第三章 钢管混凝土构件设计

给出了单一应力状态下钢管混凝土构件承载力的计算公式和复杂应力状态构件的相关极限方程,并简要介绍了ＣＦＳＴ构件刚度和变形的计算公式,及混凝土徐变和收缩、环境温度变化以及在构件上焊接的影响。     

混凝土收缩徐变对超高层巨型混合结构竖向变形和关键构件内力的影响与控制

采用CEB-FIP(1990)规范中的混凝土收缩徐变模型,考虑含钢率、套箍效应对混凝土收缩徐变的影响,计算了某超高层巨型混合结构竖向构件的竖向变形,分析弹性模量发展对竖向构件变形的影响,并研究竖向变形差对关键构件的内力影响。为实现在设定阶段竖向构件达到设计标高,对楼层标高预留高度和竖向构件下料预留长度的控制方法进行了研究。进一步提出减小竖向构件竖向变形差的措施,并通过算例验证了其有效性。研究表明,混凝土弹性模量发展对竖向构件变形影响不大;而混凝土的收缩徐变对超高层混合结构的变形及内力影响较大,应以考虑了混凝土收缩徐变的结构模型作为地震分析的初始态对关键构件进行校核;在带钢管混凝土柱的超高层巨型混合结构中,控制钢管混凝土柱压应力水平适当大于钢筋混凝土核心筒的压应力水平,可有效降低混凝土收缩徐变引起的竖向变形差及附加内力。     

超长混凝土框架温度(收缩)作用实用简化计算研究

旨在论述超长混凝土框架结构温度(及混凝土收缩)应力的计算原理及其实用简化计算方法。以往大多把钢筋混凝土框架视为弹性体的计算方法既不正确,又会给出过大的温度(收缩)应力(内力)值,以致不得不加大柱截面尺寸,但截面加大后又将进一步增大温度(收缩)应力……,.如此往复,产生难以破解的矛盾。正确计算框架结构温度(收缩)应力应充分考虑钢筋混凝土框架柱列所具有不同的弹塑性性质。但在温度(收缩)变形作用下,却难以确定各框架柱柱列所具有的不同弹塑性抗侧移刚度。本文计算的特点在于提出了框架柱柱列不同抗侧移刚度的确定方法,并导得了温度(收缩)应力(内力)的简化计算公式,由此还提供了确定超长框架总长度的控制验算方法。工程应用表明,该计算方法快捷而简明,经济而有效,在确定超长结构方案时尤为适用。     

降温作用下开裂混凝土拉弯构件的有效轴向刚度计算方法

温度作用对超长混凝土结构的影响非常显著。在正常使用荷载作用下，结构可能已经出现少量弯曲裂缝，而在降温作用下，构件中可能产生的拉力将使混凝土构件进一步开裂，构件的刚度会因此大幅降低。提出了一种简化的弹性分析方法，考虑拉弯构件在温度作用下的刚度折减，通过计算迭代至刚度收敛，得到开裂拉弯构件的有效轴向刚度。分别采用所提出的方法和ANSYS有限元模拟，对单跨超静定梁在正常使用荷载和降温共同作用下的内力进行分析，得到梁在温度作用单调增加时的轴力变化曲线。对比两种分析方法的结果，表明提出的简化方法计算的内力与有限元模拟的结果较为吻合，该简化方法避免了复杂的非线性有限元分析，具有较好的可行性和较高的精度。     

组合构件与组合构件体系中混凝土徐变变形与内力重分配计算

混凝土收缩等使结构产生变形的因素,均可归结为对结构施加的一种瞬时的或随时间变化的强迫位移。本文将混凝土组合构件视为由几种彼此平行混凝土单元构成的组合单元,然后从这些单元在两类不同性质强迫位移作用下的内力衰减关系式出发,导出了考虑徐变效应后混凝土组合构件在上述强迫位移作用下的实际变形与内力计算公式。对复杂的混凝土组合构件体系,本文亦提出了相应的有限元解。公式的表达形式均宜于进行电算。     

