钢混框架结构（共3篇）
钢混框架结构 篇1
前言
桥梁工程关乎国计民生, 是国家发展的重点工程。通过研究表明, 桥梁工程在正常使用下极容易受到地震作用的影响, 最终损坏甚至不可用。为了分析桥梁工程的易损性, 人们一般会采用易损性曲线来表示桥梁结构在不同强度的地震作用下所损坏的程度, 而易损性曲线则是需要凭借技术人员的经验以及实践工作而得到。其中, 技术人员凭借经验所得到的易损性曲线也就是根据过去地震发生的强度以及对工程破坏程度而绘制的曲线, 而实践工作则是技术人员通过地震的反映与强度来对桥梁的易损性进行分析的, 在有条件的情况下, 技术人员可以采用地震的实际数据来反映易损性曲线。事实上, 在很多国家发生地震时, 由于没有地震破坏桥梁工程的相关数据, 因此技术人员只能够采用分析方法来得到桥梁结构的易损性曲线, 本文就该方法进行全面的分析。
1 地震易损性分析方法的基本流程
在实际工作中, 获得易损性曲线的方法有很多种, 并且每一种分析方法都有其特有的优势, 为了避免地震影响与桥梁工程之间的不确定因素的存在, 保证结构的合理性, 本文提出了一种合理的易损性分析方法。其工作步骤主要有以下几点:在获取易损性曲线之前, 我们需要根据实际情况来建立一个桥梁非线性物理力学模型;使模型与实际相似, 在其中合成不同的地震强度以及地震距离;对现场各个参数进行量化, 全面掌握其中存在的不确定因素, 然后模拟现场建立一个地震—工程场地—桥梁结构的样本;技术人员需要对该样本进行全面分析, 然后获取相应的地震数据;通过对数据的分析来建立一个概率函数, 其中地震震动的参数则为一个自变量;通过地震的影响来了解桥梁工程的破坏程度, 然后针对不同的破坏程度来建立一个结构承载力的概率函数;通过计算的方式来了解在不同程度的地震作用下桥梁结构的承载力概率;再根据所有的相关参数来绘制易损性曲线, 并根据该曲线来对桥梁结构进行全面的分析。
2 钢筋混凝土桥梁结构的非线性地震反应
在本文中, 为了便于研究, 我们采用的是多跨度连续梁结构的桥梁工程, 在该桥梁结构当中, 连续梁主要是对钢筋混凝土的排架柱起到支撑作用。该桥梁工程属于四跨度工程, 总长度达到71.8m。其中主要是由现浇混凝土板来构成桥梁工程的桥面板, 而纵梁的作用是为了支撑桥墩上的橡胶板, 在桥墩上, 施工人员为了保证其稳定性, 采用了四根混凝土圆柱来作为排架。
2.1 模型的建立
在本桥梁工程当中, 当受到强烈的地震影响, 桥墩柱与纵梁下的支座中会受到桥梁体系的非线性影响。因此, 我们可以采用结构非线性分析法来对桥梁结构的地震反应进行全面的分析。首先, 技术人员可以采用有限元分析法来深入分析钢筋混凝土桥梁工程, 然后在根据实际情况来建立一个相应的模型。其次, 在模型的轴线位置防止板与梁, 在采用刚性连接的方式使其形成一个整体。最后再对桥梁工程进行全面的分析。
2.2 合成地震的不同震级与距离
在合成地震加速度时程的过程中, 技术人员首先需要对当地地震的发生情况详细分析, 然后采用人工的方式来对桥梁结构的地震反应进行全面的分析。在实际工作中, 我们需要将地震震源、传播路径以及场地条件等进行全面分析, 这样才能够保证其有效性, 才能够更加准确的对非线性结构的地震反应合理的分析。
2.3 了解地震—工程场地—桥梁样本中的不确定因素
为了了解其中存在的不确定因素, 我们需要采用相应的方法来对自变量——地震的参数进行确定。在分析过程中, 每一个地震参数都可以建立多个样本, 其中有两个地震参数主要是为了论述地震的介质与性质的, 我们可以对这两个参数建立10个样本, 然后再通过随机组合的方式获取更多的地震参数, 最后根据地震分析方法来确定场地加速度时程。
3 钢筋混凝土桥梁结构易损性分析
3.1 反应概率的分析
应用SAP2000对每一个地震一场地一桥梁样本进行非线性时程分析。在此研究中, 地震引起的结构反应是由柱的相对位移延性比来衡量, 其中是柱顶相对位移最大值与初始屈服位移的比值, 100个地震一场地一桥梁系统的分析结果, 其中以结构基本自振周期对应的加速度反应谱为变量, 以地面最大加速度砌为变量。
