钢管混凝土桩（通用8篇）
钢管混凝土桩 篇1
摘要：介绍了使用钢管混凝土承台桩进行地基处理的一种新型方案,并通过工程实例分析比较了钢管混凝土承台桩复合地基所具有的特有优势,还通过对钢管混凝土承台桩在实际工程中的设计,展现了钢管混凝土承台桩的具体构造及特点。
关键词：复合地基,钢管混凝土承台桩,褥垫层,承载力
随着建筑工程的飞速发展,地基处理手段也越来越多样化。复合地基由于充分利用桩间土和桩来承载,再加上相对低廉的工程造价得到了越来越广泛的应用。本文工程中应用钢管上设置承台组成钢管混凝土承台桩,再将一个个钢管混凝土承台桩连同桩间土组成复合地基,充分发挥了钢管混凝土承台桩的高承载力特性,并通过褥垫层的设置发挥了桩间土的承载能力,从而大大提高了地基的承载能力。
1 钢管混凝土承台桩
钢管混凝土承台桩即在地基处理中将一定数量的钢管打入稳定地层中,然后在钢管顶部浇灌混凝土承台共同组成受力体的桩。钢管混凝土承台桩适用于处理黏性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。
基础和桩间土之间设置一定厚度的散粒状组成的褥垫层,是地基的核心部分,基础下是否有褥垫层对地基的承载能力有很大的影响,若不设置褥垫层,复合地基和普通的桩基础相似,桩间土的承载能力难以发挥,不能称作复合地基。基础下只有设置了褥垫层,桩间土承载能力才能发挥出其潜在的作用。钢管混凝土承台桩应选择承载力较高的土层作为桩端持力层[1]。
2 钢管承台桩的应用
2.1 工程概况
新疆某项目电石破碎厂房地坑(8个)处理面积约493.8 m2,±0.00为418.68 m,地坑1基础底标高为-5.6 m(绝对标高为413.08 m),地坑1为边长7.7 m的正方形,地基处理面积约59.29 m2,设计要求地基承载力特征值fak≥150 kPa。该场地地层的均匀性主要受第④层细砂、第④-1层粉质黏土、第④-2层中砂、第④-3层粗砂分布所控制,第④层的亚层分布不均匀、埋深变化大、层厚变化大,地下水位埋深约2.5 m～3.5 m,整个场地为不均匀场地。同时,由于其他工程的施工,造成对电石破碎厂房地坑地基进行地基处理时施工场地比较狭小,不利于大型机械的进入,给该处的地基处理造成一定的困难。
2.2 方案的比较
由于在实际工程勘察中发现其在圆砾层下卧有细砂等软弱层,而且厚度较大,如果采用换填垫层法去换填,换填厚度较大,地基处理后承载力难以保证;如果采用换填强夯法,也是遇到换填厚度大的问题,不经济;如果采用CFG桩进行地基处理,虽然能够满足地基处理的要求,但由于施工场地比较狭小,不利于大型机械的进入,所以无法采用CFG桩;如果采用振冲碎石桩法,有可能处理后的地基承载力不能满足要求,这就要求结合强夯,但由于场地狭小,不利于强夯的施工,所以这也不是最佳方案。
通过前面几种方案的比较发现,其他的地基处理方案对于特定的场地都存在弊端,而钢管混凝土承台桩复合地基处理方案用了较少的施工工艺,使钢管底部深入稳定圆砾层,同时承台上设置褥垫层充分利用了桩间土的承载力,从而大大加强了钢管混凝土承台桩的承载效应,避免了前几种方案存在的问题。所以本次工程采用了钢管混凝土承台桩地基处理方案。
2.3 钢管承台桩的布置与构造设计
电石破碎厂房地坑1地基处理中,钢管混凝土承台桩为正方形(800 mm×800 mm),在地坑1地基中一排布置3个钢管混凝土承台桩,共布置3排。
根据地基处理要求,电石破碎厂房地坑中钢管混凝土承台桩的钢管直径选为108 mm,壁厚3 mm,桩尖焊接封闭,防止地下水进入钢管内,长度6 m或进入稳定圆砾层500 mm。钢管之间采取ϕ16圆钢焊接连接,钢管内灌M10水泥砂浆。钢管上部设承台,承台采用C30混凝土,在基坑内浇灌。具体钢管混凝土承台桩的构造如图1所示。
2.4 钢管混凝土承台桩的计算
1)单根钢管桩竖向极限承载力标准值[2]:
当hb<5时: λp=0.16hb/dsλs (2)
当hb≥5时: λp=0.8λs (3)
其中,qsik,qpk分别取与混凝土预制桩相同值;li为第i层土的厚度,m;λp为桩端闭塞效应系数,对于闭口钢管桩λp=1,对于敞口钢管桩宜按式(2),式(3)取值;hb为桩端进入持力层深度;ds为钢管桩外直径;λs为侧阻挤土效应系数,对于闭口钢管λs=1,敞口钢管桩λs宜按表1确定。
单桩竖向承载力特征值:
Ra=Quk/K。
其中,Quk为单桩竖向极限承载力标准值,kN;K为安全系数(一般取1.5～3.0)。
2)4根钢管桩浇灌水泥承台共同组成单个钢管水泥承台桩的承载力设计值及特征值为[2]:
设计值: R=ηsQsk/γs+ηpQpk/γp+ηcQck/γc (4)
其中,Qsk,Qpk分别为单桩总极限侧阻力和标准值;Qck为相应于任一复合基桩的承载底地基土总极限阻力标准值;ηs,ηp,ηc分别为桩侧阻群桩效应系数、桩端阻群桩效应系数、承台底土阻力群桩效应系数;γs,γp,γc分别为桩侧阻力分项系数、桩端阻抗力分项系数、承台底土阻抗力分项系数。
特征值:
其中,up为桩的周长,m;n为桩长范围内所划分的土层数;qsi,qp分别为桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值,kPa;Ap为桩的截面积。
3)钢管混凝土承台桩复合地基承载力特征值[2]:
fspk=mRa/Ap+β(1-m)fsk (6)
其中,fspk为复合地基承载力特征值,kPa;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值,kN;Ap为桩的截面积,m2;β为桩间土承载力折减系数,宜按地区经验取值,如无经验时可取0.75～0.95,天然地基承载力较高时取大值;fsk为处理后桩间土承载力特征值,kPa,宜按当地经验取值,如无经验时,可取天然地基承载力特征值。
2.5 钢管混凝土承台桩的施工
1)钢管混凝土承台桩可采用锤击或冲击成孔等办法来使钢管桩桩端至稳定层。2)褥垫层铺设宜采用静力压实法,当基础底面下桩间土的含水量较小时,也可采用动力夯实法,夯填度(夯实后的褥垫层厚度与虚铺厚度的比值)不得大于0.9。3)施工垂直度偏差不应大于1%;对满堂布桩基础,桩位偏差不应大于0.4倍桩径;对条形基础,桩位偏差不应大于0.25倍桩径;对单排布桩桩位偏差不应大于60 mm[3]。
2.6 钢管混凝土承台桩的质量检验
1)检测间歇期:地基检验宜在施工结束28 d后进行。2)承载力检测:钢管混凝土承台桩复合地基及检测采用载荷试验,试验数量不小于3组,并做一定数量的标准贯入试验及动力触探试验以检测桩体承载力、桩间土地基承载力。3)桩身完整性检测:抽取不小于总桩数量10%的桩进行低应变动力试验检验桩身完整性[3]。
3结语
钢管混凝土承台桩结合了钢管桩施工方便、造价低的优点和CFG桩通过褥垫层组成复合地基承载力高的优点,使得钢管混凝土承台桩能够在施工中不仅方便而且地基处理后的强度也很高。钢管混凝土承台桩在电石破碎厂房地坑中的成功运用,说明复合地基的处理方案还有很多种,我们要不断的在实践工作中探索更科学、更经济的地基处理方案,进行灵活运用。当然,电石破碎厂房地坑属于新疆地区,在其他地区采用钢管混凝土承台桩是否合理还没有经过验证,所以这种桩型的采用还有一定的局限性。
参考文献
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[4]王浩,郑志宏,阴春丽.钢管桩复合土钉墙支护的有限元分析[J].山西建筑,2008,34(2):113-114.
