劲性钢筋混凝土梁

劲性钢筋混凝土梁（精选7篇）

劲性钢筋混凝土梁 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

劲性钢筋混凝土结构施工技术 篇2

1 钢骨梁加工制作

在设计中, 对钢骨梁加工、制作大细节性问题都提出了严格的要求:钢骨采用A3钢板焊接而成, 焊条采用E422型, 焊缝按二级控制。柱中钢骨的连接采用K型焊缝焊透, 其余均为8厚双面帖角满焊。钢骨梁一般选在工厂加工, 也可在现场制作。

(1) 工厂加工或现场都存在共同问题。

第一步:熟悉图纸及有关规范要求;第二步:精确计算, 在加工地点进行1∶1放样;第三步:利用经确任无误的大样图进行下料, 并对要求K型焊缝的钢板焊接接头进行处理, 打磨成45°;第四步:准备工作全部做好后开始焊接, 为了确保科研项目一次性成功, 我们从全处范围内抽调四名具有丰富电焊经验的技术骨干和操作能手进行加工。根据设计要求, 我们选用了CHE422大西洋牌焊条, 为了确保焊缝质量, 在焊接的时候, 采用了MKH09MnSiAФ1.2mCO气体保护焊丝焊接。同时安排一个质检人员现场监督, 严格控制每一道工序;第五步:每榀钢骨梁完全加工完毕后, 必须按照有关规范标准严格检查处理。①由于受热胀冷缩的影响, 会发生局部变形, 所以我们组织有关技术人员按照验标对钢骨梁的几何尺寸和变形大小进行检查。因为开始都进行了严格计算和放大样, 所以几何尺寸的误差都在规范要求范围内;对变形超标的部分进行受热后校正并加固至冷却处理, 直至符合验标为止。②由于设计要求“所有焊缝按二级控制”, 所以钢骨梁全部制作完毕后, 我们委托云南省第一安装工程公司试验检测中心的有关人员对钢骨梁的焊缝进行超声波探伤检验, 由于在焊接过程中采用了焊丝保护和严格的把关、检查制度, 所以通过超声波探伤检验, 全部成功, 一次性满足设计的二级控制标准, 有部分已达到一级标准。

(2) 工厂加工存在一个运输过程。

为了避免在运输过程中钢骨梁发生变形而进行二次现场校正, 必须加固牢靠。

2 钢骨梁吊装就位

(1) 准备工作。

为了确保钢骨梁吊装能够准确、安全就位, 在钢骨梁吊装前必须做好以下几项准备工作:①吊装前必须把柱中钢骨梁地面以下柱体部分全部施工完毕, 而且混凝土强度要达到100%。为了确保钢骨梁高度准确无误, 在浇注混凝土时就必须对其高度控制好, 并精确抄平。②在柱中钢骨的正面和侧面把中心线或轴线位置用红铅笔或墨线标出来;用同样方法在框架柱混凝土表面也标出相应位置, 以便吊装时能准确就位。③货物仓库和300人站房的钢骨梁重量均在3T左右, 考虑到安全性, 采用1台16T汽车吊进行安装。

(2) 吊装就位。

为了避免钢骨在吊装过程中出现变形, 采用垂直三点起吊, 吊绳采用钢丝绳。就位时, 钢骨两端每个柱子的正面和侧面各站1个技术人员, 用垂球控制就位方向。

3 钢筋混凝土施工

在钢骨就位后, 钢骨四周还有部分钢筋混凝土, 钢筋混凝土质量的好坏, 直接影响到劲性钢筋混凝土 (SRC) 的科研工作。所以在施工中必须注意以下三点:

(1) 模板。严格按照设计尺寸及规范要求立模。

先立底模板, 从房屋±0.000处开始搭脚手架直至设计高度, 脚手架底部承力面必须是经过夯实的。然后在底模上立侧模并加固, 必须保证模板的平整、稳定和严密性, 防止漏浆和跑模现象出现。

(2) 加工和绑扎钢筋。在钢筋加工前必须对现场的钢筋进行抽样检查, 确认质量问题后才能使用, 否则不得使用。首先在加工钢筋时就严格按照有关设计文件和规范进行下料;其次由于钢筋太密, 空间小, 所以为防止钢筋打架现象, 必须严格控制加工尺寸, 在钢筋绑扎前要对所有加工好的钢筋进行严格检查, 对于超标的钢筋坚决不用。

(3) 混凝土浇注。为了保证混凝土施工质量, 使此科研项目一次性成功, 在浇注混凝土前我们还做好了以下工作:

①原材料筛选:碎石粒径选用0～20mm, 水泥选用525#, 采用中粗砂, 对所有到现场材料的各项技术标准进行抽样检验, 发现有不合格的材料坚决不用。

②原材料准备:备齐碎石、砂、水泥等所有材料, 必须做到认真计算, 宽备窄用, 只有这样才能可能一次性浇注完SRC框架的混凝土。

③准备好备用电源并调试好。

④根据实际工程量的多少准备好Ф50的小型振动棒, 并有备用。

⑤由于钢骨上翼缘板较宽, 为了在浇注混凝土时能使其中气泡释放出来, 不致出现空洞, 在上翼缘板上左右两侧每隔600mm各打一个Ф10的气孔, 应注意避开对结构和施工有影响的部位, 如加劲肋和次梁处。

把所有准备工作完成后, 才能开始正式施工。在浇注混凝土过程中, 还有几个问题需要注意:

①严格计量, 最好有两台磅称。

②混凝土随拌随用, 为确保和宜性, 拌制时间应控制在2分钟以上, 混凝土坍落度控制在70mm左右。混凝土超过1.5h后坚决不能再使用。

③随浇随捣, 坚决不能出现漏捣和过捣现象。在捣固时应尽量避免震动棒与钢筋或钢板相碰, 应特别注意底部混凝土质量, 也不得利用钢骨传震。施工时, 必须有工人在构件下方或侧面观察模板情况, 如有变化, 应立即停止施工并按组织人力进行加固。

④全部浇完混凝土后, 注意按规范养护7天以上, 温度太低时, 还必须注意防冻。

4 结语

通过该工程项目20榀SRC框架的施工, 我们认为在高烈度抗震区建造大跨度房屋用劲性钢筋混凝土是比较经济、合理的, 建议在类似工程项目推广应用。

摘要：介绍了铁道部科研项目——某货物仓库和站房使用劲性钢筋混凝土结构的情况, 由于施工措施得当, 检测采用先进手段, 使这个科研项目达到了设计及规范要求, 顺利竣工, 为类似工程施工积累了经验。

