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钢筋混凝土基本原理范例

来源:尔游网

钢筋混凝土基本原理范文1

传统非线性分析大多采用以连续介质力学为基础的非线性有限元方法,侧重数学模型的描述,难以体现开裂截面局部转角和塑性铰等宏观变形特征。从物理模型的观点出发,提出能够反映宏观变形特征的变形凝聚法。在一维弹性问题分析的基础上,提出钢筋混凝土受弯构件基于变形凝聚概念的三阶段分析方法,按平均裂缝间距划分单元,与物理模型相吻合,且计算效率高。编制程序对同济大学预应力研究所近期完成的高强钢筋混凝土受弯构件系列试验进行了模拟,试验结果与程序计算结果吻合良好,表明该新方法是合理可行的。

关键词:

钢筋混凝土受弯构件;变形凝聚法;宏观变形特征;物理模型;非线性分析

中图分类号:

TU313

文献标志码:A

文章编号:1674-47(2014)05-0111-08

Analysis on Reinforced Concrete Flexural Members Using Deformation Condensation Method

Zhou Jianmin,Pan Xinghua,Chen Shuo,Zhang Fan

(School of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, P.R.China)

Abstract:

Traditional nonlinear analysis of RC structures usually adopts nonlinear FEM based on continuum mechanics, and it is hard to reflect macroscopic deformation characteristic, such as local rotation in crack sections and plastic hinge of failure stage. From the perspective of physical model, a new deformation condensation method is developed. The analysis of RC flexural members in the 1-D elastic problem involve three stages based on the concept of deformation condensation. RC flexural members were divided into several elements according to average crack spacing to get numerical model consistent with the physical model with higher computational efficiency tests of RC flexural members reinforced with high strength rebars conducted by Institute of Prestressed Structures in Tongji University, were simulated and the simulation results agreed well with the experimental data indicating that this novel method is applicable.

Key words:

RC flexural members; deformation condensation method; macroscopic deformation characteristic; physical model; nonlinear analysis

钢筋混凝土受弯构件在荷载作用下的受力过程是渐进的破坏过程,其力学行为由连续介质向非连续介质转化。带裂缝工作阶段,构件的弯曲变形主要集中在各裂缝局部区域,即开裂截面的局部转角;破坏阶段,构件的弯曲变形主要集中于主裂缝局部区域(塑性铰)。。传统钢筋混凝土构件或结构非线性分析方法大多建立在以连续介质力学为基础的非线性有限元方法上[1-3]。构成钢筋混凝土结构的有限元模型主要有3种方式:整体式、组合式和分离式。整体式模型把钢筋弥散于整个单元中,把单元视为连续介质材料;组合式模型以截面分层条带模型为代表,在构件分析中采用分段曲率积分法,结构分析中采用杆系有限元分析方法;分离式模型把结构离散为混凝土单元、钢筋单元和联结单元,进行二维平面或三维实体有限元分析。

传统有限元方法是连续介质力学的范畴,侧重数学模型的描述,单元之间用节点连接,认为结构的位移是连续的,变形则分布在单元内部,某种程度上忽视了混凝土结构的宏观变形特征,在反映开裂截面的集中转角和裂缝间距等概念上是有很大困难的。从宏观试验现象抽象出物理模型,推导弹性问题变形凝聚法(Deformation Condensation Method,DCM)分析的原理,进而对钢筋混凝土受弯构件的非线性分析作一些尝试与探索。

需要说明的是,变形凝聚法在弹性问题分析中的力学概念与刚体弹簧模型是相似的,但推导途径不同。刚体弹簧模型(Rigid Body Spring Model,RBSM)最早由日本东京大学Kawai教授在1976年提出[4]。在刚体弹簧模型的研究与应用方面,国内外一些学者也做了不少工作。Kawai等[5-6]进行了平面问题和结构的地震响应分析。Hamadi等[8]将RBSM用于分析预制预应力混凝土梁的受力性能。钱令希等[8-10]从数学的角度出发给出了刚体弹簧模型的数学基础和有限元列式,证明了其解的存在及唯一性,并据此编制了静力分析、热应力分析及安定性分析程序,取得了较好的计算结果。张建海等[11]采用刚体弹簧元分析边坡、坝基、坝肩等结构物在地震波作用下的动力稳定性。卓家寿等[12]从力学和数学两个角度阐明了刚体弹簧元法的机理,导出了界面应力的一般公式,根据哈密顿原理,推导了刚体弹簧元分析结构动力响应的计算公式。王怀亮等[13]把刚体弹簧元法应用于全级配混凝土本构行为研究,将混凝土细观上看成是由骨料、硬化水泥砂浆及其两者之间的粘结带组成的三相非均匀复合材料,通过数值模拟,研究全级配混凝土的破坏过程及其宏观力学响应特性。

1 变形凝聚法的基本原理

1.1 基本概念

从物理模型的观点出发,把结构离散为若干刚性单元,以单元形心处的刚移为基本未知量,变形全部集中在单元之间的交界面上,进而对离散后的非连续力学系统进行求解。变形凝聚法最终形成整体刚度矩阵的带宽和体积均小于传统有限元方法,计算量比传统有限元小。

从固体力学的三大基本方程(平衡方程、几何方程和物理方程)出发推证一维弹性问题变形凝聚法分析的基本原理,在此基础上进行钢筋混凝土受弯构件的非线性分析。

1.2 一维弹性问题的分析方法

1.2.1 基本假定 1)单元变形凝聚到两边交界面上,单元视为刚体;2)以单元形心处的刚移作为基本未知量;3)小变形假设,不考虑几何非线性。

1.2.2 单元划分 以简支梁为例,阐述一维弹性问题的单元划分方法。如图1所示,一根简支梁长度为L,等间距划分为A、B、C和D共4个刚性单元。2、3和4交界面为单元与单元之间的交界面,该类交界面凝聚其左右单元一半的变形;1和5交界面为单元与边界之间的交界面,该类交界面凝聚边界单元一半的变形和支座变形。

