浅论对电力厂房钢筋混凝土结构加固的相关探讨论文(精选5篇)由网友“hahaha518”投稿提供,下面是小编为大家整理后的浅论对电力厂房钢筋混凝土结构加固的相关探讨论文,供大家参考借鉴,希望可以帮助您。
篇1:浅论对电力厂房钢筋混凝土结构加固的相关探讨论文
摘要:随着建设行业发展的迅速,厂房的相关建筑工程质量的要求也越来越高。在不同的加固设计中,也会因为技术更新与改造等方面而有所差异。本文根据作者工作经验阐述了混凝土建筑在电力厂房的结构加固设计中的相关探讨。
Abstract: With the rapid development of construction industry, the requirements to the construction quality of buildings in plant become higher and higher. In different reinforcement design, it also has some differences because of technical updating and transformation. This paper elaborates the reinforcement design of concrete structures based on the author’s experience.
关键词:工业厂房;混凝土;预应力;拉杆加固;裂缝技术施工;加固设计;改造配套
Key words: industrial plant;concrete;prestress;rod reinforcement;construction of the cracks technology;reinforcement design;reform package
0 引言
在厂房项目施工时接触到混凝土密封固化剂施工技术,这种技术在国外已经很成熟了,但在国内还刚兴起的一种新型施工工艺、施工方法,不久的将来,这项技术将逐渐被人们所接受。
1 混凝土密封固化剂工作原理
混凝土密封固化剂是一种无色透明液体材料、使用方便、无毒、不燃、渗透力强、可永久密封混凝土。它由无机物、化学活性物质和硅合物组成,通过有效渗透,进入混凝土内部,与混凝土中化学成分发生渗透的化学反应,形成凝胶,与混凝土中的各成分固化成一坚固实体,从而得到一个无尘、致密的整体,大大提高混凝土的抗渗、耐磨、冻融循环、硬度等各种性能指标。处理30分钟后提高抗压强度45%,提高耐磨性能45%;反应完全后能提高2-3倍的表面硬度。
篇2:浅论对电力厂房钢筋混凝土结构加固的相关探讨论文
2.1 现浇混凝土结构近年来,随着施工和管理技术的不断发展,现浇混凝土结构以其整体性好,防水性强,接头构造简单,既不需大型起吊设备和施工场地,运行中又不需维护等特点,很受运行和施工单位欢迎。尤其在南方地区,混凝土施工时间不受季节影响,更容易实施。
2.2 直接加固法 ①加大截面加固法。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,可以将截面的有效高度增加,并使截面的面积进一步扩大,有效的提高构件的截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。在适筋的范围内,混凝土构件截面的承载力强度和截面的面积是成正比的。②置换混凝土加固法。这种方法和加大截面面积的方法非常的类似,缺点也很明显,就是施工的湿作业的时间过长,这种方法比较适用于混凝土的`强度不高或者梁柱有严重的缺陷的施工现场的承重构件上的加固。③粘钢加固法。钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴钢板,这样可提高被加固构件的承载力,且施工方便。
④粘贴纤维增强塑料加固法。外贴纤维加固是用胶结材料把纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,达到提高构件承载能力的目的。除具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