小议钢管混凝土结构的特点与应用 篇2
关键词：钢管混凝土 特点 结构 应用 发展
0 引言
钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。钢管混凝土是在钢管中填入混凝土后形成的建筑构件，按截面形状可分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用，充分地发挥了这两种材料的优点，使混凝土的塑性和韧性大为改善，且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，使钢管混凝土整体具有承载力高、塑性和韧性好、经济效益优良和施工方便等优点。
1 钢管混凝土结构的特点
1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越 钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
1.2 施工方便，工期大大缩短 钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。
1.3 有利于钢管的抗火和防火 由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3一2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。
1.4 耐腐蚀性能优于钢结构 钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。
2 钢管混凝土结构工程中的应用
2.1 高层建筑工程 在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很大的优势：具有承载力高，抗震性能好的特点，既可以取代钢筋混凝土柱，解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题；也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。钢管混凝土构件的自重较轻，可以减小基础的负担，降低基础的造价。全部采用钢管混凝土柱的工程可以采用“全逆作法”或“半逆作法”进行施工，从而加快施工进度；钢管混凝土柱的钢材厚度较小，取材容易、价格低。其耐腐蚀和防火性能也优于钢柱。钢管混凝土柱不易倒塌，即使损坏，修复和加固也比较容易。
2.2 单层和多层工业厂房柱 单层工业厂房的柱属于偏心受压构件，为了充分发挥钢管混凝土结构的特点，很多工程中的柱子设计成格构式组合柱，如双肢柱、三肢柱和四肢柱，把偏心弯矩转变为轴心力。
3 钢管混凝土结构研究的发展方向
3.1 高强度材料的应用 采用高强混凝土可以减轻结构自重、降低工程造价。随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。近年来，国内外对高强钢管混凝土构件的研究表明；高强钢管混凝土的力学性能与普通钢管混凝土有所不同，其设计不能套用普通钢管混凝土构件的设计公式。而我国现行的钢管混凝土设计施工规范和规程只适用于普通钢管混凝土结构，因此必须加大高强钢管混凝土的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范和观察。
3.2 节点动力性能的研究 节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种；钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点和钢管混凝土柱与钢梁的连接节点。目前，国内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少。
3.3 耐火性能的研究 我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的耐火性能问题进行了研究，已经取得了可喜的成绩；应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。
3.4 钢管混凝土结构体系抗震性能的研究 在对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的框架结构进行了抗震性能的对比试验研究；并从理论上分析比较了两种结构的动力性能，得出了钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对钢管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。
钢管混凝土桩 篇3
随着城市化建设的不断深入, 城市或特殊区域为满足功能性需要, 需在既有构筑物周边增设各类基础设施。基础设施施工时, 施工空间受限, 周边环境复杂, 基坑支护成为一大难题, 急需探索新型基坑支护方式, 以适应复杂施工环境, 并减小基坑开挖对既有构筑物的影响。本文中基坑支护工程位于磁悬浮车辆段车场线密集高架桥梁下部及周边, 且表层为漂石、块石地层, 采用传统基坑支护体系无法实施, 通过在基坑两侧设置微型钢管注浆桩, 内设钢支撑并进行坑壁护坡, 成功解决了既有桥梁周边狭窄空间漂石地层基坑支护的难题。
1 工程概况
1.1 工程简介北京市中低速磁浮交通
示范线S1线工程, 车辆段车场线为单线小截面轨道桥梁, 车场线共计18股道, 8组三开道岔, 标准线间距0~6m, 桥下净空0.5~5m。桥梁施工完成后, 设计增加地下综合管沟, 综合管沟为钢筋混凝土框架涵结构, 宽2.4m, 高2.7m, 覆土厚度不小于1.0m。
综合管沟位于既有桥梁底部及各股道之间, 距既有桥梁桩基及承台较近, 基底标高位于承台以下4~5m, 基坑无法放坡开挖。传统的基坑支护方式中, 钻孔灌注桩施工成本高, 旋挖钻机施工时需足够施工场地, 冲击钻施工时震动对周边既有建筑物影响较大;钢板桩在漂石、块石地层成桩困难, 若采用冲击或振动成桩, 对周边结构物影响大, 易破坏既有构筑物;SMW工法在漂石、块石地层成桩困难, 且对施工空间要求较高;地下连续墙亦在漂石地层实施困难, 如作临时挡土结构, 相比其他工法施工成本较高[1,2,3,4]。经方案比选, 选定微型钢管注浆桩进行基坑支护。
1.2 地质、水文综合管沟场地位于低山丘陵前的坡洪积地带, 场地内主要分布填土及混合土。
