時(shí)間：2023-03-08 15:32:52
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關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震
一.抗震設(shè)計(jì)思路發(fā)展歷程
隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論研究的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路也經(jīng)歷了一系列的變化。
最初，在未考慮結(jié)構(gòu)彈性動(dòng)力特征，也無(wú)詳細(xì)的地震作用記錄統(tǒng)計(jì)資料的條件下，經(jīng)驗(yàn)性的取一個(gè)地震水平作用（0.1倍自重）用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。到了60年代，隨著地面運(yùn)動(dòng)記錄的不斷豐富，人們通過(guò)單自由度體系的彈性反應(yīng)譜，第一次從宏觀上看到地震對(duì)彈性結(jié)構(gòu)引起的反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)周期和阻尼比變化的總體趨勢(shì)，揭示了結(jié)構(gòu)在地震地面運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)力特征。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一個(gè)無(wú)法解釋的矛盾，當(dāng)時(shí)規(guī)范所取的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度明顯小于按彈性反應(yīng)譜得出的作用于結(jié)構(gòu)上的地面運(yùn)動(dòng)加速度，這些結(jié)構(gòu)大多數(shù)卻并未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌。后來(lái)隨著對(duì)結(jié)構(gòu)非線性性能的不斷研究，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)取的地震作用只是賦予結(jié)構(gòu)一個(gè)基本屈服承載力，當(dāng)發(fā)生更大地震時(shí)，結(jié)構(gòu)將在一系列控制部位進(jìn)入屈服后非彈性變形狀態(tài)，并靠其屈服后的非彈性變形能力來(lái)經(jīng)受地震作用。由此，也逐漸形成了使結(jié)構(gòu)在一定水平的地震作用下進(jìn)入屈服，并達(dá)到足夠的屈服后非彈性變形狀態(tài)來(lái)耗散能量的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論。
由以上可以看出，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線性，從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線性理論，從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服，并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。
二.現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路及關(guān)系
在當(dāng)前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路，其主要內(nèi)容是：
1.合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用。一般先以一具有統(tǒng)計(jì)意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強(qiáng)弱標(biāo)志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數(shù)）得到不同的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度（即小震的）來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)。
2.制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)確實(shí)具備設(shè)計(jì)時(shí)采用的R所對(duì)應(yīng)的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施（強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎）和抗震構(gòu)造措施。
現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念是基于對(duì)結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來(lái)的，其核心是關(guān)系，關(guān)系主要指在不同滯回規(guī)律和地面運(yùn)動(dòng)特征下，結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)與自振周期以及最大非彈性動(dòng)力反應(yīng)間的關(guān)系。其中R為彈塑性反應(yīng)地震力降低系數(shù)，簡(jiǎn)稱地震力降低系數(shù)；而為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數(shù)；T則為按彈性剛度求得的結(jié)構(gòu)自振周期。
60年代開始，研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下，通過(guò)對(duì)不同周期，不同屈服水準(zhǔn)的非彈性單自由度體系做動(dòng)力分析，得到了有關(guān)彈塑性反應(yīng)下最大位移的規(guī)律：對(duì)T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應(yīng)下的最大位移總等于同一地面運(yùn)動(dòng)輸入下的彈性反應(yīng)最大位移。對(duì)于T在0.12－0.5秒之間的結(jié)構(gòu)，適用“等能量法則”即非彈性反應(yīng)下的彈塑性變形能等于同一地震地面運(yùn)動(dòng)輸入下的彈性變形能。當(dāng)“等能量原則”適用時(shí)，隨著R的增大，位移延性需求的增長(zhǎng)速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長(zhǎng)更快。由以上規(guī)律我們可以看出，如果以結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)為準(zhǔn)，把結(jié)構(gòu)用來(lái)做承載能力設(shè)計(jì)的地震作用取的越低，即R越大，則結(jié)構(gòu)在與彈性反應(yīng)時(shí)相同的地震作用下達(dá)到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結(jié)構(gòu)必須具有更高的塑性變形能力。規(guī)律初步揭示出不同彈性周期的結(jié)構(gòu)，當(dāng)其彈塑性屈服水準(zhǔn)取值大小不同時(shí)，在同一地面運(yùn)動(dòng)輸入下屈服水準(zhǔn)與所達(dá)到的最大非彈性位移之間的關(guān)系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準(zhǔn)不高的結(jié)構(gòu)在較大地震引起的非彈性動(dòng)力反應(yīng)中不致發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌的主要原因。讓人們認(rèn)識(shí)到延性在抗震設(shè)計(jì)中的重要性。
之所以存在上訴的規(guī)律，我們應(yīng)該注意到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)特性。首先，通過(guò)人為措施可以使結(jié)構(gòu)具有一定的延性，即結(jié)構(gòu)在外部作用下，可以發(fā)生足夠的非線性變形，而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結(jié)構(gòu)在進(jìn)入較大非線性變形時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)因強(qiáng)度急劇下降而導(dǎo)致的嚴(yán)重破壞和倒塌，從而使結(jié)構(gòu)在非線性變形狀態(tài)下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在一定的外力作用下，結(jié)構(gòu)將從彈性進(jìn)入非彈性狀態(tài)。在非彈性變形過(guò)程中，外力做功全部變?yōu)闊崮?，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進(jìn)一步以單質(zhì)點(diǎn)體系的無(wú)阻尼振動(dòng)來(lái)分析，在彈性范圍振動(dòng)時(shí)，慣性力與彈性恢復(fù)力總處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，體系能量在動(dòng)能、勢(shì)能間不停轉(zhuǎn)換，但總量保持不變。如果某次振動(dòng)過(guò)大，體系進(jìn)入屈服后狀態(tài)，則體系在平衡位置的動(dòng)能將在最大位移處轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過(guò)程中，如果進(jìn)入屈服后狀態(tài)，將通過(guò)塑性變性能耗散掉部分地震輸給結(jié)構(gòu)的累積能量，從而減小地震反應(yīng)。同時(shí)，實(shí)際結(jié)構(gòu)存在的阻尼也會(huì)進(jìn)一步耗散能量，減小地震反應(yīng)。此外，結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性狀態(tài)后，其側(cè)向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)瞬時(shí)剛度的下降，自振周期加長(zhǎng)，從而減小地震作用。
隨著對(duì)規(guī)律認(rèn)識(shí)的深入，這一規(guī)律已被各國(guó)規(guī)范所接受。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)在同一烈度區(qū)的同一類結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)情況取用不同的R，也就是不同的用于強(qiáng)度設(shè)計(jì)的地震作用。當(dāng)R取值較大，即用于設(shè)計(jì)的地震作用較小時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就越嚴(yán)；反之，當(dāng)R取值較小，即用于設(shè)計(jì)的地震作用較大時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就可放松。
目前，國(guó)際上逐步形成了一套“多層次，多水準(zhǔn)性態(tài)控制目標(biāo)”的抗震理念。這一理念主要含義為：工程師應(yīng)該選擇合適的形態(tài)水準(zhǔn)和地震荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑物的性態(tài)是由結(jié)構(gòu)的性態(tài)，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系的性態(tài)以及建筑物內(nèi)容物性態(tài)的組合。目前性態(tài)水準(zhǔn)一般分為：損傷出現(xiàn)（damageonset）、正常運(yùn)作（operational）、能繼續(xù)居?。╟ountinuedoccupancy）、可修復(fù)的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性態(tài)目標(biāo)指建筑物在一定程度的地震作用下對(duì)所期望的性態(tài)水準(zhǔn)的表述。對(duì)建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采用多重性態(tài)目標(biāo)，比如美國(guó)的“面向2000基于性態(tài)工程的框架方案”曾對(duì)一般結(jié)構(gòu)、必要結(jié)構(gòu)、對(duì)安全起控制作用的結(jié)構(gòu)分別建議了相應(yīng)的性態(tài)目標(biāo)――基本目標(biāo)（常遇地震下完全正常運(yùn)作，少遇地震下正常運(yùn)作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌）、必要目標(biāo)（少于地震下完全正常運(yùn)作，罕遇地震下正常運(yùn)作，極罕遇地震下保證生命安全）、對(duì)安全其控制作用的目標(biāo)（罕遇地震下完全正常運(yùn)作，極罕遇地震下正常運(yùn)作）。對(duì)重要性不同的建筑，如協(xié)助進(jìn)行災(zāi)害恢復(fù)行動(dòng)的醫(yī)院等建筑，應(yīng)該按較高的性態(tài)目標(biāo)設(shè)計(jì)，此外，也可以針對(duì)甲方對(duì)建筑提出的不同抗震要求，選擇不同的性態(tài)目標(biāo)。
三.保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施
合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后，就需要通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：
1.“強(qiáng)柱弱梁”：人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。
2.“強(qiáng)剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。
3.抗震構(gòu)造措施：通過(guò)抗震構(gòu)造措施來(lái)保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的整體性。
這一系統(tǒng)的抗震措施理念已被世界各國(guó)所接受，但是對(duì)于耗能機(jī)構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國(guó)為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸為前提。
