帶缺陷方鋼管混凝土框架柱工作性能淺析

惠擎宇

1 概述

鋼管混凝土由于其優(yōu)越的工作性能目前已經(jīng)得到廣泛的工程應(yīng)用。鋼管混凝土受壓構(gòu)件的承載力大大高于鋼管和核芯混凝土單獨(dú)承載力之和。它特別適合軸心受壓和小偏心受壓。鋼管混凝土柱的核芯混凝土由于受到鋼管的有效約束，在地震作用下不會(huì)像鋼筋混凝土柱那樣發(fā)生保護(hù)層破裂剝落而使柱的橫截面積嚴(yán)重削弱的現(xiàn)象。但在施工過(guò)程中，對(duì)混凝土而言屬隱蔽性工程，可能會(huì)造成鋼管混凝土產(chǎn)生缺陷?；炷猎谌毕萏幇l(fā)生離析;有時(shí)管內(nèi)空氣不能順利排出亦會(huì)在管內(nèi)造成蜂窩。本文以實(shí)際的工程為背景，分析了核芯混凝土在澆筑過(guò)程中最可能產(chǎn)生的較大的質(zhì)量缺陷(澆筑時(shí)鋼管內(nèi)環(huán)板下容易產(chǎn)生孔洞)出現(xiàn)時(shí)鋼管混凝土柱的工作性能。

2 模型的建立

本文作者根據(jù)某工程裙房結(jié)構(gòu)圖，經(jīng)過(guò)一定的簡(jiǎn)化，利用ANSYS10.0有限元分析軟件，建立了一榀三跨六層的方形鋼管混凝土柱—工字鋼梁框架的三維模型(見(jiàn)圖1)。假定首層一根中柱內(nèi)環(huán)板下方混凝土在施工時(shí)有缺陷，出現(xiàn)孔洞見(jiàn)圖2。

圖1 整體一榀框架模型

圖2 首層中柱節(jié)點(diǎn)

本文中所建立的混凝土缺陷(孔洞)沿橫截面每邊寬度均為50 mm，沿柱高度方向?yàn)?0 mm。主要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜態(tài)非線性分析。在求解時(shí)打開(kāi)大變形開(kāi)關(guān)，程序均運(yùn)行良好。

提取每個(gè)鋼管模型最上層單元的節(jié)點(diǎn)反力進(jìn)行分析。即如圖3所示為最上層的鋼管單元應(yīng)力。

圖3 鋼管模型最上層單元節(jié)點(diǎn)圖

3 鋼管單元的應(yīng)力分析

對(duì)核芯混凝土采用d—p模型，在無(wú)缺陷和有缺陷狀態(tài)下，均按罕遇地震時(shí)框架承受的水平荷載加載，鋼管單元應(yīng)力隨荷載增加變化見(jiàn)表1。

表1 鋼管單元應(yīng)力隨荷載增加變化情況

從表1可以看出，混凝土缺陷附近鋼管較之無(wú)缺陷時(shí)有比較明顯的應(yīng)力增長(zhǎng)。如果這部分結(jié)構(gòu)是某框架承載力的決定因素，那么混凝土缺陷的存在將影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的極限承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析可以看出，核芯混凝土缺陷的存在使得框架的安全儲(chǔ)備降低極大。核芯混凝土缺陷的存在，使得周?chē)摴軉卧獞?yīng)力有很大程度的提高，本文所模擬的混凝土缺陷使得鋼管所受應(yīng)力提高了25%以上。這與實(shí)際情況所反映的一致，可以充分說(shuō)明核芯混凝土缺陷的存在會(huì)大大降低鋼管混凝土柱的承載能力。所以在核芯混凝土澆筑過(guò)程中，需要嚴(yán)格要求混凝土的質(zhì)量，特別是對(duì)混凝土的和易性的控制和充分的振搗。

［1］ CECS 28∶90，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程［S］.

［2］ GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.

［3］ GB 50007-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.