填土层普遍分布, 一般厚度约3.4~5.8m, 主要为粉土填土 (1) 层 (编号 (1) , 详见本文表1) , 杂填土 (1) 1层及漂石土层 (1) 2层。人工填土层为松散~稍密土层, 孔隙比大, 压缩性高, 抗剪强度低, 力学性质较差。其中 (1) 2层中局部夹有漂石, 粒径最大达到500mm以上, 且分布随机, 强度高, 不易破碎, 对施工影响较大。
混合土层存在含粉土碎石 (3) 63层、含粉土碎石 (4) 63层及含粉土碎石 (5) 60层, 混合土主要成分为碎石, 充填物为粘性土和粉土。
具体地质情况详见表1。
场地18m深度范围内只有一层下水, 地下水性质为潜水, 该层地下水水位埋深12.03m, 因此地下水对综合管沟基坑开挖无影响。
2 工艺原理
微型钢管注浆桩的工艺原理, 如图1所示:在基坑四周采用小型钻孔设备在土体内埋设微型钢管并注浆, 桩顶设置冠梁将桩连成整体, 同时设置钢支撑及护壁层。基坑开挖后, 竖向微型钢管注浆桩形成类似于支护桩的微型排桩结构, 承受抗弯和抗剪的作用, 通过微型钢管注浆桩、冠梁、钢支撑和护壁层组成挡土结构, 分段对边坡进行控制, 有效增强土体的稳定性, 保证基坑的支护安全[1,2,3,4]。
3 工艺流程及操作要点
3.1 施工准备
施工前, 按照设计标高进行场地平整, 设置好泥浆沉淀池, 达到微型钢管注浆桩施工作业条件。根据桩位布置图, 采用全站仪及钢尺测量放线定出桩位, 用白灰洒线醒目标出施工范围;用白灰标识, 插上竹签或钢筋桩, 并做好桩位交底。
3.2 钻孔
根据测量放样的孔位, 采用套管 (水钻) 钻机成孔, 孔径ф135mm, 孔距根据受力检算确定 (应至少嵌入基底以下3m) , 成孔后保证桩孔垂直度及深度。
3.3 安设钢管
成孔后及时安设钢管并拔出钻机套管, 钢管直径ф108mm, 单根钢管长度不满足有效桩长时, 采用焊接连接确保钢管长度, 钢管1.0m以下每隔300mm用钻杆直径фl0mm的麻花钻, 沿钢管四周按梅花形钻出直径ф10mm的孔洞作为渗浆孔。为避免钢管安设时渗浆孔被堵塞, 钢管安设前应采用透明胶带封孔。为安设钢管桩时不进泥沙, 钢管底部用帆布、塑料布进行包扎封底或钢板焊接封底。
3.4 注浆
将钢管置入孔中后, 及时采用压力注浆法分两次对钢管进行注浆, 填充钢管及加固钢管周边土体。注浆时采用底部注浆方式, 注浆导管底端应先插入孔底, 在注浆同时将导管匀速缓慢撤出, 保证孔中气体能全部逸出, 然后将孔口封闭加压注浆, 加压持续时间应不少于3min。第1次注浆压力为0.4~1MPa, 第2次注浆压力不小于0.5MPa, 两次注浆间隔时间不少于1.5h, 且不大于4h。水泥浆采用专用机械进行拌制, 水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥, 水灰比控制在0.45~0.5。
3.5 冠梁施工
根据设计标高将微型钢管注浆桩桩头进行剔凿, 并根据受力检算、预先确定出冠梁尺寸及配筋。冠梁采用模筑法施工, 模板加固应满足施工方案要求, 模板安装时应按要求对固定钢支撑的预埋钢板进行预埋。冠梁浇筑混凝土时采用插入式捣固棒振捣密实, 混凝土浇筑完毕后, 冠梁顶部应进行二次收面抹平, 并加强养护。
3.6 基坑开挖
土方开挖采取人工配合机械开挖, 开挖应严格遵循“开槽支撑、分层开挖、先撑后挖、严禁超挖”的原则, 从上往下分层分段依次进行基坑内土方开挖。分层开挖基坑, 要随挖随测, 做好变形监测工作。
开挖时做好地表和坑内排水, 坑内周边设排水沟和集水井, 配备相应的抽水机或潜水泵, 确保坑内的雨水能及时排走。在接近设计坑底标高时, 预留30cm厚的土层, 用人工开挖和修整坑壁, 保证标高符合设计要求。凡挖土标高超深时, 不准用松土回填到设计标高, 必须用砂、碎石或低强度混凝土填实至设计标高。
3.7 设置钢支撑
钢支撑宜采用工字钢等型钢, 安装前复测冠梁上的预埋钢板, 并将支承钢支撑的型钢支架 (牛腿) 焊接在钢板上, 然后安装钢支撑。安装后应仔细检查工字钢是否抵紧, 是否安装稳固。
3.8 护壁施工
基坑开挖后坑壁预留10cm的土层厚度由人工整修。每间隔30m先修出一条标准坑壁, 然后再扩展到整个施工段。坑壁修整时应拉标志线, 以保证坑壁平整。
网片钢筋直径不宜小于6.5mm, 矩形布置, 间距不宜小于25cm。钢筋网片安装前, 在坑壁上预先布设支撑筋, 每平方米布设不少于4根, 支撑钢筋长度不宜小于50cm, 直径不宜小于16mm, 人工直接打入坑壁, 网片按设计相对位置焊接或绑扎等方式固定于支撑钢筋上, 保证网片在喷射混凝土过程中位置牢固。
喷射细石混凝土标号C20, 厚度不小于80mm, 宜采用湿喷工艺。施工时, 喷头与受喷面距离宜为0.6~1.2m, 自下而上垂直坡面喷射, 一次喷射厚度宜为40mm, 喷射完成后钢筋网片保护层厚度不宜小于20mm。喷射完成后进行保湿养护, 养护时间不少于7d。
3.9 检查验收
护壁施工完成后, 按照设计方案对钢支撑、冠梁的标高及平面位置, 护壁的平面位置, 基坑底标高等进行检查验收。
4 结束语
微型钢管注浆桩基坑支护体系是一种施工机械占地小、操作简易的支护形式, 是在狭窄空间漂石地层基坑支护的一种理想结构, 它的出现解决了在狭窄空间漂石地层无法采用传统的钻孔灌注桩、钢板桩、SMW工法、地下连续墙等进行基坑支护的难题, 具有可靠性高, 操作便捷、施工快捷等显著优点, 具有广阔的经济技术前景。
摘要：随着城市建设的发展, 土地利用率在不断的提高, 施工单位面临在狭窄的场地内进行基坑开挖和支护的问题越来越多。对于场地狭窄、地质及周边环境复杂的基坑支护工程, 采用传统的支护方式往往难以实施或难以达到预期的安全效果和经济效益。本文结合北京市S1线车辆段车场线密集高架桥梁周边综合管沟基坑支护工程, 介绍了微型钢管注浆桩基坑支护体系在狭窄空间漂石地层的应用, 本基坑支护体系具有适用性强、承载力高、施工快捷、经济效益明显等显著优点, 具有广阔的经济技术前景。
关键词：微型钢管注浆桩,狭窄空间,漂石地层,基坑支护
参考文献
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钢管混凝土的应用现状 篇4
