劲性圆管柱论文

劲性圆管柱论文（精选5篇）

劲性圆管柱论文 篇1

1 工程概况

中关村西区23号地项目位于海淀区中关村西区规划公建区 (Ⅳ区) 用地东南部。地上部分由酒店、办公楼及商业楼三栋建筑组成, 酒店 (A座) 地上24层、写字楼 (B座) 地上19层、商业 (C座) 地上6层, 檐高分别为90.00m、81.85m、32.5m。地下部分共四层, 总建筑面积194649m2, 其中地下室总建筑面积74653m2。商业 (C座) 地下为型钢混凝土结构, 约为36000m2, 地上为钢框架结构, 约为43000m2。

2 问题的提出

地下部分型钢结构的部分节点为劲性圆管柱与钢筋混凝土梁连接的节点 (见图一、图二) 。为了使钢筋混凝土梁内的钢筋在两端获得充分的锚固, 在圆管柱节点处焊连接板, 然后再将钢筋用T型连接的方式焊接在连接板上, 从而使钢筋承受的轴向力可靠的传入节点, 使钢筋混凝土梁与钢管柱成为一个整体。根据荷载传递原则, 钢筋承受的轴向力将沿最短路径传递到钢柱上。因此, 由轴向力在连接板上产生的应力流将不太可能向与钢筋相背的一侧传递, 如果此处翼环板不受力, 可以考虑将其去除, 从而简化加工、加快加工进度、节约成本, 也便于现场柱混凝土的施工。

3研究方法的选择

借助于有限元软件ANSYS, 对连接板的受力作平面和空间定性分析, 根据受力分析结果提出改进连接板的优化方案, 并对优化方案进行经济性分析。

为了验证前述分析, 先对问题作适当的简化:考虑连接板的平面受力状态, 取工程中的一个节点作为分析对象, 具体尺寸如图2所示。在ANSYSv8.1中建立平面模型:单元类型为Plane82, 边长为10, 如图3所示;材料属性如表1所示;荷载条件为在连接板右侧竖直边上施加单位均布拉力 (水平向右) ;约束条件为在连接板内侧施加水平和竖向位移约束。由此建立起有限元模型如图4所示。

求解结果如图5-9所示。

由图5可以看出, 第一主应力在连接板内靠近加载端一侧较大, 且在连接板拐角处存在最大拉应力。从图6中可以看出最大压应力出现的位置, 但其值仅相当于最大拉应力的1/6。由图7中可以看出, 剪应力几乎只存在于连接板的拐角处。从图9的Von Mises应力分布来看, 如果荷载持续增大, 连接板的拐角处是最先开始屈服的。

由以上结果可以看出, 钢筋所承担的轴向力在连接板内的传递确实与前述分析一致, 即按照荷载按最短路径传递原则传递, 在与钢筋向背的连接板是不受力的。如果连接板与钢柱间的焊缝强度能保证应力可靠的传递到钢柱上, 则与钢筋向背的连接板部分是可以去除的。

5 空间定性分析

为了进一步分析连接板的受力状态, 建立节点三维模型:柱高4m, 连接板位于柱中部, 连接板厚25mm, 同时为了更清楚地了解连接板的受力状态, 将连接板翼环直径扩大1.5倍, 即翼环宽由原来的100mm增加为350mm, 但加载端距柱轴线的位置不变, 连接板平面尺寸如图10所示。

在ANSYSv8.1中建立三维模型, 单元类型为Solid45, 边长为30, 如图11所示;材料属性如表1所示;荷载条件为在连接板右侧面上施加单位均布拉力 (水平向右) , 荷载范围与前述分析相同;约束条件为在柱端施加固定约束。由此建立起空间有限元模型如图12所示。

求解结果如图12-17所示, 由于本文主要研究连接板的受力性能, 因此为了更清楚地展现求解结果, 采用俯视图表现应力求解结果。

由图16可以看出, 第一主应力在连接板内靠近加载端一侧较大, 应力流几乎沿着直线向柱上传递, 而其余部分的应力值很小。从图19中看出, 靠近加载端的剪应力值较大。从图14的Von Mises应力分布来看, 也是在靠近加载端一侧较大, 其余部分的压应力值很小。从图15的主应力分布来看, 拉应力集中在靠近加载端一侧。

节点空间受力分析结果与平面分析受力分析结果基本一致:钢筋所承担的轴向力在连接板内几乎沿直线传递, 此部分应力值较大, 而其余部分的连接板不受力或者受力很小。可以考虑将连接板进行优化, 以提高经济效益。