1.2.5 弹性分析程序编制和验证

按照上文阐述的基本原理,运用MATLAB软件编制一维弹性问题分析程序,图4~5给出了程序的流程图。采用弹性分析程序对多种算例进行了计算和并用ANSYS程序验证。算例分析表明该方法计算量小,收敛速度快。限于篇幅,仅给出简支梁算例。简支梁跨度10 m,跨中作用竖向集中力P=10 kN;矩形截面尺寸:宽0.1 m,高0.2 m;材料性质:弹性模量E=2.0×1011 N/m2,剪切模量G=0.4E,矩形截面剪切形状系数取1.2。计算结果如图6所示,可以看出,随着单元划分数目的增加,跨中挠度迅速收敛于ANSYS解,体现出该方法计算量小,收敛速度快。

1.3.3 程序编制

编制钢筋混凝土受弯构件变形凝聚法分析程序,其核心求解子程序与弹性分析程序一致。逐级施加荷载,采用全量法(割线刚度法)进行分析。弯矩转角关系由截面弯矩曲率关系间接得到。截面弯矩曲率关系由截面分层条带法编制程序计算,其基本原理可参考相关文献,此处不再赘述。钢筋混凝土受弯构件变形凝聚法分析程序框图如图9所示。

截面弯矩曲率关系需要选取合适的材料本构关系。混凝土单轴受压本构关系选用文献[20]附录C给出的混凝土单轴受压应力应变曲线。混凝土单轴受拉本构关系采用文献[3]中的曲线直线模型。CRB550钢筋是一种没有明显屈服点的硬钢,采用双斜线模型。热轧带肋钢筋本构关系采用理想弹塑性本构模型。预应力钢绞线的本构关系采用文献[14]定义的三折线模型。本构关系中材料力学性能指标均采用实测平均值。

3 结 论

提出了一种概念新颖的方法――变形凝聚法,并尝试用于钢筋混凝土受弯构件的非线性分析。变形凝聚法思想独特,物理概念清晰,结构的作用效应(变形和内力)计算比较精确和方便,与传统有限元相比计算量更小,能更为客观地刻画出宏观试验现象表现出的物理模型。编制了非线性分析程序,对钢筋混凝土受弯构件试验进行了模拟,试验结果与程序计算结果吻合良好,表明该方法的合理性与准确性。在构件分析层次上进行初步探索,对框架结构及平面问题的分析还有待于今后进一步研究。参考文献:

[1]

朱伯龙, 董振祥. 钢筋混凝土非线性分析[M]. 上海: 同济大学出版社, 1984.

[2]吕西林, 金国芳, 吴晓涵. 钢筋混凝土结构非线性有限元分析理论与应用[M]. 上海: 同济大学出版社, 1997.

[3]顾祥林, 孙飞飞. 混凝土结构的计算机仿真[M]. 上海: 同济大学出版社, 2002.

[4]Kawai T. New discrete models and their application to seismic response analysis of structure[J]. Nuclear Engineering and Design,1978, 48: 207-229.

[5]Tadahiko K W, Kazou K D. New beam and plate bending elements in finite element analysis [J]. Seisan Kenkyu, 1976, 28(9): 409-412.

[6]Tadahiko K W, Yutaka T. A new elements in finite element in discrete analysis of plane strain problems [J].Seisan Kenkyu, 1977,29(4):204-207.

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[10]Qian L X, Zhang X. Rigid finite element and its applications in engineering [J]. Acta Mechanica Sinica, 1995, 11(1): 44-50.

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钢筋混凝土基本原理范文2

一、选择题(每题2分,共20分)

1.影响有腹筋梁斜截面抗剪能力的主要因素是(D)。

II.混凝土强度

IV.箍筋数量及强度

B.

I、川、N

D.

I、IK

Ilk

IV

I.剪跨比

III.纵向受拉钢筋配筋率

A.

I、II.

N

C.

I、IK

III

2.

一对称配筋的钢筋混凝土构件两端固定,由于混凝土收缩(未受荷载)(.B)。

A.混凝土中产生拉应力,钢筋中产生拉应力

B.混凝土中产生拉应力,钢筋中产生压应力

C.混凝土中产生压应力,钢筋中产生拉应力

D.混凝土中产生压应力,钢筋中产生压应力

3.无腹筋梁斜截面的破坏形态主要有斜压破坏、剪压破坏和斜拉破坏三种。这三种破坏的

性质是(A)。

A.都属于脆性破坏

B.都属于延性破坏

C.斜压破坏和斜拉破坏属于脆性破坏,剪压破坏属于延性破坏

D.斜拉破坏属于脆性破坏,斜压破坏和弯剪破坏属于延性破坏

4.其他条件相同,钢筋的保护层厚度与平均裂缝间距、裂缝宽度(指构件表面处)的关系

是(A)o

A.保护层越厚,平均裂缝间距越大,裂缝宽度也越大

B.保护层越厚,平均裂缝间距越小,但裂缝宽度越大

C.保护层厚度对平均裂缝间距没有影响,但保护层越厚,裂缝宽度越大

5

.根据预应力度对加筋混凝土结构进行分类时,当(A)时为钢筋混凝土结构。

A.

A

=0

B.

1

>

2

>

C.