从1897年美国人John Lally在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱 (称为Y柱) 并获得专利算起, 钢管混凝土结构在土木工程中的应用己有百年历史。钢管混凝土优越的力学性能, 一开始就受到美欧各国土木工程界的重视, 竞相开发利用。我国钢管混凝土结构的开发利用也有近40年的历史, 经过大量理论工作者的不断研究使其在理论研究、施工工艺方面有了很大的进展。
1 在理论研究方面
在西欧一些国家, 如英国、德国和法国等, 主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构, 核心混凝土为素混凝土, 或在核心混凝土中配置钢筋或型钢, 目前的设计规程主要有欧洲EC4 (1996) 和德国DIN18806 (1997) 。在美国, 以研究方钢管混凝土和圆钢管混凝土为主, 核心混凝土为素混凝土, 设计规程主要有ACI 319-89, SSLC (1979) 和LRFD (1999) 等。在日本, 主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构, 核心混凝土为素混凝土或配筋混凝土;目前的设计规程主要有AIJ (1980, 1997) 。各国的设计规程有各自的理论和应用特点, 基本上都反映了该国的最新研究成果, 推进和引导了国际范围内钢管混凝土结构的研究和发展。我国的研究主要集中在钢管中灌素混凝土的内填型钢管混凝土结构。目前已先后由国家建材总局、中国工程建设标准化协会、国家经济贸易委员会等单位颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程, 分别是:JCJ01—89, CECS28:90, DL5085, l999和GJB 4142—2000。而且, 钢-混凝土组合结构 (包括钢管混凝土) 己被列入国家科技成果重点推广项目。
2 钢管混凝土在住宅中的应用
20世纪60年代, 钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点, 钢管混凝土被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种构架、支架、栈桥柱、地铁站台柱、迭变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构;近10年又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中, 特别是近2～3年, 它被越来越多地应用于住宅建筑中, 并取得了良好的经济效益和建筑效果。
一方面是因为钢结构自身具有科技含量较高, 利于环境保护, 且可再生利用等优点;另一方面是由于我国钢产量大幅度增加, 世界钢产量日趋饱和, 钢材价格随之下降, 所以近年来我国开始大力推广钢结构, 鼓励采用钢结构。建设都等部门也为此制定了加速推广建筑钢结构发展和应用的目标, 确定“十五”期间以推广住宅钢结构为重点, 力争在“十五”期间使我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3%, 到2015年达到6%。住宅建筑历来居建筑业首位, 所以在住宅建筑中推广钢结构势在必行。住宅钢结构, 有低层、多层和高层之分。3层以下为低层, 9层以下为多层, 9层以上为高层, 10～l2层又称小高层。住宅钢结构, 考虑抗震要求, 一般不宜超过12层, 同时又由于我国人口众多, 土地资源相对不足, 城市住宅需求量迅速增长, 所以宜发展多层和小高层钢结构住宅, 但在人口密度大的城市, 仍然是以高层为主。住宅钢结构, 具有柱子用量少, 室内有效使用空间大, 房屋空间布置灵活, 结构性能好等优点。它所选择的结构体系一般是:5～6层以下, 框架体系或框梨一支撑体系;6层以上, 框架-支撑体系或框架-混凝土剪力墙 (核心简) 体系;多层, 大多采用双重体系。钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱、钢管砼柱和钢骨砼柱, 后两种为组合柱。在小高层建筑中, 组合柱比H型钢柱省钢, 进而也就可以降低工程造价;但是, 钢骨砼柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂, 因此, 在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。
我国在上海、天津、辽宁、新疆等地分别兴建了一些以钢管混凝土作为框架柱的钢结构住宅试点工程, 促进钢结构住宅在我国的发展历程。众所周知, 上海人口密度大, 土地资源宝贵, 因此, 上海的试点钢结构住宅多选用高层。而天津、辽宁、新疆等地人口密度相对较小, 所以多选用了小高层和多层。钢管混凝土在住宅建筑中的应用方面又迈出了一步, 这一步的迈进意义重大, 因为它实现了由高层到小高层、多层钢管混凝土结构的发展, 为其大量的应用开辟了新局面。
3 钢管混凝土存在的问题
3.1 钢管混凝土拱桥构件脱空问题
与工民建厂房内的钢管混凝土柱不同, 钢管混凝土拱桥构件处在大气中, 直接承受阳光作用, 在夏天钢管表面温度高达80 ℃, 内部核心混凝土50 ℃。钢管混凝土拱经过5～10年, 核心混凝土收缩、徐变完成 (相当于温降20 ℃) 。这2种情况共同作用, 相当发生约70 ℃温差, 在大直径钢管中导致钢管和核心混凝土脱空 (即钢管与核心混凝土分离) , 特别是在拱顶部位。这种情况将使整个钢管混凝土拱受力模式产生重大变化。钢管混凝土受轴压、核心混凝土温度下降、外钢管温度上升等3种因素都将引起脱空。
3.2 套箍力作用问题
钢管混凝土的“套箍作用”, 目前己有相当的理论和计算方法, 但这些方法多是针对建筑结构提出的。对于拱桥结构的钢管混凝土, 因为钢管混凝土“套箍作用”发生的条件是核心混凝土的泊松比大于钢管的泊松比, 要达到这个条件, 核心混凝土必须有相当高的应力, 而这在桥梁设计中是要极力避免的, 桥梁营运当中也是不能利用的, 因此此种效应只能作为一种潜在的强度储备。
3.3 侧向稳定问题
大跨度钢管混凝士拱桥在施工中, 侧向稳定问题突出。很多桥例分析表明, 在安装吊杆及其横梁、安装中部定位梁及行车道板预制件时, 中部行车道形成连续体系, 此时稳定安全系数不到3, 而按一般的设计、施工经验, 安全系数应大于4, 因此, 研究钢管混凝土拱桥施工期侧向稳定可靠度非常有必要。
3.4 温度问题