3.2 桥梁破坏状态和结构承载能力概率
从无破坏到完全破坏这一过程中, 地震对桥梁的破坏有5种破坏状态。这5种破坏状态用桥墩的位移延性比来表示。首次屈服时位移延性比, 是屈服位移延性比, 是柱截面边缘钢筋混凝土压应变达到0.002时的位移延性比, 也是最大位移延性比。
3.3 易损性曲线的形成
桥梁的破坏曲线表示在不同强度地震作用下结构反应超过破坏阶段所定义的结构承载能力的条件概率。当获得结构的易损性曲线后, 在给定地震作用下结构破坏概率的确定将变得很容易。根据一个地区不同桥梁的地震易损性曲线, 可以形成区域桥梁系统的地震易损性矩阵, 可用于区域交通生命线系统地震反应分析。
4 结语
通过上文分析, 为了分析钢筋混凝土桥梁结构的易损性曲线, 我们首先将地震震源、场地条件以及桥梁工程等各个方面的活动参数进行量化, 然后建立一个模型, 最后分析其中存在的不确定因素来建立一个地震—场地—桥梁的样本, 通过这种方法, 我们可以获得桥梁结构的易损性曲线, 并且可以准确的估量地震参数的变易性。经过实践证明, 这种分析方法具有非常好的分析效果, 能够缩短研究时间, 获取更准确的分析结果, 在公路桥梁工程中非常适用, 具有非常广阔的发展前景。
摘要：桥梁工程是国家经济发展的重点工程之一。该工程是一项复杂的系统工程, 在其建设与使用过程中, 极容易受到外界各种作用力的影响, 其中, 地震因素是影响桥梁工程正使用的重要因素之一, 给当地经济造成较大的损失。为了提高桥梁工程的抗震性能, 本文采用了一种在地震影响下钢筋混凝土桥梁结构易损性分析方法, 通过分析, 希望能够为相关技术人员提供参考性依据。
关键词：地震作用,钢筋混凝土,桥梁结构,易损性
参考文献
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[3]吴巧云.基于性能的钢筋混凝土框架结构抗震性能评估[D].湖北:华中科技大学, 2011.
钢混框架结构 篇2
1 工程概况
某在建的公铁两用斜拉桥主桥全长1 092 m,跨径布置98 m +196 m +504 m +196 m +98 m,为双塔三索面钢桁梁斜拉桥,详见图1。主桁架为N字形桁架,桁高15.2 m,桁宽30.0 m,节间长度14 m,共3片主桁(如图2所示)。铁路桥面采用纵横梁体系,铁路道碴桥面,公路桥面采用正交异性板及钢筋混凝土结合板的组合结构。主塔为钻石形主塔,钢筋混凝土空心矩形截面承台以上塔高188.5 m。斜拉索为扇形三索面布置,桥塔两侧各有316根Φ7 mm平行镀锌高强钢丝斜拉索,在主梁上索距为14 m,在桥塔上索距为2.5 m和5 m。
2 动力计算模型的建立及动力特性分析
2.1 动力计算模型的建立
采用有限元软件ANSYS进行该桥有限元建模。取纵桥向为x轴,横桥向为y轴,竖向为z轴。主梁钢桁架各杆件和主塔用6节点空间梁单元BEAM4来模拟,桥面板用4节点壳体单元SHELL63单元模拟,斜拉索用2节点缆索单元LINK10(仅能承受拉力)来模拟。全桥共有2 637个节点,7 258个单元,15 822个动力自由度。边界条件处理如下:主梁和主塔间纵向自由,横向和竖向铰结约束(漂浮体系),主塔与承台固结,边墩及辅助墩与主梁间横向和竖向铰结约束,纵向转动约束。动力有限元模型见图3、图4。
2.2 动力特性分析
采用子空间迭代法进行模态分析,获得了该桥的动力特性。表1只列出了前10阶振型的振型描述、频率。
3 组合结构等效阻尼比的计算
由于该桥为钢筋混凝土结构和钢结构的组合结构,其中钢结构构件和混凝土构件具有不同的阻尼比,使得整体结构的阻尼比成了一个未知数。如果我们首先推算出该桥的整体结构的等效阻尼比,那么就可以依此阻尼比进行地震反应分析。根据建立的动力模型,借助复频率和滞后阻尼系数的关系[2],利用等效前后结构复频率相等价,求得该桥在实数范围内的整体结构的等效阻尼比,如表2所示。
4 地震反应谱响应分析