6 优化方案

根据同一节点处几个方向的梁底标高是否相同, 可以做优化设计如下:

7 优化方案的经济性分析

计算原设计方案“图2”和优化后方案“图20”的单个翼环连接板的差异:

(1) 单个翼环连接板焊缝长度减少:

优化前焊缝长度=π×800 (mm) =2512 (mm)

优化后焊缝长度=2×arcsin[ (420+100+100) ÷2÷400]÷2π×2512=709 (mm)

优化后比优化前焊缝长度减少=2512-709=1803 (mm)

(2) 单个翼环连接板面积和重量减少 (连接板矩形部分未变化, 忽略不计) :

优化前翼环板面积=π×5002-π×4002=282600 (mm2)

优化后翼环板面积=2×arcsin[ (420+100+100) ÷2÷400]÷2π×282600=79764 (mm2)

优化后比优化前翼环板面积较少=282600-79764=202836 (mm2)

优化后比优化前翼环板重量较少=202836×32×7.9×10-6 (kg/mm3) =51 (kg)

综上所述, 以本工程为例, 翼环板近1000处, 若采用上述优化方案, 则可以少施焊近1800米, 可以节约钢材约50吨, 节约费用约25万元。

8 结束语

上述分析只是一个受力的定性分析和初步优化的经济性分析, 希望通过问题的提出能够引起更多专业人员的关注, 提出更多、更好的方法, 从而达到促进钢结构设计、制作和施工的目的。

摘要：中关村西区23号地项目商业中心 (C座) 地下室单层近8000平米, 整体为型钢混凝土结构, 部分节点为劲性圆管柱与钢筋混凝土梁连接的节点。为了使钢筋混凝土梁内的钢筋在两端获得充分的锚固, 在圆管柱节点处焊连接板, 然后再将钢筋用T型连接的方式焊接在连接板上, 从而使钢筋承受的轴向力可靠的传入节点, 使钢筋混凝土梁与钢管柱成为一个整体。根据荷载传递原则, 钢筋承受的轴向力将沿最短路径传递到钢柱上。因此, 由轴向力在连接板上产生的应力流将不太可能向与钢筋相背的一侧传递, 如果此处连接板不受力, 可以考虑将其去除, 从而简化加工、加快进度、节约成本。本文将借助于有限元软件ANSYS, 先对连接板的受力作平面定性分析, 然后再按照实际受力状态作三维空间分析, 最后提出连接板优化方案并进行经济性分析。

关键词：型钢混凝土结构,劲性圆管柱,钢筋混凝土梁,连接板,有限元,初步方案,经济性分析

劲性圆管柱论文 篇2

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic，简称FRP)具有轻质高强、耐腐蚀性好、弹性性能好、绝缘、隔热、施工便捷、便于维护等优点，因此被广泛应用于土木工程加固领域。近年来FRP材料加固钢筋混凝土及木结构的理论已经比较成熟，但对FRP加固钢结构的理论和实验研究相对较少。

本文通过建立“壳元—弹簧单元—壳元”模型，对轴心受压圆管柱粘贴CGFRP加固后的承载力性能进行了分析，并对影响参数进行讨论。此外为了使此类构件承载力计算更简便、实用性更强，提出简化计算模型并采用Perry公式计算其承载力，将计算结果与有限元结果进行对比、分析、修正，并且给出修正系数ω的曲线拟合公式，对于工程上估算、设计、补强同类构件具有一定的参考意义。

1 CGFRP加固方案

模拟试验采用圆管柱试件，截面形式如图1所示，柱的长度均为1 500 mm，长细比均在100以内。首先，为了防止圆管钢柱与碳纤维布发生电离，在钢柱表面环向包裹一层玻璃纤维布，其纤维长度方向与钢柱轴向一致，然后在粘贴好的玻璃纤维布上粘贴碳纤维布，碳纤维长度方向与玻璃纤维相同。钢柱与玻璃纤维布及玻璃纤维布与碳纤维布的表面之间用环氧树脂粘结。

2 模型建立

2.1 CGFRP的力学性能指标

模拟试验中的加固材料不是单纯的一种FRP材料，而是由碳纤维复合材料(CFRP)和玻璃纤维复合材料(GFRP)通过湿作业法有效结合在一起，形成的CGFRP混合纤维复合材料，这种由两种纤维增强材料复合而成的材料其性能会与单一FRP材料有很大区别。碳纤维和玻璃纤维混杂复合而成的CGFRP的应力—应变关系呈非线性(见图2)。