钢管混凝土拱桥一般为露天, 大气温度对钢管影响较快, 对核心混凝土影响较慢, 因此, 在太阳照射下或骤然降温时都会造成内外较大的温差, 从而产生较大的自应力。另外, 钢管混凝土拱桥不存在合拢温度, 这是因为空钢管合拢时, 其拱肋截面还末形成, 因此, 其“相当合拢温度”或称“计算合拢温度”还有待进一步研究。
参考文献
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钢管柱混凝土顶升浇筑 篇5
我国目前大型工业厂房结构随着施工技术和施工方法的科学发展, 大型工业厂房钢管柱混凝土顶升浇筑施工方法, 充分发挥了钢管和混凝土的材料特性及优点, 施工简便, 施工周期短。钢管柱混凝土顶升浇筑施工就是在钢管中填充微膨胀混凝土, 它具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工周期短。
钢管混凝土顶升浇筑时, 由汽车泵将混凝土连续不断地自下而上呈泉涌状上升顶入钢管内, 利用汽车泵的压力将混凝土自下而上挤压顶升灌入钢管内, 顶升浇筑整根钢管混凝土柱。无需振捣, 密实度好, 钢管混凝土顶升施工不受混凝土养护时间的影响, 施工质量优于传统钢筋混凝土框架柱的浇筑质量。
2 钢管柱混凝土顶升浇筑施工背景
大型钢厂热轧板材项目主厂房, 主厂房南北为A-G跨, 1-14线, 主厂房柱采用双肢格构式钢管混凝土柱, 柱肩梁以上柱采用焊接H型钢组合柱, 共42根, 下柱采用双肢格构式钢柱, 钢柱的规格及壁厚为Ф610mm×14mm双面螺旋焊接钢管柱, 钢管内顶升浇筑C40微膨胀混凝土, 钢管混凝土柱柱高13.74m, 每米砼量为0.27m3, 双肢钢柱混凝土浇筑量为7.42m3, 总混凝土量为311.64m3。
3 钢管柱混凝土顶升浇筑施工方法
本工程钢管柱混凝土顶升浇筑采用商品混凝土, 混凝土配合比要根据设计要求, 实验室出具的混凝土配合比确定, 为满足钢管混凝土顶升浇筑的顺利进行, 混凝土采用流动性好的混凝土, 粗骨料粒径0.5~3cm, 坍落度150~180mm, 按照实验室混凝土配合比掺加一定量的减水剂, 以减少混凝土的收缩量。
混凝土进料连接导管应与钢管柱有一个向上倾斜的角度, 角度为45°, 进料导管方向向下。混凝土顶升浇筑前从进料导管口插入软管吸进约2kg饮用水, 顶升混凝土时湿润钢管内壁, 混凝土顶升开始后, 由汽车泵车将混凝土连续不断的自下而上呈泉涌状上升顶入钢管内, 泵车压力将混凝土从钢管柱底部顶入, 顶升浇筑满整根钢管柱混凝土免振捣的施工方法。钢管柱混凝土顶升以溢出钢管顶部的出气孔导管为准。关闭防混凝土回流装置, 同时插入4根Ф16mm钢筋, 完成钢柱混凝土顶升浇筑施工。
混凝土钢管顶升浇筑完后用敲击钢管的方法进行初检, 如有异常则用超声波检测, 对不密实的部位, 采用钻孔压浆方法进行补强, 然后将钻孔补焊封牢。
3.1 钢管柱混凝土顶升浇筑施工流程
导管加工→钢管柱开孔→焊接导管→安装防回流装置→钢管柱顶开孔、焊接排气导管→汽车泵车就位→对接导管→检测塌落度→泵送混凝土→混凝土到顶控压→关闭防回流装置→拆解连接导管→混凝土终凝后拆除导管→钢管柱浇筑开孔处补焊打磨平整。
钢柱顶部设置的溢流导管起到了排气、导向溢流、回流补偿等几个方面的作用, 本工程钢管柱在制作时已留设了排气孔, 直径48mm, 溢流钢管采用φ48*3的钢管制作, 钢柱顶部焊接排气导管长度600mm, 向上呈45°, 以保证有足够体积的混凝土回流补偿, 同时在溢流管管端接一根软管, 防止溢流出的混凝土四处喷射, 污染已安装的钢结构构件。
导管与钢柱壁夹角为45°, 进料导管方向向下, 便于混凝土顶升顺利进行。导管加工完成后在导管上面用电钻打孔, 每个导管开孔不少于4个孔径不小于ф18mm。
钢管柱开孔与焊接, 在钢管柱标高控制在标高+600mm处的部位开设混凝土浇筑口, 浇筑口为椭圆形, 宽度按汽车泵管直径大小而定, 一般为125mm。钢管柱开孔必须进行放样、画线, 在钢管柱开孔的部位焊接一根150mm长Φ12mm的钢筋做把手, 然后用气焊开孔。全部切开后, 收起切割掉的开口钢板, 编号入库备用。最后将连接导管与钢管柱焊接, 导管与地面成45°夹角, 焊缝高度不得小于导管壁厚, 必须满焊, 焊缝质量符合要求 (混凝土浇筑进料导管安装示意图见图1) 。
3.2 钢管柱混凝土顶升浇筑施工
钢管混凝土顶升浇筑施工前必须检查柱顶的开孔排气情况, 并检查钢管顶部排气孔位置的排气管是否安装正确, φ48mm钢管排气孔钢管是否与内径Φ50mm塑料管相连, 以防止顶升混凝土施工时混凝土污染钢管柱及顶钢板, 保证有足够体积的混凝土回流补偿充满密实。
实施顶升浇筑前, 必须要对已运至现场的混凝土的坍落度进行现场实测检查, 要求混凝土的实测坍落度与实验室配合比坍落度相符一致。现场要设专职人员对混凝土坍落度进行测试, 对检测结果的记录完整真实。
混凝土顶升过程中, 在钢管柱顶排气孔处观察混凝土的浇筑情况, 发现混凝土浆连续从排气控溢出时, 立即稳住泵车压力, 保持压力在2~4min后, 检查钢柱顶的排气孔, 混凝土有无沉降现象。若无沉降, 保持泵送压力不降的情况下, 关闭混凝土回流装置, 插入4根Ф16mm钢筋, 完成混凝土顶升浇筑过程。
混凝土浇筑48h后混凝土强度达到5MPa后进行混凝土浇筑连接导管和柱顶排气导管的拆除处理。用气焊将混凝土浇筑连接导管和柱顶的排气导管切除, 将焊渣打磨平整。清理多余的混凝土, 然后用切割下来的钢板将钢管柱上的孔口补焊, 采用坡口焊缝。焊口表面用砂轮打磨平整, 刷上防锈漆和面漆。
4 结语
综上所述, 本工程中的钢管混凝土柱子设计成双肢格构式钢柱, 与框架钢筋混凝土柱和普通钢柱相比, 钢管混凝土组合柱施工节约钢材, 施工简便, 柱钢管混凝土顶升施工浇筑施工方法、施工优点适合我国的国情和节约减排的要求。钢管柱混凝土顶升施工方法, 能够适应现代大型工业建筑工程结构发展的需要, 符合现代工业建筑工程和施工技术的工业化要求, 因而广泛地应用于大型工业厂房结构中, 是大型工业建筑结构中的施工发展方向。
摘要：钢管柱混凝土顶升浇筑施工, 就是在钢管柱接近地面的适当位置安装一个带闸门的钢管做顶升浇筑的进料浇筑导管, 直接与汽车泵的输送软管相连, 由汽车泵将混凝土连续不断地自下而上呈泉涌状上升顶入钢管内, 无需振捣, 密实度好, 满足钢管混凝土浇筑质量要求。
钢管混凝土桩 篇6