根据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001),桥址区地震基本烈度为6度。由于该桥属于重大工程,按规定应提高一度设防,即按7度设防。结合本桥场地实际地质条件,确定该桥的场地类别为规范中的Ⅱ类。
4.1 长周期反应谱的确定
反应谱方法应用与大跨度桥梁的抗震设计首先要解决的一个问题就是合理的输入地震动反应谱。目前我国现行的《公路工程抗震设计规范》(JTJ—89)一般适用于150 m以下的梁桥和拱桥,而且适用周期范围为0～5 s。而大跨度桥梁结构的第一阶周期都很长,5～20 s是常见的情况。同时,规范规定值β(T)小于0.3时取0.3,这是一个值得探讨的问题。从物理意义角度来看,人为地规定0.3这样一个下平台是不恰当的。根据大量大跨度桥梁抗震分析结果来看,长周期部分反应谱取0.3,会使桥墩墩底弯矩预测结果过于保守,不利于大跨度桥梁抗震设计[3]。该在建公铁两用斜拉桥为长周期结构。由于规范反应谱存在的缺陷,所以不能直接采用规范反应谱进行地震反应谱响应分析。为了合理输入地震动反应谱,根据文献[4]的方法修正的现行公路工程抗震设计规范中的地震加速度反应谱,采用其相应的Ⅱ类场地反应谱,谱曲线形式如图5所示。
4.2 结构阻尼比对反应谱的影响
阻尼比是影响反应谱的一个重要参数。当结构的阻尼比比较小时,其变化会显著改变反应谱值,从而影响结构所受地震作用大少。目前国内的抗震设计规范设计反应谱几乎都是以5%的临界阻尼比为依据(核电站抗震设计规范除外),这只适用于普通钢筋混凝土桥梁。由表2中可知,该公铁两用斜拉桥不同振型的阻尼比各不相同,而且都小于5%。所以为了准确预测该桥地震反应,需要对反应谱进行阻尼修正。根据大量计算统计结果,采用以下反应谱修正公式[1]
式中,λ(Tj,ξj)为斜拉桥结构第j振型相应的阻尼比ξj对第j振型地震反应谱影响的修正系数
这样,以表2中的等效阻尼比为依据,利用反应谱的阻尼修正公式(1)和式(2)对反应谱曲线进行阻尼影响修正。
4.3 地震反应谱响应分析结果
在对图5中的反应谱曲线进行阻尼影响的修正后,再输入修正后的反应谱来计算地震响应。在该桥的地震反应分析中,为了保证在设防烈度下结构处于弹性范围,不考虑综合影响系数折减。考虑以下两种工况输入修正后的反应谱来计算结构构件的地震响应:
工况1——沿横向和竖向按1∶2/3同时输入地震加速度反应谱;
工况2——沿纵向和竖向按1∶2/3同时输入地震加速度反应谱。
取前20阶振型进行组合,振型组合方式采用CQC组合方法,方向组合采用SRSS组合方法。表3列出了综合以上2种工况桥塔典型截面的计算结果。
5 结 论
论文仅针对某在建的公铁两用斜拉桥进行了地震反应谱响应分析,可以得到以下主要结论:
a. 阻尼比是影响反应谱的一个重要因素。对于钢结构和钢筋混凝土结构的组合结构,必须求出其整体结构的等效阻尼比,以此阻尼比为依据,对反应谱进行阻尼影响的修正。
b. 漂浮体系斜拉桥一般为长周期结构。由于规范反应谱在长周期段的取值存在一定的缺陷,所以在对长周期结构进行地震反应分析时,为了合理输入地震动反应谱,应对规范反应谱进行长周期段的修正。
c. 地震作用下桥塔截面上的内力响应比其他构件要大得多。桥塔的抗震能力对整个结构来说非常重要。桥塔的纵向刚度比横向刚度要小的多,桥塔的抗震性能主要由其纵向控制。在不同地震分量组合情况下,工况2桥塔典型截面的纵向弯矩和纵向剪力要比工况1 要大,即桥塔的纵向弯矩和纵向剪力主要由工况2来控制。塔底纵向弯矩最大,其次就是刚度突变处,即塔梁交界处桥塔的弯矩及上塔柱和中塔柱交界处。
d. 地震作用下主梁的内力相对桥塔截面来说要小得多,但其相对桥塔的纵向位移较大,所以主梁的纵向位移对桥梁的抗震性能也有很大的影响。在塔梁间合理地采用纵向连接装置如大吨位液压阻尼器并优化其设计参数,对于减少桥塔的纵向地震作用及主梁的纵向位移,从而提高斜拉桥的综合抗震能力有着非常重要的作用。
参考文献
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[8]JTJ—89,公路工程抗震设计规范[S].