2

21

6

.提高梁斜截面抗剪强度最有效的措施是(C)。

A.提高混凝土标号

B.加大截面高度

C.加大截面宽度

7

.钢筋混凝土粱的受拉区边缘达到下述(D

)时,受拉区开始出现裂缝。

A.混凝土实际的抗拉强度

B.混凝土的抗拉标准强度

C.混凝土的抗拉设计强度

D.混凝土弯曲时的极限拉应变值

8

.当混凝土双向受力时,它的抗压强度随另一方向压应力的增大而(A

)。

A.增加

B.减小

C.不变

9

.混凝土保护层是具有足够厚度的混凝土层,取(C

)至构件截面边缘的净距。

A.钢筋中心

B.钢筋内表面

C.钢筋外表面

10

.受扭构件的配筋方式可为(B

)。

A.仅配置抗扭箍筋

B.配置抗扭箍筋和抗扭纵筋

C.仅配置抗扭纵筋

D.仅配置与裂缝方向垂直的45。方向的螺旋状钢筋

得分

评卷入

二、填空题(每空1分,共30分)

1

.公路桥涵设计中所采用的荷载有

永久荷载

可变荷载

和偶然荷载三类。

2

.超筋梁的破坏始于,破坏时挠度不大,裂缝很细,属于

破坏。

3

.适筋梁中规定“,其意义是使粱不致为超筋梁;〃,其意义

是致为少筋梁。

4

.对于小偏心受拉构件的强度计算图式,不考虑

的受拉工作;构件破坏时,

钢筋Ag及的应力均达到

5

.先张法是靠

来传递和保持预应力的,而后张法是靠

来传递并保持预应力的。

6

.正常使用极限状态对应于结构或构件达到

某项规定限值。

7

.受弯构件正截面的抗裂度计算是以h应力阶段为依据,裂缝宽度验算是以

力阶段为依据,强度计算是以Hla应力阶段为依据,变形阶段是以

应力阶段为依据。

8

.纵向钢筋的配筋率越大,梁的抗剪强度也越大,纵向钢筋对抗剪的主要作用有两个:一

是抑制

开展,二是

作用。

9

.根据配筋率的多少,钢筋混凝土矩形截面受扭构件的破坏形态一般可以分为少筋破

坏、破坏、破坏和部分超筋破坏。

10

.《公路桥规》规定了各种板的最小厚度:行车道板厚度不宜小于:人行道板厚

度不宜小于(现浇整体式)和50mm(预制)。

11

.在双筋矩形截面梁的基本公式应用中,应满足两个适用条件:其中一条是为了防止—

,而第二条是为了防止

未达到屈服强度时强度取值不合理。

12

.矩形粱的宽高比一般为,T形粱的一般为

3

13

.钢筋混凝土偏心受压构件中的短柱和长柱均属

破坏;细长柱则为

破坏。

14

.简支梁第一排弯起钢筋的末端弯折点应位于

截面处,以后各排弯起钢

筋的末端弯折点应落在或超过前一排弯起钢筋

截面。

15

.结构的、适用性和

这三者总称为结构的可靠性。

这三者总称为结构的可靠性。

16

.构件的轴向拉力作用在受压钢筋和受压钢筋的中间的是

偏拉构件。

得分

评卷人

三、简笞题(每题6分,共24分)

答:

1.影响受弯构件斜截面抗剪能力的主要因素是什么?

2.当梁的下部布置一排四根、直径为22亳米的钢筋时,梁的宽度b至少应为多少?

答:

3

.简要说明预应力混凝土结构的基本原理。

答:

4

.钢筋混凝土梁中有哪几种钢筋?各起什么作用?

答:

得分

评卷人

四、计算题(共25分)

1

.已知一单筋矩形梁截面尺寸bXh为20cmX45cm,混凝土标号20号(R『UMPa),采

I

级钢筋(R

g=240MPa),

Ag=13.56而,y

s=1.25,

y

c=

1-25,

a=38mm,

j

g

=0.65,

该截面是否能承受计算弯矩65kN-m的作用。

(10分)

解:

2

.己知矩形截面偏心受压构件,截面尺寸b

X

h=400

X

600mm计算长度10

=4cm,受

压钢筋Ag=1520mm2受拉钢筋Ag=1256mm2。20号混凝土,I【级钢筋。承受计算轴向压

力Nj=1000kN,计算弯矩Mj=303.4kN

-m验算该构件是否满足承载力要求。

(15分)

(Ra=llMpa,

Rg=

R

,=340Mpa,。讴=0.55,,化=。.9,丫二=1.25,

%=1.25,“=1.105,中=0,5)

解:

一、选择题(每题2分,共20分)

l.D

2..B

3.A

4.A

5.A

6.C

7,D

8.A

9.C

10.B

二、填空题(每空1分,

1

.永久荷载

2

.受压边缘混凝土

3

.

V

U

max

4

.混凝土

5

.粘结力

6

.正常使用

7

.

IK

8

.斜裂缝

共30分)

可变荷载

脆性

>

U

niax

抗拉设计强度

工作锚具

耐久性能

Ha

销栓

超筋

80mm

受压钢筋

1/3

失稳

弯起点

耐久性

(2分)

(3分)

(2分)

9

.适筋

10

.

lOOimn

11

.超筋

12

.

1/2.5

13

.材料

14

.支座中心

15

.安全性

16

.轴心

三、简答题(每小题6分,共24分)

1

.答:影响受弯杆件斜截面抗剪能力的主要因素是:剪跨比、混凝土强度、纵向钢筋配筋

率及配箍率和箍筋强度。

2

.答:b^4X2.2+(4—

1)X3+2X2.5=22.8cm

b=25cnio

3

.答:预应力混凝土的基本原理是在结构承受外荷载之前,预先对由外荷载引起的混凝土

受拉区施加压应力,即建立人为的应力状态,以抵消或减少外荷载产生的拉应力,使构件在

使用荷载作用下不开裂或推迟开裂或开裂宽度较小。

4

.答:钢筋混凝土梁有:纵筋(主筋)、斜筋(弯超钢筋卜箍筋、架立钢筋、纵向水平钢筋。

纵筋(主筋):参与截面抗弯,承受拉力或压力;

斜筋(弯起钢筋):参与截面抗剪,承受竖向剪力:

箍筋:参与截面抗剪(承受竖向剪力),固定纵筋位置:

架立钢筋:固定箍筋位置;

纵向水平钢筋:抵抗温度和收缩应力。

四、计算题(共25分)

1.