劲性钢骨混凝土梁柱节点施工技术 篇3

关键词：钢骨柱,梁柱节点,混凝土,箍筋

1 工程概况

近10年来,随着我国经济的发展和科学技术的不断进步,劲性钢骨混凝土结构在很多高层建筑中得到广泛应用。这种结构体系同时具有钢结构和混凝土结构的双重优点,能够很好的满足抗震和承载能力的需要。

我单位在太原市公安局业务技术用房工程中应用到了这种劲性钢骨混凝土结构体系,其中钢骨柱、梁均采用了焊接H型钢。这种结构形式很好的满足了抗震和承载能力的需要。但同时,面对此结构体系的施工,增加了一定困难,尤其是该工程中梁柱节点多,梁结构上下排主筋多为2排,多者在梁根部达到4排,型钢截面尺寸大,型钢梁、柱与周围主筋、箍筋的重叠交叉布置层数多,钢筋分布非常密集,这就造成梁柱节点域的穿筋、连接、绑扎等方面施工难以控制。施工时,如何真正有效地解决劲性混凝土梁柱节点处型钢、钢筋之间的排布连接问题是我们研究的课题。

2 施工原理

根据楼层将钢骨柱按照每两层或三层划分施工段,将钢骨柱拼接位置定位超出楼板顶1.3 m。再根据设计图纸,利用CAD,Xsteel建模软件,对钢骨混凝土结构梁柱节点进行二次深化设计,将节点交叉处梁多排钢筋穿插排布精准定位,并确定梁主筋施工时穿插的先后顺序,以便保证位置准确和节点连接质量。在确定钢筋节点排布后,根据需要采用不同的连接构造形式:在型钢腹板上钻孔穿钢筋、通过加劲板焊接钢筋连接、翼缘板上焊接直螺纹套筒机械连接等方式。这一切需要在深化设计中进行,最后出具施工图指导施工(见图1)。

3 关键工序及操作要点

3.1 施工顺序

前期策划→二维数据参数核定→二次深化设计→钢骨柱、梁制作→钢骨柱、钢骨梁安装→柱主筋、箍筋穿插、连接→柱模板、梁(板)底模施工→梁主筋、箍筋的穿插、连接→梁侧模→绑扎板钢筋→混凝土浇筑。

3.2 操作要点

1)前期策划。施工段的划分:熟悉图纸,综合考虑加工制作、运输分段和现场吊装能力的要求,根据层高将钢骨柱分段,其高度一般为楼层的1层~2层为宜,即考虑塔吊或吊车的起吊能力,底部柱比上部柱重等因素,底部可按一层加工一节、上部可按两层加工一节,以减少现场焊接节点。钢骨柱连接位置确定:将钢骨柱拼接位置定为超出楼板顶1.3 m,利于焊工操作。

型钢与钢筋的连接方法确定:

a.钢筋主筋与型钢腹板相交时,型钢腹板开孔,使钢筋通长穿过;边柱时,在型钢柱梁筋高度位置加焊水平连接板,钢筋与加劲板焊接连接。

b.钢筋主筋与型钢翼缘板相交时,型钢翼缘板在梁筋相应位置一端焊接直螺纹套筒,与钢筋采用机械连接法连接,另一端加设加劲板与钢筋焊接连接。

c.柱箍筋内套与型钢腹板相交时,将箍筋内套全部变为拉钩,拉钩穿过腹板。

2)二维数据参数核定。根据结构施工图和钢结构设计图纸,对节点域处梁柱连接节点内相关二维数据参数进行核对,其中包含型钢的布置,标高及长度,以及与其相配合的混凝土柱、梁的截面尺寸、标高位置、型钢中栓钉的间距及钢筋排布情况。

3)二次深化设计。待各项技术参数核定后,利用CAD制图软件将所有穿筋孔、滚轧直螺纹焊接、翼缘上连接用加劲板的位置在每层构件梁柱节点详图上分别标注清楚。

再运用“Xsteel钢结构详图设计软件”,建立三维模型,模型中包括钢骨柱、钢骨梁的截面尺寸、材料规格、穿筋眼距、尺寸间距、节点类型、材质等在内的所有信息,各个零部件运用不同的颜色表示出来,通过360°连续旋转功能观看,能够反映梁柱节点中钢结构及钢筋的交叉关系,同时直观的显示确定钢筋与型钢穿插排布位置点。

当相对位置关系有冲突重合的现象时,及时更正节点详图。待核对无误后,Auto CAD绘制出每个钢骨节点处的详图,在对钢构件穿筋孔、滚轧直螺纹套筒焊接、加劲板设置等技术参数审核无误后,出具加工及安装时使用的深化设计图。

4)钢骨柱、钢骨梁制作。钢骨柱、梁的制作按设计要求,在符合相应资质和技术能力要求的厂家完成。制作时按设计要求,腹板穿孔、翼缘板连接用加劲板、直螺纹套筒的焊接等均在工厂内完成。

钢骨腹板穿孔在加工车间直接进行,钢筋穿过钢柱腹板,梁腹板开孔后,截面受到一定程度的削弱,首先要保证腹板截面面积的削弱不会影响构件正常使用,根据04SG523型钢混凝土组合构造图集要求,腹板开孔面积损失率不得大于25%;当型钢腹板截面损失率大于25%时,应对腹板补强,施工时应严格控制开孔位置尺寸,确保施工准确性。

在钢骨柱上开钢筋孔,开孔孔径大小考虑热轧带肋钢筋肋高影响,开孔直径比框架梁钢筋直径大6 mm,保证框架梁主筋通过。开孔时,竖向间距与设计间距相同。

翼缘板焊接套筒的直径及螺纹丝扣应与钢筋尺寸配套。采购时选择可焊性较强的且与焊接钢材匹配的、底端带坡口的套筒。在经过试焊确定各项焊接技术参数后,方可开展工厂批量化焊接。套筒部位施焊时,应分层进行,保证焊缝质量。

