钢管混凝土柱施工阶段应力应变研究.pdf
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1、第4 0卷第 1 2 期 2 0 1 3 年 1 2 月 建筑技术开发 B u d i l d i n g T e c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 4 0 No 1 2 De c 2 01 3 、 、 、 i 技术开发报道i ; 蛤、 蝠、 坷 ; ! f 、 ! 蠕 钢 管 混凝 土 柱施 工 阶段 应 力应 变研 究 王伟 孙忠 邢估慧 蔡斌 ( 1 北京建工四建工程建设有限公 司, 北京 1 0 0 0 7 5: 2 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 1 0 0 0 4 4 ) 【 摘 要】 近年来钢管混凝土柱形成的框架一 核心筒混合结构
2、应用越来越多, 施工中钢管混凝土柱多采用混凝土一次浇 筑完成的工艺施工 , 混凝土浇筑高度多达到1 0 m以上 , 钢管柱外壁受力较大, 对于钢管柱外壁钢板在浇筑混凝 土过程中的实际受力情况分析不多, 故采用有限元软件进行施T校核验算 , 以验证钢管柱在施工过程中的应 力和变形值是否都能满足设计规范的要求。 【 关键词】 钢管混凝土柱; 有限元分析; 应力分析; 应变分析 【 中图分类号】 T U 3 1 2 1 【 文献标志码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 0 1 0 7 1 工程概况 海 南 大 厦 , 占地 面 积 2 6 5
3、 0 0 m , 建 筑 面 积 2 4 4 0 0 0 m , 由主楼和副楼两部分组成 。主楼 4 5 层 , 高约2 0 0 m( 结构高度 1 8 0 m) , 副楼 l 7 层, 高约8 0 m ( 结构高度 6 8 m) , 两楼之间以四层裙房连接为一个 整体 , 并在底部设 置一南北贯通 的两层高的商业步 行街 , 作为主楼的主要出人 口( 见图 1 ) 。 图 1 海南 大厦 2 研究 目的与意义 工程主楼采用矩形钢一 混凝土组合柱 , 如 图2 所 示 , 外包钢柱 内设加劲肋 , 与梁连接处以及层间部位 设有不 同厚度的隔板 。由于组合柱施工 时 , 每层浇 筑混凝土会放缓施
4、工进度, 但一次浇筑混凝土过高, 又会 因施工时新 浇混凝土产生 的侧压力 、 振捣 以及 收 稿 日期 : 2 0 1 30 91 5 作者简 介 : 王伟( 1 9 7 0 一 ) , 男, 辽宁省绥中县人, 毕业于沈 阳建筑大 学 , 本科学历 , 工程师 , 项 目技 术负责人。 倾倒产生的冲击荷载作用下, 有可能使外包矩形钢 柱局部产生开裂或变形过大 , 导致影响该建筑结构 的承载力或正常使用功能 。因此 , 施工方初 步拟定 施工方案为每三层( 约 1 2 m高) 浇筑一次混凝土 , 为 确保钢一 混凝土柱的安全性 , 有必要对矩形外包钢柱 浇筑混凝土过程进行施工校核验算 , 以防
5、止焊接处 可能出现开裂 , 观察其最大变形及 出现位置 , 并对此 采取相应的施工设计或施工措施 , 避免出现破坏。 注: 梁头楼层横隔板3 5 m m 厚, 层间横隔板2 4 m m 厚。 图2 矩形外包钢柱立面示意 设计图纸及相关施工资料表明, 钢一 混凝土柱自 下而上多次变截面 , 故选取 四个有代表性的截 面尺 寸的外包钢柱分别进行施工浇筑验算 , 分别为标高 位于 2 1 4 0 0 4 1 5 3 0 m、 4 1 5 3 0 7 8 3 3 0 m、 1 0 2 3 3 0 1 3 5 1 3 0 m、 1 6 3 1 3 0 1 8 9 8 0 0 m时的柱截面尺寸。为 1 第
6、 4 O卷 王伟, 等: 钢管混凝土柱施工阶段应力应变研究 第 1 2期 多数问题 的分析 , 性能稳定 。对这一过程能较好 的 进行模拟分析 , 取得可靠的分析效果 。 划分网格后 的有限元模型如 图8 所示。模型坐 标原点位于柱的顶部。 4 钢一 混凝土组合柱施工浇筑荷载分析 4 1 规范中关于模板的荷载 1 ) 模板及其支架 自重 ; 2 ) 新浇筑混凝土 自重 ; 3 ) 钢筋 自重 ; 4 ) 施工人员及施工设备荷载; 5 ) 振捣混凝土时产生 的荷载 ; 6 ) 新浇筑混凝土对模板侧面的压力 ; 7 ) 倾倒混凝土时产生 的荷载。 根据 建筑模板安全技术规 范 表 4 3 2 参
7、与模 板及其支架荷载效应组合的各项荷载应符合表 1 的 组合 。 表 1参与组合的荷载项 参与组合 的荷载项 模板类型 计算承载能力 验算刚度 平板和薄壳的模 板及支架 1 , 2 , 3 , 4 1 , 2 , 3 梁和拱模板的底板及支架 1 , 2 , 3 , 4 1 , 2 , 3 梁 、 拱 、 柱 ( 边长3 0 o mm) 、 ( 厚 3 0 0 m m ) 、 墙( 厚 1 0 0m m) 的侧 面 6 , 7 6 由于柱子体型 巨大 , 两边长均大于 3 0 0 mm, 所 以参与组合的荷载项应选取表中最后一栏。计算承 载力时是 6 、 7 , 即新浇筑混凝土对模板侧面的压力和
8、 倾倒混凝土时产生的荷载; 验算刚度计算变形时是 6 , 即新浇筑混凝土对模板侧面 的压力。 4 2 新浇筑混凝土对模板侧面的压力标准值的计算 混凝土对模板侧面的压力 F的计算分布图如图 9 所示 。 采用 内部振捣器时 , 新浇筑的混凝土作用于模 板 的最大侧压力 , 可按下列二式计算 , 并取二式 中的 较小值。 F=0 2 2 y c t o 。 ( 1 ) F= T H ( 2 ) 其中 : F一 新浇混凝土对模板的侧压力计算的标准值 ( k N m ) ; y 一 混凝土 的重力密度 ; 一 新浇筑混凝土 的初凝时间 ( h ) , 可按实测确 定。当缺乏实验资料时, 可采用 计算
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