2.3 间接加固法 预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上,在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制、斜截面抗剪承载力也随之提高。①预应力水平拉杆加固法。对混凝土结构施加预应力,能提高构件的抗裂性能,使裂缝得以避免或其宽度得以控制,从而大大提高结构的抗侵蚀能力和耐久性;同时由于预应力工程采用高强材料,因而可有效地缩小构件截面,减轻结构自重,达到节约材料用量和降低造价的目的。随着预应力混凝土技术的发展,部分预应力混凝土结构的应用越来越广泛,它采用预应力筋与非预应力筋混合配筋,兼有全预应力结构和钢筋混凝土结构两者的优点,既能较好地控制使用荷载作用下的挠度和裂缝宽度,结构破坏前又具有较高的延性与能量吸收能力。②预应力下撑拉杆加固法。工业厂房构件一般采用卧式组装。拼装必须按工艺要求的次序进行。
钢柱主要控制下列方面:1)钢柱的牛腿质量是控制的重点,拼接焊缝必须保证全熔透,尽量要求采用K型坡口焊缝。2)连接部位的尺寸、柱底板的平直度、钢柱的侧弯。3)柱脚加工的控制。柱身与底板要求刨平顶紧的,接触面要进行磨光检查;柱脚不用地脚螺栓,采用直接插入预留孔二次灌浆的,插入部分不得涂漆。4)格构柱、箱型柱等根据加工特点侧重于单体构件的质量检查。吊车梁主要控制下列方面:1)吊车梁的焊缝检查。吊车梁受冲击和疲劳影响,要求上翼缘和腹板的连接焊缝全融透,开成V型或K型坡口焊缝。吊车梁的加劲肋的端部焊接处理,是检查的重点。对于只做外观检查的角焊缝必要时可增加磁粉探伤和着色探伤检查,对接焊缝应进行超声波探伤检查。2)吊车梁外形尺寸检查。上翼缘板的边缘状态是检查重点。吊车梁无论是否要求起拱,焊后都不允许下挠。③增加支承加固法。增设支点加固法是通过减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的载载效应,提高结构承载水平的目的。这种方法的实施比价简单,而且效果也比较明显,很可靠,但是这种方法的实施具有局限性,只有部分的施工的项目可以运用这种方法。
3 与混凝土结构加固改造配套使用的一般技术
3.1 托换技术系托梁 由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构件拆除等技术组成,适用于已有建筑物的加固改造,与传统做法相比,具有施工时间短、费用低、对生活和生产影响小等优点,但对技术要求较高,需由熟练工人来完成才能确保安全。
3.2 植筋技术 一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术,可植入普通钢筋,也可植入螺栓式锚筋,已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。
3.3 裂缝修补技术 根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复的一种专门技术,适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。
4 结论
随着加固与改造工程的日益增多,钢筋混凝土加固技术越来越受到人们的重视,由于电力厂房的技术更新与改造以及建筑物的抗震设防要求等原因,都需要对厂房进行加固改造处理。在目前常用的加固与改造的技术中,我们更需要加深对这一技术的探讨,让混凝土加固技术更精一层,为电力工程建筑打下一个坚实的基础。
参考文献:
[1]CECS 102∶,门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].
GB 500172,钢结构设计规范[S].
GB 5001022002,混凝土结构设计规范[S].
张有昌,孙晓冬.高空支顶屋架托梁抽柱施工[J].工业建筑,,(5).
篇3:预应力加固法在钢筋混凝土结构加固中的应用论文
预应力加固法在钢筋混凝土结构加固中的应用论文
摘要:采用预应力加固法,不仅施工方便、经济,而且加固效果好尤其是当预应力加固筋的布置与外弯矩图形相似,此法既可大幅度提高原梁的受弯承载力,又可显著提高原梁的受剪承载力,本文主要介绍了预应力加固钢筋混凝土方法的设计过程与计算方法,以及简要施工过程,通过工程实践证明了其可行性。