中山某产业园连体结构设计

多层连体结构一般采用钢结构桁架,自重轻,抗剪承载力比容易满足,且协调两塔楼变形能力较好。大震弹塑性时程分析显示结构主要由剪力墙和梁构件产生塑性耗能;温度对连体部位构件的影响较小,连体结构的内力主要以竖向荷载为主;钢桁架和型钢混凝土柱的连接节点在不利地震作用下,混凝土受压区刚度退化较少,节点区的应力较小,结构安全可靠。     

商品混凝土干燥收缩应力的分析及计算

量测了68个配筋混凝土构件和素混凝土构件自拆模起到180d龄期内的收缩应变值,利用推导出的混凝土构件收缩应力计算方法得出了混凝土构件在不同龄期的收缩应力。分析了龄期、混凝土抗压强度和混凝土构件配筋率对构件收缩应力的影响,回归给出了配筋混凝土构件收缩应力的多系数计算公式,为工程应用中混凝土收缩裂缝的控制提供了计算依据。     

高强混凝土自收缩对钢管混凝土轴压力学性能的影响

采用非线性有限元法,以钢管与混凝土之间的黏结初应力代表核芯混凝土的收缩作用,通过计算得出钢管高强混凝土轴压构件在不同程度自收缩作用影响下的压力-应变全过程曲线。通过对这些曲线的分析,总结了核芯混凝土纵向收缩单独作用、径向收缩单独作用及2个方向同时收缩作用时对钢管高强混凝土轴压构件压力-应变全过程曲线的影响。结果表明,自收缩会降低钢管混凝土构件的比例极限和屈服强度,同时会降低构件的模量,对构件的极限承载力有不利的影响。     

火灾下钢管混凝土构件温度内力分析与实用计算

本文根据任意应力—温度途径下混凝土受压本构关系,给出了火灾下钢管混凝土构件温度内力的分析方法通过大量计算,得到了火灾下两端嵌固钢管混凝土构件温度内力的简化计算公式。     

采用竖向构件后浇带减小混凝土收缩应力

工程中常用水平构件后浇带来控制混凝土早期收缩变形产生的不利影响,但当构件内钢筋贯穿伸缩后浇带时,其对混凝土收缩应力的控制效果大大降低。根据混凝土收缩变形对建筑结构影响的分析,本文提出采用竖向构件后浇带来控制混凝土收缩应力,并给出其实施细节。通过分析比较,及具体工程实例说明,竖向构件后浇带对建筑结构早期混凝土收缩应力的控制,具有更好的效果。     

采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征

建立考虑桥台 土、桩-土相互作用的整体式无缝桥有限元分析模型,并选取下部结构形式、温度作用、台后填土性质以及桥梁跨径为研究参数,对比分析了采用不同下部结构形式的整体式无缝桥受力特征。结果表明:下部结构刚度越大,其对上部结构的约束作用越强,桥梁纵向整体性更明显,但对主梁梁端和桥台的受力越不利;当下部结构刚度较大时,温度对桥梁内力和变形的影响更明显;随着桥梁跨径的增大,整体温度作用的影响逐渐成为温度作用中的主要因素;当下部结构采用矮桥台与桩基础时,台后填土密实度对梁端和桥台弯矩以及主梁轴力的影响不明显;当采用墙式桥台时,随着台后填土密实度的增大,温度作用下主梁轴力会快速增大;随着桥梁跨径的增大,整体式无缝桥的内力不断增大,且当采用刚度较大的下部结构时增大的速率更快;若以桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度为控制目标,应对整体式无缝桥的最大桥长进行限制,且下部结构刚度越大,最大桥长的限制越严格。     

超长预应力混凝土结构分段流水施工探讨

超长预应力混凝土结构中,混凝土收缩、温度、徐变以及预应力引起的结构轴向压缩等参数成为控制结构设计与施工方法的重要因素,混凝土的早期性能导致结构内力分析的复杂性,施工阶段与使用阶段的结构受力体系存在着差异和转换,施工方法和后浇带的设置将影响结构的分析模型和结构的经济性等。本文探讨了超长预应力混凝土结构的“逐层浇筑、逐层张拉”和分段流水等施工方法问题。     

