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    某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究.pdf

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    某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究.pdf

    1、欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟欟收稿日期:作者简介:郭隆乾(),男,在读研究生,研究方向:结构工程。犱 狅 犻:某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究郭隆乾翁维素(河北建筑工程学院,河北 张家口 )摘要:既有建筑因荷载增大需对柱子进行加固,结合某钢结构门式刚架加固改造项目,提出一种对型钢柱内部贴焊预制钢管混凝土柱的新型加固方法。使用 对型钢柱建立未加固、粘贴钢板法加固、内部贴焊预制钢管混凝土柱的三个模型,进行静力加载,对比三者的破坏形态、荷载位移曲线、荷载挠度曲线。结果表明:贴焊预制钢管混凝土柱加固法

    2、较原柱提高 的受压承载力,位移延性系数提高 ,初始刚度提高 ,可作为新型加固方法。关键词:门式刚架;结构加固;钢管混凝土柱;贴焊连接中图分类号:犜 犝 文献标识码:犃 引言一般情况下,门式钢架厂房常因雪荷载超重,使得彩钢板、檩条、钢梁、钢柱发生损伤或破坏按目前的规范要求,建筑空间可利用时,可采取调整结构内力分布的方法,通过增设柱,削弱待加固柱的内力,使得加固后的结构和构件达到新的平衡状态对于单独的构件钢柱,常采用粘贴钢板、外包混凝土等方法提高其受压承载力施澄宇提出厂房加固设计的若干问题,结合工程实例从整体、构件设计及施工方面对厂房进行加固设计阳旭等提出一种外包混凝土的组合加固节点,并用有限元软

    3、件计算了节点的可行性杜宜军、杨随新等使用 对实际工程进行了改造后的整体抗震验算、构件的强度复核刘斐然等通过 布加固型钢柱,推导了偏压型钢柱经碳纤维增强复合材料加固后极限承载力计算公式殷占忠等对加固后的型钢部分外包混凝土柱进行单向轴压试验,研究表明,组合柱承载力和刚度均较高钟千对型钢进行翼缘贴钢加固,研究表明,粘钢加固法可大幅提高轴压承载力本文结合某钢结构门式刚架改造工程,抽取其中一根承受轴压力的型钢柱进行分析使用 建立该型钢柱未加固、采用粘贴钢板加固法和贴焊预制钢管混凝土柱的三个模型,进行静力加载,观察三者的破坏类型,得出荷载位移曲线、荷载挠度曲线,并计算、对比三者的受压承载力和位移延性系数为

    4、贴焊预制钢管混凝土柱加固型钢柱的推广提供参考 工程概况该门式刚架钢结构厂房因雪荷载超重,使屋面发生局部垮塌,相关檩条、梁、柱皆受到一定程度损伤其中一型钢柱截面尺寸为 ,长 ,材料为 ,两端铰接该钢柱因受屋面垮塌影响及使用功能重新调整,使得荷载增大据规范,改造时对该柱采用外贴 厚钢板的加固方法,使用 验算满足内力、变形等要求在贴焊预制钢管混凝土柱的加固法中,四根预制钢管混凝土柱与型钢沿纵向通过结构胶与焊缝连接本文研究的三种钢柱截面如图所示第 卷 第期 年月河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报犑 犗 犝 犚 犖 犃 犔犗 犉犎 犈 犅 犈 犐犐 犖 犛 犜 犐 犜 犝 犜 犈犗 犉犃 犚 犆 犎

    5、 犐 犜 犈 犆 犜 犝 犚 犈犃 犖 犇犆 犐 犞 犐 犔犈 犖 犌 犐 犖 犈 犈 犚 犐 犖 犌犞 狅 犾 犖 狅 犑 狌 狀 图钢柱截面 有限元模型 模型建立三个模型均采用:建模,型钢、外贴钢板、方钢管采用壳单元(),混凝土采用实体单元()模型参数见表本次分析采用显示动力学模块,准静态分析三个模型在位移控制条件下的受力过程钢管与核心混凝土的接触设置为硬接触,摩擦系数取为 ;钢柱与外贴钢板、钢柱与钢管混凝土柱均设为绑定连接柱下端均设为铰接以限制三向线位移,柱上端限制、向线位移和绕轴的转动对柱顶板形心位置施加 的压缩(向)变形三个模型的网格划分,兼顾计算持时与精度,经过试算确定有限元模型见

    6、图表模型参数模型编号尺寸加固方式加固构件尺寸柱高 未加固无 上下翼缘各粘贴一块钢板 内角贴焊根钢管混凝土柱 图有限元模型第期郭隆乾 等某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究 材料本构关系型钢柱、外贴钢板采用理想弹塑性模型,本构关系见图;钢管混凝土柱中,方钢管钢材采用二次强化模型,如图所示;核心混凝土本构关系采用规范 中的 模型所有钢材弹性模量取 ;混凝土强度等级为 ,弹性模量取 钢材泊松比取 ,混凝土泊松比取 ,钢材屈服点取 图型钢柱及钢板本构关系图钢管本构关系 有限元分析 破坏形态 破坏时的应力云图见图分析图可知:与 破坏类型相似,两个钢柱因柔度较大,临近破坏时在下部支座不远处发生局部屈曲,后

