空腹灌漿圓鋼管桁架-混凝土組合梁受力性能研究及應用.pdf

1、隨著我國建筑業(yè)由“以新建為主”逐漸向“新建與改建并重”的過渡，對既有房屋的套建增層改造設計與施工方法的研究開始受到重視。為在套建增層施工過程中保證原房屋正常運營，提出了“施工階段自承重配筋混凝土樓蓋”的設計思路?！笆┕るA段自承重配筋混凝土樓蓋”的設計思路在綏芬河青云市場套（擴）建改造工程中得到了初步嘗試。綏芬河青云市場套（擴）建改造工程中內置預應力鋼桁架-混凝土組合梁的鋼桁架是用角鋼焊接而成，上、下弦桿的角鋼截面尺寸較大，約占柱邊長的4

2、0％，再加之預應力筋需要從柱內通過，喇叭管需要占去一定的空間，致使柱的縱筋布置相對比較困難。設想若將圓鋼管的壁厚與角鋼厚度取同，將角鋼桁架各桿件換成圓鋼管，則圓鋼管的直徑僅為角鋼邊長的一半左右，可緩解柱內空間緊張的狀況，同時桁架下弦孔道便于直線預應力筋的布置和張錨，但空鋼管桁架節(jié)點易發(fā)生壓陷破壞，為避免壓陷破壞的發(fā)生，設想在弦桿內灌漿，以提高壓陷承載力。
　　由于灌漿圓鋼管的壓陷承載力的計算方法尚未見系統(tǒng)報道，因此開展了9個灌漿圓

3、鋼管壓陷承載力試驗，考察了支桿與弦桿直徑比、弦桿所受軸力的性質與大小等參數對灌漿圓鋼管壓陷承載力的影響。由試驗得出：隨著灌漿圓鋼管支、弦桿直徑比β的增大，其壓陷承載力也相應增大；對弦桿施加軸向壓力，可提高灌漿圓鋼管壓陷承載力；對弦桿施加軸向拉力，灌漿圓鋼管壓陷承載力提高程度不明顯，灌漿圓鋼管壓陷破壞屬于延性破壞，具有良好的的強度儲備。同時對灌漿圓鋼管壓陷破壞進行了有限元模擬，仿真試驗除考察了模型試驗所考察的參數之外，還考察了弦桿尺寸、弦

4、桿壁厚、水泥石強度、弦桿鋼材強度等參數對灌漿圓鋼管壓陷承載力的影響，在模型試驗和仿真試驗的基礎上，分析了灌漿圓鋼管壓陷機理，建立了灌漿圓鋼管壓陷承載力的計算公式。
　　由于灌漿圓鋼管桁架的節(jié)點多為N型節(jié)點，N型灌漿圓鋼管的沖剪、壓陷、直剪承載力的計算方法未見系統(tǒng)報道，因此開展了8個灌漿圓鋼管桁架N型節(jié)點從加荷到破壞的試驗。由試驗得出：隨著灌漿圓鋼管斜腹桿與弦桿直徑比β的增大，試件沖剪極限承載力也相應增大；對弦桿施加軸向壓力，可提高

5、灌漿圓鋼管壓陷承載力；由于弦桿內的灌漿料與弦桿共同作用,使得灌漿圓鋼管桁架N型節(jié)點的直剪承載力得以提高。同時對灌漿圓鋼管N型節(jié)點的沖剪破壞進行了有限元模擬，采用最小二乘法回歸提出了沖剪破壞模式的節(jié)點承載力計算公式；N型節(jié)點壓陷承載力計算公式沿用了灌漿圓鋼管壓陷承載力公式；直剪破壞模式的極限承載力認為是節(jié)點弦桿圓管與灌漿料兩種材料抗剪承載力疊加。
　　由于內置預應力鋼桁架-混凝土組合梁的自重在該樓蓋體系中占有相當大的比重，因此設想采

6、用空腹灌漿圓鋼管桁架－混凝土組合梁替代內置預應力鋼桁架-混凝土組合梁。空腹灌漿圓鋼管桁架－混凝土組合梁的受力性能、破壞機理、正截面抗彎承載力及變形計算方法尚未見系統(tǒng)報道，針對這些存在的問題，設計制作了4根(兩類)空腹灌漿圓鋼管桁架－混凝土組合梁，通過模型試驗考察了桁架上弦鋼管、下弦鋼管、包裹上弦鋼管的混凝土斷面等參數對組合梁正截面承載力及剛度的影響，報道了這4根梁從加載到破壞的全過程。仿真試驗除考察了模型試驗所考察的參數之外，還考察了桁

7、架豎腹桿、斜腹桿、節(jié)間距、桁架高、斜腹桿與弦桿水平夾角、實腹區(qū)段長度等參數對組合梁性能的影響。
　　由于套建增層框架上剛下柔，高雞腿現象明顯，如何保證套建增層框架在小震作用下處于彈性狀態(tài)，在大震作用下不倒塌是人們關注的問題。參照《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》（JGJ138-2001）、《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2001）、《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002）和《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-20

8、02），在有限元程序ANSYS的基礎上，利用參數化設計語言（APDL）和Matlab語言，結合套建增層框架的特點，編制了套建增層空腹灌漿圓鋼管桁架－混凝土組合梁框架(框架柱采用普通鋼筋混凝土柱、框架梁采用第二類空腹灌漿圓鋼管桁架－混凝土組合梁)內力計算和配筋計算程序，該程序能夠根據需要調整抗震增強措施?；谄矫鏃U系模型，采用IDARC非線性分析程序，分析了抗震設防烈度為7、8度，場地類型分別選?、耦?、Ⅱ類、Ⅲ類場地，設計地震分組為第一、