, 梁体单元146个, 拱肋单元136个 (其中第145号单元和第280号单元为刚臂单元) , 临时支撑杆单元11个, 斜拉索单元11个, 如图4所示。
计算荷载考虑了恒载、活载、温度梯度、整体升降温、收缩、徐变、吊杆张拉力等作用的影响。该结构属于外部静定的多次超静定结构, 其结构的受力比较复杂。限于篇幅仅给出受力较为不利的二期恒载上桥阶段及运营阶段的计算及分析结果。
由表2可知, 在二期恒载上桥阶段, 拱脚处、拱顶产生了较大的弯矩, 这是因为在此阶段, 梁体部分增加了线集度为179kN/m的二期恒载, 加上梁体自重, 这部分荷载通过吊杆传至拱肋, 由拱肋传至拱脚及主梁根部。可见, 拱脚部位的施工为该桥建造过程中的重要环节, 在施工过程中应全程监测拱脚部位的内力及应力变化, 防止拱脚部位出现拉应力, 引起构件的开裂。
由表3可知, 由于活载的作用, 运营阶段拱脚以及梁体根部的弯矩有较大幅度的增加, 反映出铁路活载所占比例较大的特点。
由表4、5可以看出, 在二期恒载上桥阶段, 梁体跨中最大挠度为5.00mm, 拱顶最大挠度为9.89mm, 运营阶段梁体跨中最大挠度为14.49mm, 拱顶最大挠度为19.12mm, 均符合规范要求。
3 吊杆索力的调整
钢管混凝土拱桥建造过程中, 影响吊杆索力变化的因素, 有些能在设计中尽加考虑, 有些则产生在施工过程中, 难于详尽考虑, 因而建成后实有索力与设计预期索力总存在一定的差值。从一般施工工序, 吊索安装并初张拉后, 又经桥面板安装, 再经桥面系工程而完成全桥工程。在实际施工中, 由于结构尺寸、材料特性、索力张拉误差、支架模板影响以及计算假定与实际不尽相符等原因, 施工中必需安排“索力调整”这一工序, 具体要求是经调整后索力要等于或接近设计所预定的索力。
对于超静定结构中吊杆索力的每一次调整, 都会影响全桥所有构件的内力分布以及梁体、拱肋的线形, 可谓“牵一发而动全身”, 还应注意的是, 每调一对索时, 应尽量使其对整个结构的内力和挠度变化幅度最小, 使其在结构安全的范围内变化。这需要精心设计计算, 尽可能的使有着初张力的吊杆调索一次完成, 以避免千斤顶的多次安装, 减少施工中的麻烦。
对每根对吊杆施加1000kN的初张力后, 还须进行剩余预应力钢束的张拉以及梁部支架的拆除, 均会引起吊杆内力的变化。记梁部支架拆除阶段吊杆的索力值为N1、N2, ……N11, 与各吊杆设计要求索力N1、N2……、N11比较, 得出各索所需索力调整值ΔN1、ΔN2……、ΔN11, 记作{ΔN}。对任一吊杆索力的调整, 由于结构变形, 都会影响到其他吊杆索力的变化, 所以要先计算调整各索索力时对其余各索索力的影响值。如图4所示, 当1#索索力增值为单位力时, 对各索的影响值可由一般平面杆系理论计算得到δ11、δ21……δi1……δni。
按照表6所示的张拉顺序, 可以得到各吊杆索力增加单位力时对其余各索索力影响矩阵。另外, 利用结构的对称性, 可以减少计算次数。
undefined
[δ]中所有主对角线元素δ11、δ22、……δii……δnn都为1。
吊杆拉力调整方案:本桥为对称结构, 各吊杆关于桥梁中心线 (即图4中6号杆) 对称分布, 因此, 为了使得吊杆张力调整更能符合设计要求, 采用对称张拉 (即沿中线各杆同时张拉) 。为了计算简便, 仅计算1-6号杆间的索力调整影响矩阵, 以上提到的各吊杆索力增加单位力时对其余各索索力影响值, 可通过桥梁结构分析软件BSAS在计算机中很快求得, 见式3。
实际施工过程中, 欲调整各吊杆索力至设计终值, 需对其施加张拉力增值T1、T2……、T11, 记为{T}。可知:
[δ]{T}={ΔN} (1)
undefined
4 结论
利用桥梁结构分析软件BSAS, 建立了施工全过程仿真分析模型, 通过对该桥施工全过程的仿真分析, 得出了各施工阶段关键部位的最大应力、内力、挠度, 对施工过程应注意的问题提出了建议;由力法原理得到了该桥吊杆拉力调整的影响矩阵, 对施工监控中的吊杆拉力调整给出了优化实施方案。
(1) 施工过程仿真分析结果显示, 在拆除拱肋支架的施工阶段拱脚截面下缘处的最小主应力值较小, 为了防止拱脚处出现拉应力而引起构件开裂, 对该截面进行加强并在施工过程中进行应力监控是必要的。另外, 二期恒载上桥阶段以及运营阶段的计算结果表明, 通过对吊杆索力的调整, 使得该桥的内力分布更趋于合理, 拱肋承受压弯组合作用, 拱肋根部有较大的负弯矩, 拱顶有较大的正弯矩。
(2) 铁路桥规对钢管混凝土拱桥梁体的挠度有着严格的要求。计算结果表明, 在二期恒载上桥阶段, 梁体跨中最大挠度为5.00mm, 拱顶最大挠度为9.89mm;运营阶段梁体跨中最大挠度为14.49mm, 拱顶最大挠度为19.12mm, 均符合规范要求。
(3) 对钢管混凝土拱桥索力的调整是一项比较复杂的计算难题, 将钢管混凝土拱桥的索力调整优化减至两个阶段, 计算速度快, 用时少, 可极大地减少施工工序。
参考文献
[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社, 1990.