    7、导致整个柱子发生失稳破坏;的屈曲破坏区域较 的上移 因根钢管混凝土加强刚度,使得受力过程中,保持弯曲形态,未发生局部屈曲现象,破坏时发生整体失稳破坏图破坏形态河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报第 卷图荷载位移曲线 荷载位移曲线 计算得到荷载位移曲线如图所示 极 限 受 压 承 载 力 为 ,极限承载力为 ,极限承载力为 较 极限受压承载力提高 ;较 极限受压承载力提 高 ;较 承 载 力 提 高 经 计 算,初 始 压 缩 刚 度 为 ,初 始 刚 度 为 ,初始刚度为 ;较 初始刚度增加 ,较 初始刚度增加 与 荷载位移曲线形状、走向相似,两者极限承载力对应的位移也接近,表明 与 受压过

    8、程中的力学状态相似;采用钢管混凝土柱补强,使得整体截面的组合 刚 度大 大 提高,同 时,达到极限承载力的位移积累量明显低于 与 荷载挠度曲线图荷载挠度曲线 的荷载位移曲线如图所示分析图可知:和 在达到极限荷载之前,水平挠度很小,在发生局部屈曲后,挠度开始变大,承载力和挠度都稍高于 在 荷 载 加 至 接 近 时,侧向挠度增长缓慢,荷载超过 后,的 侧 向 挠 曲 增 速 变 快,荷 载 加 至 后,挠度增速变缓在荷载挠度曲线中,的荷载提高伴随较大位移的积累,的曲线平滑且没有骤变现象,可以认为 的延性优于 和 位移延性系数结合 荷 载位 移 曲 线,依 据 能 量 等 值法 计算 的位移延性系

    9、数,计算公式见式(),等值能量法示意图见图延性系数计算结果见表由表可知,较 延性系数提高 ,较 延 性 系 数 提 高 ,的位移延性系数比 的稍高钢管混凝土柱自身延性好的性能,使得 这种组合截面钢柱的延性得到加强犇狌犇狔()式中:犇狌表示曲线上极限点对应的位移;犇狔表示使用能量等值法确定的初始屈服点对应的位移第期郭隆乾 等某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究图等值能量法表位移延性系数编号相对 延性系数比值 结论本文对某门式刚架中 长型钢柱进行未加固、采用粘贴钢板加固、贴焊钢管混凝土柱三种方 法 加 固 的 对 比 分 析使 用 计 算 的极限受压承载力和延性系数得到的结论如下:()提出一种对型

    10、钢柱内部贴焊预制钢管混凝土柱的新型加固方法经 模拟计算,与 破坏时发生局部屈曲,导致钢柱失稳;破坏前未发生局部屈曲,保持整体弯曲形态,破坏时发生整体失稳破坏()对比 与 的计算结果,贴焊预制钢管混凝土柱加固法较原柱提高 的受压承载力,延性系数提高 ,初始刚度提高 参考文献 中华人民共和国住房和城乡建设部钢结构加固设计标准()北京,施澄宇某钢结构厂房加固改造设计工程实践建筑结构 ,():阳旭,赖涵,朱洪伟钢结构梁柱节点加固建筑结构 ,():杜宜军某发电厂厂房改造加固设计武汉大学学报(工学版),():杨随新,许嘉辉,柳冰强,等广州某医院框架结构加固改造设计研究建筑结构 ,():刘斐然,雷宏刚,完海

    11、鹰偏压作用下碳纤维布加固型钢柱承载力分析科学技术与工程 ,():殷占忠,孙源,许继祥,等部分外包混凝土加固后型钢柱的轴压性能试验江苏大学学报(自然科学版),():钟千粘贴钢板加固型钢柱轴压性能试验研究湖南大学,中华人民共和国住房和城乡建设部建筑结构荷载设计规范()北京,中华人民共和国住房和城乡建设部钢结构设计标准()北京,郑永乾,梁王赓,林益豪不同加载角度下多室形钢管混凝土柱偏压性能研究建筑结构学报 :钟善桐钢管混凝土统一理论 研究与应用北京:清华大学出版社,:中华人民共和国住房和城乡建设部混凝土结构设计规范()北京,过镇海,时旭东钢筋混凝土原理和分析北京:清华大学出版社,:河 北 建 筑 工

    12、 程 学 院 学 报第 卷犛 狋 狌 犱 狔狅 狀狋 犺 犲犚 犲 犻 狀 犳 狅 狉 犮 犲 犿 犲 狀 狋 犪 狀 犱犚 犲 犮 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀犇 犲 狊 犻 犵 狀狅 犳犃犘 狅 狉 狋 犪 犾犉 狉 犪 犿 犲犠 狅 狉 犽 狊 犺 狅 狆狅 犳犛 狋 犲 犲 犾 犛 狋 狉 狌 犮 狋 狌 狉 犲犌 犝 犗犔 狅 狀 犵 狇 犻 犪 狀,犠犈 犖 犌 犠 犲 犻 狊 狌(,)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴 (上接第 页)犃 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊狅 犳犇 犪 犿 狆 犻 狀 犵犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳犇 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犘 犻 犾 犲犛 狆 犪 犮 犻 狀 犵狅 狀犚 犪 犻 犾 狑 犪 狔犛 狌 犫 犵 狉 犪 犱 犲犣 犎 犃 犖 犌 犠 犲 狀 狓 犻 犪 狀 犵,犎 犝犣 犻 犾 犻 犪 狀 犵,犘 犃 犖犔 犲 狆 犲 狀 犵,犢 犝 犠 犲 狀,犣 犎 犃 犖 犌犎 狅 狀 犵,犉 犃 犖犢 犻 狀 犵(,;,;,)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;第期郭隆乾 等某钢结构门式刚架厂房加固改造设计研究


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