新西蘭的抗震研究者認(rèn)為耗能機(jī)構(gòu)宜采用符合塑性力學(xué)中的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”，即梁端全部形成塑性鉸，同時(shí)底層柱底也都形成塑性鉸的“全結(jié)構(gòu)塑性機(jī)構(gòu)”。其具體做法是通過(guò)結(jié)構(gòu)分析得到各構(gòu)件組合內(nèi)力值后，對(duì)梁端截面就按組合彎矩進(jìn)行截面設(shè)計(jì)；而對(duì)除底層柱底以外的柱截面，則用人為增大了以后的組合彎矩和組合軸力進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)底層柱底截面則用增大幅度較小的組合彎矩和組合軸力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。通過(guò)這一做法實(shí)現(xiàn)在大震下的較大塑性變形中，梁端塑性鉸形成的較為普遍，底層柱底塑性鉸出現(xiàn)遲于梁端塑性鉸，而其余所有的柱截面不出現(xiàn)塑性鉸，最終形成“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”。為此，這種方法就必須取足夠大的柱端彎矩增強(qiáng)系數(shù)。
美國(guó)抗震界則認(rèn)為新西蘭取的柱彎矩增強(qiáng)系數(shù)過(guò)大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取了較小的柱彎矩增強(qiáng)系數(shù)，這一做法使結(jié)構(gòu)在大震引起的非彈性變形過(guò)程中，梁端塑性鉸形成較早，柱端塑性鉸形成的相對(duì)較遲，梁端塑性鉸形成的較普遍，柱端塑性鉸形成的相對(duì)少一些，從而形成“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”。
新西蘭抗震措施的好處在于“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”完全利用了延性和塑性耗能能力較好的梁端塑性鉸來(lái)實(shí)現(xiàn)框架延性和耗散地震能量，同時(shí)因?yàn)槌讓又淄獾钠渌瞬怀霈F(xiàn)塑性鉸，也就不必再對(duì)這些柱端加更多的箍筋。但是這種思路過(guò)于受塑性力學(xué)形成理想機(jī)構(gòu)概念的制約，總認(rèn)為底層柱底應(yīng)該形成塑性鉸，這樣就對(duì)底層柱底提出了較嚴(yán)格的軸壓比要求，同時(shí)還要用足夠多的箍筋來(lái)使柱底截面具有所需的延性，此外，底層柱底如果延性不夠發(fā)生破壞很容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌。這些不利因素使該方法喪失了很大的優(yōu)勢(shì)。
因此很多研究者認(rèn)為不需要被塑性力學(xué)的機(jī)構(gòu)概念所限制，只要能在大震下實(shí)現(xiàn)以下的塑性耗能機(jī)構(gòu)，就能保證抗震設(shè)計(jì)的基本要求：
1.以梁端塑性鉸耗能為主；
2.不限制柱端塑性鉸出現(xiàn)（包括底層柱底），但是通過(guò)適當(dāng)增強(qiáng)柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)離其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力有足夠裕量；
3.同層各柱上下端不同時(shí)處于塑性變形狀態(tài)。
我國(guó)的抗震措施中對(duì)耗能機(jī)構(gòu)的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”模式，而放棄了新西蘭的基于塑性力學(xué)的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”模式。
抗震設(shè)計(jì)中我們?yōu)榱吮苊鉀]有延性的剪切破壞的發(fā)生，采取了“強(qiáng)剪弱彎”的措施來(lái)處理構(gòu)件受彎能力與受剪能力的關(guān)系問(wèn)題。值得注意的是，與非抗震抗剪破壞相比，地震作用下的剪切破壞是不同的。以梁構(gòu)件為例，在較大地震作用下，梁端形成交叉斜裂縫區(qū)，該區(qū)混凝土受斜裂縫分割，形成若干個(gè)菱形塊體，而且破碎會(huì)隨著延性增長(zhǎng)而加劇。由于交叉斜裂縫與塑性鉸區(qū)基本重合，垂直和斜裂縫寬度都會(huì)隨延性而增大?？拐鹣赂鶕?jù)梁端的受力特征，正剪力總是大于負(fù)剪力，正剪力作用下的剪壓區(qū)一般位于梁下部，但由于地震的往復(fù)作用，梁底的混凝土保護(hù)層可能已經(jīng)剝落，從而削弱了混凝土剪壓區(qū)的抗剪能力；交叉斜裂縫寬度比非抗震情況大，以及斜裂縫反復(fù)開閉，混凝土破碎更嚴(yán)重，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應(yīng)退化；混凝土保護(hù)層剝落和裂縫的加寬又會(huì)使縱筋的銷栓作用有一定退化?？梢?，地震作用下，混凝土抗剪能力嚴(yán)重退化，但是試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)箍筋的抗剪能力仍可以維持。當(dāng)?shù)卣鹱饔迷絹?lái)越小時(shí)，梁端可能不出現(xiàn)雙向斜裂縫，而出現(xiàn)單向斜裂縫，裂縫寬度發(fā)育也從大于非抗震情況到接近非抗震情況，抗剪環(huán)境越來(lái)越有利。此外，抗震抗剪要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)在大震下預(yù)計(jì)達(dá)到的非彈性變形狀態(tài)之前不發(fā)生剪切破壞。因?yàn)榭蚣芗羟衅茐目偸前l(fā)生在梁端塑性鉸區(qū)，這就不僅要求在梁端形成塑性鉸前不發(fā)生剪切破壞，而且抗剪能力還要維持到塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到大震所要求的程度，這就需要更多的箍筋。同時(shí)，在梁端塑性變形過(guò)程中作用剪力并沒有明顯增大，也進(jìn)一步說(shuō)明這里增加的箍筋不是用來(lái)增大抗剪強(qiáng)度，而是為了提高構(gòu)件在發(fā)生剪切破壞時(shí)所達(dá)的延性。
綜上所述，與非抗震抗剪相比，抗震抗剪性能是不同的，其性能與剪力作用環(huán)境，塑性區(qū)延性要求大小有關(guān)。我們可以采取以下公式來(lái)考慮抗震抗剪的強(qiáng)度公式：
其中為混凝土抗剪能力，為箍筋抗剪能力，為由于地震作用導(dǎo)致的混凝土抗剪能力下降的折減系數(shù)，且隨著剪力作用環(huán)境、延性要求而改變。我國(guó)的抗震抗剪強(qiáng)度公式也以上面公式為基礎(chǔ)的，但是為設(shè)計(jì)方便，不同的烈度區(qū)取用了相同的公式，均取為0.6，與上面提到的混凝土抗剪能力隨地震作用變化而不同的規(guī)律不一致，較為粗略。
延性對(duì)抗震來(lái)說(shuō)是極其重要的一個(gè)性質(zhì)，我們要想通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。對(duì)于梁柱等構(gòu)件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn)：混凝土極限壓應(yīng)變，破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個(gè)根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區(qū)高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區(qū)高度越小，延性越好；混凝土強(qiáng)度越高，受壓區(qū)高度越低，延性越好（但如果混凝土強(qiáng)度過(guò)高可能會(huì)減小混凝土極限壓應(yīng)變從而降低延性）；對(duì)柱子這類偏壓構(gòu)件，軸壓力的存在會(huì)增大混凝土受壓區(qū)高度，減小延性；箍筋可以提高混凝土極限壓應(yīng)變，從而提高延性，但對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，受壓時(shí)，其橫向變形系數(shù)較一般混凝土明顯偏小，箍筋的約束作用不能充分發(fā)揮，所以對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，不適于用加箍筋的方法來(lái)改善其延性。此外，箍筋還有約束縱向鋼筋，避免其發(fā)生局部壓屈失穩(wěn)，提高構(gòu)件抗剪能力的作用，因此箍筋對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能具有相當(dāng)重要的作用。根據(jù)以上規(guī)律，在抗震設(shè)計(jì)中為保證結(jié)構(gòu)的延性，常常采用以下措施：控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數(shù)量受壓鋼筋，通過(guò)加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩(wěn)以及約束受壓混凝土，對(duì)柱子限制軸壓比等。
四.我國(guó)抗震設(shè)計(jì)思路中的部分不足
我國(guó)在學(xué)習(xí)借鑒世界其他國(guó)家抗震研究成果的基礎(chǔ)上，逐漸形成了自己的一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)思路。其中大部分內(nèi)容都符合現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。
其中，最值得我們注意的是，與國(guó)外規(guī)范相比，我國(guó)抗震規(guī)范在對(duì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規(guī)范按地震作用降低系數(shù)（“中震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度與“小震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度之比）來(lái)劃分延性等級(jí)，“小震”取值越高，延性要求越低，“小震”取值越低，延性要求越高。美國(guó)UBC規(guī)范按同樣原則來(lái)劃分延性等級(jí)，但在高烈度區(qū)推薦使用高延性等級(jí)，在低烈度區(qū)推薦使用低延性等級(jí)。這幾種抗震思路都是符合規(guī)律的。而目前我國(guó)將地震作用降低系數(shù)統(tǒng)一取為2.86，而且還把用于結(jié)構(gòu)截面承載能力設(shè)計(jì)和變形驗(yàn)算的小震賦予一個(gè)固定的統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)延性要求則并未按關(guān)系來(lái)取對(duì)應(yīng)的，而是按抗震等級(jí)來(lái)劃分，抗震等級(jí)實(shí)質(zhì)又主要是由烈度分區(qū)來(lái)決定的。這就導(dǎo)致同一個(gè)R對(duì)應(yīng)了不同的，從而制定了不同的抗震措施，這與關(guān)系是不一致的。這種思路造成低烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)延性要求可能偏低的結(jié)果。
另外，我國(guó)規(guī)定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)也存在一定的問(wèn)題。該設(shè)防目標(biāo)對(duì)甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來(lái)說(shuō)，并不都是恰當(dāng)?shù)摹＿@種籠統(tǒng)的設(shè)防目標(biāo)也不符合當(dāng)今國(guó)際上的“多層次，多水準(zhǔn)性態(tài)控制目標(biāo)”思想，這種多性態(tài)目標(biāo)思想提倡在建筑抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)靈活采用多重性態(tài)目標(biāo)。甲類建筑指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重此生災(zāi)害的建筑，乙類建筑指地震時(shí)使用不能中斷或需要盡快修復(fù)的建筑，由于不同類別建筑的不同重要性，不宜再籠統(tǒng)的使用以上同一個(gè)性態(tài)目標(biāo)（設(shè)防目標(biāo)），此外，還應(yīng)該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設(shè)防目標(biāo)，從而做到在性態(tài)目標(biāo)的選擇上更加靈活。
五.常用抗震分析方法
伴隨著抗震理論的發(fā)展，各種抗震分析方法也不斷出現(xiàn)在研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們需要確定用來(lái)進(jìn)行內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。通常采用底部剪力法，振型分解反應(yīng)譜法，彈性時(shí)程分析方法來(lái)計(jì)算該地震作用值，這三種方法都是彈性分析方法。其中，底部剪力法最簡(jiǎn)便，適用于質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)。它的大致思路是通過(guò)估計(jì)結(jié)構(gòu)的第一振型周期來(lái)確定地震影響系數(shù)，再結(jié)合結(jié)構(gòu)的重力荷載來(lái)確定總的水平地震作用，然后按一定方式分配至各層進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系則宜采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行抗震計(jì)算，它的思路是根據(jù)振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對(duì)應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來(lái)得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而對(duì)于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu)，常常需要進(jìn)行彈性時(shí)程分析，該方法為直接動(dòng)力分析方法。以上方法主要針對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的彈性階段，保證結(jié)構(gòu)具有一定的屈服水準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：翼墻；鋼管混凝土；Abaqus有限元；加固
0引言
近年來(lái)，我國(guó)頻繁發(fā)生地震災(zāi)害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉樹大地震；2013年，四川的蘆山縣大地震；2014年，新疆省于田大地震，我們對(duì)現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和構(gòu)筑物在我們的長(zhǎng)期使用中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如承載力不足、地基沉降、出現(xiàn)裂縫等[1]。為了能夠正常使用，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的損害，給人們帶來(lái)財(cái)產(chǎn)、精神和生命上的危害，應(yīng)該對(duì)建筑物及時(shí)的進(jìn)行可靠度鑒定，并采取相應(yīng)的措施對(duì)建筑物進(jìn)行加固維修。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加固的方法主要包括：外包鋼法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、粘鋼加固法、增大截面法、增設(shè)翼墻加固等[2]。本文將通過(guò)Abaqus非線性有限元模擬來(lái)探究鋼管混凝土翼墻的受力性能。