CGFRP在拉应力的作用下，延伸率较低的CFRP首先破坏，形成裂纹，由抑制裂纹增长理论可知，高延伸率的GFRP起到抑制裂纹扩展的作用，并承受由CFRP断裂后而引起的额外荷载。此外CFRP断裂成短纤维后仍能在刚度和强度上发挥不小的作用。可将CGFRP的应力应变关系分为两个阶段，第一阶段为碳纤维断裂之前，第二阶段为碳纤维断裂之后。

由混杂定则得到:

第一阶段的弹性模量:

第二阶段的弹性模量:

第一次断裂的强度:

第二次断裂的强度:

本次模拟试验CGFRP材料属性如表1所示。

2.2 单元选取

本文选用ANSYS有限元计算软件建立“壳元—弹簧单元—壳元”模型，即圆管钢柱和CGFRP层都采用壳单元，环氧树脂胶结层采用弹簧单元。

模型单元界面简图如图3，图4所示。

钢柱—Shell181壳单元，胶层—Combine14弹簧单元，CGFRP层—Shell63壳单元。为防止钢柱顶端直接承受荷载，发生局部屈服，故需在钢柱顶端设置刚度较大的端板，使用Solid73实体单元进行模拟。

3 结果分析

3.1 试验结论

由图6上CGFRP层的应力比图5上CGFRP应力大的多可知，初始弯曲率越大的构件受到的加固效果越显著，而CGFRP对初始弯曲率较小的构件的稳定承载能力基本没有增强效果。比较分析曲线图7～图10的变化规律可看出:CGFRP对轴心受压圆管钢柱的稳定承载能力的增强效果较明显，尤其是对初始弯曲率大、宽厚比大的构件增强效果更为显著，而加大CGFRP层的厚度对构件的承载力增强效果基本无太大影响。

3.2 原因分析

初始弯曲实质上是改变了构件的受力模式，由轴心受压变为偏心受压，初始弯曲越大构件边缘越容易发生局部屈服，导致失稳破坏，处于受拉区的CGFRP将承受更多的拉应力，加固效果更显著。由混杂效应计算结果知，CGFRP层越厚，其极限应变越小，CGFRP纤维将在钢柱体外边缘钢纤维发生屈服之前出现脆性破坏，导致CGFRP提前退出工作。故增加CGFRP层的厚度未必会大幅度提高轴心受压圆管柱承载力。

4 简化计算模型

ANSYS有限元模型中胶结层(环氧树脂)的主要作用是有效粘结玻璃纤维布与碳纤维布及钢柱表面与玻璃纤维布。由于钢材与环氧树脂之间的粘结力非常复杂，很难在理论计算中将胶结层的作用考虑进去;此外，胶结层非常薄，而且弹性模量相对于钢柱体和CGFRP层来说非常小，在理论计算中可以忽略不计胶结层对构件截面的抗拉和抗弯刚度的影响;故本文提出的理论简化计算模型中忽略了胶结层的影响，将CGFRP加固圆管轴心受压钢柱ANSYS有限元模型简化成如图11所示的等效简化模型。

本文拟用Perry形式的稳定系数公式计算构件稳定承载力，其形式为:

从表2及图12可看出有限元结果和Perry计算结果存在差异。这是由两个方面原因造成的:

首先，Perry公式采用的是简化模型，忽略胶层的影响，即认为FRP层直接作用在钢柱表面，二者无相对滑动，因此Perry公式计算结果会明显偏大;

其次，Perry公式是由构件截面边缘屈服准则推导出的，求得的临界应力为边缘受压纤维达到屈服时的最大应力，而不是稳定临界应力，实质上是用强度的应力问题代替稳定问题，故所得结果相对偏于保守。

两方面原因综合作用使得简化模型计算结果和有限元结果出现明显差异。为了保证计算结果的准确性，需根据ANSYS分析结果对Perry公式计算结果进行修正。

修正系数:

与图13中拟合曲线对应的拟合公式为:

5 结论与建议

1)由于混杂效应的影响，CFRP和GFRP复合而成的CGFRP材料断裂伸长率、强度等优于单一FRP材料。对结构加固领域材料的选用起到一定参考作用。

2)粘贴FRP对轴心受压构件的承载力增强效果明显，尤其是对初始弯曲大、宽厚比大的构件，而增加FRP层厚度对构件承载力的增强效果则差强人意。

3)提出一个简化的等效截面计算模型，用Perry公式计算构件的承载力，根据有限元分析结果对简化模型计算结果进行修正，提出了一个承载力修正系数ω以及ω的拟合公式。此等效模型及相应的理论计算公式计算简便，有一定的可靠性，对加固同类构件具有一定参考意义。

摘要：以理论分析和ANSYS有限元分析为主要手段,对构件进行了屈曲分析和非线性分析,研究了CGFRP加固圆管受压柱的受力性能,结果显示CGFRP加固圆管受压柱的稳定承载力效果比较明显,特别适合初始弯曲率和宽厚比较大的构件,此外,提出针对该类构件的理论简化计算模型,将理论计算结果与ANSYS有限元分析结果进行比较,分析了二者出现差异的原因。

关键词：CGFRP,稳定承载力,加固,Perry,ANSYS,有限元

参考文献

[1]王助成,邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社,1997.