关键词:预应力加固;下撑式拉杆;承载力
1 前言
预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构构件或整体进行加固的方法,特点是通过预应力手段强迫后加部分一拉杆或撑杆受力,改变原结构内力分布并降低原结构应力水平,致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,因此,后加部分与原结构能较好地共同工作,结构的总体承载能力可显著提高。预应力加固法具有加固、卸荷、改变结构内力的三重效果,适用于大跨结构加固,以及采用一般方法无法加固或加固效果很不理想的较高应力应变状态下的大型结构加固。
采用预应力加固的钢筋混凝土梁,在加固前已经受荷且大部分已出现裂缝。预应力拉杆横向收紧法加固后,使原梁的裂缝减少甚至闭合,并使原梁产生反拱抵消部分原梁的荷载挠度,从而改善了钢筋混凝土结构的受力性能,提高了原梁的承载力。但是梁加固后,一般比原梁有一个荷载增量,使加固梁变形,或者本来就是因不满足正常使用状态而进行加固的,因此同普通混凝土结构一样,加固梁除了进行承载力计算之外,还须进行挠度和裂缝宽度的验算。
2 体外预应力筋设计
2.1 加固原理简述
我们知道,采用预应力加固法,不仅施工方便、经济,而且加固效果好尤其是当预应力加固筋的布置与外弯矩图形相似,采用折线形预应力筋时,既可大幅度提高原梁的受弯承载力,又可显著提高原梁的受剪承载力。同时,能减小裂缝宽度和挠度。这是因为预应力的作用可等效于对原梁施加了反向荷载,所以使原梁的使用性能大为改善。在最终承载阶段,则由于预应力的施加,一方面使原梁截面内的钢筋面积A。增加,另一方面因A。一般地加于梁底,又加大了梁破坏时截面的有效高度ho,从而,大大提高了原梁的受弯承载力。另外,采用折线预应力筋加固,对原梁的抗剪能力提高作用也是十分显著的。
2.2 预应力加固力筋截面积的估算
首先确定原梁加固后抗弯承载力增量
式中:Mo――原梁仍可以承担的弯矩;
M――加固梁上承受的总弯矩;于是
式中:fpy――预应力筋抗拉强度设计值;
hop――预应力筋合力至梁顶面距离;
rp――内力臂系数,取0.85;
α――预应力筋屈服应力系数,有粘结加固梁取α=1,无粘结加固梁取α=0.9。
2.3 力筋控制应力计算
2.3.1 按照承载力要求拉杆承担的拉力的计算
钢筋混凝土构件采用预应力下撑式拉杆加固后,由原来的受弯构件变为偏压构件。由平衡条件可以得到下撑式拉杆轴向拉力作用于被加固构件各截面中产生的'附加内力
在锚固点和下撑点之间的区间,其中α为拉杆的倾角,C’为锚固点到截面形心之间的距离,为下撑点到截面形心之间的距离。忽略下撑点和拉杆的摩擦作用,则N=N’于是加固后截面的内力为其中分别为拉杆引起的附加内力,为原构件在外荷载作用下的内力。
故通过加固后梁的承载力要求,得到拉杆的轴向力N。
2.3.2 下撑式拉杆作用效应增量的计算
方法一、下撑式拉杆加固后的梁为一次超静定结构,可以采用力法计算:
M1为△N=1时,被加固粱截面的弯矩,N1i为△N=1时,被加固梁各段的截面的压力,Li为被加固梁各段的长度,Lp为被拉杆的长度,Mp为新增荷载作用下被加固梁截面的弯矩。
方法二、能量变分法计算力筋应力增量:
体外预应力加固钢筋混凝土简直梁时,除在锚固区和转向区内,预应力筋与梁均无接触,因此在受到外荷载作用时,体外力筋的应变与钢筋混凝土简直梁的应变在相同表面上不协调,体外力筋应力增量计算将不同于体内束,国内外学者作了大量的试验研究和分析,总结出了多种计算方法。其中,能量变分法计算体外力筋应力增量的公式最为实用,表达式如下:
K1――荷载系数,按下式计算:K1=△r/2I2h+16/3M;
K2――体外力筋布筋系数,按下式计算:
Ih――被加固梁的截面惯性矩;
Ey;Eh――分别为体外力筋和被加固梁的弹性模量;
α――体外力筋水平段长度与梁全长的比值;
△r――除自重外恒载和设计活载的有效集度;
es;em――分别为梁端锚固点和体外力筋水平段中心至截面形心的距离。
2.3.3 力筋预应力损失计算
(1)锚固损失
(2)弯折点摩擦损失σ12=σcon(1-e-μθ);
(3)力筋应力松弛损失σ13的计算:由《砼结构设计规范》(GBJl0-89)取σ13=0.085σcon;