在钢构件制作完成后,按照设计和规范的要求对钢骨柱、梁的焊缝进行无损检测,对套筒焊接部位也要进行检测,待检查合格后进行运输安装。

5)钢骨柱、钢骨梁安装。钢骨柱吊装前,对标高、轴线进行复测。吊装时利用钢柱定位连接板的螺栓孔,采用专用吊具,吊具用螺栓与钢柱连接板连接。

钢骨柱吊装采用2根等长1寸粗钢丝绳,采用两个8 t卡环,具体吊点及吊具设置如图2所示。

6)柱主筋、箍筋穿插、连接见图3。

型钢柱安装完毕后,按照先主筋后箍筋的顺序进行。

柱主筋连接时,直径大于16 mm的钢筋连接可采用直螺纹和电渣压力焊的连接方式,需要在方案中确定并执行。

柱箍筋安装时,在按照常规方法固定好外箍筋后,当柱主筋较密时,将采用拉钩形式直接穿过箍筋眼与外箍筋连接,拉筋需弯折135°,且平直段不小于10d。当柱主筋间距能够满足焊接操作时,将柱箍筋做成两个U形,穿过梁钢骨上预留孔进行焊接连接,搭接位置距箍筋转角处150 mm,焊接长度单面焊10d。通常采取主筋避让钢梁的做法;节点处箍筋的连接方式同柱箍筋安装。

对于梁柱节点处,柱主筋与型钢梁相遇时,通常采取主筋避让钢梁的做法;节点处箍筋的连接方式同柱箍筋安装。

7)梁主筋、箍筋的穿插、连接。柱模板、梁(板)底模的施工按照常规方法支设后,进行梁筋的施工。梁钢筋排布按照先主梁后次梁的顺序进行布置,避免钢筋工程施工时的交叉影响。施工顺序:梁主筋连接→绑扎箍筋→安装绑扎梁腰筋→拉钩连接。

梁主筋施工:当与柱腹板相接时:梁主筋从孔内一一穿过型钢柱腹板。施工到边柱时,梁主筋与柱腹板上的加劲板焊接连接,焊接长度满足单面焊10d。与钢柱翼缘板相交时:梁主筋的连接由两人操作完成,将连接钢筋拧入直螺纹套筒一端,待固定好后将钢筋的另一端与对面钢骨柱加劲板焊接,焊接要求同上述要求,从而保证梁主筋的贯通。

箍筋施工:在梁主筋上按照设计间距划位置点。箍筋的弯钩放置在梁面,相邻弯钩错开放置。将箍筋套在梁主筋上,同时将箍筋上部与主筋绑扎牢固。箍筋绑扎要将箍筋与主筋的交点全部绑扎牢固。

拉钩连接:拉钩直接穿过箍筋眼与外箍筋连接,拉筋弯钩需弯折135°,且平直段不小于10d。

待梁侧模和板模板施工完毕后,进行混凝土的浇筑。

8)混凝土的浇筑。由于梁柱节点钢筋较为密集,商品混凝土要保证具有较好的流动性和良好的可泵性、保塑性,不产生离析泌水;同时通过试配降低水化热,提高后期强度和耐久性,改善混凝土施工性能。浇筑时,应严格控制浇筑高度,每次不得超过500 mm,如柱与梁的混凝土强度等级不同时,应用钢丝网片与四周梁板隔开,当梁、板混凝土浇筑到该位置时,用与柱同标号的混凝土浇筑梁、柱接头处,振捣密实后,再浇筑、振捣与梁、柱接头处接触的梁、板混凝土。钢骨梁混凝土浇筑采用立式浇筑法,即混凝土从钢骨单侧上口灌入,下料高度高于下翼缘高度,用插入式振捣器进行内部振捣,待混凝土从钢梁下翼缘另一侧溢出后方可从梁两侧同时下料浇筑。

4 结语

钢管混凝土劲性管架拱桥施工监控 篇4

对于大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥来说, 施工监控绝不是一件可有可免的事情, 它直接关系到施工的质量和施工的成败, 还与经济效益紧密相关。劲性骨架在施工过程中要经历悬臂--铰接--固接的体系转换过程, 形成高次超静定体系。在有外包混凝土的钢管混凝土劲性骨架拱桥中, 拱箱混凝土浇注使得主拱单元的单元数量、截面特性、截面材料成分都在不断的变化, 应力和挠度也处于大幅位变化中, 再加上施工荷载、几何非线性、材料非线性、环境温度、环境湿度、日照时间等的影响, 任一因素都可能使得拱桥的施工朝着偏离预定目标的方向发展, 而可能处于高应力水平的局部杆件又会危及结构的安全。因此, 在施工现场建立一个预测———施工———观测———识别———反馈———调整的反复循环过程就显得格外重要。

钢管混凝土劲性骨架拱桥施工步骤多, 主拱截面变化大, 结构受力复杂。因此, 为保证施工过程中主拱结构的截面应力分布、烧度变化都处于安全合理的范围内, 特别是确保桥梁建成后主拱结构的线形与内力 (应力) 符合设计要求, 必须对主拱结构进行预测、模拟、监测、跟踪分析和控制, 以确保桥梁的施工安全、顺利、快捷、优质地完成。

2 控制技术、理论及控制计算

2.1 控制技术

外力平衡法。顾名思义, 外力平衡法是对需要调整的结构施加外力, 凭借外力的作用来改变结构行为的方法。它主要包括锚索加载法、水箱加载法和斜拉扣控法。

a.锚索加载法

锚索加载法是利用钢索把加载点和地锚相连, 中间设置拉力紧固器, 按计算加载量加载的方法。这种利用地锚加载的办法优缺点并存, 优点是加载量控制方便, 缺点是仅适用于旱地和干涸的河床。在后来修建丹东河口桥时, 这种方法得到改进, 把由拉力紧固器提供外力改进为以悬挂重物实现预加载, 这种改进使得锚索加载法不再受地形限制。

b.水箱加载法

水箱加载法是在浇注拱箱混凝土时, 在拱肋顶部布置水箱, 随着混凝土浇注的推进, 根据拱箱特征, 变形观测值, 结合应力 (应变) 监测情况, 通过对水箱加水加载和排水卸载实现对拱轴线竖向变形的控制和应力的调整。在应用水箱加卸载的控制过程中运用优化控制分析原理控制应力和变形, 其控制方程为:应力控制方程σx (p1, p2, ……, pn) ≤1.25[σ]变形控制方程Δx (p1, p2, ……, pn) ≤1.25[Δ]