1構(gòu)件尺寸及模型建立
1.1構(gòu)件的尺寸
本文模擬中選取如下的模型作為研究對(duì)象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，縱向鋼筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B為鋼筋直徑），兩側(cè)的翼墻為鋼管混凝土翼墻，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻的端部與鋼筋混凝土柱固結(jié)在一起，其它部位沒有連接，鋼套箍為高度300mm，厚度為5mm。其中的一個(gè)構(gòu)件的截面如圖1.1所示。
圖1.1 構(gòu)件的截面尺寸
有限元數(shù)值模擬分別以鋼管的厚度為參變量，對(duì)不同組的構(gòu)件分別進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的模擬。其中L表示鋼筋混凝土柱的長(zhǎng)，B表示鋼筋混凝土柱的寬；l表示鋼管混凝土翼墻的長(zhǎng)度，b表示鋼管混凝土翼墻的厚度；n表示軸壓比；t表示鋼管的厚度。構(gòu)件尺寸如表1.1。
表1.1 鋼管混凝土翼墻加固構(gòu)件模擬試件表
試件編號(hào) L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）
JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3
JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5
JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7
1.2模型的建立
運(yùn)用創(chuàng)建部命令件創(chuàng)建混凝土柱、混凝土翼墻、鋼管、縱筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墻和鋼管為實(shí)體單元，而縱筋和箍筋為桁架單元。如圖1.2所示。
圖1.2 模型建立
2不同試件的有限元分析
2.1試件的滯回曲線
在軸壓比0.5時(shí)，翼墻中鋼管的厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件滯回曲線如圖2.1所示。
圖2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滯回曲線
從圖2.1能夠看出，在這組模擬中任何一個(gè)滯回曲線形狀都表現(xiàn)為比較飽滿的梭形，這反映了鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。
從這組的滯回曲線可以看出，鋼管厚度t=7mm的加固構(gòu)件的滯回曲線的峰值最大，t=3mm的加固構(gòu)件滯回曲線峰值最小，說(shuō)明鋼管厚度越大鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力越大。隨著加載的繼續(xù)進(jìn)行，滯回曲環(huán)的峰值出現(xiàn)了下降，不同鋼管厚度下降的趨勢(shì)也不同，鋼管厚度為3mm的加固柱下降趨勢(shì)比鋼管厚度為7mm的加固柱下降趨勢(shì)大，說(shuō)明隨著鋼管厚度的增大鋼管混凝土翼墻加固柱的延性增加[4]。
2.2試件的骨架曲線
在軸壓比為0.5時(shí)，翼墻中鋼管厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件骨架曲線如下圖2.2所示。
圖2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲線
從圖2.2可以看出，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時(shí)加固構(gòu)件的極限承載力值最大，鋼管厚度為5mm次之，鋼管厚度為3mm最小，說(shuō)明了隨著鋼管厚度的增加鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力增大。
在骨架曲線的前期彈性階段，鋼管厚度為7mm的鋼管混凝土翼墻加固的鋼筋混凝土柱的斜率最大，說(shuō)明隨著鋼管厚度的增加構(gòu)件的彈性階段的剛度增大，加載后期骨架曲線均有一段保持水平，表現(xiàn)出鋼管混凝土翼墻加固柱具有良好的塑性性能；隨著荷載繼續(xù)加載，骨架曲線出現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明鋼管混凝土加固鋼筋混凝土柱的延性降低；鋼管厚度為3mm的加固構(gòu)件下降趨勢(shì)大于鋼管厚度為7mm的加固構(gòu)件，說(shuō)明了鋼管厚度越大加固構(gòu)件的延性越好[5]。
3結(jié)論
利用有限元軟件ABAQUS以鋼管厚度為參數(shù)建立的3個(gè)鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型，并進(jìn)行了模擬分析，從提取的滯回曲線和骨架曲線上可以看出，鋼管混凝土翼墻加固柱均具有較好的耗能能力及抗震性能。鋼管厚度增加則構(gòu)件的極限承載力增大，剛度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些參變量沒有考慮進(jìn)來(lái)，在以后的研究中將重點(diǎn)關(guān)注。
參考文獻(xiàn)
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目前國(guó)內(nèi)超高層均大量采用大截面鋼管混凝土柱，并且在不同部位設(shè)置水平橫隔板，故鋼管混凝土柱大體積混凝土澆筑質(zhì)量、均勻性，特別是橫隔板部位混凝土的密實(shí)性，以及混凝土終凝后與鋼管內(nèi)壁和外壁之間的粘結(jié)性能對(duì)大截面鋼管混凝土柱的承載力和延性等力學(xué)性能具有重要影響。混凝土質(zhì)量以及界面粘結(jié)性能的損傷和缺陷的存在對(duì)結(jié)構(gòu)性能造成負(fù)面影響，必須采取新手段對(duì)鋼管混凝土柱中混凝土的澆筑質(zhì)量以及鋼管混凝土柱鋼管與混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)與評(píng)估。筆者通過(guò)在長(zhǎng)沙市天心區(qū)保利國(guó)際廣場(chǎng)項(xiàng)目上應(yīng)用壓電應(yīng)力波測(cè)量和壓電機(jī)電耦合阻抗測(cè)量的監(jiān)測(cè)方法有效地解決了鋼管混凝土柱界面與混凝土質(zhì)量檢測(cè)的難題。
【關(guān)鍵詞】
超高層建筑、鋼管混凝土柱、混凝土質(zhì)量檢測(cè)方法。
中圖分類號(hào)： TU208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、項(xiàng)目概況和背景
保利國(guó)際中心（B3棟）為保利國(guó)際廣場(chǎng)中的超甲級(jí)寫字樓，它聳立于長(zhǎng)沙市南湖路與湘江大道交匯處，與橘子洲頭雕像正對(duì)。建筑效果圖如圖1.1所示。該工程的建筑物主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年。塔樓標(biāo)高+0.000（絕對(duì)標(biāo)高40.600米）以上采用混合框架-鋼筋混凝土核心筒-伸臂體系，其中梁以H型鋼梁為主，柱由方鋼管混凝土為主，角部為8個(gè)圓鋼管混凝土柱，核心筒區(qū)域外樓面采用鋼筋桁架樓承板組合樓板；標(biāo)高+0.000以下采用混合框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，其中梁為混凝土梁，柱變成型鋼混凝土柱（其中方鋼管混凝土柱變成十字形截面柱，圓鋼管混凝土柱變成圓鋼管混凝土組合柱）。樓板均為混凝土樓板。剪力墻和柱在標(biāo)高+88.950以下采用C60混凝土，+173.550以下采用C50混凝土，+173.550以上采用C40混凝土澆筑。不同標(biāo)高位置鋼管混凝土柱平面布置示意圖如圖1.2-1.4。
圖1.1 塔樓效果圖
圖1.2 塔樓標(biāo)高+0.000以下框架柱平面示意圖
圖1.3 塔樓標(biāo)高+0.000~119.230框架柱平面示意圖
圖1.4 塔樓標(biāo)高119.230以上框架柱平面示意圖
二、監(jiān)測(cè)主要方法選擇
2.1基于壓電應(yīng)力波測(cè)量的監(jiān)測(cè)方法
本工程的監(jiān)測(cè)過(guò)程采用32通道比利時(shí)進(jìn)口LMS-SCM05振動(dòng)測(cè)試分析集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)自帶信號(hào)發(fā)生功能，可以產(chǎn)生高頻激勵(lì)信號(hào)，并且各通道間完全獨(dú)立高頻采樣。該系統(tǒng)可以產(chǎn)生簡(jiǎn)諧信號(hào)、掃頻信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)以及觸發(fā)信號(hào)等各種類型信號(hào)，可用于直接驅(qū)動(dòng)壓電功能塊，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波。同時(shí)，該系統(tǒng)具有高效、穩(wěn)定的采樣能力，其最大采樣頻率可達(dá)100KHz，能有效的采集到壓電傳感器以及壓電功能塊接收到的高頻信號(hào)。而且該系統(tǒng)配備有功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，其LMS Test.Lab Time Recording Add-in模塊具有時(shí)間歷程記錄功能，并與特征數(shù)據(jù)采集、階次跟蹤分析、譜采集或?qū)崟r(shí)倍頻程保持同步。記錄的時(shí)間數(shù)據(jù)可利用Test.Lab特征數(shù)據(jù)通程處理模塊做進(jìn)一步的后處理。該系統(tǒng)集發(fā)出信號(hào)、采集信號(hào)以及后處理分析信號(hào)于一身，極大地滿足了本次監(jiān)測(cè)的需要。如圖2.1所示。
圖2.1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試狀況以及比利時(shí)LMS測(cè)試系統(tǒng)
2.2基于壓電機(jī)電耦合阻抗測(cè)量的檢測(cè)方法
在機(jī)電耦合阻抗法中，通過(guò)測(cè)量粘帖于鋼管外壁的壓電智能材料與鋼管壁所構(gòu)成的機(jī)電耦合系統(tǒng)的機(jī)電阻抗來(lái)評(píng)估界面性能，其測(cè)量原理見圖2.2。圖2.3表示的是用于測(cè)量機(jī)電阻抗的寬頻帶惠普阻抗分析儀以及一個(gè)帶模擬界面剝離的鋼管混凝土構(gòu)件。運(yùn)用機(jī)電阻抗測(cè)量法對(duì)此帶模擬界面剝離的鋼管混凝土構(gòu)件的剝離狀況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。圖2.4顯示的是界面完好與剝離區(qū)域的壓電智能材料的阻抗測(cè)量結(jié)果的比較以及多定義的界面損傷指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于機(jī)電阻抗測(cè)量可以很好識(shí)別出鋼管混凝土構(gòu)件中無(wú)法觀測(cè)到的界面剝離損傷。根據(jù)試驗(yàn)構(gòu)件的性能選取相應(yīng)頻段，分別測(cè)量了界面損傷發(fā)生前后的阻抗值，通過(guò)比較阻抗峰值的偏移和峰值對(duì)應(yīng)頻率的變化，有效的識(shí)別結(jié)構(gòu)的損傷?；谧杩沟姆椒軌蛴行У胤从尘植繐p傷，由于其測(cè)量頻率較高，因此對(duì)初始微小損傷比較敏感。
圖2.2 基于壓電陶瓷的機(jī)電阻抗測(cè)量原理
圖2.3 帶模擬界面剝離的鋼管混凝土構(gòu)件以及阻抗測(cè)量裝置
圖2.4 界面完好與剝離區(qū)域的比較以及界面損傷指標(biāo)
此方法主要針對(duì)鋼管混凝土柱的柱身在易于出現(xiàn)混凝土缺陷和界面缺陷的部位進(jìn)行抽樣檢測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵部位混凝土澆筑質(zhì)量、橫向加勁板以下范圍鋼管壁與核心混凝土的界面粘結(jié)狀態(tài)。
三 、鋼管混凝土構(gòu)件監(jiān)測(cè)
利用兩種監(jiān)測(cè)方法對(duì)澆筑后的鋼管混凝土柱中最易于發(fā)生核心混凝土缺陷以及核心混凝土與鋼管內(nèi)壁和橫隔板下表面界面缺陷的部位進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注橫隔板下部位內(nèi)部核心混凝土完整性、核心混凝土與鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)狀態(tài)。
（1）對(duì)于基于應(yīng)力波的檢測(cè)，采用一發(fā)一收以及一發(fā)多收的方式進(jìn)行。通過(guò)對(duì)應(yīng)力波傳遞距離相等的一組傳感器的輸出信號(hào)的分析來(lái)對(duì)核心混凝土的完整性以及界面狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
（2）對(duì)于壓電耦合阻抗法，采用對(duì)粘帖在鋼管外壁的壓電陶瓷片或者嵌入式壓電功能塊的機(jī)電耦合阻抗測(cè)量對(duì)界面粘結(jié)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。
3.1 監(jiān)測(cè)對(duì)象以及測(cè)點(diǎn)布置
為了實(shí)現(xiàn)以上監(jiān)測(cè)目的，采用應(yīng)力波法和壓電耦合阻抗法兩種方法相結(jié)合的方法，將在標(biāo)高+0.000以上塔樓B3棟周邊的每層24根Q345B鋼管混凝土柱中的選擇關(guān)鍵截面進(jìn)行抽樣檢測(cè)，采用技術(shù)壓電功能塊、壓電傳感器（PZT）進(jìn)行。
圖3.1方形鋼管柱橫截面及立面示意圖
圖3.2 圓形鋼管柱橫截面及立面示意圖
標(biāo)高+0.000以上高235.5米，共50層，鋼柱采用自密實(shí)混凝土分段澆筑，其中1-10層每2層鋼管整體吊裝并澆筑一次混凝土，10層以上每3層鋼管整體吊裝并澆筑一次混凝土。24根鋼管柱中16根為方鋼管混凝土柱，8根為圓鋼管混凝土柱。橫截面及立面示意圖如圖3.1-3.2所示。
選取矩形截面柱與圓形截面柱與型鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)處最容易出現(xiàn)缺陷的部位，即三層橫隔板中的最上層以下的部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？偝闄z構(gòu)件數(shù)為總吊裝節(jié)段數(shù)的約30%。
在上層橫隔板下表面安裝壓電功能塊，在鋼管外壁粘帖壓電片。結(jié)合應(yīng)力波法和機(jī)電耦合阻抗法進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析。
3.1.1方形截面鋼管混凝土柱
（1）嵌入式與表面粘帖相結(jié)合