方钢管混凝土结构由于截面抗弯刚度大、节点形式简单、连接方便且便于采取防火措施, 有利于结构平面布置、装修和良好的耗能能力, 近年来在工程中得到了广泛关注。目前国内外对方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的研究主要集中在刚性节点和半刚性节点方面, 铰接节点因应用不多, 所以研究较少。在刚性接连接方面早期节点形式主要是带隔板式的节点, 后来发展为加劲肋、补强板、以及加强环等各种形式节点, 但这些节点连接的钢梁主要是H型钢、工字钢、T型钢等, 以空心钢管作为钢梁的连接形式, 目前研究较少, 而且空心钢管梁外形规则, 建筑适用性较好等优点。因此, 研究方钢管混凝土柱—空心钢管梁这种新型节点形式的抗震性能, 丰富理论研究, 推动工程应用具有十分必要的意义。
1 实验概况
1.1 试件设计与制作
本次实验选取了平面框架边节点为研究对象, 柱高1.2m, 受实验条件限制, 节点一侧梁伸出柱外的长度为0.8m。试件数量为4个, 编号分别为SJ-1、SJ-2、SJ-3、SJ-4, 4个方钢管混凝土柱的参数相同:柱截面为120mm×120mm, 钢管壁厚为2.87mm, 钢梁截面为100mm×100mm, 钢梁壁厚为1.77mm。实验所采用的方钢管是由4块矩形钢板焊接而成, 焊缝采用溶透的对接焊缝, 焊接时保证了焊缝的质量。矩形钢板、钢梁均采用Q235普通热轧钢, 钢梁与方钢管柱的连接采用全焊连接, 焊缝为双面角焊缝。各试件的柱内填充C20混凝土, 混凝土的配合比为:水泥:水:砂:碎石=1:0.45:1.75:3.54, 混凝土养护采用自然养护法。主要材料指标见表1和表2。
1.2 测点布置及测试内容
实验测试的内容主要包括空心钢管梁的位移以及空心钢管梁、柱节点钢板的应变。实验时在梁底部对称布置6个位移计, 以观测钢梁位移, 并在柱头布置位移计观测加载过程中节点是否发生偏移, 同时以便了解节点的传力机理和应力变化。在梁的根部距离柱边1.5倍梁高距离处布置位移传感器, 同时在柱身1.5倍梁高布置百分表, 测量梁端塑性铰相对于柱的转动;在梁端部布置位移传感器, 测量梁的实际位移;在节点核心区及梁端布置电阻应变片, 与应变仪相连, 由计算机自动采集数据来测量节点核心区和梁端的应力分布。
1.3 加载装置及加载制度
加载装置采用门型电液伺服结构试验机。在试件就位时, 注意加载的位置、加载方向与试件的轴线是否对中处理, 保证试件在平面内轴心受力。在正式实验前要对构件进行预载, 其目的是使试件各部分接触良好, 进入正常工作状态, 荷载与变形关系趋于稳定, 同时检查全部实验装置是否可靠, 观测仪器是否正常工作。在正式加载时, 首先在钢管混凝土柱顶用千斤顶施加预定轴压力N0, 并一直保持到实验结束, 然后在梁端轴线上施加竖向低周反复荷载, 加载点距离柱750mm。在梁端施加低周反复荷载时, 采用力—位移混合控制的原则, 在试件屈服前先按照力控制加载, 每级荷载反复加载一次, 试件屈服后按位移控制加载, 每级荷载反复加载两次。为了使结构在荷载作用下的变形得到充分发挥和达到基本稳定, 每级荷载加完后应有相应的恒载时间。为体现不同轴压比对抗震性能影响, 对四个试件柱顶施加不同的恒定轴力N0, 各试件的轴压力值N0分别为:150KN、300KN、450KN、550KN, 对应的轴压比n为0.23、0.46、0.69、0.85。轴压比n=N0/N, 即为实验时施加在柱顶的恒定轴压力N0与钢管混凝土极限承载力的标准值N之比, N是依据《钢管混凝土结构技术规程》 (DBJ13-51-2003) 确定, 其中材料强度采用实测值。
2 实验结果与分析
2.1 实验现象
试件sj-1加载至3Δy (梁端屈服位移y=3.59mm) 第1个循环时, 核心区的柱壁开始出现明显的凹陷现象, 加载至4Δy第1循环时, 焊接部位出现明显裂纹, 继续加载至5Δy第1循环时, 梁端焊接位置处出现长细裂缝, 并在5Δy第2循环时裂缝急剧发展, 在梁端焊接处形成明显裂缝;试件sj-2加载至2Δy (y=3.93mm) 第1个循环时, 核心区柱壁明显凹陷, 当加载至3Δy第1循环时, 焊接部位出现明显裂纹, 继续加载至3Δy第3循环时, 梁端焊接位置处出现长细裂缝, 加载至4Δy第1循环时裂缝急剧发展, 在梁端焊接处形成明显裂缝;试件sj-3加载至2Δy (y=4.17mm) 第1个循环时, 柱壁开始凹陷, 加载至2Δy第3循环时, 梁端焊接处出现裂纹, 在3Δy第2循环时, 梁端焊接处裂纹发展成为梁端明显裂缝;试件sj-4加载至2Δy (y=4.38mm) 第1个循环时, 柱壁明显凹陷, 当加载至2Δy第2循环时, 在梁上缘处形成明显裂缝。综上所述, 低周反复加载试验过程中发现各试件的破坏形态大致相同:破坏过程为首先在梁端发生屈曲并形成塑性铰, 在施加2～4倍屈服位移时, 柱脚形成塑性铰, 受压侧钢板发生轻微的屈曲, 并随着卸载和反方向加载的过程中, 发生屈曲的部位被拉直, 而且另一侧受压部位同时发生屈曲。随着施加的循环位移、轴压比、梁柱线刚度比的增大都将加速方钢管柱壁的鼓曲, 进而在梁端焊接位置开始出现裂缝。试件最后因梁端焊接裂缝破坏而丧失承载能力, 但是破坏时, 节点处柱壁钢板未发生撕裂, 仍对节点的核心混凝土起着约束作用, 节点域钢管混凝土仍未达到屈服状态, 节点的变形不明显。说明这些节点的设计满足“强柱、弱梁、节点更强”的设计原则, 满足工程设计的需要。
2.2 滞回曲线分析
实验得到的荷载—位移滞回曲线体现了试件承载能力、刚度和延性等力学特征, 是钢管混凝土柱抗震性能的集中体现, 也是进行结构抗震弹塑性动力反应分析的依据。4个试件的滞回曲线 (如图1) 表现出如下特点。
(1) 各试件在加载初期, 刚度变化比较小, 滞回曲线呈直线上升, 滞回曲线斜率变化小, 卸载后残余变形量较小, 说明试件处于弹性阶段。
(2) 试件屈服前, 随着水平荷载的继续加大, 滞回环越来越饱满, 滞回曲线几乎重合, 表明试件强度、刚度退化不明显。
(3) 在试件屈服后, 初期随着循环位移的不断加大, 滞回环更加饱满, 滞回曲线逐渐偏向x轴, 表明试件的刚度在开始退化, 但未发生明显的强度和刚度退化。主要是因为钢管对核心混凝土的约束作用, 使混凝土处在复杂的引力状态下, 其强度、塑性、韧性均得到改善, 同时钢管内混凝土的存在, 增强了钢管的稳定性。达到荷载峰值以后, 随着反复荷载次数的不断增加, 承载能力逐渐下降, 强度逐渐退化, 塑性铰转角也在不断增大。
(4) 从整体上看, 4个试件的滞回曲线都呈比较饱满的梭形, 捏缩现象不是特别明显, 随着水平循环位移的增大, 滞回曲线包含的面积不断增加, 说明这4个节点具有良好的耗能能力和抗震性能。