2.3.4 力筋控制应力
确定水平拉杆施加的预应力值σcon,应满足σι为预应力损失,上步中已经得到。
3 加固后截面强度验算
3.1 支座截面正截面承载力验算
支座截面正截面承载力通过与确定拉杆承担拉力的公式一样计算,以验证力筋加固是否合理。
3.2 斜截面抗剪强度计算
验算公式为:
3.3 挠度验算
用体外束加固的钢筋混凝土梁,其挠度f与M弯矩的变化规律与部分预应力混凝土梁相似。在正常使用阶段,加固后梁体的挠度主要有两部分组成:一部分是恒载与活载产生的挠度:另一部分是有效预应力与体外束拉力增量产生的。前者计算同普通钢筋混凝土梁,后者的计算方法可参考预应力混凝土梁在预加力作用下的上拱度的计算方法或根据力法原理求出。梁体的挠度计算均可按弹性理论计算,其关键问题是刚度的取值,梁体截面开裂前可取0.85注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文,梁体截面开裂后可取0.85EcI01。在不计冲击力的活载作用下,产生跨中挠度不应超过跨度的1/600。
3.4 加固体系的裂缝验算
用体外束加固的混凝土梁,由于体外束布置在梁体之外,与混凝土无粘结作用,因此,其抗裂性更接近与普通钢筋混凝土梁,可采用公路桥规中关于普通钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式:
式中各参数均按规范取用,其允许裂缝宽度建议按公路桥规中普通钢筋混凝土梁的允许裂缝宽度采用。
4 施工过程注意问题简介
体外预应力加固钢筋混凝土梁对,预应力的施加方法有:机张法、电热法、横向收紧法及竖向收紧法等,各种施工方法具体步骤见相关专业书籍介绍,下面仅就施工中注意的问题作介绍。
电热法、横向张拉、竖向张拉及楔顶法等预应力施加方法,其变形控制量△,应以拉杆或撑杆真正开始受力时的值作为张拉的起始点(零点)。多点横向张拉及竖向张拉,各点张拉螺栓应同步进行拧紧。拉杆、撑杆张拉控制应力值σcon,不宜超过规定数值(碳素钢丝、刻痕钢丝、钢铰线:
热处理钢筋、冷拔低炭钢丝:0.4fptk≤σcon≤0.70fptk,冷拉钢筋:0.5fptk≤σcon≤0.90fptk,对于预应力撑杆,σcon取值还必须受施工阶段的稳定要求控制,否则应采用多道专用卡具等辅助防失稳措施。预应力撑杆加固柱,撑杆与构件之间宜采用环氧树脂灌浆湿式连接,此时,缀板(连接箍板)应紧贴构件结合表面与角钢平焊连接。为避免撑杆因焊接受热而产生过大的预应力损失,施焊应采取上下缀板轮流进行。预应力拉杆、撑杆、缀板及各种锚固连接件,均应采用有效的防腐、防火保护措施。
5 小结
体外预应力技术十分适合于对各类加筋混凝土梁进行加固,可以提高结构的极限承载能力、降低钢筋疲劳应力幅值及控制裂缝,能较好地满足使用载荷的要求,增加结构的使用年限和耐久性;并且加固效果明显、所需机具设备量少且轻便、施工质量易于控制,因而具有明显的经济及社会效益和较为广阔的发展前景。
篇4:钢结构工业厂房可靠性鉴定与加固措施的论文
钢结构工业厂房可靠性鉴定与加固措施的论文
摘要:钢结构工业厂房是近十几年来我国工业厂房的主要结构形式,生产适应性强、量大面广,但随着生产规模扩大与工艺改造,导致部分铜结构厂房不能满足新的安全生产需要,从“促进和完善炼钢技术发展体系,适应钢铁生产的新需要”角度出发,需对厂房进行结构安全可靠性鉴定与安全性评估,并对不满足规范要求或不利于技术改造的隐患,进行一系列的安全适应性改造。为规范这一行业的标准性做法,国家制定了《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ14-90)、《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-)、《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-)等一系列标准与规范,明确了工业厂房鉴定的目的、程序、等级标准,结合钢厂房工程实例,介绍了钢结构厂房的鉴定方法。
关键词:钢结构工业厂房;可靠性;鉴定;评估
1.工程概况