在上層橫隔板下表面上每邊布置3個(gè)壓電功能元，其中1個(gè)位于每邊的中間位置，其中PZT的方向?yàn)樨Q直且垂直于該鋼管內(nèi)壁。另外2個(gè)壓電功能元布置在該邊的1/4和3/4處，該壓電功能塊與鋼管內(nèi)壁留20mm距離，其PZT平面豎直但平行于該內(nèi)壁。每個(gè)構(gòu)件供設(shè)置12個(gè)壓電功能塊。此外，每邊對(duì)應(yīng)位置設(shè)置4個(gè)PZT，每個(gè)構(gòu)件共設(shè)置16個(gè)PZT片。方形截面鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面的壓電功能塊以及外壁PZT片布置示意圖如圖3.3所示。在每個(gè)吊裝層中，選取一個(gè)方鋼管柱采取該方式布置。
（2）外部粘帖壓電陶瓷片
對(duì)于部分方鋼管柱，采用外部粘帖壓電片的方法。方形截面鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面外壁PZT片布置示意圖如圖3.4所示。核心混凝土與鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)狀態(tài)通過(guò)壓電阻抗法評(píng)估，核心混凝土采用應(yīng)力波方法檢測(cè)與評(píng)估。在鋼管已經(jīng)安裝就位其靠建筑外側(cè)的表面無(wú)法在保證安全的情況下粘貼壓電陶瓷片的情況下，可以只在方柱的兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面上進(jìn)行粘貼。
圖3.3方形鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面壓電功能元以及PZT片布置示意圖
圖3.4方形鋼管混凝土柱上層橫隔板下鋼管表面粘帖PZT片布置示意圖
3.1.2 圓形截面鋼管混凝土柱
（1）嵌入式與表面粘帖相結(jié)合
對(duì)于部分圓形截面鋼管混凝土柱，在上層橫隔板下表面上沿鋼管內(nèi)壁均勻布置6個(gè)壓電功能元，該壓電功能塊與鋼管內(nèi)壁留20mm距離，其PZT平面豎直且與鋼管內(nèi)壁保持相切。此外，鋼管外壁對(duì)應(yīng)位置設(shè)置6個(gè)PZT。圓形截面鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面的壓電功能塊以及外壁PZT布置示意圖如圖3.5所示。在每個(gè)吊裝層中，選取一個(gè)方鋼管柱采取該方式布置。
（2）外部粘帖壓電陶瓷片
另外的圓鋼管柱采用外部粘帖壓電片的方法。圓形截面鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面外壁PZT片布置示意圖如圖3.6所示。核心混凝土與鋼管內(nèi)壁的界面粘結(jié)狀態(tài)通過(guò)壓電阻抗法評(píng)估，核心混凝土采用應(yīng)力波方法檢測(cè)與評(píng)估?？紤]到嵌入式壓電功能元的施工耗時(shí)較多，主要采取表面粘帖壓電陶瓷片的方法進(jìn)行。在鋼管已經(jīng)安裝就位其靠建筑外側(cè)的表面無(wú)法在保證安全的情況下粘貼壓電陶瓷片的情況下，可以只在圓柱的相互垂直的兩個(gè)相對(duì)位置上進(jìn)行粘貼。
圖3.5方形鋼管混凝土柱上層橫隔板下表面壓電功能元以及PZT片布置示意圖
圖3.6方形鋼管混凝土柱上層橫隔板下鋼管外壁粘帖PZT片布置示意圖
3.2監(jiān)測(cè)方法
3.2.1基于應(yīng)力波的鋼管混凝土監(jiān)測(cè)
運(yùn)用方形截面以及圓形截面構(gòu)件內(nèi)部對(duì)稱位置的壓電功能塊進(jìn)行信號(hào)發(fā)射和接受信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波包能量分析，進(jìn)而對(duì)鋼管混凝土內(nèi)部核心混凝土的均勻性進(jìn)行評(píng)估。激勵(lì)信號(hào)采用掃頻信號(hào)、正弦信號(hào)和脈沖信號(hào)，測(cè)量?jī)纱巍Ｓ檬瞻l(fā)信號(hào)距離等同的一組傳感器的輸出信號(hào)來(lái)評(píng)定監(jiān)測(cè)結(jié)果。
對(duì)于方鋼管混凝土柱的四個(gè)角區(qū)的缺陷的監(jiān)測(cè)，選取每邊中間位置的壓電功能塊作為激勵(lì)器，采集對(duì)應(yīng)鋼管外壁的兩個(gè)PZT的響應(yīng)。
對(duì)于方鋼管混凝土的四邊鋼管內(nèi)壁與核心混凝土的截面粘結(jié)情況，分別采用嵌入式壓電功能元作為激勵(lì)，對(duì)于外壁PZT片接受信號(hào)的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
3.2.2基于機(jī)電耦合阻抗的鋼管混凝土界面性能監(jiān)測(cè)
鋼管壁與核心混凝土的粘結(jié)狀況，分別對(duì)于嵌入式壓電功能元和表面粘帖壓電陶瓷片進(jìn)行機(jī)電耦合阻抗測(cè)量，通過(guò)阻抗結(jié)果的分析對(duì)界面粘結(jié)性能進(jìn)行評(píng)估。
3.2.3混凝土界面性能監(jiān)測(cè)
分別基于應(yīng)力波和機(jī)電耦合阻抗測(cè)量，在混凝土澆筑后1-2周內(nèi)測(cè)量一次。
選取嵌入和粘貼方案的方形截面和圓形截面鋼管混凝土試件各一個(gè)（圖3.7中位置1與2），進(jìn)行多次監(jiān)測(cè)?；炷翝仓?天，7天，14天，28天，3月，6月分別進(jìn)行測(cè)試。
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[關(guān)鍵詞]鋼管混凝土柱抗火分析防火措施
鋼管混凝土柱在工程中的應(yīng)用日益廣泛,其耐火性能和防火措施問(wèn)題受到了人們的關(guān)注。在火災(zāi)作用下,鋼管混凝土柱構(gòu)件截面會(huì)形成不均勻的溫度場(chǎng),同時(shí)材料性能在高溫下會(huì)不斷惡化,其溫度效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)是同時(shí)存在的。因此熱力耦合分析是比較接近實(shí)際的方法,但是處理難度較大。在一般情況下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度分布主要受到外界火焰溫度、材料熱工性能、構(gòu)件形狀和尺寸等的影響,而結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)和變形等的影響非常小[1],因此可以先求出構(gòu)件溫度場(chǎng),然后將溫度場(chǎng)結(jié)果用于受力性能的計(jì)算,這在以往的理論研究中采用較多,例如韓林海[2]、Lie和Denham[3]、鄭永乾[4]、王衛(wèi)華[5]等。
纖維模型法、分段積分法和有限元法在常溫下鋼管混凝土構(gòu)件的分析中已得到較為廣泛的應(yīng)用,通過(guò)考慮熱工參數(shù)和力-熱本構(gòu)關(guān)系等,可以將上述方法用于高溫分析中。作者通過(guò)在以往福州大學(xué)組合結(jié)構(gòu)課題組中的學(xué)習(xí)研究以及現(xiàn)在的探索,對(duì)上述分析方法及其特點(diǎn)進(jìn)行了介紹,并對(duì)鋼管混凝土柱的防火措施進(jìn)行了探討,以期為有關(guān)理論研究和工程實(shí)踐提供參考。
1溫度場(chǎng)分析方法
1.1 自編截面溫度場(chǎng)有限元程序
鋼管混凝土構(gòu)件在四面受火時(shí)可近似地認(rèn)為溫度沿著構(gòu)件長(zhǎng)度方向不變化,因此可簡(jiǎn)化為沿截面的二維溫度場(chǎng)問(wèn)題。根據(jù)孔祥謙[6]描述的方法編制了分析鋼管混凝土構(gòu)件在高溫下截面溫度場(chǎng)的非線性有限元程序。材料熱工參數(shù)暫取用Lie和Denham[3]建議的鋼材和混凝土熱工參數(shù)表達(dá)式,并考慮了混凝土中水分的影響,對(duì)混凝土熱工參數(shù)進(jìn)行了修正[7]。在受火面同時(shí)存在著對(duì)流和輻射兩種換熱,采用第三類邊界條件求解,對(duì)流傳熱系數(shù)取25W/m2K;綜合輻射系數(shù)取0.5[8]。計(jì)算時(shí)暫不考慮鋼材與混凝土之間的接觸熱阻,假設(shè)完全傳熱,截面劃分采用三角形單元。采用上述方法編制了計(jì)算火災(zāi)下構(gòu)件截面溫度場(chǎng)的MATLAB程序,該程序適用性強(qiáng),計(jì)算速度快,改變截面等重要參數(shù)亦能迅速得到溫度結(jié)果,程序計(jì)算結(jié)果可在后文纖維模型法和分段積分法計(jì)算耐火極限中采用。
1.2 有限元軟件ABAQUS分析
圖1溫度-時(shí)間關(guān)系計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
采用有限元軟件ABAQUS在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)必須調(diào)節(jié)各節(jié)點(diǎn)溫度,因此建立的三維溫度場(chǎng)分析模型和結(jié)構(gòu)分析模型一致。混凝土和剛性墊塊采用八節(jié)點(diǎn)三維實(shí)體單元DCC3D8D,鋼管采用四節(jié)點(diǎn)殼單元DS4。鋼管內(nèi)壁與混凝土采用束縛(Tie)約束。
為驗(yàn)證程序的正確性,本文對(duì)方鋼管混凝土柱截面溫度實(shí)驗(yàn)曲線[9]進(jìn)行計(jì)算,如圖1所示,可見,采用MATLAB和ABAQUS的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。其中,構(gòu)件截面尺寸為B×ts=203×6.35mm,B為方鋼管外邊長(zhǎng),ts為鋼管壁厚,d為測(cè)點(diǎn)距鋼管面的距離。實(shí)驗(yàn)按照加拿大設(shè)計(jì)規(guī)程CAN4-S101規(guī)定的升溫曲線進(jìn)行。
2火災(zāi)下受力性能分析方法
2.1 纖維模型法
鋼材在溫度和應(yīng)力共同作用下的總應(yīng)變(s)由三部分組成,即應(yīng)力作用產(chǎn)生的應(yīng)變(s)、自由膨脹應(yīng)變(sth)和高溫瞬時(shí)蠕變(scr)?；炷猎跍囟群蛻?yīng)力共同作用下的總應(yīng)變(c)由四部分組成[7],即應(yīng)力作用產(chǎn)生的應(yīng)變(c)、自由膨脹應(yīng)變(cth)、高溫徐變(ccr)和瞬態(tài)熱應(yīng)變(tr)。鋼材和混凝土的自由膨脹應(yīng)變、高溫下鋼材的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系均采用Lie和Denham[3]給出的表達(dá)式,高溫下受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用韓林海[2]提供的約束混凝土模型,受拉區(qū)混凝土采用Rots等[10]提出的模型,具體表達(dá)式參考Cai等[11]。
計(jì)算時(shí)采用如下基本假設(shè):(1)構(gòu)件在變形過(guò)程中始終保持為平截面;(2)鋼材和混凝土之間無(wú)相對(duì)滑移;(3)忽略剪力對(duì)構(gòu)件變形的影響;(4)構(gòu)件兩端為鉸接,撓曲線為正弦半波曲線。由于對(duì)稱性,取一半截面計(jì)算,單元?jiǎng)澐秩鐖D2所示。
根據(jù)截面上任一點(diǎn)的應(yīng)變i,可確定對(duì)應(yīng)的鋼管應(yīng)力si和混凝土應(yīng)力ci,則可得截面內(nèi)彎矩Min和內(nèi)軸力Nin為
(1)
(2)
其中,Asi和Aci分別為鋼管單元面積和混凝土單元面積,yi為計(jì)算單元形心坐標(biāo)。
火災(zāi)下,具有初始缺陷uo和荷載偏心距eo鋼管混凝土柱的荷載-變形關(guān)系及耐火極限的計(jì)算步驟如下:①計(jì)算截面參數(shù),進(jìn)行截面單元?jiǎng)澐?確定鋼管混凝土橫截面的溫度場(chǎng)分布;②給定中截面撓度um,計(jì)算中截面曲率,并假設(shè)截面形心處應(yīng)變o;③計(jì)算單元形心處的應(yīng)變i,計(jì)算鋼管應(yīng)力si和混凝土應(yīng)力ci;④計(jì)算內(nèi)彎矩Min和內(nèi)軸力Nin;⑤判斷是否滿足Min/Nin=eo+uo+um的條件,如果不滿足,則調(diào)整截面形心處的應(yīng)變o并重復(fù)步驟③～④,直至滿足;⑥判斷是否滿足作用在構(gòu)件上荷載=Nmax(t)的條件,Nmax(t)為t時(shí)刻溫度場(chǎng)情況下,鋼管混凝土柱荷載-變形關(guān)系曲線上峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的軸力,如果不滿足,則給定下一時(shí)刻的截面溫度場(chǎng),并重復(fù)步驟③～⑤,直至滿足,則此時(shí)刻t即為構(gòu)件的耐火極限。
采用纖維模型法對(duì)火災(zāi)下鋼管混凝土構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系和耐火極限進(jìn)行計(jì)算,概念明確,計(jì)算方便,但是纖維模型法是一種簡(jiǎn)化的數(shù)值分析方法,在進(jìn)行力學(xué)性能分析時(shí),不能準(zhǔn)確分析高溫作用下鋼與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變發(fā)展和相互作用等,同時(shí),采用纖維模型法時(shí)難以獲得構(gòu)件在整個(gè)受火過(guò)程中的變形,而且計(jì)算時(shí)只能取計(jì)算長(zhǎng)度。
2.2 分段積分法
高溫下材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系與纖維模型法相同,鋼材的高溫蠕變較為明顯,可采用AIJ[12]給出的表達(dá)式及系數(shù)。混凝土瞬態(tài)熱應(yīng)變數(shù)值較大,在高溫分析中應(yīng)合理考慮,本文選取Anderberg和Thelandersson提出的模型[13]。對(duì)于混凝土的高溫徐變,可選擇應(yīng)用較多的Anderberg和Thelandersson模型[13]。
分析時(shí)采用的基本假設(shè)去掉纖維模型法基本假設(shè)中的(4),其余相同。為了反映材料在構(gòu)件長(zhǎng)度和截面兩個(gè)方向上性能的變化,在對(duì)鋼管混凝土柱進(jìn)行單元?jiǎng)澐謺r(shí),考慮兩個(gè)層次的劃分。在構(gòu)件長(zhǎng)度方向上劃分若干個(gè)梁-柱單元,將構(gòu)件視為通過(guò)結(jié)點(diǎn)相連的梁-柱單元的集合。截面采用切線剛度法,類似于纖維模型法中的直接迭代法。將截面分割為若干微單元,確定微單元形心的幾何特性和相應(yīng)的材料切線模量,然后利用合成法求得的材料切線模量和相應(yīng)的單元幾何特性確定各個(gè)單元的貢獻(xiàn),最后將各單元的貢獻(xiàn)疊加,從而獲得截面切線剛度距陣。由于對(duì)稱性取半個(gè)截面進(jìn)行計(jì)算。鋼管混凝土構(gòu)件截面單元?jiǎng)澐峙c纖維模型法截面劃分一致,沿長(zhǎng)度方向單元?jiǎng)澐秩鐖D3所示,其中N為作用在構(gòu)件上的荷載,e為荷載偏心距。
本文采用近似的UL表述(即AUL表述),利用虛功原理可得AUL表述的局部坐標(biāo)系下非線性梁-柱單元增量平衡方程為[14]:
(3)
其中,代表單元在直線位形的體積;和分別為應(yīng)力和應(yīng)力增量;eL和eNL分別為軸向應(yīng)變的線性分量和非線性分量;iuc6iqgkg6為單元的結(jié)點(diǎn)位移增量向量;{r}和{r}分別為單元結(jié)點(diǎn)力向量和結(jié)點(diǎn)力增量向量;結(jié)點(diǎn)力和位移向量定義詳見鄭永乾[4]。
參考Jetteur等[14]可得局部坐標(biāo)系下改進(jìn)的AUL表述的單元增量平衡方程為:
(4)
式中,為梁-柱單元的切線剛度矩陣,可分為兩部分:,其中,為材料非線性的小位移剛度矩陣,為反映大位移效應(yīng)的幾何剛度矩陣;{f}為梁-柱單元的結(jié)點(diǎn)力向量,具體表達(dá)式詳見鄭永乾[14]。
在進(jìn)行程序編制中,采用了兩個(gè)級(jí)別的積分策略。在截面上采用合成法,即在截面上劃分足夠數(shù)目的微單元,將每個(gè)單元的貢獻(xiàn)采用直接迭加的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)積分的運(yùn)算;在長(zhǎng)度上采用六點(diǎn)Gauss積分法。溫度流動(dòng)路徑可參考過(guò)鎮(zhèn)海和時(shí)旭東[1]推導(dǎo)確定。
采用分段積分法能夠獲得受火全過(guò)程的變形曲線及其耐火極限,能夠考慮鋼材高溫蠕變、混凝土瞬態(tài)熱應(yīng)變和高溫徐變,能夠直接利用桿長(zhǎng)和邊界條件計(jì)算。與纖維模型法一樣,分段積分法也難以準(zhǔn)確分析高溫下鋼與混凝土相互作用等受力特性。
2.3 有限元軟件ABAQUS
以往不少學(xué)者已采用有限元軟件ABAQUS對(duì)鋼管混凝土柱在常溫下的受力性能進(jìn)行了系統(tǒng)的分析[2],但對(duì)于高溫下的ABAQUS分析比較少,王衛(wèi)華[5]對(duì)圓鋼管混凝土柱的耐火性能進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較總體偏于安全,計(jì)算時(shí)未考慮鋼材高溫蠕變和混凝土瞬態(tài)熱應(yīng)變。
有限元模型中,鋼材采用ABAQUS軟件中提供的等向彈塑性模型,滿足Von Mises屈服準(zhǔn)則。高溫下鋼管的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、蠕變表達(dá)式同分段積分法。混凝土采用ABAQUS軟件中提供的塑性損傷模型,模型中基本參數(shù)取值根據(jù)HKS[15]確定。高溫下受壓區(qū)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用韓林海[2]ABAQUS分析的常溫表達(dá)式,并參考韓林海[2]的高溫模型進(jìn)行了修正。受拉區(qū)混凝土模型、瞬態(tài)熱應(yīng)變關(guān)系同分段積分法,參考Li和Purkiss[13]將混凝土瞬態(tài)熱應(yīng)變考慮到應(yīng)力-總應(yīng)變關(guān)系曲線中。需要說(shuō)明的是,采用塑性損傷模型較難考慮混凝土高溫徐變,ABAQUS分析中暫不考慮其影響。
以Lie和Chabot [16]中構(gòu)件C21為例,截面尺寸B×ts=273.1×5.56mm,鋼材屈服強(qiáng)度350MPa,混凝土圓柱體強(qiáng)度29MPa,硅質(zhì)骨料,構(gòu)件兩端固結(jié),作用在構(gòu)件上的荷載525kN。圖4所示為1/4構(gòu)件的有限元分析模型,其中,鋼管采用四節(jié)點(diǎn)減縮積分格式的殼單元S4R,混凝土采用八節(jié)點(diǎn)減縮積分格式的三維實(shí)體單元C3D8R。端部設(shè)置剛性很大的墊塊施加軸向荷載,墊塊采用三維實(shí)體單元C3D8R模擬。剛性墊塊與鋼管采用Shell to Solid Coupling進(jìn)行約束,與混凝土之間采用法向硬接觸約束。根據(jù)構(gòu)件實(shí)際受力情況,設(shè)置兩個(gè)分析步驟,首先在構(gòu)件加載位置施加荷載N,保持外荷載不變,調(diào)用溫度場(chǎng)分析結(jié)果計(jì)算。初始彎曲取1/1000桿長(zhǎng)。
圖4有限元模型
利用上述方法,可以得到該鋼管混凝土柱的計(jì)算軸線變形()-受火時(shí)間(t)關(guān)系曲線,如圖5所示,其中向上軸向變形為正,構(gòu)件壓縮為負(fù)?？梢?計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果總體趨勢(shì)接近,計(jì)算的耐火極限偏于安全。在軸壓比不大的情況下,升溫初期,由于鋼管溫度較高,熱膨脹也比核心混凝土大的多,構(gòu)件膨脹大于外荷載引起的軸向壓縮,變形曲線上升,荷載主要由鋼管承擔(dān),隨著鋼管溫度的提高,鋼材強(qiáng)度和彈性模量將大大退化,軸向變形曲線下降。當(dāng)變形值下降到一定程度,核心混凝土繼續(xù)承受外荷載,隨著高溫下混凝土材料屬性的降低,軸向變形曲線逐漸下降直至構(gòu)件破壞[17]。在軸壓比較大的情況下,前期上升的軸向變形則不明顯或不出現(xiàn)。
圖5軸線變形-時(shí)間關(guān)系曲線
圖6給出構(gòu)件的破壞形態(tài)以及最終的應(yīng)力狀態(tài),其中變形放大了10倍?？梢?構(gòu)件跨中有較大的彎曲變形,左側(cè)與右上受火部位的鋼管與混凝土之間明顯脫開。跨中左側(cè)鋼管溫度達(dá)到931℃,Mises應(yīng)力19.44MPa。端部未受火,承受較大外荷載,Mises應(yīng)力最大為52.33MPa?；炷量v向壓應(yīng)力最大為14.69MPa,在頂部,對(duì)于跨中和離頂部約1/6桿長(zhǎng)位置,混凝土縱向應(yīng)力也較大,約達(dá)到13.85MPa。
(a) 破壞形態(tài) (b) 鋼管Mises應(yīng)力 (c) 混凝土縱向應(yīng)力
圖6破壞時(shí)形態(tài)及應(yīng)力分布
圖7所示為不同時(shí)間下構(gòu)件跨中截面混凝土縱向應(yīng)力的分布情況,為便于分析,在圖5中定出A~E點(diǎn)?？梢?在常溫加載后,即0min時(shí),跨中截面混凝土應(yīng)力基本呈現(xiàn)帶狀分布,混凝土全截面受壓,由于初始彎曲,在外荷載作用下一側(cè)壓應(yīng)力較高,如圖7(a)所示。升溫初期,荷載主要由外部鋼管承擔(dān),截面混凝土溫度外高內(nèi)低,高溫區(qū)的熱膨脹變形受到低溫區(qū)的約束,因此高溫區(qū)混凝土為壓應(yīng)力,內(nèi)部低溫區(qū)混凝土為拉應(yīng)力,截面應(yīng)力分布云圖與溫度分布類似,如圖7(b)所示。隨著截面內(nèi)外溫差的減小,混凝土壓應(yīng)力和內(nèi)部拉應(yīng)力有所減小,在C點(diǎn)位置,核心混凝土又開始承受外荷載,如圖7(c)所示?；炷猎跍囟群屯夂奢d作用下,壓應(yīng)力增加,在D點(diǎn)位置,混凝土中心點(diǎn)壓應(yīng)力6.96MPa,右邊緣點(diǎn)壓應(yīng)力6.07MPa,如圖7(d)所示。隨著混凝土溫度的進(jìn)一步升高,材料屬性惡化較為嚴(yán)重,跨中撓度增加較快,破壞時(shí)壓應(yīng)力最大區(qū)域在截面中心偏下,即偏向構(gòu)件彎曲內(nèi)側(cè),壓應(yīng)力為13.85MPa,此時(shí)整個(gè)截面混凝土為受壓狀態(tài),如圖7(e)所示。
(a) A點(diǎn)(0min) (b) B點(diǎn)(23min) (c) C點(diǎn)(33min)
(d) D點(diǎn)(68min) (e) E點(diǎn)(100min)
圖7不同時(shí)間下跨中截面混凝土縱向應(yīng)力
采用ABAQUS軟件結(jié)果后處理形象直觀,能夠進(jìn)行火災(zāi)全過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變、相互作用等受力特性分析。采用ABAQUS的建模、參數(shù)分析及計(jì)算的速度不如前面兩種,目前ABAQUS研究鋼管混凝土耐火性能尚不完善,例如適合于ABAQUS分析的混凝土高溫本構(gòu)模型、混凝土高溫徐變、接觸熱阻取值、高溫下鋼與混凝土的粘結(jié)滑移等還需要進(jìn)一步研究。
3防火措施
(1)根據(jù)韓林海[2]的研究結(jié)果,火災(zāi)荷載比、截面尺寸、長(zhǎng)細(xì)比和防火保護(hù)層厚度是影響鋼管混凝土柱耐火極限的主要因素。因此,為提高耐火極限,可在設(shè)計(jì)中降低荷載比、增大截面尺寸、改變長(zhǎng)細(xì)比或采取防火保護(hù)措施。在鋼管混凝土外部采用防火保護(hù)是非常有效的方法,在不少工程中應(yīng)用,例如深圳賽格廣場(chǎng)大廈、杭州瑞豐國(guó)際商務(wù)大廈、武漢國(guó)際證券大廈等[2]。防火保護(hù)可采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、金屬網(wǎng)抹水泥砂漿、外包混凝土和采用防火板。
厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料效果明顯,在工程中應(yīng)用較多。噴涂前,首先應(yīng)將鋼管表面處理干凈,然后打底,底層材料由干料(圖8(a))、專用膠黏劑和水按一定比例攪拌均勻,如圖8(b)所示。接著利用空壓機(jī)(圖8(c))和噴槍在鋼管表面打底,一次攪拌的混合料宜在2小時(shí)內(nèi)用完,圖8(d)所示為打底后的情況。待底層材料完全凝固硬化后可開始采用手工涂抹。取袋裝干料和水按一定比例攪拌均勻,在鋼管表面分層涂抹,如圖8(e)和(f)所示。
(2)配鋼筋。以往已有一些學(xué)者對(duì)鋼管配筋混凝土柱的耐火性能進(jìn)行研究,取得了部分研究成果[2]。本文作者采用分段積分法計(jì)算了火災(zāi)下鋼管配筋混凝土柱的變形和耐火極限,結(jié)果表明,對(duì)于專門考慮抗火作用鋼筋的構(gòu)件,配筋率1～5%可比鋼管素混凝土柱耐火極限提高約10%～60%,配筋率每增加1%約增加11%。隨著鋼筋屈服強(qiáng)度的增加,構(gòu)件的耐火極限稍有增加。對(duì)于火災(zāi)荷載比包含鋼筋受力作用的構(gòu)件,配筋率和鋼筋屈服強(qiáng)度對(duì)耐火極限的影響很小,該內(nèi)容將另文發(fā)表。
(3)為保證火災(zāi)時(shí)核心混凝土中水蒸氣能夠及時(shí)散發(fā),確保結(jié)構(gòu)安全工作,需在鋼管混凝土柱上設(shè)置排氣孔,直徑一般為20mm[2]。
(a)袋裝干料 (b) 攪拌均勻 (c) 空壓機(jī)
(d) 噴底層材料后 (e) 圓鋼管混凝土涂抹 (f) 方鋼管混凝土涂抹
圖8防火涂料施工
4結(jié)語(yǔ)
4.1 采用自編有限元程序和有限元軟件ABAQUS計(jì)算鋼管混凝土柱在火災(zāi)下的溫度場(chǎng),均可以取得較好的結(jié)果,同時(shí)為火災(zāi)下構(gòu)件受力性能的計(jì)算分析提供基礎(chǔ)。
4.2 纖維模型法、分段積分法和有限元法是火災(zāi)下鋼管混凝土柱受力性能分析的常用方法。纖維模型法概念明確,計(jì)算方便,但它是一種簡(jiǎn)化的數(shù)值分析方法,難以準(zhǔn)確考慮鋼材的高溫蠕變、混凝土的瞬態(tài)熱應(yīng)變和高溫徐變。分段積分法將構(gòu)件沿著長(zhǎng)度方向分為若干單元,將數(shù)值積分點(diǎn)處的截面分為若干面積單元,在單元分析中采用改進(jìn)的AUL 表述推導(dǎo)得到梁柱單元?jiǎng)偠染仃嚪匠?程序中可合理考慮鋼材高溫蠕變、混凝土瞬態(tài)熱應(yīng)變和高溫徐變。采用纖維模型法和分段積分法均難以準(zhǔn)確分析高溫作用下鋼與混凝土的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變發(fā)展和相互作用等受力特性,采用有限元法可以很好地解決這些問(wèn)題,但是有限元方法建模和計(jì)算速度較慢,適合有限元軟件分析的材料高溫本構(gòu)、參數(shù)取值等研究尚不完善。
4.3 為提高鋼管混凝土柱的耐火極限,可在采用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、金屬網(wǎng)抹水泥砂漿、外包混凝土、防火板或配置專門考慮防火的鋼筋,其中在鋼管混凝土表面涂抹防火涂料是非常有效的保護(hù)措施。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)逐漸得到人們的重視,例如帶肋薄壁鋼管混凝土、中空夾層鋼管混凝土、鋼管高性能混凝土等,他們的耐火性能及其抗火設(shè)計(jì)、施工等問(wèn)題還需要進(jìn)一步探討。
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論文摘要:隨著房屋抗震要求的提高，以及墻體新材料的推廣使用，傳統(tǒng)的住宅磚混結(jié)構(gòu)已逐漸被框架結(jié)構(gòu)所替代，豎向承重構(gòu)件混凝土柱對(duì)房屋結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)就顯得尤為重要了，但通過(guò)我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量搭檢查以及平時(shí)質(zhì)量監(jiān)督檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，目前混凝土柱質(zhì)量狀況較混凝土梁板要差的多，一些混凝土質(zhì)量通病在混凝土柱子上反映也比較集中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題已越來(lái)越引起人們的關(guān)注，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一門新興的學(xué)科，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究、理論分析及規(guī)范編制等基礎(chǔ)理論工作，近年來(lái)均有很大進(jìn)展。
鋼筋混凝土柱是指用鋼筋混凝土材料制成的柱。是房屋、橋梁、水工等各種工程結(jié)構(gòu)中最基本的承重構(gòu)件，常用作樓蓋的支柱、橋墩、基礎(chǔ)柱、塔架和桁架的壓桿。按照制造和施工方法分為現(xiàn)澆柱和預(yù)制柱?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土柱整體性好，但支模工作量大。預(yù)制鋼筋混凝土柱施工比較方便，但要保證節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量。
鋼筋混凝土柱按配筋方式分為普通鋼箍柱、螺旋形鋼箍柱和勁性鋼筋柱。普通鋼箍柱適用于各種截面形狀的柱是基本的、主要的類型，普通鋼箍用以約束縱向鋼筋的橫向變位。螺旋形鋼箍柱可以提高構(gòu)件的承載能力，柱載面一般是圓形或多邊形。勁性鋼筋混凝土柱在柱的內(nèi)部或外部配置型鋼，型鋼分擔(dān)很大一部分荷載，用鋼量大，但可減小柱的斷面和提高柱的剛度；在未澆灌混凝土前，柱的型鋼骨架可以承受施工荷載和減少模板支撐用材。用鋼管作外殼，內(nèi)澆混凝土的鋼管混凝土柱，是勁性鋼筋柱的另一種形式。
一、常見柱質(zhì)量通病原因分析
（一）混凝土強(qiáng)度偏低，勻質(zhì)性差，低于同等級(jí)的混凝土梁板，主要原因是隨意改變配合比，水灰比大，坍落度大；攪拌不充分均勻；振搗不均勻；過(guò)早拆模，養(yǎng)護(hù)不到位，早期脫水表面疏松。
（二）混凝土柱“軟頂”現(xiàn)象，柱頂部砂漿多，石子少，表面疏松、裂縫。其主要原因是：混凝土水灰比大，坍落度大，澆搗速度快，未分層排除水分，到頂層未排除水分并第二次澆搗。
（三）混凝土的蜂窩、孔洞。主要原因是配合比不正確；一次下料過(guò)多，振搗不密實(shí)；位分層澆筑，混凝土離析，模板孔隙位堵好，或模板支撐不牢固，振搗時(shí)，模板移位漏漿。
（四）混凝土露筋，主要原因是混凝土澆筑振搗時(shí)，鋼筋的墊塊移位，或墊塊太少，甚至漏放，鋼筋緊貼模板致使拆模后露筋；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)截面較小，鋼筋偏位過(guò)密，大石子卡在鋼筋上，水泥漿不能充滿鋼筋周圍，產(chǎn)生露筋；因混凝土配合比不準(zhǔn)確，澆筑方法不當(dāng)，混凝土產(chǎn)生離析；澆搗部位缺漿或模板嚴(yán)重漏漿，造成露筋；本模板濕潤(rùn)不夠，混凝土表面失水過(guò)多，或拆模時(shí)混凝土缺棱掉角，造成露筋。