(10

分)

解:(1)计算混凝土受压区高度X

a=38nun,则有效高度

ho=45

3.8=41.2cm

(4

240x1356

X

=

=

=14.79cm

,

2

h0=0.65X41.2=26.78cm

Rab

11x200x10

符合要求。

(2)计算截面所能承受的最大计算弯矩

Mu=—

Ra

b

X

(ho

-X/2)=

X11

X200X

147.9X(410-147.9/2)X

IO-6

r

1.25

=87.98kN

m>Mj=65kN

m(3

分)

(3)该截面能承受计算弯矩65kN

-m的作用

2.

(15

分)

解:(1)大、小偏心受压的初步判定

e0

=

=303.4mm

N/

故r|eo=335.3mm

>0.3

ho

=0.3

X

560=168mm可先按大偏心受压计算.(2分)

(2)大、小偏心受压的初步判定

“仇人%一々=600/2-40=

26。〃)洁明纵向力不作用在拉压钢筋之间。

e

=

〃eo

+

〃/

2-a

=

59

5.3mm

9

1

e

=,7e「h12

+

a

=7

53mm

.、/,

R.A^-R^A.e

=197〃”〃

x—十的0—e)

+2x

Rb

4

.ho

=

0.55x360=

19&ZZ/Z?

x

v

jgho,x

>

2a'=80mm,确属大偏心受压

(3)计算该构件所能承受的最大纵向力

1

1

N“

=乙,[歹凡—+“(弋

A

-

&

A)]

J

C

X

=O.9

5[pi^xl

lx400x

279.5+

pi^(340x

1520-340x125(^]

=1002.9KN

>

Nj

=1000KN

满足正截面承载力要求。

(4)垂直于弯矩作用平面的截面目核

1

1

.

M

=

“J—R“+丁凡(4

+

4)]

/

C

/

S

(5分)

(5分)

(3分)

=0.5x0.95[卷

xllx

400x600+^x340(1256+152()]

钢筋混凝土基本原理范文3

【关键词】 废旧楼房;拆除爆破;设计与施工

【中图分类号】 TU722 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123(2013)05-080-01

建筑结构的分类,按照所用材料的不同可分为:钢筋混凝土结构、砌体结构、木结构、钢结构等;按照其受力性能的不同可分为:有框架结构、剪力墙结构、壳体结构等。而在经济全球化迅速发展和人们生活水平日益提高的今天,却面临着快速拆除各种废旧楼房的烦恼和来自一些危险建筑物的不安全感,因此,如何快速处理这类建筑物成了我们城市化过程中的苦恼。本文将重点介绍建筑物的爆破拆除及其原理,为我们在城市化建设中扫除障碍。;砖混结构,石砌体结构的一种,主要指建筑物中竖向承重结构的墙、附壁柱等采用砖或砌块砌筑,柱、梁、楼板、屋面板、桁架等采用钢筋混凝土结构;排架结构,即由屋顶、钢筋混凝土梁和柱作为主要承重构件,屋顶和柱顶之间是铰接的建筑结构;框架结构:即由现浇的钢筋混凝土梁、柱、板作为主要承重构件,梁和柱之间是刚性连接,构成了一个整体钢架。

1 楼房类建筑物拆除方法

楼房类建筑物的拆除方法主要有:人工法;机械法(吊车锤拆除法、吊车拆卸法、挖掘机拆除法;装载机拆除法);爆破拆除法(钻孔爆破法;水压爆破法;水孔爆破法;糊炮爆破法);综合拆除法等。在诸多的拆除方法中,应用最多、最广的便是爆破拆除法。

2 楼房拆除爆破的基本原理

在进行楼房爆破的设计与施工过程中,需根据爆破对象的介质特性、结构尺寸和边界条件,爆区环境,安全要求等条件进行设计。。

微分原理:合理地确定孔网参数、用药量以及装药结构,使炸药均匀地分布到被爆破介质中,形成多点分散的布药形式,防止能量过于集中,这一设计原理称为微分原理。有人也称之为多打孔,少装药的设计方法。

等能原理:根据被爆破物状况、环境条件及工程要求,优选爆破参数,以期使每个炮孔内炸药爆炸释放出的能量与该孔周围介质达到预期爆破效果所需的能量相等,这一原理称为等能原理。

失稳原理:爆破拆除楼房等建筑物的爆破设计指导思想是:分析被拆除物的受力状态,然后爆除结构物的某些关键承重部位,使之失去承载力,结构物整体失去稳定性,在其自重作用小坍塌或倾倒,这一设计思路为失稳原理。

缓冲原理:选择合理的装药结构或适宜的炸药品种,缓和爆轰波峰值压力对介质的冲击左右,使爆炸能量得到合理的分配和利用,以期达到减少爆破危害、改善爆破效果的目的,这一原理称为缓冲原理。

3 楼房类建筑物的爆破拆除方案

楼房类建筑物爆破拆除,主要应用失稳原理确定布孔范围,应用微分原理确定孔网参数,应用等能原理确定单孔装药量,并设计可靠合理的爆破网路,使埋设在爆破缺口范围内各承重构件上的炸药按设计要求顺序起爆,迫使被拆除建筑物倾倒坍塌。在楼房拆除爆破中造成建筑物结构失稳的方法有三种:不同爆高法,不同时差法,重心移出法。

楼房拆除爆破的基本方案有:单向倾倒、单向折叠倾倒、双向折叠倾倒、内向折叠坍塌、原地坍塌等五种。

单向倾倒爆破:在拟拆除建筑物的底部布置一个三角形或梯形爆破缺口,缺破后,建筑物上部结构在重力作用下产生倾覆力矩,绕某个轴线转动,向预定方向倾倒、坍塌触地撞击解体破碎。