某炼钢连铸钢结构工业厂房,建筑面积约23514m2,厂房纵向共A、B、C、D、E、F六列,五个连续跨:AB跨、BC跨、CD跨、DE跨、EF跨,厂房横向共分为1-21轴。全钢框排架结构,钢屋架采用实腹式工字形截面屋面梁与平行弦钢屋架,压型板屋面。主厂房钢结构形式复杂,使用环境恶劣,主体结构长期受到振动、积灰、高温等不利因素作用,隐患较多,为确保厂房安全使用,判断其安全可靠性是否满足现行国家标准的要求,为生产工艺的改造,提供厂房的技术依据,对厂房做出全面检测与鉴定。
2.厂房使用情况详细调查
2.1厂房上吊车使用实际与原设计图纸比较
厂房吊车数量多、吨位大,对照原图纸,厂房AB跨设计有三台16/16T桥式吊车;BC跨设计有一台80/20T、一台32/5T两台桥式吊车;CD跨设计有一台160/50T、一台125/32T、一台63/30三台桥式吊车;尤其是生产主跨内设计有八台吊车,工作级别全部为A7级,厂房负荷与动荷载较大。经检查确认,生产使用上仅是将CD跨设计一台63/30桥式吊车更换为一台80/30T吊车,经验算吊车梁最大弯矩、轮等参数,可安全使用。
2.2厂房柱和柱间支撑现场检测
经现场检测,厂房A-F六列、五跨,吊车梁的传力体系柱间支撑技术状态基本完好,只是部分柱的根部局部轻微锈蚀,个别松动,个别杆件出现开焊、损坏现象。
2.3屋盖系统现场检测
2.3.1钢屋架,现场检测发现,厂房AB列16-17-18-19轴,连续三个平行弦钢屋架存在扭曲、变形现象,经实测,分别在200mm、190mm、300mm左右;厂房BC列9-10-11轴,连续二个平行弦钢屋架产生侧向变形现象,经实测,均在150mm左右,超出规范要求,不满足国家现行规范标准要求。
2.3.2钢屋架与柱头连接处,高强螺栓部分掉落,连接处普遍锈蚀,部分存在采用焊接方法,无连接螺栓。
2.4吊车梁系统
吊车梁系统设计采用制动板制动,设计有辅助桁架和水平支撑,现场检测系统主要缺陷有,吊车梁与制动板连接高强螺栓、制动板与钢柱连接高强螺栓松动较多,尤其是制动板与钢柱焊接处,部分开焊,或存在未可靠连接状况
2.5屋面及维护系统检测
天窗架体系大面积轻微锈蚀,钢材面防腐漆剥落,母材锈蚀,压型板、屋面c型钢檩条锈蚀严重。
3.分析、计算结果
3.1计算技术依据
3.1.1标准规范和基础资料。《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),《钢结构设计规范》(GB50017-),《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008),厂房原竣工验收设计图纸。
3.1.2主要技术参数。(1)屋面均布活荷载:0.5KN/m2。(2)屋面积灰荷载:挡风板内0.75KN/m2、挡风板外0.3KN/m2。(3)基本风压:0.35KN/m2。(4)抗震设防烈度,场地类别:7度/1I类。(5)吊车荷载:按GB50009-2001和GB50017-2003确定。
3.2计算结果
3.2.1横向平面排架。选取厂房5-9轴的横向平面结构,进行结构分析和承载力校核,经计算,各平面内结构的构件承载力均满足规范要求,各构件应力比满足要求。
3.2.2钢屋架和钢托架。该承载力校核采用的荷载按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定取值,除屋面活荷载、屋面积灰荷载外,厂房附属悬挂荷载按0.2KN/m2考虑,压型钢板、支撑与檩条、屋架及天窗架自重按原设计考虑,承载力校核结果R/sy0比值,满足规范要求。
3.2.3吊车梁。对吊车梁的强度、稳定性、抗疲劳强度以及制动系统的强度、挠度计算,R/Sy0比值,满足规范要求。
4.可靠性鉴定
4.1评定方法和原则
根据《工业建筑可靠性鉴定标准》(GB50144-2008)的原则,将主厂房鉴定范围划分为1-7轴线、8-12轴线和13-21轴线三个单元进行可靠性评定,每个单元可靠性等级根据结构布置和支撑系统、承重结构系统、围护结构系统三个项目综合评定。(详见表3)
4.2承重结构体系
屋架承载力项目,由于严重的变形和倾斜,且屋架下弦出现平面外变形较大;部分屋架与柱头连接螺栓缺损,造成吊车系统水平晃动较大,严重不符合国家现行规范标准要求,项目的可靠性等级为C级。
4.3综合评定结果