（五）混凝土麻面，缺棱掉角。主要原因是模板表面粗糙或清理不干凈；澆筑混凝土前木模板未濕或濕潤(rùn)不夠；養(yǎng)護(hù)不好；混凝土振搗不密實(shí)；過(guò)早拆模，受外力撞擊或保護(hù)不好，棱角被碰掉。
二、可采取的控制措施
（一）混凝土強(qiáng)度偏低，勻質(zhì)性差的主要控制措施
1、確保混凝土原材料質(zhì)量，對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料必須按質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查驗(yàn)收，并按規(guī)定進(jìn)行抽樣復(fù)試。
2、嚴(yán)格控制混凝土配合比，保證計(jì)量準(zhǔn)確，按試驗(yàn)室確定的配合比及調(diào)整施工配合比，正確控制加水量及外加劑摻量。加大對(duì)施工人員宣傳教育力度，強(qiáng)調(diào)混凝土柱結(jié)構(gòu)規(guī)范操作的重要性，改變其認(rèn)為柱子混凝土水灰比大，易操作易密實(shí)的錯(cuò)誤觀念。
3、混凝土應(yīng)拌合充分均勻，混凝土坍落度值可以較梁板混凝土小一些，宜摻減水劑，增加混凝土的和易性，減少用水量。（二）混凝土柱“軟頂”的主要控制措施
1、嚴(yán)格控制混凝土配合比，要求水灰比、坍落度不要太大，以減少泌水現(xiàn)象。
2、摻減水劑，減少用水量，增加混凝土的和易性。
3、合理安排好澆筑混凝土柱的次序，適當(dāng)放慢混凝土的澆筑速度，混凝土澆筑至柱頂時(shí)應(yīng)二次澆搗并排除其水分和抹面。
4、連續(xù)澆筑高度較大的柱時(shí)，應(yīng)分段澆筑，分層減水，尤其是商品混凝土。
（三）混凝土柱蜂窩孔洞的主要控制措施
1、混凝土攪拌時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制材料的配合比，經(jīng)常檢查，保證材料計(jì)量準(zhǔn)確。
2、混凝土應(yīng)拌合充分均勻，宜采用減水劑。
3、模板縫隙拼接嚴(yán)密，柱底模四周縫隙應(yīng)用雙面膠帶密封，防止漏漿。
4、澆筑時(shí)柱底部應(yīng)先填100厚左右的同柱混凝土級(jí)配一樣的水泥沙漿。
5、控制好下料，保證混凝土澆筑時(shí)不產(chǎn)生離析，混凝土自由傾落高度不應(yīng)超過(guò)2m。
6、混凝土應(yīng)分層振搗，在鋼筋密集處，可采用人工振搗與機(jī)械振搗相結(jié)合的辦法、嚴(yán)防漏振。
7、防止砂石中混有粘土塊等雜物。
8、澆筑時(shí)應(yīng)經(jīng)常觀察模板、支架墻縫等情況，若有異常，應(yīng)停止?jié)仓?，并?yīng)在混凝土凝結(jié)前修整完畢。
（四）混凝土露筋的主要控制措施
1、混凝土澆筑前，應(yīng)檢查鋼筋和保護(hù)層厚度是否準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修整。
2、混凝土截面較小，鋼筋較密集時(shí)，應(yīng)選配適當(dāng)?shù)氖?。?/p>
3、為了保證混凝土保護(hù)層厚度，必須注意固定好填塊，墊塊間距不宜過(guò)稀。
4、為了防止鋼筋移位，嚴(yán)禁振搗棒撞擊鋼筋，保護(hù)層混凝土要振搗密實(shí)。
5、混凝土澆筑前，應(yīng)用清水將模板充分濕潤(rùn)，并認(rèn)真填好縫隙。
6、混凝土也要充分養(yǎng)護(hù)、不宜過(guò)早拆除。
（五）混凝土麻面缺棱掉角的主要控制措施
1、模板面清理干凈，不得粘有干硬水泥沙漿等雜物。
2、板模在混凝土澆筑前應(yīng)充分濕潤(rùn)，混凝土澆筑后應(yīng)認(rèn)真澆水養(yǎng)護(hù)。
3、混凝土必須按操作規(guī)程分層均勻振搗密實(shí)，嚴(yán)防漏漿。
4、拆除柱模板時(shí)，混凝土也具有足夠的強(qiáng)度；拆模時(shí)不能用力過(guò)猛、過(guò)急，注意保護(hù)棱角。
5、加強(qiáng)成品保護(hù)，對(duì)于處在人多運(yùn)料等通道時(shí)，混凝土陽(yáng)角要采取相應(yīng)的保護(hù)措施。
三、有關(guān)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固問(wèn)題
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題已越來(lái)越引起人們的關(guān)注。美國(guó)學(xué)者用“五倍定律”形象地說(shuō)明耐久性的重要性，特別是設(shè)計(jì)對(duì)耐久性問(wèn)題的重要性。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)新建項(xiàng)目在鋼筋防護(hù)方面，每節(jié)省1美元，則發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施多追加5美元，混凝土開裂時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用25美元，嚴(yán)重破壞時(shí)多追加維護(hù)費(fèi)用125美元。這一可怕的放大效應(yīng)，使得各國(guó)政府投入大量資金用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與加固的研究。除了耐久性外，還有施工質(zhì)量問(wèn)題，許多新建的建筑工程也存在較嚴(yán)重的工程質(zhì)量問(wèn)題和質(zhì)量事故，這些建筑的加固在整個(gè)加固工作中，也占有相當(dāng)大的比例。
對(duì)老化或有病害的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固是提高其耐久性、延長(zhǎng)其使用壽命較有效的辦法，其主要方法有以下幾種：加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、增設(shè)支撐加固法、粘鋼加固法、托梁拔柱技術(shù)、增設(shè)支撐體系及剪力墻加固法、增設(shè)拉結(jié)連系加固法、裂縫修補(bǔ)技術(shù)等。
Abstract： Due to steel housing with a high technological content， construction and installation cost is higher than other classes corresponding housing. However， considered in conjunction occupancy， land use efficiency and other factors； steel residential genus worthy new residential architecture. Based on the high-rise steel residential architecture in what a useful research and exploration， considering in the calculation process seismic loads and wind loads， research for the promotion of development and improvement of steel housing has a guiding significance and reference value.
關(guān)鍵詞：高層鋼結(jié)構(gòu)住宅；結(jié)構(gòu)計(jì)算及分析；地震荷載；風(fēng)荷載
Key words： high-rise steel residential；structure calculation and analysis；seismic load；wind load
中圖分類號(hào)：TU973 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）02-0131-03
0 引言
鋼框架結(jié)構(gòu)與混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，有很多不同之處。一方面鋼材比混凝土材質(zhì)更為均勻、各方向的力學(xué)性能幾乎一樣，這些有利于結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算；另一方面，鋼材強(qiáng)度較高，在相同承載力下鋼構(gòu)件的截面可以減小很多。這是鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也產(chǎn)生一些問(wèn)題：構(gòu)件截面的抗彎剛度EI、抗扭剛度GIt、抗翹曲剛度EIw均小于混凝土構(gòu)件的各個(gè)剛度值。剛度小就意味著抗變形的能力比較差，容易產(chǎn)生較大的變形。[1-5]
1 荷載效應(yīng)的計(jì)算
我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算作規(guī)定，但公式只限于彈性分析，而且一般采用一階彈性分析。由于鋼框架結(jié)構(gòu)P-Δ效應(yīng)較大，采用一階彈性分析顯得保守，這時(shí)宜采用二階分析。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)二階效應(yīng)進(jìn)行了研究，比較成熟的分析方法有兩種：塑性區(qū)法和塑性鉸法。這兩種方法都對(duì)材料進(jìn)入塑性階段給出了研究結(jié)果。但由于計(jì)算工作量大，難于在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中推廣。
本文按照我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2014）中的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)PKPM軟件，對(duì)常用的鋼結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，從而找出結(jié)構(gòu)性能比最好的結(jié)構(gòu)體系。[1-2]
2 PKPM計(jì)算分析
2.1 結(jié)構(gòu)模型
現(xiàn)以昆明某小區(qū)12層鋼結(jié)構(gòu)住宅為背景，建筑方案為：（高層）地下1層，地上12層，出屋面樓梯、電梯間1層；層高為地下3.6m，地上12層每層均為2.9m，出屋面4.1m；室內(nèi)外高差：0.45m；地上結(jié)構(gòu)總高度：0.45+2.9×12=35.25m；結(jié)構(gòu)方案為：樓板采用現(xiàn)澆混凝土平板，預(yù)應(yīng)力槽形疊合板，樓面預(yù)留70mm建筑做法，輕骨料混凝土填充；主體結(jié)構(gòu)材料為鋼材：Q235；混凝土強(qiáng)度等級(jí)：鋼管混凝土柱C40，其他C30；鋼筋：HPB300級(jí)、HRB400級(jí)。基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土樁基礎(chǔ)；填充墻采用200mm厚加氣混凝土砌塊?？拐鹪O(shè)防烈度分別考慮7度和8度，設(shè)計(jì)基本加速度值為0.10g和0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地土特征周期值選取0.40s。
結(jié)構(gòu)類型分別考慮鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)兩種，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1和圖2所示，其三維模型如圖3和圖4所示。柱子采用方鋼管柱和鋼管混凝土柱兩種類型。
2.2 計(jì)算結(jié)果比較
通過(guò)PKPM計(jì)算，將兩種結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，期中用鋼量對(duì)比如表1所示，層間位移角對(duì)比如表2所示，應(yīng)力比對(duì)比如表3所示。
通過(guò)以上分析可以看出，無(wú)論是7度設(shè)防區(qū)還是8度設(shè)防區(qū)，采用鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)用鋼量少，在水平荷載作用下的層間側(cè)移也比較小。說(shuō)明鋼管混凝土柱的使用效果更好，在高層鋼結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)更好。此外，從應(yīng)力比對(duì)比結(jié)果來(lái)看，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)各類構(gòu)件的應(yīng)力比比較高，說(shuō)明構(gòu)件的承載力更能夠充分發(fā)揮。
3 結(jié)論
本文對(duì)高層鋼結(jié)構(gòu)常用的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了分析與對(duì)比。從分析結(jié)果可以得出以下結(jié)論：
3.1 用鋼量
無(wú)論是鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)還是鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土柱的用鋼量都比較小。7度時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.96，8度時(shí)兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量比為1：0.92，兩種結(jié)構(gòu)的用鋼量相當(dāng)。若是考慮經(jīng)濟(jì)性，在結(jié)構(gòu)中采用鋼管混凝土柱可以大大降低成本。
3.2 抗側(cè)移性能
7度、8度時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)類型都可以滿足水平側(cè)移要求，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)更優(yōu)。兩者的側(cè)移不僅滿足了規(guī)范規(guī)定的限值，而且滿足了住宅精裝修的要求。
3.3 安全性能
鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)和鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)都能滿足安全性能的要求，兩種結(jié)構(gòu)的構(gòu)件應(yīng)力比都比較大，構(gòu)件的承載力能夠充分發(fā)揮。
綜上所述：鋼管混凝土柱的受力性能要強(qiáng)于方鋼管柱，在8度區(qū)，用鋼梁比后者少了8%左右，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)?shù)拿黠@。對(duì)于鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)方向上筒體都屬于強(qiáng)支撐體系，所以安全性能全面高于其他結(jié)構(gòu)類型。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；抗火；設(shè)計(jì)方法；國(guó)外新趨勢(shì)
中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