[2]王文涛.斜拉桥换索工程[M].北京:人民交通出版社, 1997.
[3]赵光明, 陈科昌.系杆拱桥调索工序时机选择[J].中南公路工程, 1997 (1) :28-30.
[4]陈宝春.钢管混凝土拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社, 1999.
[5]刘世忠, 欧阳永金.湖里大道立交桥施工阶段有限元分析[J].桥梁建设, 2001 (5) :17-21.
[6]吴鸿庆, 任侠.结构有限元分析[M].北京:人民交通出版社, 2002.
钢管混凝土框架结构 篇11
１．设计要求梁、柱的混凝土采用不同强度等级处理
柱戴面在满足杆件稳定的条件下，用提高混凝土的等级来满足抗压强度，使施工时梁、柱、板混凝土的接交处等级低的混凝土不能进入等级高的区域。
施工中可采取下列措施：
1.1浇筑混凝土顺序
先浇强度等级高的，后浇强等级低的。
1.2设临时隔断
支模前在柱主筋保护层以外用钢丝网隔离，并在钢丝网外侧加圆钢筋或钢管：也可以在柱筋保护层外将模板做成大马牙搓，待浇完的高强度等级混凝土后，拆除大马牙搓模板，再支好墙模。
1.3分别浇筑不同等级的混凝土
为了使两种不同等级的混凝土在加料时分别清楚，柱混凝土加料用料斗加料，梁、板混凝土用泵送，对送料混凝土车加强监督。浇筑时，对高一级的混凝土至少保证浇筑高度高于低一级混凝土50厘米以上，交叉进行。
1.4合理计价
实际施工情况是加料和振捣时混凝土相互掺和，特别是有的施工单位都采用同一台泵送，更难以确保各种等级混凝土的计量准确。当框架结构完成后，其构件的截面尺寸，混凝土强度外形目测都满足验收规范。但两种强度等级的混凝土的造价尽不同的，应该合理加价。
2.设计梁、柱节点是多根梁交叉，负弯矩钢筋多层叠合难以控制结构标高和板厚的处理
当设计梁、柱节点有3-4根梁交叉时，主次梁的负弯矩钢筋多层叠在一起，对梁截面的截面标高控制带来严重影响。在施工中按常规方法支模，按常规钢筋施工规范绑扎钢筋，梁的负弯矩钢筋和板的负弯矩钢筋就会高出板面设计标高，增加50-70毫米左右混凝土浇捣后局部超高，事后用加厚找平层来高速结构自重啬很多，成本很难控制。可采用下列施工办法解决。
2.1降低主梁底面标高(按最大梁高)
在主梁底下净高允许条件下，采用此方法：将主梁底标高下降30-50毫米，主梁的原设计配筋不变，承载力不变，相当于主梁上部钢筋位置下降了30-50毫米，为与它交叉的梁、板负弯矩钢筋留下了合理的标高位置。
2.2降低次梁底面标高
在主梁底下净高较小，不允许下降主梁的条件下采用。即将不同截面高充的其它交叉次梁的梁底标高下降30-50毫米，这些次梁的配筋高度不变。这样，主梁完全按设计标高施工，由于其它次梁底面标高下降，为板的负弯矩钢筋位置留出了合理的设计位置。
3.梁、柱、板的模板体系有关问题及处理方法
3.1编制模板体系专项施工组织设计
框架结构的安全施工必须编制模板体系专项施工组织设计方案，必须根据施工时的各种荷载通过计算确定支撑的承重能力和稳定性，才能保证施工质量。合理安排混凝土的浇捣线路，可减少梁的浇捣接头，避免施工缝的发生。
3.2施工方案容易被忽视的问题考虑各个方向的外力对支架的影响
有的方案忽视了泵管的水平推力，在混凝土浇捣时，模板侧向稳定性不能满足施工需要。轻则造成竖向偏位：重则扣件破坏而造成楼面坍塌或整体坍塌。
施工荷载不容忽视。往往在前一施工段浇捣后，后一施工段连续浇捣混凝土，造成荷载成倍增加，引起板面受剪而产生裂缝。防止钢管扣件下滑。否则，支撑会变形甚至出现支撑坍塌的情况。混凝土墙体模板的横杆、立杆、对拉螺杆的间距，应考虑浇捣混凝土对模板的侧压力，经认真计算后确定。