5.可靠性评估与应采取的措施
5.1结语
厂房AB跨8-19轴线、BC跨8-19轴线、CD跨1-21轴线、DE跨1-21轴线和EF跨1-21轴线厂房的.可靠性等级为三级,不满足现行国家规范的要求,需采取一定的加固措施。
5.2应采取的措施
5.2.1对存在变形和扭曲的平行弦钢屋架新增横向水平支撑,增强改屋架水平约束,以限制其侧向变形发展。
5.2.2对不符合设计与规范对要求的屋架与钢柱连接节点,进行加固或补强。
5.2.3对因疲劳损坏导致的吊车梁制动板与排架柱连接节点,进行加固或补齐。存在变形和扭曲的平行弦钢屋架新增横向水平支撑,增强改屋架水平约束,以限制其侧向变形发展。
5.2.4对锈蚀的钢构件,尤其是节点、连接点部位,需进行除锈、防腐处理。
篇5:FRP加固钢筋混凝土梁柱框架结构抗连续倒塌性能的研究论文
FRP加固钢筋混凝土梁柱框架结构抗连续倒塌性能的研究论文
1 引言
重要建筑物如(如军事指挥所、政府办公大楼、大型商场)极易成为战争攻击和恐怖袭击的目标,因为这些建筑物一旦被摧毁,不但可以造成大量人员(特别是重要人物)的伤亡,而且会迅速引起广大民众恐慌,瓦解军心民心、如 2003 年美伊战争便是从美国空袭萨达姆当局领导层所在的总统府开始的;而“9―11”事件在造成巨大的人员伤亡和财产损失的同时,也使其民众人心惶惶、另一方面,通过对海湾战争中叙利亚有无填充墙的建筑受导弹攻击后倒塌规模的对比[2]和五角大楼遭到袭击后长时间保持稳定[3]可知,具有一定结构冗余度的建筑物能够有效地阻止倒塌蔓延,降低结构破坏范围、连续倒塌作为一种极端的倒塌形式,是指结构在局部构件受到偶然荷载(如战争攻击、恐怖袭击、汽车冲击等)发生倒塌后造成内力重分布,致使相邻构件接连失效,最终发生大面积、整体性的倒塌、
随着攻击制导武器的日趋精确和恐怖主义蔓延,我国很多重要建筑物的结构冗余度亟待加强,以提升其抗连续倒塌能力、FRP(Fiber Reinforced Ploymer)是一类应用普遍的新型高强材料,本文运用有限元分析的方法对采用不同 FRP 粘贴方案后钢筋混凝土梁柱框架结构抗连续倒塌性能进行对比,探寻最优方案、
2 研究综述
钢筋混凝土抗连续倒塌相关研究主要包括分析连续倒塌工程事故、通过结构倒塌过程试验总结力的转换机制、探寻连续倒塌机理和提出设计方法等方向、英国、欧盟、美国、加拿大等均有自己比较完善的抗连续倒塌规范、抗连续倒塌设计不同于一般结构设计的地方在于其对结构构件的延性提出了更高的要求,且容许结构有一定比例的破坏和一定范围的变形、比如 DoD2013[4]对于钢筋混凝土框架结构,为考虑动力效应,在拆除构件法中,当采用非线性静力分析和变形控制时,应采用以下的荷载组合:
其中 为荷载放大系数,D 和 L 分别为恒载和活载、
FRP 常用于结构构件的抗弯、抗剪和抗压加固,抗连续连续倒塌加固的目的是为了提升构件的耗能能力和延性,需综合考虑上述加固形式、CFRP(Cabon Fiber Reinforced Ploymer,碳纤维布)与 GFRP(Glass FiberReinforced Ploymer,玻璃纤维布)是两种常用且发展成熟的 FRP 加固材料,其比重仅有钢筋 1/4 到 1/3,拉伸强度却是钢筋的 10 倍左右[5]、但其延伸率很小,如 T300 的 CFRP 仅有 1、71%的延伸率,且没有明显的屈服强度,易发生脆性断裂、相对而言 GFRP 较 CFRP 的弹性模量要小、延伸率要大,故变形能力较 CFRP要好、敬登虎[6]通过试验发现 GFRP 加固后构件的`延性几乎是 CFRP 的 2、5 倍、目前文献中对 CFRP 和 GFRP加固钢筋混凝土结构抗连续倒塌对比的相关研究较少见、
LS―DYNA 可以模拟结构的大位移大变形等非线性情况、孟一[7]对 LS―DYNA 常用的混凝土材料模型进行了总结对比,发现新增的 CSCM 模型适合应用在结构倒塌分析领域,并校正了相关材料参数、Jin―WonNam[8]等人对比四种不同的 FRP 布有限元模型,发现正交异性线弹性模型更适合运用在其对混凝土结构加固的模拟上、
3 算例
3、1 试件设计
本文设计了一栋五层钢筋混凝土框架结构(如图 1 所示),并沿底层纵向取出两跨一层的梁柱框架子结构,假设其中间柱已经失效、梁柱纵筋均采用 HRB400,箍筋采用 HPB300,并按照规范规定[1]