隨著我們進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，鋼管混凝土已被大家熟知。這種具有良好性能的新技術(shù)頗受廣大學(xué)者以及工程師們的喜愛。
1 鋼管混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)：
⑴承載能力高鋼管混凝土柱軸心受壓時(shí)，混凝土外層鋼管對(duì)其產(chǎn)生緊箍效應(yīng)，其內(nèi)部核心混凝土的強(qiáng)度有很大提高，鋼管也發(fā)揮了自身的強(qiáng)度作用，所以柱的抗壓承載力高。
⑵良好的塑性及韌性如采用單一的混凝土柱進(jìn)行受壓，常屬于脆性破壞，而鋼管混凝土的管內(nèi)混凝土受鋼管的約束作用，使混凝土的彈性工作段增大，且破壞時(shí)有很大的塑性變形，而且這種構(gòu)件在水平荷載的反復(fù)作用下顯示出良好的延性。
⑶工程耐腐蝕性優(yōu)于純鋼結(jié)構(gòu)鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼結(jié)構(gòu)少得多，抗腐和防腐所需費(fèi)用也比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省。
⑷工程造價(jià)降低，建筑物的使用面積增大由于鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，同時(shí)用于防腐的費(fèi)用減少，因此相應(yīng)降低地基基礎(chǔ)、 主體等多項(xiàng)分部的工程造價(jià)。除此之外,因?yàn)殇摴茼胖孛姹蠕摻罨炷林獪p少 60 %以上，截面尺寸也比鋼柱小，所以擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積。
2抗火研究?jī)?nèi)容
在我國(guó)從20世紀(jì)80年代后期，鋼管混凝土的應(yīng)用就進(jìn)入了高層領(lǐng)域，在實(shí)際的應(yīng)用中更是發(fā)現(xiàn)了上述的優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展十分迅速。高層建筑中采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已為廣大工程技術(shù)界所重視，越來(lái)越顯示出它在高層和超高層建筑中的優(yōu)勢(shì)。由于高層結(jié)構(gòu)的抗火問(wèn)題一直是受到關(guān)注的，所以高層建筑鋼管混凝土的抗火問(wèn)題就值得研究。以下介紹抗火研究的內(nèi)容。
2.1材料特性的研究
鋼管混凝土所用材料無(wú)非是鋼與混凝土這兩類材料，與抗火有關(guān)的材料特性主要包括彈性模量、強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度）、應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系及熱傳導(dǎo)系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、密度和比熱等熱工參數(shù)。因此確定鋼和混凝土的高溫性能（物理特性和力學(xué)性能）是解決火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能問(wèn)題的必要條件。
2.2單個(gè)構(gòu)件抗火性能研究
由于鋼結(jié)構(gòu)抗火較混凝土結(jié)構(gòu)差，所以主要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)抗火性能進(jìn)行理論和試驗(yàn)研究，早期主要是以單個(gè)構(gòu)件為研究對(duì)象。鋼柱分析主要基于常溫下的受力、變形性能分析，采用高溫下的結(jié)構(gòu)材料特性進(jìn)行，研究對(duì)象包括鋼梁、鋼柱、節(jié)點(diǎn)等。目前國(guó)內(nèi)外研究者基本都采用數(shù)值模擬分析鋼構(gòu)件在火災(zāi)中的反應(yīng)，結(jié)果表明：熱膨脹是影響鋼構(gòu)件抗火性能的一個(gè)重要因素之一，其影響的大小與構(gòu)件兩端的約束條件有關(guān)系，對(duì)應(yīng)鋼梁，梁端鉸接的梁耐火時(shí)間最長(zhǎng)。
2.3結(jié)構(gòu)整體抗火性能研究
鋼結(jié)構(gòu)的材料性能隨火災(zāi)升溫發(fā)生非線性變化，另外在溫度內(nèi)力，材料幾何非線性，應(yīng)力非線性等的影響下，使得火災(zāi)下整體鋼結(jié)構(gòu)的全過(guò)程分析很困難。但是要進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)，就必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體火災(zāi)反應(yīng)分析，近期主要利用成熟的商業(yè)有限元軟件包（ANSYS、ABAQUS等）進(jìn)行數(shù)值模擬。
3結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的方法
目前通常采用的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法主要有三種：
3.1 基于試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法
這種方法以試驗(yàn)為設(shè)計(jì)依據(jù)，通過(guò)進(jìn)行不同類型構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)升溫條件和規(guī)定荷載分布下的耐火試驗(yàn)，確定在采取不同的防火措施后構(gòu)件的耐火極限。建筑物的耐火等級(jí)大小、構(gòu)件在建筑物中所處的位置以及構(gòu)件的重要性決定了構(gòu)件所需的耐火極限大小。最后設(shè)計(jì)構(gòu)件的截面尺寸，根據(jù)試驗(yàn)所確定的構(gòu)件實(shí)際耐火極限大小來(lái)校核，若不滿足耐火極限要求，則需重新設(shè)計(jì)構(gòu)件，直至滿足耐火極限要求。我國(guó)現(xiàn)行的《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》采用的就是這種設(shè)計(jì)方法。這種抗火設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，便于應(yīng)用。但試驗(yàn)費(fèi)用昂貴，且缺乏理論性和合理性，不能從根本上考慮材料性能隨溫度的劣化過(guò)程，不能模擬結(jié)構(gòu)的端部約束情況和各種荷載形式。
3.2 基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法
隨著理論基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，己有可能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗火的數(shù)值計(jì)算。采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗火研究可以更真實(shí)地模擬實(shí)際情況中結(jié)構(gòu)的火災(zāi)力學(xué)性能。從20世紀(jì)70年代，國(guó)際上開始研究基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法，這些方法可以考慮結(jié)構(gòu)的真實(shí)受力和約束情況。目前，很多學(xué)者都開始采用基于計(jì)算的構(gòu)件抗火設(shè)計(jì)方法，主要是經(jīng)典算法和有限元計(jì)算方法?？紤]構(gòu)件的截面尺寸、受力形式與受力大小、構(gòu)件的約束形式對(duì)構(gòu)件抗火能力的影響，利用熱傳導(dǎo)理論和結(jié)構(gòu)理論通過(guò)分析確定構(gòu)件的抗火能力，更符合客觀實(shí)際，是對(duì)傳統(tǒng)方法中結(jié)構(gòu)抗火能力確定進(jìn)行的改進(jìn)方法。
3.3 性能化結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法
由于性能化方法以結(jié)構(gòu)抗火需求為目標(biāo)，最大程度地模擬結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗火能力，因此是一種科學(xué)先進(jìn)的抗火設(shè)計(jì)方法。對(duì)結(jié)構(gòu)抗火需求進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)對(duì)象，直接以人員安全和火災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失最小為目標(biāo)，確定結(jié)構(gòu)抗火需求；同時(shí)考慮實(shí)際火災(zāi)升溫及結(jié)構(gòu)整體性能對(duì)結(jié)構(gòu)抗火能力的影響。
以上3種方法中基于試驗(yàn)的抗火設(shè)計(jì)方法基本上已不再使用，現(xiàn)在的試驗(yàn)一般用來(lái)檢驗(yàn)理論研究的結(jié)果。基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)
方法是以高溫下鋼結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)為目標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，是目前抗火設(shè)計(jì)的整體發(fā)展趨勢(shì)。性能化結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法考慮火災(zāi)隨機(jī)性，目前研究和工程實(shí)踐還很少，是新的研究課題。
4國(guó)外鋼—混凝土結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的新方法
國(guó)外抗火設(shè)計(jì)的一種趨勢(shì)是以設(shè)計(jì)火災(zāi)的溫度－時(shí)間曲線為基礎(chǔ)的抗火設(shè)計(jì)。這種方法的關(guān)鍵是找出導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的火災(zāi)效應(yīng)的極限值，對(duì)于給定的受外荷載作用的構(gòu)件，其火災(zāi)效應(yīng)隨不同火災(zāi)密度而變化。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO-834)建議的建筑構(gòu)件抗火試驗(yàn)曲線，表達(dá)式如下：
式中：t為時(shí)間(min)； Tg為t時(shí)刻的溫度；Tg（0）為初始溫度。
加拿大國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)曲線CAN4-S101如下：
式中t以小時(shí)計(jì)。
美國(guó)和加拿大采用的為ASTM-E119標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，可近似地用下式表示：
歐洲規(guī)范采用的建筑室內(nèi)火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線為ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，同時(shí)歐洲規(guī)范對(duì)烴類可燃物火災(zāi)另建議了一條升溫曲線為：
式中t以秒計(jì)。
下圖為ISO-834、CAN4-S101、烴類可燃物火災(zāi)、ASTM-E119火災(zāi)升溫曲線的對(duì)比示意圖。
圖一 四種標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線
5結(jié)語(yǔ)
該文簡(jiǎn)要介紹了一些鋼管混凝土抗火研究所遇到的一些問(wèn)題，希望以此可以為后來(lái)作進(jìn)一步的抗火研究奠定一些基礎(chǔ)。管內(nèi)核心混凝土相對(duì)鋼材具有較大的熱容量, 能吸收大量的熱量。所以在遭受火災(zāi)時(shí), 外部鋼管雖然升溫較快, 但內(nèi)部混凝土升溫滯后, 仍具有一定的承載力, 因而增加了鋼管的耐火時(shí)間,相對(duì)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)可以大量節(jié)約防火涂料。所以說(shuō)由于組成鋼管混凝土的鋼管和其核心混凝土之間相互貢獻(xiàn)、協(xié)同互補(bǔ)、共同工作的優(yōu)勢(shì)，使這種結(jié)構(gòu)還是具有較好的耐火性能。
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【關(guān)鍵詞】鋼管RPC；實(shí)驗(yàn)制備；軸壓短柱；受力性能
1、研究背景
RPC（活性粉末混凝土）是20世紀(jì)90年代由法國(guó)開發(fā)的一種新型的水泥基復(fù)合材料，它具有普通高強(qiáng)混凝土無(wú)法比擬的優(yōu)越性能。主要表現(xiàn)為高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性等。它的基本原理是： 通過(guò)減小原材料顆粒尺寸，采用合理的級(jí)配增加了材料的堆積密度，使混凝土的微裂縫和孔隙等缺陷最少化，就可以獲得由其組成材料所決定的、最大的承載能力，并具有優(yōu)異的耐久性。粉煤灰的摻入在一定程度上改善了RPC漿體的和易性，進(jìn)一步增加了RPC 的密實(shí)程度，成本也有所降低， 更加適合我國(guó)工程的實(shí)際情況。
由于RPC 的超高強(qiáng)度，對(duì)其進(jìn)行一般的配筋設(shè)計(jì)是困難而不經(jīng)濟(jì)的，雖然它的韌性較一般混凝土要好得多，但同鋼材相比也還有較大的差距，因此也不宜獨(dú)立用于荷載較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。如何在工程中有效地使用這種新材料，鋼管RPC（鋼管活性粉末混凝土）作為一種新的結(jié)構(gòu)形式，展現(xiàn)出了更好的工程實(shí)用性，其性能集合了鋼管混凝土與活性粉末混凝土兩者的優(yōu)越性。鑒于以上背景，我們對(duì)鋼管RPC 的制備和力學(xué)性能進(jìn)行一個(gè)初步研究，雖然之前國(guó)內(nèi)也有相關(guān)研究，但目前鋼管RPC的運(yùn)用一直尚處于開始階段，因此僅就鋼管RPC 的軸壓短柱的極限抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究。
2、實(shí)驗(yàn)材料、配合比及制備
1、實(shí)驗(yàn)材料
RPC實(shí)驗(yàn)原材料盡量選擇現(xiàn)階段工程運(yùn)用較為廣泛的材料，爭(zhēng)取其制備和推廣的實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性。
（1）水泥 湖南洞庭P.O42.5普通硅酸鹽水泥；
（2）硅粉 上海埃凱微硅粉，SiO2含量89.56%，平均粒徑在0.1～0.15 μ m，比表面積為18200/kg，密度2.21g/ cm3；
（3）粉煤灰 湖南大唐湘潭電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰；
（4）砂 天然河砂，粒徑0.3mm～0.6mm；