(5) 各试件的滞回曲线相比较, 轴压比较小时, 滞回曲线会经历比较长的强化阶段, 直到钢梁发生屈曲以后才出现下降阶段, 而轴压比较大的试件则会相对较早的出现下降阶段, 强化阶段不明显。发现随着轴压比的增加, 滞回曲线相对出现捏缩现象, 滞回曲线的饱满程度降低, 滞回曲线所包围的面积减小, 表明轴压比较小的试件耗能能力比轴压比大的试件强, 随着轴压比的增加位移延性及承载能力均有下降趋势, 抗震性能下降。
2.3 位移延性分析
在研究节点的抗震性能时, 延性是一个衡量结构或者构件抗震性能的重要指标。延性通常用μ来表示, μ的值越大表示延性越好。本文以位移延性系数μΔ来表示结构的延性, 其表达式为:μΔ=Δu/Δy, Δu是极限位移, Δy是屈服位移, 各试件的延性系数如表3所示。
从表3整体上看, 可知在该试验中的4个节点的位移延性系数为2.04—5.02, 系数值均大于2, 表明试验中的4个试件均有良好的延性性能, 但是随着轴压比的增大, 4个试件的位移延性系数有下降的趋势。通过sj-1、sj-2、sj-3和sj-4的位移延性系数对比看出, 在轴压比较小时, 随着轴压比的增大位移延性系数下降比较迅速, 但在轴压比增大到一定值以后, 位移延性系数的下降缓慢。尽管如此, 在轴压比高达0.69-0.85时, 位移延性系数仍然大于2, 试件表现出良好的延性, 表明试件具有良好的塑性变形能力。还可看出:轴压比的增大会提高屈服位移值, 增大屈服荷载值, 但是同时带来极限位移下降和延性系数的迅速降低, 因此轴压比存在最佳值, 既能够提高屈服位移值, 又不至于延性降得过低。
2.4 耗能能力分析
试件抗震性能的好坏通常用等效粘滞系数he和能量耗散系数E来表示, 根据图5所示各试件的荷载—位移滞回曲线的包络线 (最后一个滞回环) 可以计算出各试件的等效粘滞阻尼系数he或能量耗散系数E, 其中E=2πhe, 其值越大, 表示耗能能力越好。各试件的等效粘滞阻尼系数he量耗散系数E如表4所示。
由表4可知, 4个试件的等效粘滞阻尼系数he=0.162～0.226, 从整体上看该值大于钢筋混凝土节点的等效粘滞阻尼系数0.1, 而略低于型钢混凝土节点的等效粘滞系数0.3, 因此根据该实验数据表明, 该试件节点的耗能能力介于钢筋混凝土节点和型钢混凝土节点之间。总的来说, 该节点的滞回曲线都比较饱满, 具有较好的耗能性能, 但是随着轴压比的增大, 试件的等效粘滞系数he和能量耗散系数E均降低, 在轴压比较小时降低比较明显, 当轴压比增大到一定程度以后, 该系数降低相对较小。分析其原因是轴压比的提高会增大梁柱线刚度比, 从而降低试件的耗能能力。
3 结论
通过对不同轴压比的4个T字形方钢管混凝土柱—钢梁普通焊接节点试件, 进行低周反复加载实验, 对实验过程的观测和实验数据的处理得到以下结论:
方钢管混凝土柱—空心钢管梁普通焊接节点的破坏始于梁端出现塑性铰, 最后因梁端焊接裂缝破坏而丧失承载能力, 但在破坏时, 柱壁未发生破坏, 节点域钢管混凝土仍未达到屈服状态, 节点的变形不明显, 满足“强柱、弱梁、节点更强”的设计原则, 符合工程设计的需要。
方钢管混凝土柱—空心钢管梁普通焊接节点的梁端力—位移曲线稳定, 各试件的滞回曲线比较饱满, 捏缩现象不明显, 表明此节点具有良好的耗能能力和抗震能力。但随着轴压比的增大, 滞回曲线相对捏缩, 耗能能力下降, 骨架曲线的下降段提前, 刚度退化提前, 承载能力和位移延性下降, 但下降程度不是很大, 对其抗震性能有一定影响。
方钢管混凝土柱—空心钢管梁普通焊接节点随着轴压比的增大, 屈服荷载有所增加, 但是同时也导致延性的降低, 因此轴压比存在最佳值, 既能够提高试件的屈服荷载, 又能把延性系数控制在设计要求的范围内。
摘要：为了研究方钢管混凝土柱—空心钢管梁焊接节点的抗震性能, 对4个T字形的缩尺试件进行了低周反复循环加载试验, 根据实测的滞回曲线对节点的承载能力、延性、耗能能力等抗震指标进行了分析, 研究了各试件在不同轴压比情况下的破坏过程及特征。试验结果表明:该节点滞回曲线饱满, 耗能能力强, 具有良好的抗震性能, 但是随着轴压比的增大, 节点的极限承载能力、位移延性和耗能能力均有所降低, 对节点的抗震性能有一定影响。
关键词：梁柱焊接节点,抗震性能,低周荷载,试验研究
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建筑钢管混凝土施工工艺初探 篇7
1.1 钢管柱制作
钢管柱要求各部件的制作、焊接尺寸、位置、标高必须准确。为减少现场工作量, 保证质量, 钢管及内衬管、环形封顶板、抗剪环箍、柱脚定位环板及螺栓配件等制作、组焊集中在工厂内完成, 经检验合格运至现场安装。
1.2 钢管柱的拼接组装
首先是根据运输条件和吊装条件确定对钢管的长度进行确定, 一般以不长于12m。其次, 在钢管对接时应严格保持焊后肢管的平直, 焊接时, 除控制几何尺寸外, 还应注意焊接变形对肢管的影响, 焊接宜采用分段反向顺序, 分段施焊应保持对称。焊接前, 对小直径钢管可采用点焊定位, 对大直径钢管可另用附加钢筋焊于钢管外壁作临时固定, 固定点的间距可取300mm左右, 且不得少于3点。钢管在焊接过程中如发现点焊定位处的焊缝出现微裂缝, 则该微裂缝部位须全部铲除重焊。为确保连接处的焊接质量, 可在管内接缝处设置附加衬管, 其宽度为20mm, 厚度为3mm, 与管内壁保持0.5mm的膨胀间隙。为减少焊接变形引起的钢管柱垂直度偏差, 采取如下补充措施: (1) 每根柱从下至上固定焊工, 以明确责任。 (2) 对称施焊, 即分段反向对称顺序进行施焊。 (3) 由于应力作用, 钢管柱的轴线会发生一点偏移, 每次吊装钢管柱前, 应先进行测量, 并记录好钢管柱的轴线偏移量, 钢管柱校正时对照前段钢管柱偏移值, 在规范允许的垂直度偏差范围内反向纠偏, 对接前根据上节柱安装偏差值, 计算后在管口实行机械打磨, 保持焊缝间隙基本一致, 以保证钢管柱的轴线偏差控制在规范允许的范围内。
2 钢管柱的吊装安装
2.1 吊装设备与方法
现场吊装用5013塔吊, 单根柱最大重量
2.2 t, 塔吊起重量能满足要求, 起吊方法采用钢丝绳捆绑抗剪环箍垂直起吊。
2.2 钢管柱柱脚定位环板及附件的定位校正及安装