[2]ANSYS Theory Refernce.Electronic Release.SAS IP Inc.,1998.

[3]王震鸣,杜善义,张恒,等.复合材料及其结构的力学[M].北京:北京大学出版社,1998.

[4]曾庆敦.复合材料的细观破坏机制与强度[M].北京:科学出版社,2002.

[5]张绪平,丁克伟.CFRP片材加固钢梁的有限元分析[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2009,17(2):14-17.

劲性圆管柱论文 篇3

钢结构建筑具有施工周期短的特点, 构件在现场采用组装或现场焊接的形式, 本道施工工序完成后可立即进行下一道工序, 省去了混凝土结构施工时混凝土的养护时间, 大大的缩短了施工周期。柱脚节点作为钢管柱与混凝土的联系桥梁, 在目前建筑结构形式中的应用很广泛, 但与之相悖的确是目前各国规范对圆形柱脚底板承载力的规定很少。本文针对有无加劲肋和不同的加劲肋形式, 对轴心受压圆管柱脚的应力进行对比, 分析加劲肋对柱脚应力的影响。

二、分析工况

选择实际工程中常规的圆管, 截面为, 材质为;底板厚度为30 mm, 材质为;基座混凝土的材质为。

共设置四个分析工况, 为了使分析更具说服力, 四个工况的圆管、底板和混凝土基座的尺寸和厚度完全相同, 不同之处仅为加劲肋的尺寸。各工况尺寸如图1~4所示。除工况1无加劲肋外, 其余工况均设置8个加劲肋。工况2加劲肋的宽厚比为16.4, 工况3加劲肋的宽厚比为13, 工况4加劲肋的宽厚比为7.9, 均满足规范要求, 但工况4的宽厚比接近规范规定的最小限值。根据加劲板的尺寸不同, 对底板刚度的加强程度由高到低分别为工况2、工况3、工况4、工况1。

本分析仅针对轴心受压情况, 取100垂直向下的面荷载均匀作用于圆管的顶端。由于荷载较小, 钢和混凝土均处于弹性受力阶段。

三、分析结果

1. 混凝土基座的von-mises应力分析

对比图5~8四个工况的混凝土基座应力图, 工况1呈现明显的环状分布, 由外而内应力逐渐增大, 在圆管壁处达到最大, 并且最大应力的区域面积较大;由于加劲肋增强了底板的刚度, 工况2和工况3的应力分布更均匀, 最大应力的区域面积零星分布, 面积很小;工况4虽然也设置了加劲板, 但其宽厚比最小, 对底板刚度的提高不明显, 故其应力分布也出现明显的环状, 与工况1相似, 但最大应力区域面积要比工况1小的多。

从混凝土基座整体受力来看, 四个工况仅底板及周围区域应力明显增大, 基座大部分区域的应力都很小。随着加劲肋对底板刚度的加强程度由低到高, 应力分布更均匀, 最大应力区域面积更小。

2. 底板的von-mises应力分析

底板的应力分布与混凝土基座相似, 工况1也呈现明显的环状分布 (见图9) , 由外而内应力逐渐增大, 在圆管壁外侧和内侧达到最大, 最大应力区为管壁外侧和内侧两个圆环;工况2、工况3和工况4的应力分布更均匀 (见图10~12) , 最大应力的区域面积零星分布, 面积很小。

从底板钢材的整体受力来看, 随着加劲肋对底板刚度的加强程度由低到高, 应力分布更均匀, 最大应力区域面积更小;对设置加劲肋的工况从应力最大值来看, 工况2的应力最小, 工况4最大。说明随着加劲肋对底板刚度的加强程度由低到高, 最大应力值逐渐减小。

3. 钢管柱的von-mises应力分析

对比上述图13~16四个工况的钢管柱应力图, 工况1绝大部分区域均达到应力最大值;工况2、工况3和工况4加劲肋区域的应力值要比其他区域小, 较小应力区域充满加劲肋的整个高度, 说明加劲肋传递了钢管柱的部分荷载到底板上, 对钢管柱起到保护作用。能很大程度的提高柱脚的承载能力。