单向折叠倾倒爆破:在拟拆除的楼房内,布置两个或两个以上的同向爆破缺口,将大楼在竖向上分成几段,各缺口分次微差起爆或同时起爆,使建筑物失稳,各分段楼体在自重作用下向同一方向倾倒。

双向折叠倾倒爆破:在拟拆除的楼房内,布置两个或两个以上的反向爆破缺口,将大楼在竖向上分成几段,各缺口分次微差起爆或同时起爆,使各分段在自重作用下向不同方向坍塌倾倒。

内向折叠坍塌爆破:对于宽高比基本相等或平面尺寸的长度、宽度大于高度的建筑物,在被拆除建筑物内布置一个或多个内高外低的梯形爆破缺口。每个爆破缺口先爆中间、后爆两侧部位;有数个爆破缺口时,先爆上部缺口,后爆下部缺口,迫使建筑物向内倾倒坍塌。这种拆除爆破方案适用于被拆除建筑物四周场地较小,建筑物宽高比不大于一的框架结构楼房,砖混结构楼房等建筑物的爆破拆除。

原地坍塌爆破:根据被拆除建筑物的高度不同,布置一定高度的一个或多个爆破缺口,将缺口内的承重墙,承重立柱及部分横梁钻凿爆破孔,从上到下依次爆破各个缺口。建筑物在自重作用下坍塌触地并相互碰撞而解体。

4 影响楼房爆破拆除方案选择的主要因素

除选择合理的爆破方案外,主要影响因素便是被拆除楼房周围环境、楼房结构形式和尺寸。楼房一侧有不小于楼房高度的开阔场地,可优先采用工程量少的定向倾倒爆破方案;倒向侧场地大于楼房高度一半而小于楼房高度,且楼房宽高比较大,可考虑采用单向折叠坍塌爆破方案;楼房四周场地均不足楼房的高度,且楼房宽高比较大,可考虑采用双向折叠倾倒爆破方案;楼房四周场地均不足楼房的高度,若楼房宽高比较小,要考虑原地坍塌或内向坍塌爆破方案。

另外,考虑到冬季室内保温的需要,北方地区的楼房墙体较厚,南方地区的楼房墙体则较薄,地震多发地区楼房抗震性能较好,而有些地区则对房屋的抗震性能要求较低,这些因素在楼房爆破拆除设计中均应该充分考虑。

参考文献

1 冯叔瑜等.城市控制爆破.北京:中国铁道出版社,1987

2 杨人光等.建筑物爆破拆除.北京:中国建筑工业出版社,1985

3 金骥良等.拆除爆破设计与施工.北京:中国铁道出版社,2004

钢筋混凝土基本原理范文4

关键词:现浇钢筋混凝土;空心楼板;设计与施工;新技术

中图分类号:TU75 文献标识码:A

一、 概述

“十二五”时期,我国将全面进入降低碳排放战略的实施期,实施日益严格的节能减排,对于所有产业的节能减排约束持续加大,以实现可持续发展。减排的重要领域,建筑产品的节能减排性质、所使用的建筑材料所受的增多,建筑业企业在贯彻落实节能减排战略中的责任不断加大。现浇钢筋混凝土空心楼板代替现浇钢筋混凝土实心板便是建筑业节能减排的重要课题之一。

现浇混凝土空心板主要难点不在设计上,主要是在现场施工上,确切地讲是在现浇构件的成孔的处理上。由于每一个工程的面积、构件的尺寸、施工场地的条件都不一样,在工程施工现场上进行混凝土楼板的实心化施工,其施工条件就远远不及在固定的预制厂内生产空心楼板那样方便,施工现场没有预制厂那样的开阔的预制场地,更没有充足的空间将内模板从混凝土板内取出,成孔内模板是一个主要问题。

阻碍现浇混凝土空心板施工技术发展的关键因素还是受到以往预制空心楼板成孔思维定势影响,预制空心板的成孔内模板在成孔完成后是可以取出来的,但在不同环境下的施工现场有时很难做到。当出现了免拆模板的概念,即内模板在施工完成后不取出而在施工完成后成为结构的一部分,就彻底解决了现浇混凝土楼板现场成孔的难题,现浇混凝土楼板的技术得到了很大的发展。图一就是在现浇钢筋混凝土楼板中预先放入非抽芯式高强轻质薄壁管模板,当完成楼板的现浇混凝土浇筑施工后楼板就形成了空心楼盖体系,这就是常见的现浇钢筋混凝土空心楼板的截面形式。

二、现浇混凝土空心楼板的基本原理

在钢筋混凝土受弯构件中,在矩形截面计算中,由于受拉区混凝土开裂不能参加受拉工作,如果把受拉区两侧的混凝土挖去一部分,余下的部分以能容纳受拉钢筋为度,原来的矩形截面就变成了T形截面。它与原来的矩形截面相比,承载力没有降低,但节省了不必要的混凝土,减轻了结构自重。基于这个原理,现浇混凝土楼盖所埋置的高强轻质复合薄壁圆管就置换出相同体积的混凝土,框架楼板就可以等效成为工字形截面构件(见图二)。

从截面强度来看,其计算模型按工形截面的强度计算,这两种楼板的承接能力是等同的。见图三。

基于这一原理,便采用现浇凝土空心楼盖来代替实心楼盖,即构成框架的空心楼盖体系。在现浇楼板中放置了高强轻质复合薄壁体构件,形成孔洞,沿布管方向的板的正截面就变成了“工”字形截面;。由于“工”字形截面减轻了自重,故板的配筋比等厚的实心板要少,同时也减轻了柱的基础的荷载。

三、空心楼板的设计要求、构造要求

1设计要点。

(1)结构布置原则为柱与柱、柱与剪力墙间设置框架,框架梁围成的板采用现浇混凝土空心板。

(2)框架梁可根据工程不同情况,分别采用普通框架梁、框架扁梁,在无梁楼盖中采用暗梁。

(3)主体结构计算时,板厚按空心板实际厚度输入,但需按空心板折算厚度输入板自重。

(4)现浇混凝土空心板可按实际支承情况分别按单向、双向进行配筋计算。对双向板应按“空间等代虚拟井式梁结构”设计计算。

2一般构造要求除符合一般楼板构造要求外还需符合下列要求:

(1)板厚一般可取为(1/30~1/35)L;(L为板的短向跨度)。

(2)空心率宜为30%~50%。

(3)适用于板跨6~10m(非预应力)或10~25m(预应力)。

(4)管上下及管与管之间混凝土最小厚度(宽度)为50mm。

(5)每节管的长度宜在1000~2000mm,管与管间留50~100mm宽板肋,在板肋间可配适量钢筋增强楼板的整体性。

(6)现浇混凝土空心楼盖角部应配制附加钢筋,应符合下列规定:

①楼盖角部空心楼板板顶、板底均应配置附加钢筋,配筋的范围从支座中心算起,两个方向的延伸长度均不小于所在角区格板短边跨度的1/4。附加钢筋在支座处应按受拉钢筋锚固。

②附加钢筋可采用正交钢筋网片,板底、板顶附加钢筋在两个方向的配筋率均不应小于0.2%,且直径不宜小于8mm,间距不宜大于200mm。

③当空心楼板需要开洞时,应符合国家现行标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)、《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)的有关规定。

④洞口的周边应保证至少100mm宽的实心混凝土带。在洞边应布置强度补偿钢筋,每方向的补偿钢筋面积不应小于切断钢筋的面积。

3空心楼盖在两个主受力方向的计算简图。顺管方向截取一个孔距的板宽,将空心管部分按等效截面积、等效形心、等效惯性矩的原则换算成矩形,折算成工字型截面,见图四。

等效面积拆算原则:

等效惯性矩原则:

等效形心通过连解上述二式可以得到:

垂直管的方向截取一个垂直管孔方向肋中心距离的板长,简化为工字型面,见图五。

这样,在得到了楼板的内力值后,就完全可以将空心板作为工字型截面进行承载力和正常使用极限状态进行验算。由于楼盖空心后的自重得以降低,在混凝土受压区高度不大于受压翼缘高度的常规情况下,钢筋用量与普通框架(楼板与次梁钢筋总的用量)相比基本持平。

4空心楼盖抗变刚度的折减。由于楼板做成空心之后,其两个方向的刚度有所降低,由于高强薄壁管位于中性轴附近,因此与减轻的楼板自重相比较刚度下降的幅度不大,但两个方向降低幅度有所不同。按典型的楼板模型进行分析:

假设楼盖厚度为600mm,采用直径为400mm高强薄壁管作为非抽芯式空心孔,管中心间距为480mm,单节管长1200mm,肋宽100mm,实心楼板与空心楼板的比较如表一所示。

从表一可以得到如下结论:由于采用空心楼板后,楼板的自重降低的幅度较大,由此可相应地降低建筑物的地震反应,而楼板的刚度降低的幅度相对较小,这个结果对于框架结构而言,采用空心楼板来代替实心楼板,无论是承受竖向荷载方面还是承受水平荷载均是非常有利的。

(5)经济效果。以8.4m×8.4m柱网楼盖为例在荷载和净高相同的条件下进行了经济比较,见表二。

结论

除了施工工艺相对较复杂外,现浇钢筋混凝土空心楼板相对实心板具有许多优点。

参考文献

钢筋混凝土基本原理范文5

关键词:混凝土 钢筋锈蚀

一、混凝土中钢筋产生锈蚀的原因

1.碳化的影响,混凝土含有少量的氧化钾和氧化钠等PH值达到13的化学物质,此外在混凝土的孔隙中含有碱性很高的氢氧化钙溶液,这种溶液的PH值能达到12.5,在这种高碱性的环境中,钢筋的表面会形成一种水化性的氧化层膜,使钢筋处于钝化的状态,因此成为“钝化膜”。通常情况下,有两种因素可以使钝化膜遭到破坏,一是混凝土的碳化使钢筋所处位置的PH值降低,碱性减小,二是钢筋表面有足够的游离氯离子分散。

2.氯离子的影响,由于氯离子的半径较小,且活性较大,容易在衔接区或结晶区等氧化膜有缺失的地方形成吸附,当这些地方溶液中氯离子浓度达到一定高度时,即使该溶液的PH值大于11.5,周围的环境碱性较高,氯离子穿透氧化膜的能力非常强,穿透到氧化膜的内层并形成易溶解的氯化铁,使氧化膜开始溶解,破坏钝化膜,并导致钢筋产生锈蚀。

3.环境因素的影响,环境因素对混凝土中钢筋锈蚀的影响主要体现在相对湿度的作用,相对湿度对钢筋锈蚀的影响体现在两个方面,一是影响混凝土中氧元素的流散,二是影响混凝土的电导率,这两方面的影响主要影响钢筋的碳化速度和电化学锈蚀速度,从而直接加速钢筋的锈蚀。通过实际的调查显示,在室内比较干燥的环境下,混凝土中的钢筋碳化速度非常慢,即使钢筋表面产生部分碳化也不是形成锈蚀。相反,在湿度比较大的环境下,尤其在经常下雨或者渗水的环境下,混凝土中的钢筋产生锈蚀的速度比较快,并且容易产生锈蚀。

4.混凝土的保护影响,混凝土对钢筋的保护作用主要体现在两个方面,一是混凝土成分的高碱性使钢筋表面形成具有保护作用的钝化膜,二是混凝土对外界的一些破坏性有阻拦作用,这种保护作用的大小取决于混凝土的密实度和厚度。当混凝土的碱性、密实度和厚度达不到一定程度时,对钢筋就起不到很好的保护作用,钢筋在比较潮湿的环境下就容易产生锈蚀。