其中, σx, Δx表示优化选择的目标函数, p1, p2, ……, pn则表示水箱的作用位置和水箱荷载的大小。只要求出符合控制方程的集中力p1, p2, ……, pn的数值, 就可根据pi (l≤i≤n) 的大小施加水箱荷载, 进行调整。此法加载、卸载都十分方便, 操作可靠, 不失为一种可行的控制方法。

c.斜拉扣挂法

斜拉扣控法在国外较早用于大跨径钢筋混凝土拱桥的无支架施工。其思路是借助钢骨架阶段吊装的扣索来调整混凝土浇注阶段内力。通过对扣索的张放, 给拱肋施加一定量的拉力, 以减少各浇注阶段混凝土产生的弯矩, 从而达到减小应力、控制变形的目的。

此法与前面提到的两种外力平衡法反其道而行之, 锚索加载法和水箱加载法都是通过外力, 给主拱施加方向向下的荷载, 斜拉扣控法则通过扣索给主拱施加方向为斜上的荷载。

无外力控制法。无外力控制法也叫多点均衡浇注法, 即混凝土的浇注分多工作面进行, 它是我国传统的双曲拱桥拱板混凝土的浇注方法。这种方法是采用横向分环纵向分段的方法来浇注主拱因外包混凝土, 在主拱拱箱混凝土, 尤其是底板混凝土的浇注过程中, 多工作面作业, 使劲性骨架受力相对均匀, 从而使劲性骨架应力分配均匀, 变形和顺。

联合法。外力平衡法中的描索加载法和水箱加载法都可以与斜拉扣挂控法联合使用, 为方便起见, 我们暂且把它称为外力混合法, 具体作法是从拱脚到L/4采用斜拉扣控法, L/4到拱顶采用锚索加载法或水箱加载法, 这样, 无论是扣索、锚索的拉力还是水箱的重量都可以大幅减小, 使得拱圈的应力和变形更易控制。

2.2 控制理论分析

目前, 国内外提出的控制理论主要有:最小二乘法最优控制法、卡尔曼滤波随机最优终点控制方法、灰色理论、模糊理论等。其中以最小二乘法及卡尔曼滤波法显成熟, 应用最广。钢管混凝土劲性骨架拱桥采用了最小二乘法进行参数识别。

2.3 控制计算

控制计算模型。以某大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥为例, 其控制计算模型可分为两种, 一种是平面计算模型, 另一种是空间计算模型。平面计算模型是把结构简化为平面结构, 根据设计定义的节段, 把各钢桥架节段离散为梁单元, 后期施工的混凝土部分则拟合到梁单元中, 根据施工进程改变拱脚约束条件及单元材料特性和截面特性。空间控制计算模型则是把钢桥架各杆件作为梁单元, 混凝土作为板单元处理, 通过译码、粘结形成板梁组合单元。这样处理, 钢梁单元的刚度不变, 板单元的刚度则随着本单元混凝土的浇注量变化而变化, 这种计算模式下梁单元与板单元的变形是协调的。

控制计算。一般来说, 施工监控都不可能在一次理论分析计算后便能得到满意的结果, 通常采用的办法是把正装计算法和倒拆计算法结合使用, 经过多次循环送代, 使理论分析的结果逐步逼近结构的实际状态。其方法描述如下:

a.根据设计的初始状态, 用正装计算法求出各施工阶段的内力和位移, 得出第一次成桥状态, 一般都与设计不相符。

b.由 (a) 所得成桥状态, 进行倒装分析, 以位移反推求得结构的最初状态, 由此得到第一次虚拟的理想状态。

c.由 (b) 所得初状态按施工顺序进行正装计算, 求出新的成桥状态。

此时的成桥状态与设计的成桥状态一般都部吻合, 因此, 必须把新的成桥状态作为虚拟的设计成桥状态, 进行步骤 (2) 和步骤 (3) 的操作, 直至最终得出的成桥状态与实际的设计成桥状态一致。此时的初始状态即为理想的初始状态, 中间各阶段状态则为中间目标。

循环迭代中, 初始状态的坐标的确定;

误差分析尽管在施工监控中千方百计排除各种确定和不确定因素的干扰, 实测值与理论值之间还是不可避免地存在一定的偏差, 有时甚至相差甚远。误差分析就是通过对应力或位移偏差分析、结构参数敏感度分析、结构参数识别, 找出产生偏差的原因, 确定设计参数的真实值, 以保证后阶段的理论分析的可靠性, 并对偏差进行适当的修正。

3 施工监测

劲性骨架拱桥施工监测的主要内容为:温度监测, 应力监测, 位移 (挠度、轴线) 监测等。

对各主拱肋拱脚进行变位监测, 以确定拱座基础是否有位移。

对各主拱肋各控制截面 (L/8, L/4, L/2) 及劲性骨架接头进行线形和位移监测, 以便掌握拱肋的真实位移情况。

对主拱肋拱脚, L/8, L/4, 3L/8、拱顶截面的钢管 (筋) 及混凝土的应力进行监测。

对主拱肋钢管、管内混凝土、拱箱混凝土进行温度监测, 以获得与线形及位移相对应的大气温度, 以及主拱肋箱体温度, 为控制的理论分析提供可靠的温度值。

4 控制实施及结果

控制的实施通常是根据实测控制变量的值与理论分析的各施工阶段中间理想目标值的差异, 采用一定的方式对结构进行调整。与梁桥的施工监控相比, 劲性骨架拱桥施工监控中的预报次要得多, 因为它不存在控制立模标高的问题, 所起作用主要是校核实测值与预测值的吻合程度。通过对造成实测值与中间理想目标值的差异的原因分析, 采用合理的调整方案, 使最终目标得以实现。

在特大跨劲性骨架拱桥施工中, 劲性骨架阶段的调整通常凭借外力来完成 (如通过缆风或扣索施加荷载等) ;而在主拱圈施工阶段则常采用混凝土不完全对称浇注来实现的, 只有在偏差很大时才实用外力进行调整;拱上建筑加载阶段通常也是通过调整预制或现浇的构件来达到目的的。