四、结语

通过对四个工况柱脚有限元模拟, 对混凝土基座、底板和钢管柱的应力分布进行了对比分析, 得出以下结论。

(1) 从混凝土基座整体受力来看, 四个工况仅底板及周围区域应力明显增大, 基座大部分区域的应力都很小。

(2) 混凝土基座应力:工况1呈现明显的环状分布, 由外而内应力逐渐增大;工况2和工况3的应力分布更均匀, 最大应力的区域面积零星分布, 面积很小;工况4与工况1相似。随着加劲肋对底板刚度的加强程度由低到高, 应力分布更均匀, 最大应力区域面积更小。

(3) 底板的应力分布与混凝土基座相似, 随着加劲肋对底板刚度的加强程度由低到高, 应力分布更均匀, 最大应力区域面积更小, 最大应力值逐渐增大。

(4) 钢管柱应力:工况1绝大部分区域均达到应力最大值;工况2、工况3和工况4加劲肋区域的应力值要比其他区域小, 较小应力区域充满加劲肋的整个高度, 说明加劲肋传递了钢管柱的部分荷载到底板上。

加劲肋能很大程度的提高柱脚的刚度, 并且能降低底板的厚度, 使底板和混凝土的受力更均匀。在进行柱脚设计时, 加劲肋必须合理设置, 满足规范的相关要求, 才能保证柱脚节点合理受力, 保证结构荷载能合理的从钢结构传递到混凝土上。

参考文献

[1]中华人民共和国建设部.GB50010-2002, 混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]中华人民共和国建设部.GB50017-2003, 钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.

[3]李星荣等.钢结构连接节点设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2005.

[4]童根树, 吴光美.钢柱脚锚栓的设计方法[J].建筑钢结构进展, 2005 (1) .

劲性圆管柱论文 篇4

1 工程概况

劲性钢筋砼柱能够较好的发挥钢筋和混凝土两种材料的优点, 弥补各自的不足, 作为一种新兴的、有巨大发展前途的结构型式, 近几年在高层和超高层建筑中获得了广泛的应用, 某站房工程, 为铁路重点工程。本工程总建筑面积9970平方米, 二层, 长178米, 宽38.35米, 建筑高度为23.95m, 侧高点距地高度为37.8米。站房主体为用筋混凝土框架+网架屋面结构, 附属为钢筋混凝土框架轻钢屋面, 基础形式为柱下独立基础。外墙浅灰色铝屋饰面, 配以玻璃及银灰色装饰条.局部网架外, 铝合金玻璃显框幕墙, 轻钢玻璃雨蓬, 铝合金窗, 通明中空玻璃推拉窗。网架结构屋面采用复合型钢板屋面, 局部夹胶安全玻璃采光顶.虹吸压力流雨水排水系统;轻钢屋面采用洁面灰色压型钢屋面板建筑结构镀锌铝, 其类别为二类, 设计使用年限为50年。

2 型钢制作

2.1 原材料的选择和检验

钢板的材质选择的是16Mn, 确定使用专业生产企业生产出的钢板, 除了要出具合格证和质量检验报告之外, 还要进行化学和物理实验, 焊条也应该采用复合施工要求的型号, 在使用之前需要对其进行预先的处理, 通常是在温度为250℃到350℃的条件下烘烤12个小时, 在烘烤结束之后, 应该将其放入低温的烘烤箱当中, 使其一直处在恒温的状态中, 所有的钢板和焊接材料在使用之前都要进行严格的焊接工艺醒你呢个和力学性质的检验, 只有其符合了相关的要求之后才能正式使用。

2.2 下料工艺

(1) 对板材进行处理, 根据工艺要求标出中心线并四边均划线, 各边留出适当加工余份, 以求切割后各边受热均匀, 收编一致, 从而保证了工件后续焊接、加工的准确度。 (2) 安装及组拼焊处的坡口一律使用刨边机加工。 (3) 对钢板表面或存有的锈、油污和等采取钢丝锯, 人工打磨或喷砂 (丸) 等办法进行清理。 (4) 对钢板进行矫正、矫平采用手锤、压力机, 或火焰矫正。

2.3 钻孔

(1) 划出构件中心线.标出孔位中心线, 孔距均按底基准线用通长尺划孔定点定位, 不能用划规或尺子分段标注, 以消除孔位爪积偏差。 (2) 按实体孔位制作样板以便对照检查。