探析钢混结构房屋设计中的问题 篇3
1 钢混结构的概述
钢混结构是指钢筋与混凝土两种不同材质的原料相互作用, 配有钢筋的混凝土制成的结构。钢混结构中, 钢筋的作用是承受拉力, 混凝土的作用是承受压力, 以此加固建筑物使其稳定坚固。钢混结构在强度、坚固性以及柔韧度与延展性方面, 有着独特的优势, 并且由于其成本较低, 防火性能好等特点, 被广泛运用, 但是, 钢混结构的连接形式多样, 构造方法会因连接构件、及受力性质其材质的变形能力有所不同, 或掌控不好, 在设计及施工中就会存在一些问题。
由此, 钢混结构在房屋设计中, 应当抓住以下关键点: (1) 安全实用性。钢混结构的本质就是整体受力, 在实际的应用中, 可规避钢筋和混凝土的各自的不足, 将二者的优势完全发挥出来, 在房屋设计中, 应当完全体现这种优势, 着重考虑结构构件的承载力, 二者整体的安全性等。此外, 由于钢混结构的成本较低, 在设计时, 本着安全的基础, 控制好建筑成本, 达到安全实用的标准; (2) 稳定性。钢混结构的最基本的功能即加固建筑物, 在对房屋设计中, 稳定性是必须要满足的, 这也是探究钢混结构在房屋设计中的问题的重要考察因素之一; (3) 抗震性。近年来, 由于气候问题, 地震频发, 是人民财产生命的重大威胁之一, 因此房屋的抗震性研究必不可少。钢混结构的稳定及抗压抗拉性为房屋提高了一定的抗震性, 但是, 地震的难预测性, 使得房屋的抗震标准进一步提高, 所以, 在对房屋设计中, 钢混结构的抗震也是需要重要考虑的。
2 钢混结构房屋设计中的问题
2.1 地基与基础设计的问题
(1) 裂缝与沉降。在房屋建筑中, 一般都采用天然地基, 必然会出现沉降问题, 如果对建筑沉降导致的附加应力影响没有进行充分的估量与考虑, 很容易会出现混凝土裂缝问题。
(2) 地基防水问题。在对房屋的设计中, 建筑物的防水与降水功能不容忽视, 尤其是柱下承台的形式, 基槽地模的形状非常复杂, 经常会出现阴阳坡与放坡的情况, 这为地基的防水与降水带来了一定的难度, 在地基与基础设计中, 也要注意到这个问题。
(3) 配筋计算问题。配筋的计算往往会出现实际情况与结算结构不符的情况, 这是由于在地下室底板与外墙配筋的计算中, 假设条件与实际情况不符, 而计算方式没有选择正确导致的。
(4) 基础坡面的设置。在天然地基的基础设计中, 基础坡面往往会设置到1/3以上, 为混凝土的捣实工作带来一定的障碍, 必须要用人工拍打振捣来弥补, 大大影响到钢筋混凝土强度的均匀性
除此之外, 在对地基及基础中的拉梁设计中, 没有考虑到其他的因素, 而与普通的拉梁行类似设计方法, 也使得钢混结构下地基及基础的稳定性不能够得到保证。
2.2 上部结构设计中的问题
上部结构设计中的问题, 主要是框架-剪力墙的结构设计问题, 如果剪力墙的布置不能均匀, 或者存在较大刚度的单肢情况, 就会影响到梁板等构件的设计, 出现应力破坏及集中应力的问题, 严重影响到建筑的稳定性。
(1) 强柱弱梁和强剪弱弯的问题。这是建筑抗震的结构设计, 实现难度比较大, 容易出现问题。如果在设计过程中, 采取强梁弱柱或者弱剪强弯的结构设计原则, 就会产生严重的破坏力, 但在实践过程中, 强柱弱梁和强剪弱梁又不太容易实现, 一旦出现地震, 出现柱梁倒塌, 造成损失。
(2) 挑梁变形和墙体外闪的问题。挑梁变形和墙体外闪问题的出现, 大多出现在钢筋混凝土结构的局部受力较大的情况, 在房屋设计中, 需要注意规避这类问题的出现。
(3) 其他问题。除了以上主要四类问题, 在房屋设计中, 钢混结构还存在着一些细节方面的问题, 包括钢筋混凝土结构中的钢筋保护层的厚度问题, 框架梁端的受拉钢筋的配筋率取值等, 都应当在设计中予以重视。