二、钢筋锈蚀对混凝土建筑的危害

随着人们对钢筋混凝土优越性的不断认识,钢筋混凝土在建筑方面也得到了广泛的应用,推动了建筑事业的发展,但是钢筋混凝土也存在着自身的问题,其中重要的就是混凝土中钢筋锈蚀的危害,钢筋锈蚀后会导致钢筋本身性能的下降,并影响整个混凝土建筑的作用,其危害主要体现在一下几个方面。

1.钢筋锈蚀减小钢筋的受力面,科学实验表明,当钢筋的截面损失率达到5~10%的时候,钢筋的抗压强度和延伸率就会开始下降,当截面损失大于10%且小于60%时,钢筋的各项性能指标会受到严重的影响。

2.钢筋锈蚀使混凝土与钢筋的结合强度下降,钢筋表面产生锈蚀后,钢筋外层就会被氧化,失去原有的支撑性能,这就导致在有支撑作用的钢筋和混凝土之间产生一定的缝隙,从而导致钢筋所承受的拉伸强度都传递给了混凝土。

3.钢筋锈蚀物的破坏,钢筋锈蚀后所产生的氧化物是原有钢筋体积的2~4倍,锈蚀物在混凝土和钢筋的结合处聚集,在里面钢筋的支撑下,对外层的混凝土的挤压力增大,导致混凝土起鼓、开裂,最后脱落。混凝土遭到破坏后,不但支撑作用遭到破坏,对钢筋的保护作用也没有了,不但影响了钢筋混凝土建筑的正常使用,甚至会有安全危险。

钢筋锈蚀问题是影响钢筋混凝土建筑耐久性的主要原因,因此,钢筋锈蚀问题应该得到足够的重视。

三、预防钢筋锈蚀的措施

1.保证外层混凝土的质量,这里所提到的沪宁图质量主要是指混凝土的碱性指标、厚度和密实度。混凝土的高碱度可使钢筋表面形成钝化膜,对钢筋有保护作用,混凝土的保护层可以阻止外界腐蚀介质、氧气和水分的渗入,保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度有着密切的相关,适当加大保护层厚度是提高混凝土结构耐久性延长混凝土结构使用寿命的重要措施。。 (2)控制水灰比和水泥用量,降低混凝土拌合用水量,可以提高混凝土的密实度、降低混凝土的孔隙率,但如果纯粹的降低用水量,混凝土的工作性能将随之降低,同样造成混凝土的不密实,甚至出现蜂窝等现象。控制混凝土材料的水灰比对钢筋锈蚀有着重要的影响,控制水泥用量是为了保证混凝土的密实性,通常规定不能低于最小用量,但水泥用量过多,会引起收缩和水化热过大而引起开裂。 (4)选用高性能混凝土、自密实混凝土,有条件时,混凝土宜采用有利于提高混凝土结构耐久性的高性能混凝土和自密实混凝土等。

2.使用性能良好的外加剂,钢筋混凝土的外加剂主要有减水剂、引气剂和阻锈剂,严格控制这三种外加剂的质量对防治钢筋锈蚀有重要的作用。减水剂尽可能采用高效减水剂,在混凝土中掺人了减水荆后,可以改善混凝土的和易性,便于浇筑和振捣,在保证流动性和不变更水量的条件下,可以减少用水量,从而提高混凝土的抗渗性,增加钢筋的抗腐蚀性。掺人引气剂,可在混凝土搅拌过程引入大量分布均匀的微小气泡,以减少混凝土拌合物的泌性质,硬化后大量均匀分布的封闭气泡切断了混凝土中的毛细管渗水通道,使混凝土抗渗性显著提高,从而提高了抑制水分、空气、化学介质和外界环境中氯离子等的侵蚀。阻锈剂在拌制混凝土时适量加入,钢筋阻锈剂的作用是钢筋钝化膜被破坏时能够自行再生,自动维持,从而避免钢筋腐蚀,提高钢筋抗锈蚀的能力。

3.加强对钢筋混凝土建筑的日常维护

做好建筑结构的日常维护和保护工作,对结构的耐久性现状进行定期检查和评价,积累检测资料,及时分析处理,对结构出现的早期劣化现象应及时进行维修,使混凝土保护层和建筑工程的内、外墙的粉刷保持完好,避免混凝土受到有害环境物质的污染和侵蚀。

钢筋锈蚀对钢筋混凝土的影响很大,加速钢筋混凝土结构的老化,因此,理清钢筋锈蚀的基本原理和原因,采取具有针对的措施对减小钢筋锈蚀和维持钢筋混凝土结构的使用寿命有重要意义。

参考文献

钢筋混凝土基本原理范文6

【关键词】钢筋混凝土;地下室;结构;无缝;施工技术

1. 引言

随着我国社会经济的快速发展,建筑物逐步向大型化和多功能化发展,超长(即大于温度伸缩缝的间距)高层或者大柱网的建筑正不断涌现,混凝土的强度等级提高,施工中的泵送混凝土的工艺应用,让超长混凝土的结构容易出现温度的收缩裂缝逐渐增多。虽然这一类裂缝一般不会影响构件的承载力与结构安全,却影响结构的整体性和耐久性,尤其是给一些防渗要求较高的建筑带来了严重的渗漏隐患。

2. 工程概况

某工程住宅楼,单体建筑面积12960m2,地上12层,框架结构。地下室为1层,主楼主体高度为46.71m, 长60.6m,宽13.8m。地下室混凝土标号C30P8;外墙厚度分别为240mm,地下室长度超过了规范规定的45m。

3. 无缝设计的思路和基本原理

无缝设计的思路是“抗放兼施,以抗为主”,利用UEA(混凝土膨胀剂)补偿收缩混凝土在硬化过程产生的膨胀作用,在结构中产生少量预压应力用来补偿混凝土在硬化过程中产生的温度和收缩拉应力,与混凝土抵抗收缩变形所产生的拉应力能达到补偿平衡,这是无缝设计的关键。无缝设计的基本原理是:根据收缩应力的分布,用相应的膨胀应力予以补偿。在收缩应力较大的部位掺加膨胀剂做成膨胀加强带,其它部位拌制微膨混凝土从而取消后浇带,实现连续浇捣,达到保证结构整体性,消除渗漏隐患,快速施工,确保安全的目的。