2.3 焊接工艺

2.3.1 焊接扭曲变形控制

在对坡口焊接的过程中, 因为焊缝相对比较密集, 热量差异比较大, 所以受到温度的影响就会产生扭曲变形, 所以在焊接的过程中应该选择应用全焊道埋弧自动焊的工艺, 这种焊接工艺的主要特点有焊接速度比较均匀, 所以能量的输入和消耗也不会忽大忽小, 温度和热量的影响比较一致。在焊接方式的选择上也应该选择船型的专业模具, 这样就能够对角焊缝和焊道处在比较有利的位置上, 从而也有效的保证了焊接的质量, 同时还要在焊接的过程中实施对称焊接的方式, 这样就可以有效的减少扭曲变形情况的发生。

2.3.2 焊缝收缩变形控制

按照全焊接焊角出收缩变化比较大的特点, 在对钢柱进行制作和加工的过程中应该采取一些有效的反变形措施, 在组装之前应该对板缝按照焊缝收缩的反方向用模具进行预处理, 这样也给焊缝的矫正带来了很大的便利。

3 劲钢柱的施工

3.1 型钢柱制作之前一定要注意设计工作

在设计的过程中一定要对吊重重量的要求进行详细的考量, 同时还要对构件按照层高的具体情况进行分解处理, 同时还要在施工的过程中有效的解决运输和安装等一系列工作上出现的问题, 型钢柱上的钢筋空分布相对比较密集, 在对构件进行焊接和安装之前一定要对摇臂进行处理, 为对构件焊接变形的程度进行有效的控制, 型钢焊接的过程中可以选择使用分层焊接的方式, 焊接的过程中应该严格按照图纸上的要求去操作, 在制作完成品之后还要对其进行严格的检查, 在检查全部合格之后应该对成品进行编号, 同时还要将其放在施工现场的指定区域当中, 型钢柱在加工和制作的过程中有着非常严格的要求, 所以制作的过程中应该委托专业的生产厂家进行制作和加工。

3.2 型钢柱的安装

3.2.1 吊装方法

在安装的过程中要充分的考虑到现场的实际情况, 采用塔吊的吊装方式, 塔吊不及的地方应该用自制的葫芦吊架完成吊装施工, 吊架的高度是8米, 构件在吊装的过程中应该用汽车吊或者是塔吊的方式将其吊到楼面的位置, 然后再将其吊装到指定的位置, 这样也会给施工提供非常大的方便。

3.2.2 安装施工

a.型钢柱柱施工:为保证首节柱预埋栓脚板位, 及标高准确性, 预先将钢板中线标出。然后用经纬仪和水准仪在钢筋砼柱上将轴线和水平线标出, 并拉通线和用水准尺确定.型钢板安放位最后用经纬仪和水准仪逐个精确定位后.与钢筋施工固定, 确保预埋的梢确度.实现钢柱生根。每根钢柱顶埋4个地脚栓, 将首节钢柱脚板与之固定, 每根螺栓相对中心线的两方向位误差不超过5毫米, 为此顶埋时用多层板制作确定位板, 并用经纬仪在两方向投侧校正.再用短钢筋将螺栓与粱、柱钢筋焊成空间整体。b.首节柱安装:钢柱垂直度校正采用水平尺进行初步调整。然后用2台经纬仪在两个方向进行调盆, 同时使用2-4个线坠进行观侧。依靠千斤顶或缆风绳进行调整, 型钢柱脚构造时利用挽棍及支承板下的微调, 螺母对柱根轴线、柱的垂直度进行微调。吊装就位后施工前, 将相邻型钢柱拉通线检查, 钢板下间采用C50无收缩水泥浇筑。钢柱安装完毕后, 螺栓垫板与底板焊牢, 螺栓用双螺母拧爪固定, 螺母与锚栓点焊固定。浇注砂浆时一边调整, 一边搅动, 防止产生气泡。安装就位后, 对轴线、标高、垂直度进行校正.在焊接过程中应随时对钢柱的垂直度进行监测。

4 结论

在建筑施工的过程中, 劲性钢筋混凝土柱施工技术具有非常大的优势, 它能将钢结构和混凝土结构的优势充分的结合在一起, 也是最近几年出现的一种新型的施工技术, 当前在很多高层建筑中都得到了比较广泛的应用, 这种施工方法具有良好的经济性, 同时还能充分的保证建筑自身的性能, 所以在以后的建筑施工中也有着非常好的发展前景。

参考文献

[1]金星.中央电视台电视文化中心工程型钢混凝土结构施工技术[J].施工技术, 2008 (4) .