3.3模板支撑体系的稳定性
柱、梁、板支撑必须按施工方案认真计算后确定的搭设方式搭设。模板用材必须符合质量标准，如使用不合格材料上述的计算也就失去意义。
3.4回填土下沉问题
在搭设支撑前，要平整操作面并垫好木板，特别是条形基础两侧的回填土必须分层夯实，保证土的密实度达到95％以上。
3.5垂直支撑问题
可采用工具式可调节的垂直支撑：对必须接長的垂直支撑必须采取对接接头，让其直接传力；还要检查垂直支撑和水平支撑的实际安装间距是否符合施工组织设计要求，对超过允许偏差的要坚决返工。
4.浇捣混凝土存在的问题及处理
4.1商品混凝土的供应点和行车线路
在高温天气施工，往往由于商品混凝土的供应点至工地线路长、交通受阻，导致混凝土还没运到工地就开始初凝，已不能满足施工要求。所以，必须合理选择供应点和行车线路。
4.2柱、梁、板的浇捣程序
先浇柱、后浇梁、板的程序比较符合混凝土强度增长特性。因为柱混凝土浇捣后，有梁、板支模、钢筋安装的时间间隔，在此时间间隔，混凝土沿柱高度轴线有一定的收缩下沉，对防止混凝土的微裂缝有利。梁、板后浇，有利于柱梁节点混凝土捣固密实。
柱、梁、板一次连续浇捣程序，对于柱高(层高)高度大，节点钢筋密集的结构是不宜采用的。但对于一些层高较低，节点配筋少的如剪力墙、梁、板的结构也是可以采用的。
钢管混凝土框架结构 篇12
1 桥梁概况
桥梁为1座下承式钢管混凝土斜靠式系杆拱桥,建于2002年,单跨过河,全桥总长81 m,主拱计算跨径70 m,桥面全宽在桥台处为40 m,跨中加宽到52 m,人行道外侧呈圆弧状。桥梁纵向由直拱、系杆并缀以直吊杆构成主要纵向受力体系。由直接支承于承台的斜拱及斜吊杆构成辅助纵向受力体系。横向通过风撑将直拱肋与斜拱肋连成整体,并最终通过横梁将桥面连成整体,形成一个空间协同受力体系。搁置在横梁上的行车道板及现浇层等构成桥面行车系,搁置在横梁上的人行道梁、板等构成人行道系(见图1)。
2 桥梁检测
1)桥梁外观检测。
桥梁外观检测分为总体外观检测和细部构件外观检测。经检测,桥面线形与设计基本吻合,直拱肋与斜拱肋部分区域渗水,油漆剥落与局部锈蚀明显,并有进一步发展趋势。斜吊杆PE护套局部断裂,上下锚固端漏油,个别锚头漏油严重;横梁及系杆局部渗水并伴有白色结晶物,出现水蚀现象,部分区域预应力波纹管及钢筋外露锈蚀。桥梁支座钢构件锈蚀严重,伸缝装置被杂物堵塞,个别泄水管堵塞、锈蚀。
2)混凝土强度检测。
混凝土强度以超声回弹综合法为主进行混凝土强度检测。由于混凝土结构不可避免地存在碳化现象,对结构强度有一定的影响。经检测,混凝土碳化平均深度横梁为0.93 mm、系杆为0.83 mm、纵梁为0.86 mm。
由于在碳化均值修正后混凝土强度≥60 MPa,故此次采用超声回弹综合法推定横梁混凝土强度值为56 MPa,系杆混凝土强度为55.8 MPa,纵梁混凝土强度为49 MPa,实测强度值均大于设计值,即混凝土强度仍满足原设计要求。
3)钢筋保护层厚度检测。
采用钢筋探测仪检验第1层钢筋排列位置及钢筋保护层厚度。经检测,横梁横桥向(内层)钢筋净保护层厚度均大于设计值(35 mm),而竖向(外层)钢筋净保护层除1处(25.1 mm)符合原设计值,其余均偏薄,小于设计值。系杆顺桥向与竖向钢筋净保护层厚度均大于设计值。
4)钢筋锈蚀程度检测。
钢筋的锈蚀严重影响着结构的承载能力,并加速结构的损坏。本次检测采用电化学反应半电池电势原理对钢筋锈蚀进行定性测量。经检测,全桥共计56个测点,除2个测点的电位值<-200 mV外,其余测点电位值均>-200 mV,表明测区内钢筋主要处于无锈蚀活动性或锈蚀活动性不确定状态,个别区域内局部钢筋有锈蚀活动性,但锈蚀状态不确定,可能出现坑蚀。