4. 无缝设计的施工技术应用

本工程为了提高工程的质量、降低造价、缩短工期,利用铝酸钙膨胀剂(简称AEA)当作补偿收缩混凝土和膨胀加强带来进行无缝的施工。共设置三条宽各为2m的膨胀加强带,并把长度方向分为4个区段单元。

4.1原材料与AEA膨胀混凝土的配合比设计。

(1)混凝土设计要求,该项目C30/P8,扩展到加强丝带C35。

(2)具体形式的混合:的商业混凝土泵送直接。

(3)原料:水泥425#普通硅酸盐水泥;砂使用在沙子,

细度模数不能小于217,粘土含量小于3%;连续灰度和砾石的粒径为1至3cm,粘土含量小于1%,II类灰色的粉煤灰,膨胀剂铝酸钙膨胀剂AEA,要符合国家建材行业混凝土膨胀剂JG476298标准。

(4)AEA掺量:小膨胀补偿收缩的混凝土为内掺6%AEA;大膨胀补偿收缩混凝土为内掺8%AEA。

4.2施工方法。

(1)顶板、底板运用连续浇注的施工方法。在浇注前,在2m宽膨胀加强带的两侧被绞死密集的孔栅栏的网眼直径10毫米,用螺柱ф

(2)墙体的施工方法要采用后浇膨胀加强带。因为墙体特别是侧墙拆模比较早,薄而且暴露的面积大,养护比较困难,受风与大气的温度影响比较大,水分的蒸发速率快,易出现收缩的裂缝。因此,和顶板、底板的连续浇注有所不同的是浇注前,还要在增设的钢板止水带的后分区段先行浇注小的膨胀混凝土,到养护14d之后,再改用大的膨胀混凝土来浇注膨胀的加强带。这样,要比传统的后浇缝缩短30d以上的工期。

4.3膨胀加强带做法。

在膨胀加强带的混凝土之内掺入AEA的膨胀剂,加强混凝土强度和抗伸缩能力。膨胀加强带的宽度2.0m,加强带里钢筋连通,而且上下要另外附加15%附加纵向的钢筋,钢筋的两端要伸出加强带2.0m,混凝土的强度要提高一个等级,来提高加强带刚性。地下室的底板加强带要用镀锌的钢板混凝土的快易收口网来分隔。考虑底板的厚度较大,防止混凝土可能压坏收口网,采用通长ф16的钢筋与ф14@500的加劲钢筋箍进行加强。由于大面积的地下室,地下室的地板都在一次浇注的时间和费用是不是合理的,因此,使用间歇式无缝施工的方法,无论是在建设,加强带的位置,采用分段施工,施工段三维混凝土浇筑前,在其相邻混凝土的施工段浇筑,施工缝加强带位置留置权的。

4.4严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位。

在混凝土进行浇筑时,注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内,以免影响混凝土结构质量。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位,以免形成潜在的冷缝或薄弱点。浇筑混凝土前的润管砂浆采用灰斗集中收集,拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土及时清理干净.严禁进入工作面。

4.5施工设计中需注意的问题。

(1)无缝的设计须根据结构的特点来灵活运用,沉降缝无需取消,具有沉降的性质后浇缝不能取消。

(2)在浇注混凝土之前,必须要清理干净加强带里所有的杂物。

(3)严格地控制设计的配合比:设计的配合比必须准确,一般会由实验室继续试配来确定,实验室的试配的初凝时间不能小于l0h,现场控制的初凝时间不能小于6h,而且搅拌的时间须比一般的混凝土延长30 ~ 60s。

(4)在浇注混凝土的时候,必须要振捣密实,不能存在过振、漏振和欠振,而且要避免模板、钢筋、止水带、预埋件的变形移位。

(5)在浇注混凝土之后,初凝后终凝前,必须要用抹子去抹压表面2 ~ 3遍,来有效地消除表面的塑性沉降裂缝和干缩裂缝,抹压之后尽早地进行养护。

(6)做好混凝土养护的工作,养护时间都能少于14d。底板、顶板可以覆盖2层的草袋,每天浇水2 ~ 3次来进行养护;墙体与膨胀加强带,浇注之后不能少于7d,之后才可拆模,而且喷涂2次的养护液或者采用喷淋水管来进行养护。

4.6养护。

膨胀混凝土浇筑完毕后养护工作十分重要。膨胀混凝土只有进行充分地湿养护才可能很好地发挥AEA的混凝土的膨胀效能,为了确保养护的效果,需派专人来养护,而且建立严格的混凝土的养护制度。混凝土的浇筑完毕之后应当加强前14d的保湿养护。在混凝土收抹平整之后需及时盖上麻袋片进行严密覆盖。养护期间喷洒雾状水来保持环境的相对湿度在80%之上.减少混凝土的干缩。

5. 结束语

超长的无缝混凝土的结构是用补偿收缩混凝土作为结构材料,用加强带取代后浇带进行连续浇筑超长钢筋混凝土结构的一种新工艺。通过确立“膨胀加强带”的设置进行无缝设计施工技术,消除了施工后浇缝与伸缩缝,提高了整体防水性能,取消了繁琐的防水措施,简化了施工程序,缩短了施工周期,加快了施工进度并节省了工程造价。

参考文献

[1]王铁梦,工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社.2011.

[2]中国建筑科学研究院无粘结预应力混凝土结构技术规程[M].北京.中国计划出版社.1994.

[3]混凝土结构设计规范GB50010.2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[4]樊小卿,吴为.结构温度作用的若干影响因素分析[J].华中建筑,2004.

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