劲性圆管柱论文 篇5

关键词：大截面,劲性斜柱,施工技术

一、工程概况

金华市体育中心体育场总建筑面积44064m2, 建筑总高度46.130m, 平面为椭圆环形。本工程下部为超长钢筋混凝土框架结构, 采用V形柱支撑看台和屋面网架, 从+6.000m起由一段直立柱分散成向4个面8个方向的4个斜柱与环梁形成钢筋混凝土桁架结构, 每个斜立柱跨度不等, 最大的达9.8m, 与平面成58.7°, 斜柱从下到上成倒梯形, 下底宽度1.4m～1.8m, 上底从1.7～5.7m不等。

二、斜柱模板的选型

斜柱为清水混凝土, 质量要求高, 为保证清水混凝土的质量要求, 模板施工是关键, 所以, 本工程+6.000m标高以上劲性斜柱采用钢木组合模板, 本方案以1200×1200mm斜柱为例对模板进行设计, 其余斜柱模板参照执行。1200×1200mm斜柱采用钢木组合模板, 面板采用18mm厚进口黑夹板;背楞采用组合钢框, 竖背楞采用双10#槽钢进行加固, 柱箍采用双12.6#槽钢加工成L型, 对角用Φ30斜拉螺杆进行加固。

三、模板分析计算

1. 计算内容

(1) 模板构件的刚度分析;

(2) 模板连接件的强度分析。

2. 荷载分析

斜柱基本情况:边长1200mm;柱体状态:单斜柱。倾斜角度从73.67°～76.37°不等;V型双斜柱, 向外倾斜角度从73.67°～76.37°不等, 自转角随弧度变化不等;高度:h=4500～18000mm。

3. 基本荷载

方柱砼线重:q砼线=25kN/m

砼最大侧压力:q砼侧=60kN/m2

浇注砼水平荷载:q水平=6kN/m2

振捣砼时振动荷载:q振=4kN/m2

4. 荷载组合

面板最大计算侧压力:

5. 柱模构件刚度与强度分析

(1) 构件最大受力状态分析

对柱模的三状态, 直立、单斜和双斜, 对三种支模状态进行综合分析, 柱模板在单斜和双斜时都有支撑作用力通过双槽钢背楞作用在模板构件上, 除面板外, 其余构件受力点跨距变小, 减小了构件变形, 因此直立状态为柱模构件受力最不利状态, 因此, 本方案选取直立状态进行分析即可。

(2) 面板刚度与强度分析

(1) 计算单元选取:选择1mm宽为计算单元

(2) 材料:18mm厚进口黑夹板

(3) 选取最大侧压力区对面板刚度进行分析

(4) 面板单元受力简图

由于纵肋间距为350, “几”字肋与面板的安装宽度为100, 边框与面板的安装宽度为25, 因面板支承净间距在250～275之间, 按较大值275分析, 面板单元的受力简图如下:

(5) 面板刚度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×0.086×2754/100×6.5×103×486=1.05mm<[ω]=l/250=275/250=1.1mm, 其刚度合格

(6) 面板强度分析

板强度满足要求。

(3) “几”字肋刚度与强度分析

(1) 材料:100×43×25×3“几”字肋, Q235

(2) 计算单元选取

根据柱模钢框结构布置, 按最不利状态选定为单根受力区为计算单元, 其承载宽度为400, 肋长450。

(3) 受力简图如下:

q线=400×qmax=400×0.086=34.4N/mm

(4) 刚度分析:按单跨简支梁分析

ω几肋=5q线l4/384EI×=5×34.4×4504/384×2.06×105×1.07×106=0.08mm<[ω肋]=1.5mm, 故“几”肋刚度合格

(5) 强度分析

一般情况下, 组合模板钢构件充分满足刚度条件时, 强度也必然合格, 故强度不在具体分析, 可认定合格。

(4) 矩形钢管肋刚度与强度分析

(1) 材料:100×50×3方管、Q235钢材, I×=1.1212×106mm4, W×=2.242×104mm3

(2) 计算单元选取

根据柱模构造, 选定最大砼侧压力区双矩形钢横肋为计算单元, 其受力宽度为400, 长度为1200。

(3) 受力简图如下:

q线=400×qmax=400×0.086=34.4N/mm

(4) 刚度分析

ω方管肋= (5q线l4/384EI×) /2=5×34.4×12004/384×2.06×105×1.1212×106/2=2.0mm<[ω肋]=2.4mm, 矩形方钢管刚度满足要求。