结语

劲性钢筋混凝土梁 篇5

钢管混凝土节点作为框架结构的传力枢纽,在钢管混凝土结构中占有重要的地位[1,2]。劲性环梁式钢管混凝土节点将传统环梁式钢管混凝土节点的抗剪牛腿提高到梁纵筋以下,形成抗弯能力较强的抗弯剪牛腿,与钢筋混凝土环梁共同承受和传递梁端弯矩和剪力,框架梁的纵筋无需焊接,只需锚入环梁一定长度即可,它具有以下优点:①抗弯剪牛腿不穿心而直接焊于钢管壁上,以避免牛腿穿心带来的施工困难;②框架梁钢筋直接搭接在与钢管壁焊接的抗弯剪牛腿上,无需现场施焊,从而节约工程量,缩短施工工期;③采用圆形环梁,不仅能满足建筑使用功能,而且节点无方向性,可与任意方向的楼盖相接[3,4,5,6]。

目前,国内外学者对劲性环梁式节点的恢复力模型研究并不多见。文献[3]首次提出了劲性环梁式钢管混凝土节点的概念,对其传力机理和力学性能进行探讨,提出了初步的实用设计方法。基于文献[3]的研究成果,文献[4]针对劲性环梁式中柱节点的传力机理和内力分配方法进行了研究,提出该节点各构件的设计方法。文献[6]通过劲性环梁式钢管混凝土节点试件的低周往复荷载试验及ABAQUS有限元模拟计算,进一步验证了节点满足“强柱弱梁,强节点强锚固”的抗震设计原则,并已成功应用于广州新中国大厦、武汉政协大楼等建筑结构中[5,6]。本文在静力试验与有限元分析的基础上,结合劲性环梁式钢管混凝土节点滞回曲线和恢复力特性的研究和理论分析,建立了适合于劲性环梁式钢管混凝土框架节点的恢复力模型,为结构弹塑性时程分析提供理论基础。

1 试验概况

1.1 试件设计及加载

选取了10个劲性环梁式钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点在低周往复荷载作用下进行试验,试验中柱顶由千斤顶施加恒定竖向荷载,竖向荷载达到设计值后,保持柱顶荷载不变,然后利用MTS伺服作动器对梁端进行低周往复加载。节点试件如图1,参数如表1所示。

1.2 滞回曲线

实测的荷载-位移(P-Δ)滞回曲线如图2所示,在加载初期,滞回环较小,当卸载时,位移基本归零,构件处于弹性阶段,刚度恒定;随着位移荷载的增加,滞回环的面积加大,当卸载时,存在残余应力,并且每次加卸载后的残余应力越来越大,整体刚度开始降低,构件处于弹塑性阶段,试件从加载到破坏可归为四个阶段:开裂阶段、屈服阶段、极限阶段和破坏阶段。

注:①柱子钢材为Q235,截面均为Ø165mm×3mm,混凝土强度等级为C40;②框架梁钢筋为HRB335,截面均为100mm×220mm,混凝土强度等级C40;③环梁钢筋为HPB235,混凝土强度等级C40。

2 有限元模型

2.1 有限元模型建立

模型包括混凝土框架梁与环梁、框架柱核心混凝土、钢管以及牛腿及环板加劲肋部分、钢筋骨架。钢管和混凝土之间的接触采用面面接触单元(Surface to Surface Contact),切向摩擦采用ABAQUS所提供的库仑摩擦模型。摩擦系数取为0.25,法向定义硬接触。钢筋骨架、钢牛腿、加强环板及加劲肋均植入(Embedded)框架梁及环梁的混凝土中。混凝土采用三维实体单元(C3D8R)模拟,钢筋采用杆单元(T3D2)来模拟,钢材选用S4R壳单元。本文选取ABAQUS程序提供的混凝土塑性损伤模型(Concrete Damaged Plasticity),钢管及钢筋采用塑性材料(Plastic)模型。柱两端边界条件为铰接连接,框架梁两端为自由端。在柱顶施加轴向集中荷载模拟试验中的轴向力,在框架梁两端施加位移来模拟框架梁端低周往复加载。

2.2 有限元模型验证

以JD1为例,通过有限元计算与试验测得峰值承载力分别为28.46k N和28.00k N;试验和有限元计算的骨架曲线对比结果见图3。由此可以看出,理论分析结果和试验结果吻合较好,从而验证有限元分析的结果是可以反映试件的实际受力情况。通过验证的有限元模型对试件影响参数进行拓展分析,模型试件序号见表2。

3 恢复力模型

利用经过试验考核和修正的有限元模型进行参数分析,回归出劲性环梁式钢管混凝土节点的恢复力模型。

3.1 骨架曲线的确定

将有限元计算的骨架曲线无量纲化[8,9,10,11],即用P/Pu+和Δ/Δu+进行处理,其中,Pu+为有限元计算得到的节点最大承载力,Δu+为对应于Pu+时的位移,见图4。从图4可看出,所有试件的骨架曲线可用同一条如图5所示的三折线模型拟合。其中控制点A与A′为正反向屈服点,坐标为;B与B′为正反向极限点,坐标为;C与C′为正反向破坏点,坐标为,其中,Pmax=0.85Pu。

图5中三折线型骨架曲线模型中线段OA与OA′分别表示节点试件正反方向的相对弹性刚度;线段AB与A′B′分别为节点在正反向荷载作用下节点屈服后的相对塑性刚度;线段BC与B′C′斜率分别是节点达到极限承载力后由强度退化阶段的卸载刚度。其数学表达根据有限元模型计算结果进行回归,得到如下数学表达式:

3.2 滞回规则

由试验得到劲性环梁式节点滞回曲线可以看出,达到屈服荷载之后无论加载还是卸载,其相对刚度均有出现退化现象,表明节点在达到屈服荷载后有一定的损伤,且反复循环加载近似符合“定点指向”规律。根据试验与有限元计算结果给出在反复荷载作用下加载刚度与卸载刚度的退化规律,K1表示正向卸载刚度,K2表示反向加载刚度,K3表示反向卸载刚度,K4表示正向加载刚度,见图6。

荷载进入屈服阶段后,刚度开始退化,从D点开始卸载到力为零的点E,正向卸载刚度K1为线段DE的斜率,通过回归分析得出K1/KOA与Δ/Δu+的关系曲线,见图7(a),并得到其数学表达式:

式中:KOA为正向荷载作用下节点的初始刚度;Δ1为正向卸载时所对应的卸载点位移。

继续将残余变形点E与反向卸载点F相连,EF斜率为反向加载刚度K2,它与试件节点正向卸载时的残余变形Δ′以及反向加载的初始刚度KO′A′等有关。通过回归分析可以得出K2/KO′A′与Δ′/Δu+的关系曲线,见图7(b),并得到其数学表达式:

将反向加载点F与卸载至力为零的点G相连接,得到的线段FG,用它的斜率表示节点的反向卸载刚度K3,经过回归分析可以得到K3/KO′A′与Δ2/Δu-的关系曲线,如图7(c)所示,回归表达式为:

式中:Δ2为节点反向卸载时所对应的卸载点位移;将节点反向卸载的残余点G与正向卸载点D相连接,得到线段GD即为正向加载线,其斜率为反向加载刚度,进行回归分析,可得出K4/KOA与Δ2′/Δu-之间的关系曲线,如图7(d)所示;Δ2′为节点反向卸载时的残余变形,数学表达式为:

根据以上结果而确定的劲性环梁式节点恢复力模型的滞回规则为:往复荷载作用下,节点试件屈服前以弹性刚度沿着弹性段进行,当构件达到屈服以后,其加载刚度逐渐降低,且降低速率随加载循环次数和卸载时位移的增大而增大。

3.3 恢复力模型与试验结果的比较

将得到的恢复力模型和试验数据进行对比如图8所示,由图中曲线可以看出,节点的恢复力模型能较好地反映各构件荷载与位移的关系,其模型曲线与试验曲线符合较好。由此可验证节点恢复力模型的正确性。建立的模型可用于劲性环梁式钢管混凝土框架节点的弹塑性分析。

4 结论

(1)充分考虑了柱钢管壁厚、环梁纵筋直径、框架梁纵筋直径、钢牛腿长度及核心混凝土强度等参数的影响,根据归一化骨架曲线的特点采用了三折线模型来模拟劲性环梁式节点的骨架曲线。

(2)劲性环梁式节点达到屈服荷载之后的加载与卸载刚度均有退化。

(3)采用三折线模型计算所得的骨架曲线与试验所得的骨架曲线吻合程度较好,该模型可供劲性环梁式节点及其结构在进行弹塑性地震反应分析时参考。

参考文献

[1]雷敏,祖炎,李元齐,等.异形钢管混凝土柱研究现状[J].结构工程师,2013,29(3):155-163.

[2]王洁.圆钢管混凝土柱-多向斜交钢梁内隔板式节点数值分析[J].结构工程师,2012,28(4):34-39.

[3]蔡健,黄泰,卢树辉.新型钢管混凝土柱节点的试验研究[J].工程力学,2000(增刊):796-802.

[4]蔡健,苏恒强.新型钢管混凝土中柱劲性环梁式节点的设计方法初探[J].土木工程学报,2002(1):6-10.

[5]陈宗弼,陈星.广州新中国大厦结构设计[J].建筑结构学报,2000,21(3):2-9.

[6]赵毅,徐礼华.劲性环梁式钢管混凝土节点受力性能研究[J].工程力学,2013,31(增刊):241-247.

[7]李国强,崔大光.钢骨混凝土梁柱框支剪力墙试验与恢复力模型研究[J].建筑结构学报,2008,29(4):74-81.

劲性钢筋混凝土梁 篇6

关键词：劲性混凝土,钢骨连接节点,转换构件

1 工程概况

北京市内某高层住宅,在立面结构8层～12层间局部开有大洞,造成结构在12层楼板处设有转换层,属于高位转换结构。转换梁跨度25.2m,被转换构件为7层框架柱(转换位于结构的第12层,转换梁上托7层框架柱)。转换构件采用型钢混凝土构件(劲性柱、梁;钢骨柱、梁),型钢混凝土构件是在普通钢筋混凝土构件中增设了型钢,由钢和混凝土两种材料组成的组合构件。与纯钢筋混凝土和钢结构相比,此两种组合构件可充分发挥不同材料的长处,提供更大的承载力和更好的延性,因此在相同的承载力要求下,可有效减小构件的横截面尺寸,增加实际使用面积,具有较好的技术经济性能和明显的优势。图1为钢骨构件布置平面示意。

2 节点设计

2.1 框支柱SRCKZZ-1

SRCKZZ-1作为转换结构的重要转换构件,采取中震弹性、大震不屈的抗震设计,并采用2种空间模型验算其在中震及大震下的抗震性能。本工程的抗震设防烈度是8度(设计基本地震加速度0.2g),一般计算地震力时,水平地震系数最大值采用0.16,由这个系数计算的地震作用进行结构设计,即为小震弹性设计。而中震弹性设计采用的水平地震系数最大值是0.45。这意味着进行框支柱的水平抗力设计上,比一般框架柱采用的地震作用高了2.8倍左右。结构抗震设计的基准期是抗震规范确定地震作用取值时选用的统计时间参数,多遇地震的理论重现期为50a,即地震发生的超越概率是按50a统计的,而中震发生的超越概率是475a。在中震弹性的计算时,风荷载不参与地震作用组合。大震不屈服设计,采用的水平地震系数最大值为0.9,约为小震地震作用的5.6倍,重现期为2475年。但在大震不屈服设计时不考虑承载力抗震调整系数的影响,并且使用材料强度的标准值。综合以上调整后进行抗震验算时,该框支柱约比一般框架柱采用的地震作用高了4倍左右。对结构整体进行了小震下的弹性时程分析,采用了一组人工模拟地震波,和两组实际强震记录下的加速度时程曲线。框支柱单侧与框支梁连接,为平衡两侧弯矩,将框支梁的钢骨截面延伸一跨,并在楼层内设置钢骨框架梁,与框支梁柱中的钢骨形成钢骨框架,以增加结构整体性。使用钢骨混凝土柱的优势在于,在地震作用下柱子发生大的变形时,型钢混凝土柱周边的混凝土可能发生破坏,但是内部型钢仍然具有很大的变形能力和承载力,这种延性特征对于实现大震不屈比较有利。在配箍率较高时,箍筋可以有效地约束混凝土,防止混凝土剥落。这样柱子的承载力下降较小,能够在发生较大变形消耗地震能量,而避免结构倒塌。