进行加密,混凝土采用 C30,保护层厚度为 25mm、此算例旨在为后期现场试验提供理论支持、
为了探究 FRP 对提高其抗连续倒塌性能效果最佳加固形式,本文综合考量其经济性和加固效果,通过在梁底、梁顶及改变加固长度组合了各种加固方案进行尝试,选择典型方案列于表 1、
3、2 建模
本文在 ANSYS 建立了不同加固方案的 1/2 对称有限元模型(图 2)后,在 LS―DYNA 中进行相关计算、
其中混凝土、钢筋和 FRP 的采用的单元类型分别为 SOLID164、BEAM161 和 SHELL163,材料本构分别为盖帽模型(*MAT_CSCM)、随动塑性强化模型(*MAT_PLASTIC_KINEMATIC)、正交异性线弹性弹性模型(*MAT_ORTHOTROPIC_ELASTIC)、特别的,为了防止施加荷载时出现应力集中,在中间柱头上方设置一块加载垫块,使用 SOLID164 单元类型和刚体材料本构(*MAT_RIGID),结构与地面(刚体)连接[9]、
为证实有限元模型的准确性,本文对湖南大学易伟健等人的平面框架连续倒塌试验(图 3a、图 3c)[10]
进行模拟,建立了如图 3b 所示的有限元模型,再现了结构的倒塌过程,通过中柱位移轴力曲线(图 3d)和竖向水平位移曲线(图 3e)均可以看出模拟结果有明显的弹性、拱效应和悬链线效应发展阶段,且与试验结果接近、
3、3 加载
因相关试验大多采用拟静力的方式进行加载,本文为了有效验证有限元模型,亦采用静力方式进行加载、为了有效控制加载速度,采用位移控制的方式进行加载、为节约机时,本文采用 1m/s 的速度匀速加至 500mm,其中为保证加载开始结束阶段速度不会过大,采用余弦函数进行加载,并关闭混凝土应变率开关、通过观察对比能量平衡结果,发现其动能均极小,可以忽略、
3、4 结果比较
3、4、1 破坏特征比较
FRP 加固后的框架子结构有限元模型分别有如图 4 所示的三种破坏形态、破坏过程依次为为:A、C点混凝土开裂;C 点(CLZ1、GLZ1)或 A 处(CLZ2、GLZ2)FRP 发生剥离和断裂破坏;B、D 点混凝土开裂;A、C 点钢筋达到受拉极限被拉断、GLZ3 和 CLZ3 的 FRP 按照先 C 点再 A 点的顺序失效、值得注意是,B 和 D 处 FRP 在悬链线阶段依然发挥了拉杆效应、环形箍和 U 形箍可以阻止 FRP 的迅速剥离、
3、4、2 数据对比分析
通过观察图(5a)所示位移荷载曲线可以发现,各试件随着位移增加均呈现出明显的弹性变形、拱效应、拉压转化和悬链线效应阶段、中柱位移在 20mm 以内为弹性阶段,各曲线差别极小,说明此时 FRP 发挥的作用均有限;而到了拱效应阶段,A、C 处 FRP 由于发生脆性断裂,没有起到明显拉杆效果,CLZ3 和 GLZ3在拱效应阶段承载力有了一定的提升,可能是由于上下部均粘贴的方式可以在一定程度上延缓 FRP 断裂,有助于发挥结构拱效应;中柱位移在 200mm 左右,结构进入悬链线阶段后,所有加固方案的承载力均有一定程度的提升,以 CL3、GLZ2 和 GLZ3 效果最为明显,达到了 115KN 荷载设计要求,结合破坏特征推测,FRP 在此阶段分担了一部分拉轴力,中柱位移到了 300mm 左右后,C 点、A 点钢筋相继发生断裂,结构也逐渐丧失了承载能力、可将 C 点钢筋断裂作为结构悬链线阶段的结束,结构达到了倒塌极限承载力,则各加固方案的极限承载力分别提升了约 10%(CLZ1、CLZ2、GLZ1)、15%(GLZ2)、23%(CLZ3)、33%(GLZ3)、
通过比较各方案钢筋断裂时位移点位置可以发现,GLZ3、CLZ3 的中柱位移更大,说明其结构延性更好,能够经受住更大的挠度变形、
各方案输出的结构总能量与中柱位移(图 5b)可知,在弹性阶段,各试件耗能并没有明显区别;到了200mm 左右(结构进入了悬链线效应阶段),所有加固方案的耗能均有明显提升,至钢筋断裂,CLZ2 增加较小, CLZ1 与 GLZ1 较 LZ1 大约增加了 6%左右,其他三种加固方案大约增加了 20%左右,说明 FRP 在构件发生大变形时分担了部分的耗能任务、
4 结论
