角钢加固混凝土组合柱偏压试验与建议.pdf

计静等 ： 角钢加固混凝土组合柱偏压试验与建议 4 1 圜 角 钢 加 固 混 凝 土 组 合 柱 偏 压 试 验 与 建 议 计静， 邢菲， 张文福， 李冰， 任亚文 ( 黑龙江省防灾减灾工程及防护T程高校重点 实验室 。 东北石油大学土木建筑工程学院 ， 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8) 【 摘要】 结合某一工程框架柱的加固需要 ， 采用角钢约束原混凝土柱的设计方案。鉴于对角钢约束混凝 土加固柱基本力学性能的研究尚少， 文中开展角钢约束混凝土偏心受压柱力学性能试验， 获得荷载 一变形曲线， 考察偏压柱的承载性能与偏心率的关系， 验证理论计算公式的正确性。从而确定本工程加固后偏压柱的承载力， 进一步确定桁架信号塔的设计高度， 为实际工程提供技术支撑， 同时为工程加固技术规程提供可靠的依据。 【 关键词】 角钢约束混凝土柱； 偏心受压； 偏心率； 承载力 【 中图分类号】 T U 3 7 5 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 0 4 1 0 3 1 工程简介 哈大高速公路是大庆和哈尔滨之间的交通枢纽， 随着高清摄像头 、 探视 器等新设 备在 高速公路 上 的安 装使用， 许多图像和数据需要无线传递 回公路管理 中 心做进一步的处理 ， 因此需建造与之相配套的信号塔 体系。投资方决定采用重量轻、 经济性好、 设计成熟的 分段式轻钢空间桁架体系。高速公路管理中心为 2层 的钢筋混凝土框架结构 ， 始建于 1 9 9 6年， 层高为 3 m， 顶层框架柱伸出屋面 6 0 0 n l n l ， 柱距为 3 6 0 0 m m， 框架中 混凝土等级为 C A 0 ， 纵向钢筋为 H R B 3 3 5级 ， 如图 1所 示 ， 采用预制桩基础。 (军 ) I 塑I l I I l j 图 1 高 速 公路 管 理 中 心示 意 图 该中心坐落在龙凤湿地高速人 口旁 ， 地势低洼 ， 多年的湿地沉积造成较深 的软 土 ， 无法作为浅地基 ， 只 能采用较深的桩基础。若在管理中心附近建信号塔， 势必重新 做桩基 础 ， 无 疑基础 造价将 占投 资 的很 大 比 重。基于上述考虑， 为节省资金， 充分利用现有建筑的 形式 ， 经过论证原桩基础可承担增加的荷载， 决定在原 建筑上构建信号塔， 不但可方便快捷地将信号传递到 室 内 ， 而且在 高度上也可大大提高 ， 信号塔四角支撑在 框架柱上布置如图 2 所示。信号塔的重量全部施加在 框架柱上 ， 大大增加原框架柱的受力， 因此对原框架柱 需进行加 固补强。这样设计思路由原来的新建改成对 原建筑的加固改造。为增加柱的承载力 ， 采用角钢约 束混凝土的外包钢加 固法 。 图2 钢结构信号塔布置 角钢约束混凝土是指在柱的四角布置角钢， 角钢 之间焊接缀板 ， 通过建筑专用的粘结剂将角钢和缀板 与原框 架柱粘结在一起形成组合柱。角钢和缀板构成 的四肢格构钢柱约束内部混凝土， 核心混凝土在续加 外荷载 下能与格构钢 柱协 同工作 ， 因此外包 角钢 约束 混凝 土柱具有更好 的抗压性 能 以及 变形性 能 。目 前对角钢约束混凝土加 固柱基本力学性能的研究 尚 少 ， 尤其是加固后偏压柱试验数据不够全面系统， 理论尚有待进一步完善。本文结合框架柱的受力特 点， 开展角钢约束混凝土偏心受压柱力学性能试验， 获 得试件的 荷载 一位移曲线， 考察偏压柱的承载性能与 偏心率的关系， 确定本工程实际尺寸的偏压柱的极限 承载力， 通过与内力对比可进一步确定桁架信号塔的 基金项 目】 教育部高等学校博 士学科点专项科研基金项 目( 新教师类 ： 2 0 1 2 2 3 2 2 1 2 0 0 0 4 ) ， 国家 自然科 学基金项 目( 5 1 1 7 8 0 8 7 ) ； 黑龙江 省 自然科学基金项 目( E 2 0 1 3 3 6) ； 黑 龙江省教育厅科学技术研究面上项 目( 1 2 5 1 1 0 2 2) 计静等： 角钢加固混凝土组合柱偏压试验与建议 4 3 为偏心越大， 作用的弯矩越大。