截面设计上,该柱从基础到第9层钢骨截面均为双工型,10～12层钢骨截面为箱型(第12层为转换层),13层钢骨截面变为工字型,14层为钢骨柱过渡到混凝土柱的过渡层(计算时按无钢骨柱计算,内钢骨构造延伸至14层顶)。箱型截面由于在两个相互垂直的受力方向上都具有很好的工作性能,可以较好地满足钢柱强度及整体结构稳定性。但由于箱型截面柱在焊接施工时存在很大的困难,而且在钢骨混凝土结构中,箱型截面钢骨的内隔板会影响混凝土的浇筑效果,所以,仅在与转换梁相连接的楼层采用了箱型截面钢骨。而转换层之上楼层又过渡到了工字型截面。钢骨形式的两次转换成为节点设计的难点。为保证柱内型钢与混凝土协同工作,型钢表面上按计算结果进行了抗剪栓钉的布置。柱的周边也设置了纵向主筋及横向箍筋,以约束混凝土,实现钢骨与混凝土的共同作用。柱内纵筋满足规范构造要求,间距在150mm～200mm之间,纵筋的无支长度基本满足不大于300mm的要求。

双工型钢骨截面与箱型截面的转换设置在第9层内。首先,双工型的翼缘开始逐渐加宽成箱型截面的侧壁,然后,内十字形腹板继续延伸至箱型截面内,同时,由箱型截面变尺寸为目标截面尺寸。为保证混凝土能浇筑密实,在封闭箱型截面侧壁设置混凝土浇灌孔,并在加劲板上设置通气孔(见图2)。

2.2 框支柱SRCKZZ-2

与SRCKZZ-1相同,采用中震弹性、大震不屈的抗震设计,并采用2种空间模型验算其在中震及大震下的抗震性能。但与SRCKZZ-1不同之处在于,SRCKZZ-2还是核心筒的剪力墙端柱。由于在垂直方向与另一转换梁相连,所以,SRCKZZ-2在两个方向上、不同楼层上,分别担当了框支柱的角色。

(1)从基础到第5层,第4层为Y方向的转换层。Y方向的抗弯刚度明显强于X方向,如图3。

(2)第6层,Y向逐渐减弱,向工字型截面过渡,减薄Y向翼缘厚度(从70mm变为50mm),如图4。

3)第7层～12层,框支柱的强轴转换为X方向,准备与12层的X向转换梁相连接,如图5。

4)第13～14层为过渡到工形截面的过渡层,Y向翼缘取消,X向翼缘变窄变薄。

5)第15层为劲性柱向混凝土柱转化的过渡层,计算时按照无钢骨的一般混凝土构件计算,钢骨仅为构造性上延一层。

2.3 框支梁SRCKZL

2.3.1 框支梁SRCKZL设计

采取了中震弹性、大震抗剪截面不屈的抗震设计,并进行了竖向地震下的中震、大震工况组合。对框支梁进行了小震下竖向地震的时程反应计算,并与反应谱法下的结果进行包络设计。本框支梁采用了鱼腹式设计,这既有效减轻了结构的自重,又减小了与框支柱连接的节点尺寸,即方便了施工运输,又实现了强节点弱构件的抗震要求。该梁采用了地震剪力、弯矩的包络设计,最大限度上优化了截面,使之既满足中震弹性、大震不屈的抗震性能要求,又经济合理。为了约束转换梁的扭转,设置了钢骨次转换梁,增加转换结构的整体刚度。框支层的楼板加厚至200mm,一定程度上增加楼板的刚度,协助转换梁传递地震剪力。被转换的框架柱,从转换梁生根处采用钢骨混凝土柱过渡,实现地震剪力的有效传递。

2.3.2 转换梁设计

转换梁的截面设计时,进行了上部框架梁及转换梁全部铰接,上部结构的重力荷载完全由转换梁承担时的强度验算。模拟结构在大震作用后,转换梁上部楼层的框架梁端出现塑性铰,失去空间刚架的作用,整个连体结构的重力荷载完全由转换梁承担。

2.3.3 节点设计

与框支柱的连接方式为短牛腿连接,从柱上伸出1m牛腿,与框支梁进行高强螺栓连接。连接位置处于剪力和弯矩都相对较小位置,采用材料等强连接,连接板单侧使用M30高强螺栓12×11个。梁中间拼接点尽量选择在弯矩和剪力相对较小处,采用了弯矩等强设计。每个拼接节点设于梁上起柱的两端中部,连接板单侧使用M30高强螺栓13×15个。计算时采用钢与混凝土共同作用的计算方法(支座处截面尺寸如图6):混凝土强度等级C50,ftk=2.64N/mm2,Ec=3.45×104N/mm2;钢筋HRB400,受拉纵筋为26根40mm直径的钢筋,受压纵筋为12根40mm直径的钢筋,Es=200000 N/mm2。

1)根据YB9082—2006《钢骨混凝土结构设计规程》,式(6.6.6-2),钢骨部分受弯承载力:

钢骨截面的抵抗矩W

2)梁中钢筋混凝土部分受弯承载力,式(6.2.3-2):

式中,γhb0为受拉钢筋面积形心到受压区压力合力点的距离。

求型钢混凝土截面的受压区高度x。按照JGJ1138-2001《型钢混凝土组合结构技术规程》式(5.1.2-4)及式(5.1.2-5)推出:

式中,h0=2000-200=1800mm;δ1=200/1800=0.111;δ2=1;

3)型钢部分弯矩分配系数为31289.2/(31289.2+9585.7)=0.765,故型钢承受的弯矩设计值为M=36361.5×0.765=27816.5 kN·m。

4)型钢承受的剪力

根据YB9082—2006《钢骨混凝土结构设计规程》,式(6.2.6-2),梁中钢骨部分的受剪承载力

根据YB9082—2006《钢骨混凝土结构设计规程》式

型钢部分剪力分配系数为25160/(25160+10331.5)=0.709,故型钢承受的剪力设计值为12384.9×0.709=8779.7KN。

5)钢骨腹板的截面惯性矩为,钢骨全截面惯性矩为,钢骨腹板承受的弯矩设计值为

6)设计采用M30,10.9级摩擦型高强螺栓,双剪,喷砂:

一个螺栓承受的剪力为Nvb=0.9nfμP=0.9×2×0.5×355=

7)梁柱节点图(见图7)