安装前先清理预埋钢板面, 按柱安装方向 (与柱身划线方向吻合) 划出十字线, 在线上标出柱半径, 在底板钢筋铺设完成, 各轴线及标高检查正确无误后, 用塔吊将定位器吊到安装位置, 并粗定位。在环形钢板定位器上弹出纵横轴线及钢管柱外边框线。定位器吊装就位后, 其轴线与地面轴线基本对齐, 其高度与安装标高基本对准后, 用螺纹钢分两排将3支调节螺栓固定, 然后用调节螺栓调节定位器高度, 使得筒节上的标高检验线与预定标高相吻合, 再移动定位器, 待定位器轴线与地面轴线相吻合 (吊线检验) , 拧紧螺母将定位器固定, 检验无误后, 用一些短钢筋将定位器与桩基钢筋固定, 保证定位器在浇筑混凝土时不会发生移动。
2.3 钢管柱安装及校正
钢管柱垂直度的校正, 采用吊线法校正, 然后用经纬仪复检的方法同时进行。钢管柱吊装就位后, 调柱外皮与柱半径标点重合后, 用去除钉帽的铁钉衬于钢柱与环板之间调节垂直度, 使钢管柱上下端的十字轴线对齐, 调整柱身划线与预埋钢板划线重合用铁尖、铁码将上下筒节壁板调平且保证2mm的缝隙, 用千斤顶调整钢管柱的垂直度及标高, 所有尺寸符合规范要求后, 两个焊工对称沿环向点焊 (8个点) 将钢管固定。报验合格后, 方可施焊。
3 钢管混凝土柱环梁钢筋的制作安装与施工
钢管混凝土柱环梁的施工是结构施工的关键, 环梁钢筋绑扎速度直接影响结构工期。环梁骨架钢筋可在施工现场完成, 也可在工厂完成, 骨架制作前先制作环筋成型模具.由于环梁和框架梁钢筋直径较大, 最粗钢筋直径为中32, 框架梁钢筋在环梁内必须打弯锚固, 且每根钢管混凝土柱同时连接3根以上的框架梁, 环梁箍筋多而密, 给环梁的钢筋绑扎带来了很大的困难, 为此采取了以下措施:
3.1 环梁骨架钢筋成型
环梁钢筋骨架成型时, 为方便环梁钢筋的就位和绑扎, 采用钢管搭设钢筋加工架, 用以确定环梁钢筋的立体空间位置。将焊好的己经制作成型的环筋与箍筋分别套在两个马凳和4 48钢管搭设的加工架上, 大中小箍筋均匀放置, 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。先绑扎上排环筋, 然后绑扎下排环筋, 环梁腰筋待吊装就位后将框架主筋穿入时再绑扎。制作完毕的环梁钢筋应固定牢固可靠, 保证吊装过程不变形。
3.2 制作环梁环形钢筋尺寸成型模具
环梁环形钢筋尺寸成型模具是在10mm厚钢板上按实际尺寸放出环梁环形钢筋大样, 在不同半径圆环钢筋的两侧焊若干长度约4cm的25短钢筋。该模具可同时制作多个不同半径的圆环钢筋。
3.3 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方法, 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。
3.4 环梁钢筋笼的安装
环梁处底模支设完毕后即可进行钢筋笼的吊装, 吊装时将两条钢丝绳对称穿在钢筋笼两侧, 吊装处箍筋与主筋应全部点焊加固, 吊装过程保持钢筋笼的水平放置, 放置稳妥后检查有无松动的箍筋及钢管抗剪筋与环梁箍筋的间隙尺寸, 而后绑扎环梁腰筋, 对每根环梁上连接的所有框架梁钢筋, 要同时协调进行钢筋排放的绑扎。
3.5 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20mm的空隙, 采用4个木楔均开打入钢管柱与环梁之间。
4 钢管内混凝土的浇筑
钢管混凝土的特点之一就是它的钢管就是模板, 具有很好的整体性和密闭性, 不漏浆、耐侧压。在一般情况下, 钢管内部无钢筋骨架和穿心部件, 钢管断面又为圆形, 因此, 在钢管内进行立式浇筑混凝土就比一般钢筋混凝土容易。但是, 对管内混凝土的浇筑质量无法进行直观检查, 其浇筑质量必须依靠严密的施工组织、明确的岗位责任制和操作人员的责任心。研究表明, 影响钢管柱核心混凝土粘结强度的主要因素为柱截面形式、棍凝土龄期和强度、钢管径厚比、长细比以及混凝土的浇筑质量等, 其中以混凝土浇筑质量影响较为明显。
混凝土自钢管上口灌入, 用振捣器捣实。管径大于350mm时, 采用内部振捣器 (振捣棒或锅底形振捣器等) 。每次振捣时间不少于30s, 一次浇筑高度不宜大于2m。当管径小于350mm时, 可采用附着在钢管上的外部振捣器进行振捣。外部振捣器的位置应随混凝土浇筑的进展加以调整。外部振捣器的工作范围, 以钢管横向振幅为不小于0.3mm为有效。振幅可用百分表实测。振捣时间不少于1 min。一次浇筑的高度不应大于振捣器的有效工作范围的2m-3m柱长。此法所用混凝土的坍落度宜为20mm-40mm, 水灰比不大于0.4, 粗骨料粒径为l0mm-40mm。
混凝土的配合比至关重要, 除需满足强度指标外, 尚应注意混凝土坍落度的选择。混凝土配合比应根据棍凝土设计等级计算, 并通过试验后确定。钢管内的混凝土浇筑工作, 宜连续进行, 必须间歇时, 间歇时间不应超过混凝土的终凝时间。需留施工缝时, 应将管口封闭, 防止水、油和异物等落入。
每次浇筑混凝土前 (包括施工缝) , 应先浇筑一层厚度为100mm-200mm的与混凝土等级相同的水泥砂浆, 以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。当混凝土浇筑到钢管顶端时, 可以使混凝土稍溢出后, 再将留有排气孔的层间隔板或封顶板紧压在管端, 随即进行点焊, 待混凝土强度达到设计值的50%后, 再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊。有时也可将混凝土浇筑到稍低于钢管的位置, 待混凝土强度达到设计值的50%后, 再用相同等级的水泥砂浆补填至管口, 并按上述方法将横隔板或封顶板一次封焊到位。管内混凝土的浇筑质量, 可用敲击钢管的方法进行初步检查, 如有异常, 则应用超声波检测。对不密实的部位, 应采用钻孔压浆法进行补强, 然后将钻孔补焊牢固。
摘要：目前, 钢管混凝土结构正大范围地应用于高层建筑中, 作为一种新型的钢混组合结构, 其优点和发挥的作用受到设计者和施工者的重视。为此, 对其施工工艺的研究就具备了重要的现实意义。
关键词：钢管混凝土结构,施工工艺,组合结构
参考文献
[1]张佩生, 钢-混凝土组合结构住宅建筑体系成套技术研究与应用, 上海钢结构住宅研讨会, 上海钢结构协会, 2002
[2]程宝坪, 管混凝土结构的特性和研究现状, 安徽建筑, 2003
预应力钢管混凝土结构 篇8
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.