钢框架-钢筋混凝土核心筒体系竖向变形差异的计算

本文研究了钢框架-钢筋混凝土核心简体系在重力荷载下,框架柱与混凝土简体的竖向变形差异问题,在分析中考 虑了混凝土的收缩和徐变以及建筑物室内外温差的影响。采用在整体结构计算模型上分层施加竖向荷载的叠加方法,利 用有限元程序SAP2000进行计算。分析表明,在仅考虑重力荷载和筒体混凝土的收缩和徐变时,高度在150m以上的钢框 架.钢筋混凝土核心简体系平均每3个楼层需要找平2mm以上。此外,混凝土的收缩和徐变以及建筑物室内外温差对框 架柱的轴力有相当大的影响,三者影响的总和占重力荷载作用下钢柱轴力的3％-20％之间。连系梁与框架柱刚接或铰 接,对柱筒竖向变形差异的影响较小,但是对节点的内力影响较大。采用钢管混凝土柱将大大减小柱筒之间的竖向变形差 异。     

内力重分布对桥梁施工的影响研究

介绍了桥梁结构施工中,在施工荷载、温度、混凝土的收缩与徐变、支座、偶然荷载以及人为荷载等因素的作用下,使得结构的内力出现重分布的现象,提出了结构内力重分布现象对施工及桥梁结构的不利影响及可能的控制措施,对工程实践中认识和避免结构内力重分布具有一定的意义.     

A numerical study of the behaviour of restrained RC beams at elevated temperatures

By using the virtual work principle, a beam-element model for reinforced concrete at elevated temperature is established. Based on the beam-element model, an analytical programme for reinforced concrete structures subjected to high temperature is proposed. After validating the feasibility of the programme against available experimental results of fire tests for RC frame structures, a RC beam with elastic axial and rotational restraints at beam ends was selected for numerical parametric study. The parameters investigated include different beam spans, different levels of applied load, different load types and different levels of axial and rotational stiffness at beam ends. Through the parametric analysis, the following conclusions can be drawn: (1) axial restraint may induce axially compressive force and increase the mid-span deflection when temperature is rising; the higher the axial restraint stiffness, the larger the compressive force generated and also the larger the beam deflection. (2) The effect of the rotational restraint on the generated axial force is very limited, if the same value of axial restrained stiffness is added at the beam ends, the generated axial forces are almost the same, irrespective of the levels of rotational restrained stiffness and the load types. (3) If the same value of axial restrained stiffness is added at beam ends with an increase in the rotational restraint, there will be a reduction in the mid-span deflection. (4) When the rotations of beam ends are restrained, the rising temperature will induce an increase in hogging moment at the beam ends.     

长富金茂大厦混凝土收缩徐变分析及结构设计

分析了混凝土收缩徐变对深圳长富金茂大厦构件内力和变形的影响规律,总体趋势是随着楼层高度的增加,影响越发明显,具体结论如下:1)混凝土收缩徐变对框架柱的轴力起增大作用,顶层处增大幅度不超过10%,对剪力墙的轴力起释放作用,顶层处减小最大为27%;2)对一端连接柱子、一端连接剪力墙的梁端弯矩影响较大,其中顶层处近柱端的梁上部弯矩增大接近30%,近墙端的梁上部弯矩减小接近20%;3)对两端连接框架柱的梁弯矩影响最大接近11%;4)一端连接柱子、一端连接剪力墙的梁端弯矩影响主要为最顶部10层,中下部的影响可以忽略不计。基于该影响规律,对结构设计施工措施提出了相应的建议。     