3 有效措施
3.1 针对地基及基础设计的问题
在地基和基础设计中所出现的问题, 需要根据具体情况进行有效防治:首先, 针对地基设计中出现混凝土裂缝的情况, 如果建筑房屋的沉降量不大, 可采取在地下板和持力层之间铺设褥垫来缓和建筑附加应力的影响;其次, 在房屋地基及基础的设计过程中, 应当对不同季节地下建筑的水位进行勘测标注, 计算出精确的包络图, 以科学的数据作为设计的数值基础, 以提高房屋的防水功能;第三, 对于配筋的问题, 应当统一地下室底板与墙外配筋的计算方式, 一般受压构件最小配筋率为:全部纵向钢筋0.6%, 一侧纵向钢筋0.2%, 受拉钢筋0.2%。同时, 确定底部固结和顶部铰接计算模型的应用范围, 以此消除配筋问题为建筑带来的不良影响;第四, 在基础坡面的设置问题中, 由于常采用的是天然地基锥体独立基础设计方案, 要解决这类问题, 可以采取阶梯型基础设计, 设置合理的坡面坡度, 以保证混凝土均匀性受力。同时, 在对地下独立基础之间的拉梁设计中, 应当按照实际的建筑情况, 对梁坡上扩散角内土的重量进行必要的估量, 采取符合实际情况的拉梁设计, 从而保证拉梁结构的稳定性。
3.2 针对上部结构设计中的问题
在框架-剪力墙的设计中, 首先要注意房屋的高度, 按国家规定, 当楼层高于50M时, 框架-剪力墙结构应当采用现浇楼盖结构, 并且加大混凝土的强度, 应当在C20~C40范围内。其次, 为了分散应力, 应当保证墙肢数不少于4, 此外, 必须要遵循框架结构的多层设防原则, 以增强剪力墙的防御能力, 有效抵抗外来的破坏力。同时, 对于剪力墙梁柱的设计, 应当采取强柱弱梁和强剪弱弯结构形式, 将大放小, 以增强框架-剪力强结构的稳固性。
3.3 抗震性的问题
抗震性是房屋设计的重要因素之一, 要根据抗震等级对房屋进行合理设计。在这个过程中, 结合我国地震具体情况, 对抗震设计时行改良与完善, 促使强柱弱梁及强剪弱弯的结构设计能够在实际操作中产生效用。
3.4 针对挑梁变形及墙体外闪的问题
对于挑梁变形和墙体外闪, 采取的有效措施为:在挑梁的端头设置构造柱, 以连接每层的挑梁, 这样的设计可以消除挑梁及墙体局部过大受力, 对压力进行有效的分散与缓解, 从而彻底规避此类问题。
3.5 其他问题
在钢混结构的房屋设计中, 一些细节上的问题必须要注意, 比如钢混结构中钢筋混凝土的保护层厚度的设置, 并不是越厚越能够起到保护作用, 比如基础中的保护层厚度分为无垫层与有垫层, 前者为40MM, 后者为70MM;预应力钢筋保护层必须大于15MM, 而受弯构件端头保护层应当不小于10MM……诸如此类, 因此, 一定要按照房屋设计的实际情况进行标配与取值。
4 结束语
钢筋混凝土结构由于其稳定性高、整体性强、刚度大, 以及成本低等优势被建筑行业广泛应用, 但是, 通过分析可以看出来, 在实际的操作运用中, 钢混结构依然存在着一些问题, 而房屋建设是关乎到国计民生的大问题, 其质量与安全是重要考虑的, 因此, 需要设计人员不断学习, 全面掌握建筑行业的相关规范, 在规避存在问题的基础上, 不断改进技术和设计工艺, 保证每个细节的无误。本文对于钢混结构房屋设计的主要问题进行了剖析, 希望能够得到业界的重视。
摘要：钢筋混凝土结构在我国的房屋设计中占有着很大的比重, 本文从理论概念出发, 结合实际操作中的关键点, 探析了钢混结构在房屋设计中的问题, 并提出了有效预防措施。
关键词：钢混结构,房屋设计
参考文献
[1]李嘉.钢混结构房屋设计中的问题研究[J].江西建材, 2014 (7) :9.