图中 M N为 1 0 K N 。 图 5给出了本次试验中不同偏心率下外包角钢混 凝土组合柱的 P M相关曲线。 表 3 偏压试件试验结果 0 0 2 0 4 O6 图5 偏压构件的P M曲线目 骚 承载力的比0 区 与偏心率的关系 图 6给出了本试验偏压试件承载力的比值 P P 与偏心率 e 。 的关系， 其中P 为偏心距为零时的最 大承载力试验值。从图 6可以看出， 在含钢率和长细 比相同的情况下， 构件的承载力随着偏心距的增大而 逐渐下降， 当试件的偏心率为0 3 3 3和 0 5时， 承载力 分别减小到 3 9 2 和 1 9 6 ， 可见偏心距对构件承载 力的影响非常显著。 3 3 偏压柱承载力简化计算公 式验证 按照文献 6 对外包角钢混凝土柱正截面承载力 进行计算结果见表4 ， 由表 4可知， 计算结果与试验结 果吻合良好， 计算结果比试验结果偏低 ， 可见计算偏于 保守， 文献 6 的偏压柱正截面承载力计算式是可用 的。 表 4 承载 力试 验结果与计算结果对 比 4 信号塔高度选取 信号塔高度不 同产生 的荷 载不 同 ， 将 3组 不 同的 设计高度产生的结构内力列于表 5中。按照计算公式 对本工程外包角钢混凝 土加 固柱进行 承载力 计算 ， 采 用L 1 0 0 8的角钢加固， 其承载力结果也列于表中。 可以看出加固后柱轴压比均满足规范要求( 抗震等级 三级为 0 8 5 ) ， 但从弯矩来看设计高度选为 3 5 m是最 合适的。目前该信号塔使用状况良好。 表 5 设计内力与计算结果对比 5结 语 结合某一工程框架柱的加固需要 ， 采用角钢约束 原混凝土柱的方案。鉴于对角钢约束混凝土加固柱基 本力学性能的研究 尚少， 相应的理论尚有待进一步完 善。文中开展角钢约束混凝土偏心受压柱力学性能试 验， 获得荷载 一变形曲线 ， 考察偏压柱的承载性能与偏 心率的关系， 验证理论计算公式的正确性。从而确定 本工程加固后偏压柱的承载力， 进一步确定桁架信号 塔的设计高度 ， 为实际工程提供技术支撑， 同时为工程 加固技术规程提供可靠的依据。 参考 文献 1 S h e i k h S A， U s u m e r i S M S t r e n g t h a n d d u c t i l i t y o f t i e d c o n c r e t e c o l u m n s J J o u rn a l o f t h e S t r u c t u r a l D i v i s i o n ， P r o c e edi n g o f A S C E， 1 9 8 0， 1 0 6(S T 5 )：1 0 7 91 1 0 2 2 尹维平， 彭佩基， 肖玉礼， 潘景龙， 陈阴， 朱聘儒 箍筋配置对 轴心受压外包角钢短柱工作性能影响的试验研究 J 哈尔 滨建筑工程学院学报 ， 1 9 8 2 ，( 1 ) ： 4 1 5 2 3 鲁华伟 角钢约束混凝土短柱试验研究及有限元分析 D 大庆： 东北石油大学硕士学位论文 ， 2 0 0 9 4 张文福， 计静， 鲁华伟。 隋海燕 角钢约束混凝土轴压短柱力 学性能研究 J 建筑结构学报， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 4 ) ： 1 2 1 1 2 7 5 姜绍飞 ， 刘之洋 ， 林泉洪 外包角钢短 柱的性能分 析与研究 东北大学学报 ， 1 9 9 7， 1 8 ( 1 )： 2 62 9 6 计静 套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能与设计方法 研究 D 哈尔滨 ： 哈尔滨工业大学， 2 0 0 8 收稿日期 2 0 1 3 1 0 0 8 作者简介 计静( 1 9 7 7 一) ， 男， 黑龙江五常人， 教授， 工学 博士 ， 从事组合结构抗震与抗风研究。 一 一 一 - fITl lf tl【_ l_rll_ _r_I 2 8 4 0 l O O 口- r