(5) 专用“L”型边框刚度与强度分析

(1) 材料:120×35× (3～4) 专轧制型钢组焊“L”型、Q235, I=1.136×106mm4

(2) 最不利受力简图选取

选定在正常浇注速度下, 边框在最大侧压力区连续三跨最不利状态分析, 角拉栓间距l=600mm, 边框承载宽度b=600mm, 其受力简图如下:

q线=400×qmax=600×0.086=51.6N/mm

(3) 刚度分析

ω=0.677ql4/100EI=0.677×51.6×6004/100×2.06×105×1.136×106=0.19mm<[ω]=1mm, 故边框刚度满足要求。

(4) 强度分析

由于边框刚度远小于允许值, 充分满足刚度条件, 强度也必然合格。

(6) 角斜拉螺栓的强度分析

(1) 材料:M30螺栓, d净=27.50, A毛=706.9mm2, A净=560.6mm2

(2) 受力分析

单角斜拉螺栓承载面积:A=0.6×0.6=0.36m2

单角斜拉螺栓承载力:N拉=V剪=qmaxA=86×0.36=30.96kN

(3) 强度分析

故角拉栓强度合格

6. 结论

通过计算, 该钢框组合柱模板在浇注状态正常情况下各类构件刚度满足要求, 强度安全。

四、钢框组合模板的加工

1. 柱模板的加工

根据本工程斜柱特点, 斜柱最高为18.0m, 模板与组合钢框加工成1400×600mm、1400×1200mm、1400×2400mm、1400×3600mm四种规格的标准板块, 斜柱柱根采用非标准板块。施工前根据柱子的长度选择不同模数的板块组装成单面模板, 每根柱子的四块单面模板的拼缝位置相同。每根斜柱根据不同高度进行模板的组装。

1400×1200模板设计

2. 柱箍的设计

结合本工程斜柱的特点, 按柱的结构尺寸, 采用12.6#槽钢将柱箍加工成两个L型柱箍, 采用Φ30斜拉螺杆进行对柱箍进行加固。

3. 单层边斜柱模板施工

对该部位斜柱的施工采用在阳面设置拉结点对柱模板进行施工。首先对斜柱进行定位放线, 同时搭设好斜柱模板施工的操作脚手架, 型钢柱已安装完毕并进行验收, 绑扎钢筋并已办理隐检, 安装斜柱模板, 加固斜柱模板, 将在柱高h/2处用双钢管拉住阴面柱模板, 单侧为4根;同时在柱高3h/4处用2Φ22的拉索拉住竖向双槽钢背楞, 并将拉索固定在阳面楼层梁的预埋拉环上, 要求拉环到柱的拉结点水平距离为2h/3。

4. 跨四层单斜柱模板支撑

对该斜柱采用分段施工, 先施工完成一层、二层结构, 待混凝土达到强度后在施工跨四层斜柱第一段, 对柱模板的支撑主要采用16号槽钢进行拉结, 与预埋在已施工完成的一、二层楼层边梁的槽钢上, 斜柱两边共设置两根槽钢进行拉结。施工斜柱过程中穿插三四层结构施工, 按施工段的划分进行, 待楼层结构满足拉结的要求后, 进行斜柱的第二次施工。对第二次斜柱的施工, 采用槽钢反拉在已施工的三、四层楼层梁预埋的槽钢上。

跨四层边斜柱施工段的划分

5. 双斜柱模板支撑

对该斜柱采用分三阶段施工, 先施工完成斜撑与看台交接以下部位, 待混凝土达到强度后在施工双斜柱的第一部分, 对柱模板的支撑主要采用16号槽钢进行拉结, 与预埋在已施工完成的看台环梁的槽钢上, 待混凝土达到强度后在施工斜柱第二部分及上部看台, 第二部分斜柱施工时, 同样采用16号槽钢与看台环梁进行拉结, 形成斜柱模板体系。

五、结语

定型钢木组合模板体系在金华体育场工程中的应用, 很好地解决了大截面斜柱等构件的施工难题、提高了施工的精度和构件成型质量。施工中未出现模板和钢筋的滑移现象。对于这种体形复杂、截面较大的倾斜构件在模板的选型及深化设计上尤为重要。与传统柱模板施工相比, 此方法具有技术领先、安全可靠、质量稳定、施工快捷等特点。针对体育场复杂结构, 通过精心设计, 在对常规柱模板施工应用进行总结, 严把每个施工环节, 严格验收程序, 并在施工前进行计算机三维模拟搭设, 有效指导施工操作基础上, 既保证工程质量, 又满足工期要求, 且降低工程成本, 取得了良好的经济社会效益。