（5）減水劑 北京慕湖外加劑有限公司生產(chǎn)的高濃型萘系高效減水劑FDN，褐黃色粉末，主要成分為β-萘磺酸甲醛縮合物，摻量2%時(shí)，減水率20%以上。
（6）水 自來(lái)水
2、配合比及制備
在對(duì)RPC的研究中，我們采用三元膠凝體系（水泥-粉煤灰-硅灰體系）來(lái)確定配合比，在理論配合比的基礎(chǔ)上，結(jié)合本地相關(guān)材料和未來(lái)施工工藝普遍化的需求，進(jìn)行了多次配合比調(diào)整，最終確定的配合比為：
（1）水膠比（質(zhì)量比） = 水/ （水泥+ 粉煤灰+ 硅粉） =0.18；
（2）砂灰比（質(zhì)量比） = 砂/（水泥+ 粉煤灰） = 1.25；
（3）硅粉摻量（質(zhì)量比） = 硅粉/（水泥+ 粉煤灰） = 0.2；
（4）粉煤灰摻量（質(zhì)量比） = 粉煤灰/ （水泥+ 粉煤灰） =0.3。
根據(jù)以上配合比及與普通混凝土相同的養(yǎng)護(hù)條件和實(shí)驗(yàn)齡期，對(duì)三組尺寸為40mm×40mm×160mm的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1所示。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，利用湖南省常見材料和普通混凝土的常規(guī)養(yǎng)護(hù)能成功配制出強(qiáng)度達(dá)C120以上的RPC，但因?yàn)樵牧吓c養(yǎng)護(hù)條件等的制約，RPC的超高性能優(yōu)勢(shì)并沒有充分發(fā)揮出來(lái)。
3、鋼管RPC軸壓短柱抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)
試件設(shè)計(jì)： 試件采用直徑100mm，高度300mm、壁厚4mm的Q235 普通低碳鋼鋼管，數(shù)量為3根，先按上述配合比要求完成RPC的攪拌，然后澆筑于預(yù)先設(shè)計(jì)好的鋼管內(nèi)，用振動(dòng)臺(tái)振實(shí)，然后覆蓋塑料膜防止水分流失，成型24小時(shí)后，進(jìn)行常規(guī)養(yǎng)護(hù)。28天齡期達(dá)到后，在湖南城市學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室5000KN液壓式壓力機(jī)上進(jìn)行軸壓短柱抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。同時(shí)在相同配合比相同材料相同環(huán)境下制備了3組立方體RPC試塊。
為了準(zhǔn)確地測(cè)量試件的應(yīng)變，沿每個(gè)試件周邊布設(shè)縱向4對(duì)電阻應(yīng)變片，應(yīng)變片數(shù)據(jù)分別通過(guò)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀自動(dòng)采集。試驗(yàn)采用分級(jí)加載，每級(jí)荷載為預(yù)估極限荷載的1/10，每級(jí)荷載持荷2～3 min，當(dāng)達(dá)到極限荷載后，則采用慢速連續(xù)加載，以獲得鋼管RPC完整的荷載縱向應(yīng)變曲線，試件的極限荷載是指試件的最大承載能力。
4、試驗(yàn)結(jié)果分析
本文試驗(yàn)結(jié)果表明：沒有側(cè)向約束的RPC試件在達(dá)到極限荷載時(shí)，都呈爆裂式脆性破壞。在鋼管RPC中RPC經(jīng)鋼管約束后，整個(gè)組合試件不但承載力有較大的提高，延性也有很大的改善。從圖1可以看出鋼管RPC軸壓短柱的受力性能可分為4個(gè)階段：
第一階段：彈性階段（OA段），在此階段荷載一縱向應(yīng)變基本呈線性變化，鋼管和RPC之間的相互作用較弱。
第二階段：彈塑性階段（AB段），在這一階段，由于鋼管進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，彈性模量不斷減小，而RPC在此時(shí)仍呈現(xiàn)線彈性狀態(tài)，引起鋼管和RPC之間的應(yīng)力重分布，導(dǎo)致試件的荷載縱向應(yīng)變關(guān)系曲線逐漸呈明顯的非線性變化。但此階段很短，約占極限荷載的5%～10%。
第三階段：承載力下降段，這是在鋼管活性粉末混凝土的承載力達(dá)到極限后鋼管和核心活性粉末混凝土發(fā)生復(fù)雜相互作用的階段。
第四階段：強(qiáng)化階段，此階段鋼管進(jìn)入強(qiáng)化工作狀態(tài)，試件的承載力呈現(xiàn)出回升的趨勢(shì)，回升的幅度也同樣取決于試件本身的套箍系數(shù)，套箍系數(shù)越大，回升的幅度也越大。
以上結(jié)果分析表明：鋼管RPC短柱在軸心受壓時(shí)，具有很好的彈性和彈塑性力學(xué)性能，破壞形式屬于延性破壞。
5、結(jié)論
通過(guò)以上分析可以看出，在鋼管RPC中RPC經(jīng)鋼管約束后，整個(gè)組合試件不但承載力有較大的提高，延性也有很大的改善，鋼管RPC短柱在軸心受壓時(shí)，具有很好的彈性和彈塑性力學(xué)性能。因此將這種材料應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)工程具有一定的前景，但如何在利用常規(guī)原材料，常規(guī)施工工藝及養(yǎng)護(hù)條件下，既達(dá)到鋼管RPC的超高性能又能有它的廣泛適用性和經(jīng)濟(jì)性等方面值得進(jìn)一步的研究。
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【關(guān)鍵字】建筑混凝土，鋼組合柱，施工技術(shù)，控制要點(diǎn)
中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一．前言
建筑行業(yè)關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，其質(zhì)量的好壞將直接影響到整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展，伴隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，施工工藝也在不斷的完善，建筑混凝土型鋼組合柱是現(xiàn)代建筑行業(yè)中采用最多的建筑結(jié)構(gòu)體系之一。在建筑結(jié)構(gòu)體系中，建筑混凝土型鋼組合柱是運(yùn)用最為普遍的一種，其結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)是整個(gè)主體建筑結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵和核心部分，一般而言，當(dāng)一些自然災(zāi)害或者還是地質(zhì)災(zāi)害來(lái)臨時(shí)候，建筑主體發(fā)生一些破壞或者是損害的時(shí)候，多半是發(fā)生在梁柱節(jié)點(diǎn)部位，對(duì)于結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞一般都是指剪切破壞和鋼筋的錨固發(fā)生了破壞，當(dāng)這種破壞程度達(dá)到所能夠承受的極限時(shí)候，很可能造成整個(gè)主體建筑的坍塌，從而引起嚴(yán)重的建筑質(zhì)量問(wèn)題和人身安全事故，不僅僅很大程度的造成了整個(gè)建筑工程的資源浪費(fèi)，也對(duì)相關(guān)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的損害，破壞了社會(huì)的和諧，因而，加強(qiáng)對(duì)建筑混凝土型鋼組合柱施工技術(shù)的分析，對(duì)保證混凝土型鋼組合柱的施工質(zhì)量，保證整個(gè)建筑工程的整體穩(wěn)定性，有著深遠(yuǎn)的影響。
二．工程概況
該建筑位于市中心城區(qū)，由主樓和裙樓兩部分組成。地下一層，裙樓地上5 層，主樓地上 15 層，建筑高度 64.85 m，總面積 達(dá)2 萬(wàn)多平方米，結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。
該建筑從基礎(chǔ)至七層樓面通長(zhǎng)設(shè)置型鋼混凝土組合柱，共計(jì) 7 根，分層安裝施工。鋼柱的地下部分由于層高 5.7 m，分兩次安裝，地上部分每層樓面以上 1.3 m 安裝 1 次，總高度 42.5 m。勁性鋼柱形式為 H 型鋼交叉焊接，即兩根 H 型鋼由腹板沿長(zhǎng)度方向中心線切開后交叉焊接，形成腹板與 H 型鋼交叉的鋼柱，截面尺寸為 300 mm×700 mm，遇樓層與梁相交處根據(jù)設(shè)計(jì)增加鋼牛腿。梁柱節(jié)點(diǎn)處梁內(nèi) 8 根鋼筋打孔穿過(guò)型鋼柱，部分鋼筋從牛腿上下兩方向穿過(guò)，剩余鋼筋錨固在鋼柱中。
三．施工技術(shù)
1．制作勁性鋼柱
根據(jù)建筑物特點(diǎn)，在建筑的每一層分別制作勁性鋼柱，具體操作方法是：根據(jù)建筑的樓層高度，以每一六層高度為一個(gè)施工段，來(lái)制作勁性鋼柱。但是由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工操作和檢查，因此在每層樓板板面以上 1.3 m 處安置鋼柱接頭，這樣就為施工人員留置了很大的工作空間，同時(shí)，還要對(duì)各個(gè)工序嚴(yán)格進(jìn)行控制，保證鋼柱的質(zhì)量。
在16Mn 鋼板進(jìn)廠時(shí)，需要檢查是否具有合格證、檢驗(yàn)報(bào)告等這些質(zhì)量標(biāo)志，同時(shí)還需要對(duì)材料進(jìn)行復(fù)查，直到全部材料合格以后，才能進(jìn)行加工。在制作鋼柱時(shí)，一般都是用切割機(jī)將鋼板進(jìn)行切割，切割以后，還要保證鋼板的平直，對(duì)其進(jìn)行矯正，使局部撓曲矢高控制在1.0m 范圍內(nèi)。焊接在勁性鋼的制作過(guò)程中是十分重要的環(huán)節(jié)，通常采用的是交叉對(duì)稱焊接的方式進(jìn)行。同時(shí)，鋼柱的長(zhǎng)焊縫質(zhì)量必須達(dá)到 GB 50205－2001 B 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
2．鋼柱的安裝技術(shù)
（一）在加工好的型鋼柱四面彈出中心線，提前在鋼柱的安裝位置測(cè)量好安裝邊線并引出兩條交叉的控制軸線。用塔吊進(jìn)行型鋼柱的安裝，同時(shí)必須要有專人進(jìn)行指揮起吊安裝，在起吊之前，還要檢查索具是否完好符合安全要求，這樣才能開始安裝。起吊后，要慢慢將鋼柱吊裝到位，對(duì)準(zhǔn)安裝控制線下落，初步就位。施工人員還要根據(jù)控制線用工具對(duì)鋼柱根部的位置進(jìn)行調(diào)整，從而將鋼柱調(diào)整到準(zhǔn)確的位置，接著在上層樓板處將鋼柱進(jìn)行固定，再確保鋼柱的位置正確并且安裝固定后才能脫勾。
（二）鋼柱就位后，在引出十字交叉的兩條控制軸線上架設(shè)經(jīng)緯儀進(jìn)行型鋼柱的就位調(diào)整，使柱上彈出的中線與經(jīng)緯儀的豎絲重合。按中線的垂直度，塔吊起吊就位后，人工用撬棍調(diào)節(jié)對(duì)鋼柱進(jìn)行校正，就位后垂直度偏差≤2 mm。
（三）經(jīng)過(guò)測(cè)量確認(rèn)鋼柱的安裝位置和垂直度符合要求后，就要在鋼柱底部四周作點(diǎn)焊臨時(shí)固定，接著要再次檢查鋼柱軸線的位置及垂直度，確認(rèn)正確后才能進(jìn)行下一步。
（四）為了使鋼柱在焊接的時(shí)候不發(fā)生變形，在將鋼柱的臨時(shí)焊點(diǎn)固定后，用兩根 d48 mm 鋼管作拉桿在柱端兩側(cè)翼板上焊接，使其連成整體。
3．中間節(jié)的安裝技術(shù)
安裝勁性鋼柱時(shí)，必須要在每層樓板的混凝土澆筑完成，并且在適當(dāng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)具備一定條件后方可進(jìn)行， 在安裝過(guò)程中，要對(duì)鋼柱的位置和垂直度進(jìn)行不斷的調(diào)整。在施工中自行設(shè)計(jì)安裝的調(diào)節(jié)錨栓就起了很大的作用，另外利用焊接收縮來(lái)調(diào)整其垂直偏差。在將勁性鋼柱吊裝就位后，先進(jìn)行點(diǎn)焊臨時(shí)連接，接著就觀察并糾正其垂直度差，最后就要觀察并糾正因焊接收縮而導(dǎo)致的垂直度差。同時(shí)為了使安裝上層勁性鋼柱垂直偏差積累不超過(guò)允許值而影響到整個(gè)結(jié)構(gòu)，可以對(duì)勁性鋼柱的下部進(jìn)行校正準(zhǔn)確，還應(yīng)該講上部的安裝垂直中心線對(duì)準(zhǔn)。
4．鋼筋施工技術(shù)
樓層梁柱節(jié)點(diǎn)處梁設(shè)計(jì)為 1100mm×500mm 的寬扁梁，梁配筋較多，要求梁部分鋼筋要從鋼柱中打孔穿過(guò)，部分鋼筋焊接在 H 型鋼牛腿上，部分鋼筋從 H 型鋼牛腿上下方向穿過(guò)。
該節(jié)點(diǎn)處施工工藝復(fù)雜，施工難度大，因此，控制好鋼柱的標(biāo)高和軸線的位置是節(jié)點(diǎn)處的施工的前提條件。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，為了使鋼筋在牛腿上的焊接質(zhì)量符合要求，在安裝完鋼柱后，根據(jù)設(shè)計(jì)和施工的規(guī)范在鋼牛腿上焊接同規(guī)格的連接鋼筋，接著用直螺紋套筒連接相鄰跨的梁鋼筋。
5．模板與混凝土施工技術(shù)
（一）模板施工技術(shù)
柱模選用竹膠模板，每側(cè)柱面模板加工成整塊950mm 寬，高度為層高一梁高。由于型鋼混凝土柱在澆筑過(guò)程中發(fā)生“跑?！焙茈y處理，因此模板外柱箍采用槽鋼固定，用雙螺帽固定緊死，避免了澆筑過(guò)程中“跑?！钡陌l(fā)生，提高了混凝土的外觀質(zhì)量。
（二）混凝土施工技術(shù)
型鋼混凝土柱的混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)為 C50，屬高強(qiáng)混凝土，因此在施工中必須嚴(yán)格管理。施工時(shí)派專人進(jìn)駐混凝土生產(chǎn)站，嚴(yán)格監(jiān)督按實(shí)驗(yàn)室給定配合比進(jìn)行下料，以保證拌制的同時(shí)滿足強(qiáng)度要求。
由于型鋼混凝土柱對(duì)混凝土流動(dòng)性的要求高，選擇運(yùn)輸距離短的混凝土拌制站，容易確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。施工時(shí)試驗(yàn)人員應(yīng)對(duì)進(jìn)場(chǎng)的每罐混凝土進(jìn)行塌落度檢測(cè)，達(dá)到要求后方可用于施工。
四．結(jié)束語(yǔ)
建筑混凝土型鋼組合柱是我國(guó)建筑行業(yè)最主要的建筑結(jié)構(gòu)體系之一，其獨(dú)特的施工工藝使得質(zhì)量控制需要規(guī)范性操作，在施工過(guò)程中，由于施工人員的專業(yè)技術(shù)水平的限制和各種原料質(zhì)量的影響，使得整個(gè)建筑混凝土型鋼組合柱的施工質(zhì)量控制起來(lái)更為艱難，因而，經(jīng)常會(huì)遇到由于建筑混凝土和鋼組合柱的強(qiáng)度不同而產(chǎn)生各種問(wèn)題，不僅僅使得一些施工工藝難以得到全面的貫徹落實(shí)，也造成了很多浪費(fèi)，因此，在進(jìn)行建筑混凝土施工過(guò)程中，要嚴(yán)格執(zhí)行各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范操作，保證工程質(zhì)量，促進(jìn)整個(gè)建筑行業(yè)的快速健康發(fā)展。
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