5)斜吊杆内力测试。
采用频谱法测量了全桥南北两侧共计30根斜吊杆的内力值。测试结果显示,南北侧实测索力在最终张拉力上下浮动(北侧最终张拉力为360 kN,南侧最终张拉力为380 kN),除去两端短索由于测试误差等因素不予采用外,北侧索力差值变化范围为-26 kN～47 kN,南侧索力差值变化范围为-26 kN～16 kN,与最终张拉力基本吻合。
3 动、静载试验
3.1 静载试验
采用30 t加载车进行等效加载,试验荷载均逐级递加,达到最大荷载后一次卸载。分别采用振弦应变计和光纤应变计测量应变,采用精密水准仪测量桥面的竖向变形,采用光电挠度仪测量系杆及横梁下缘变形,采用全站仪测量拱肋变形。
静载试验各工况下所需加载车辆的数量及重量,根据设计标准活荷载产生的某工况下的最不利效应值按下式所定原则等效换算而得:
undefined
式中:η为静力试验荷载效率;Sstatic为试验荷载作用下,某工况最大计算效应值;Sdesign为设计标准活荷载不计冲击作用时产生的某试验工况的最不利计算效应;(1+μ) 为设计计算取用的冲击系数。
本桥跨的试验加载控制工况与控制截面关系见图2。
注:截面A,系杆梁跨中截面的最大正弯矩和变形工况,对称与偏载。 截面B,系杆梁1/4 跨截面的最大正弯矩和变形工况,对称与偏载。 截面B,系杆梁1/4 跨截面的最大负弯矩工况,对称与偏载。 截面C,直拱肋拱顶截面最大变形工况,对称与偏载。 截面D,直拱肋1/4 跨截面的最大变形工况,对称与偏载。 截面E,横梁1/2 跨截面的最大正弯矩工况,对称与偏载。
3.2 动载试验
动载试验主要是检测桥梁自身的动力特性和抵抗受迫振动与突发荷载的能力,分别采用脉动法测试桥梁结构的固有模态,采用强迫振动试验检测桥跨结构在车辆荷载下的抵抗受迫振动特性。其中梁体混凝土动挠度采用光电挠度进行测定,强迫振动试验采用2辆试验载重车(30 t)进行跑车。共布置12 个测点(每侧6个),分别位于各跨的1/4、1/2、3/4 位置处的桥面与直拱肋。脉动试验测点布置见图3。
4 有限元建模与分析
本桥的有限元计算模型是通过桥梁专业软件MIDAS建立的。拱桥采用杆系结构计算力学模型进行建模计算分析;对于混凝土主梁、横梁和钢管斜拱肋,直接采用梁单元进行模拟;对于吊杆采用只受拉的索单元进行模拟;对于钢管混凝土直拱肋先采用等效截面的方法计算出等效混凝土截面大小,然后采用梁单元模拟钢管混凝土直拱肋。全桥共计446个节点、795个单元,结构的有限元模型见图4。
5 试验与计算结果对比分析
在试验各工况对应的动、静载作用下,通过有限元模型计算结构各控制截面的应变、挠度及固有模态频率,再与实测的结果进行对比,从而对该桥的实际承载能力、桥梁结构的行车性能进行检定和安全评估。
实测本桥静载试验的应变和变形校验系数均满足预应力混凝土桥应变校验系数0.50～0.90和挠度校验系数0.60～1.00的限值要求。实测最大残余变形率为3.7%,满足试验规程20%的限值要求,说明桥梁的承载能力满足要求。静载试验校验系数及残余变形见表1、表2。
通过分析试验脉动数据,得到各模态的实测频率均比相同模态振型对应的计算频率大,说明结构整体刚度较好。通过测试各种强迫振动情况下的动挠度及对应的最大静载挠度,换算桥跨的冲击系数处于正常范围。实测冲击系数最大值为0.046(按规范计算为0.099),说明试验桥跨的设计冲击系数满足规定。实测固有模态基频和计算值及动载试验冲击系数见表3、表4。
6 结语