2.3.4 转换结构中的框支次梁的设计

与主梁采用刚接节点设计(见图8),并在端部悬挑端,采用了变截面设计,既美观,又经济。

3 工程照片参考

1)图9为框支柱的箱型钢骨与框支主梁鱼腹型钢骨的连接节点,同时可见框支主梁与框支次梁的连接,以及框支主梁的拼接节点和与箱型柱连接的延伸梁节点。

2)图10为转换结构上,梁上起柱使用一层钢骨过渡到一般混凝土柱的照片。

3)图11可见框支柱箱型钢骨截面转换为工字型截面后,上延两层过渡到一般混凝土构件。

4)图12为本文介绍的立面结构8层～12层间局部开有大洞的全景。

4 结语

劲性钢筋混凝土梁 篇7

淮北矿业办公中心主楼工程钢结构连廊, 由于业主要求空间利用率大, 所有结构不能采用纯钢结构体系, 固设计将结构设计成东西向30 m采用型钢混凝土组合结构, 南北跨度33 m采用钢筋混凝土与东西向型钢混凝土梁组合空间结构, 这种结构形式减少了桁架结构的受力杆件, 大大增加了空间利用率。连廊底层距地73 m, 连廊檐口距地93.5 m, 型钢梁截面成工字型, 钢材等级为Q345C与Q345GJC, 连廊型钢总重量约为400吨, 该工程创优目标是确保“鲁班奖”。由于该工程结构形式独特, 与国内传统纯钢结构连廊施工有别, 本工程高空型钢混凝土梁模板施工无成功经验借鉴, 经项目策划采用高空反吊模施工可解决施工困难。

2 工艺流程

H型钢安装→测量放线→安装吊杆及主次龙骨→安装梁底模→梁模起拱→绑扎钢筋与垫块→安装两侧模板→固定梁夹→安装梁柱节点模板及楼板模板→检查校正→安梁口卡→吊模固定。

3 吊模施工技术

本工程17层主梁梁底离地72.75 m, 如此大的高差, 采用落地脚手架体系极不合理, 故决定采用高空吊支模方法, 利用17~19层钢结构桁架体系作为受力载体, 在各层钢桁架上布设间距1500 mm的600×200×9×14热轧H型钢, 利用各层安装的热轧H型钢进行吊模安装及钢筋绑扎、混凝土浇筑, 使每层荷载作用在各层型钢梁上, 避免上部荷载集中传递到下层结构。17结构施工操作平台与上部钢结构在首层楼面拼装完成后, 采用整体同步提升。

3.1 吊模设计

整个过程中施工的难点是架空平台面板及梁的混凝土施工, 首先板面距地面高差大, 同时梁之间跨度大, 结构设计桁架为空腹桁架结构。根据现场的实际情况, 针对面板施工的具体条件, 我部拟订了吊模施工方案。利用17~19层钢结构桁架体系作为受力载体, 在各层钢桁架上垂直于型钢框架梁布设间距1500 mm的600×200×9×14热轧H型钢, 利用H型钢作为吊模支点, 吊杆采用φ18钢筋, 吊点间距为1000 mm×1500 mm, 吊模主龙骨选用12槽钢间距1000 mm, 模板背楞选用40 mm×90 mm木方间距150 mm, 模板选用17厚覆膜木模板, 底模标高通过紧松螺帽调节, 拉杆要用25的PVC管套住, 这样拉杆可以重复使用, 也便于拆除底模。

吊杆分别进行验算:

单根主龙骨所受总重力为:G=1.0×1.2×0.7×25=21 k N

施工荷载及浇注砼冲击荷载:P=10 k N

单根吊带总荷载:Q=G+P=31 k N

均布荷载:q=Q/3=10.3 k N/M

跨中弯距:M A B中=1/8Q l 2-1/2qa2=2.588 k N

而12槽钢WX=62.137>7.825

故12槽钢按照上述布置能满足使用要求。

Φ1 8拉杆的验算, 单根拉杆承重为15.5 k N。

故选用φ18拉杆能满足使用要求。

4 质量控制要点

4.1 保证项目

(1) 吊模支点桁架必须有足够的刚度, 能确保支撑混凝土重量, 模板及其吊杆必须有足够的强度, 刚度和稳定性。

4.2 基本项目

(1) 吊杆加工采用一级20圆钢现场套丝, 且套丝长度不小于200 mm, 确保附加型钢安装误差可调节模板标高, 确保符合设计要求。 (2) 附加型钢定位必须与混凝土结构梁分布确保一致, 保证U型吊杆安装在结构梁正中, 避免混凝土浇筑时对附加型钢产生偏心受压。 (3) 吊杆安装时在穿楼板处加设PVC套管, 可保证吊杆拆卸方便, 可周转使用, 选用槽钢作模板支撑龙骨, 需再槽钢凹槽内设木方, 避免次龙骨木方被槽钢槽口剪断。 (4) 底模安装时需进行现场放样, 根据U型吊杆布置的间距对模板进行开孔, 模板加固时设置双防滑螺帽, 并用钢管将所有吊模连接成整体。 (5) 为确保模板能拆除, 需在吊模底部, 搭设反吊操作架。为确保附加型钢在受力时不发生倾覆, 在附加梁顶部设置拉杆。 (6) 模板与混凝土的接触面应清理干净, 并涂刷脱模剂措施。

5 吊模施工效果

淮北矿业办公中心 (主楼) 型钢混凝土高空连廊反吊模施工技术经实践证明, 此技术施工操作安全, 能大大降低施工成本, 采用此模板施工技术混凝土成型质量好。

6 结语

实践证明:型钢混凝土高空连廊反吊模施工技术是解决超高型钢混凝土结构支模难的最有效方法。反吊模施工可利用型钢混凝土组合结构钢骨作为吊模支点, 替代了落地式满堂脚手架钢管支模, 工艺简单、操作方便、劳动强度低、施工质量、安全有保障。吊杆安装与拆除极为方便, 不仅节约了大量的模板支撑体系的用工用料, 而且大大加快了施工进度, 经济效益和社会效益显著。由于节约大量周转料具的投入, 有利于文明施工和各种资源较好的利用, 节约了不少额外费用。

参考文献

[1]高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010.

[2]钢结构工程施工质量验收规范[Z].GB5025-2001[Z].