本文运用显式有限元软件 LS―DYNA 对不同 FRP 加固方案下的钢筋混凝土框架结构进行了模拟分析,直观地重现和模拟钢筋混凝土结构发生大变形时的倒塌破坏过程、通过对比较不同破坏阶段 FRP 发挥的作用,可以得到如下几点结论:
1、合理粘贴 FRP 可以明显提高构件的延性,尤其在大位移情况下,通过在梁上下部均粘贴 FRP 的方式(CLZ3、GLZ3)可以充分发挥框架梁的悬链线效应,提高结构延性和耗能能力,且延展性较好的 GFRP(GLZ2)粘于框架梁上部作用较粘于下部(GLZ1)增强效果更明显;
2、方案 CLZ3、GLZ2、GLZ3 均符合 DoD2013 抗连续倒塌规范设计荷载,说明通过选择合理的粘贴材料和组合形式可以在一定程度上提高钢筋混凝土结构的抗连续倒塌性能;
3、分析破坏形态可以发现在截断处采用 U 形箍或环形箍锚固可以有效阻止 FRP 剥离的蔓延,更好发挥其抗拉性能、
参考文献:
[1] GB 50010―2010 混凝土结构设计规范[S]、北京: 中国建筑工业出版社, 2010、
[2] Al―Khaiat H, Fereig S, Al―Duaij J, et al、Impact of shelling on RC frames with and without infill walls[J]、Journal ofperformance of constructed facilities, 1999, 13(1): 22―28、
[3] Mlakar P E, Dusenberry D, Harris J, et al、The Pentagon building performance report、American Society of Civil Engineers[J]、Structural Engineering Institute Publication, 2002、
[4] Unified Facilities Criteria(UFC)、Design of Buildings To Resist Progressive Collapse(UFC4―023―03) [S]、WashingtonDC,USA:U、S、Army Corps of Engineers,2013
[5] 叶列平, 冯鹏、FRP 在工程结构中的应用与发展[J]、土木工程学报,2006(39): 24―36
[6] 敬登虎, 杨佑发、纤维材质加固钢筋混凝土受弯构件延性的实验分析[J], 重庆大学建筑大学学报, 2002, 22(5): 58―61
[7] 孟一、冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的试验及数值模拟研究[D]、湖南大学, 2012、
[8] Nam J W,Kim H J, Kim S B,et al、Analytical study of finite element models for FRP retrofitted concrete structure under blastloads[J]、International Journal of Damage Mechanics, 2009, 18(5): 461―490、
[9] 白金泽、LS―DYNA3D 理论基础与分析实例分析[M]、北京:科学出版社,2005,1―11[10] 易伟建, 何庆锋, 肖岩、钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究、建筑结构学报[J]、2007(28): 104―109、
★ 监理公司工作报告
【浅论对电力厂房钢筋混凝土结构加固的相关探讨论文(精选5篇)】相关文章:
高校电气工程学科人才培养探索论文2022-06-03
小水电站技术管理的论文2023-03-14
工程师专业技术工作报告2022-12-22
地基与基础质量评估报告2023-03-31
工程1、2部述职报告2023-09-16
浅谈如何加强企业往来款项管理论文2022-11-07
建筑结构设计中的概念设计与结构措施2023-09-17
谈社会结构三分法及其音乐观论文2022-04-30
水性涂料装置工程设计探讨论文2023-04-26
核电项目施工管理技术研究论文2023-05-01