基坑混凝土支撑轴力监测值修正方法

为研究宁句城际轨道句容站基坑工程混凝土支撑轴力监测值异常报警现象,考虑混凝土收缩、徐变、弹性模量和温度等非荷载因素,采用理论分析和现场实测相结合的方法,探讨了基于理论的轴力修正公式法和基于现场实测的轴力修正系数法。结果表明:混凝土支撑轴力修正公式可对徐变应变、收缩应变和温度应变进行修正并考虑混凝土弹性模量的非线性变化,由修正公式算得的支撑轴力修正值为原始监测值的55%～64%,修正值更能反映混凝土支撑的真实受力状态; 对混凝土支撑轴力影响程度由大到小依次为混凝土徐变、混凝土收缩和混凝土弹性模量,徐变对支撑监测值的影响最显著; 结合现场实测数据,根据句容站基坑混凝土支撑轴力理论修正系数随时间变化的公式可直接计算偏保守的轴力修正值; 工程中可采用支撑残余轴力测试、钢箱测试等方法对混凝土支撑轴力监测值进行修正,综合理论分析、现场实测和文献中实测数据,实际基坑工程中混凝土支撑轴力修正系数可取0.5～0.65来估算支撑的真实轴力值。     

考虑轴压比影响时框架侧移计算的试验及理论研究

为研究轴压比对框架柱侧移的影响,以轴压比为框架柱的主要变化参数,完成了10根钢筋混凝土柱与5根钢柱压弯试验。试验结果表明:随轴压比增加,框架柱抗侧刚度增加,侧移减小;对于混凝土柱,裂缝间距和宽度都增大,裂缝越集中于柱底,压区混凝土破坏越严重,延性越差;对于钢柱,则压区屈曲越严重。随着名义偏心距的增大,二阶效应加剧,轴力对框架柱抗侧刚度的提高有所减弱;轴力对钢柱抗侧刚度的有利影响不及混凝土柱明显。结合试验数据,拟合了考虑轴压比影响的柱抗侧刚度计算公式。根据此公式计算内力侧移的框架算例表明,考虑轴压比影响时,框架结构侧移明显减小;轴力从上至下逐渐增大,轴压比对框架结构的影响愈大,结构侧移减小愈明显。考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,能为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考。     

双柱墩地震反应的轴力刚度耦合作用

地震作用下钢筋混凝土双柱桥墩产生的动轴力不仅会改变桥墩的屈服强度,而且也会相应地改变桥墩的刚度,但目前广泛使用的集中塑性模型一般并未考虑这种轴力-刚度的耦合作用.以自动计入轴力-强度及轴力-刚度耦合作用的纤维模型分析结果为基准,研究了轴力-刚度耦合作用对钢筋混凝土双柱桥墩地震反应的影响.结果表明,轴力-刚度耦合作用对双柱墩弹性阶段的反应有较大影响,但不改变结构的极限承载力;由于拉压桥墩的刚度互为消长,等高双柱墩的地震位移响应在不计轴力-刚度的耦合作用时与实际情况只略有差异,但墩柱弹性内力响应则会被较大地低估;不等高双柱墩的刚度受较矮侧桥墩控制,因此轴力-刚度的耦合作用对结构的地震位移响应和弹性内力响应都有明显影响,桥梁不规则性越大影响越显著,在进行结构分析时不能忽视这一因素的影响.     

基于虚拟元-有限元耦合的隧道内道床干缩裂缝细观研究

为解释道床与盾构隧道管片产生脱空的现象,研究新混凝土在浇筑后由干燥收缩产生的裂缝机理。基于虚拟元推导任意多边形骨料的刚度矩阵格式,利用UEL子程序实现有限元与虚拟元的耦合计算,纯弯梁数值试验结果表明耦合法较有限元法计算效率明显提升,且具有较好的稳定性。在此基础上,建立细观尺度下新老混凝土的干缩数值模型,并通过圆盘干缩模型验证了模型参数。研究骨料和砂浆的应力分布、内部湿度与裂缝发展的对应关系以及新老混凝土表面和界面的应力发展。结果表明：①收缩过程中,骨料主要承受压应力作用,砂浆沿骨料边界的切线方向受骨料约束作用易形成收缩裂缝,在新混凝土表面首先出现大量微小裂缝,随后界面两端发生剥离; ②受表面下骨料的约束作用,新混凝土表面拉应力呈现“驼峰”分布。开裂后表面被划分为多个收缩区,收缩区边界受拉应力,内部受压应力;③界面的拉伸和剪切应力由两侧开始增加,并且随着界面剥离的增加不断内移。在界面内部未剥离区域内存在由界面附近骨料约束导致的局部压应力和剪切应力增大。