钢筋混凝土结构施工期荷载效应分析.pdf

问题研究 第3 2 卷2 0 1 4 年第6 期( 总第 1 7 4 期) 钢筋混凝土结构施工期荷载效应分析 胡博修李文鲁大勇冯剑秋 ( 鞍钢集团工程技术有限公司 鞍山 1 1 4 0 0 0 ) 【 摘要】 在建筑结构施工期荷载和早期抗力现场实测和统计分析的基础上， 分析了施工期钢筋混凝土框 架结构施工荷载的加栽历程， 建立了结构施工期力学模型， 应用S A P 2 0 0 0 序计算 了施工期结构荷载效应， 研究 了施工期荷载效应的时变规律， 为施工期结构安全控制提供依据。 【 关键词】 钢筋混凝土 施工期 荷载效应 An a l y z e o n Co n s t r u c t i o n Pe r i o d Lo a d Ef f e c t s o f Re i n f o r c e d Co n c r e t e S t ru c t u r e HU Bo x i u ， L I We n ， L U Da - y o n g ， F E NG J i a n - q i u ( A n g a n g G r o u p E n g i n e e n n ga n d T e c h n o l o g y C o ， L t d ， A n s h a n 1 1 4 0 0 0 ) 【 A b s t r a c t l O n t h e b a s i s o f t h e l o a d e f f e c t s o f b u i l d i n g s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n p e ri o d ， fi e l d t e s t o f i n i t i al r e s i s t a n c e a n d s t a t i s t i c a l a n aly s i s 。a n a l y z e t h e l o a d i n g p r o c e s s o f t h e c o n s t r u c t i o n l o a d o f f r a me s t r u c t u r e r e i n f o r c e d c o n c r e t e d u ring c o n s t ru c t i o n e s t a b l i s h a me c h a n i c a l mo d e l o f s t ru c t u r al c o n s t ru c t i o n p e ri o d ， a n d c a l c u l a t e t h e l o a d e f f e c t s o f c o n s t r u c t i o n p e ri o d s t r u c t u r e v i a S AP 2 0 0 0 p r o g r a m Ma k e a s t u d y o n t h e t i me d e p e n d e n t l a w o f t h e l o a d e f f e c t s o f c o n s t ruc t i o n p e rio d ， w h i c h p r o v i d e s a r e f e r e n c e f o r t h e s a f e t y c o n t r o l o f c o n s t r u c t i o n p e rio d s t ruc t u r e 【 K e y w o r d s 】 R e i n f o r c e d c o n c r e t e ， c o n s t ruc t i o n p e ri o d ， l o a d e f f e c t s 施工期钢筋混凝土结构( 其几何形状、 材料性 质及承受荷载) 均是随时间而变化的“ 时变结构” ， 基于建筑仿真理论， 应用结构分析软件模拟施工荷 载的加载历程， 分析结构受荷变形情况和荷载效应 的时变特性， 为施工期结构安全控制提供依据。 在针对建筑结构施工期荷载和结构构件早期 抗力现场实测调查和统计分析的基础 上 ， 分析 了 施工期结构加载历程， 考虑节点混凝土强度的差 异 ， 建立了结构施工期力学模型， 应用S A P 2 0 0 0 程 序计算了施工期结构荷载效应， 为计算结构施工 期受弯构件可靠指标提供了定量依据， 研究了施 工期荷载效应和可靠指标的时变规律。 1 结构施工期力学模型的建立 在施工期内任一时刻， 结构是由已经建成的 部分结构体( 已浇筑好的柱、 梁、 楼板等) 和模板支 撑体系组成的临时承载体系。例如在现浇钢筋混 凝土框架结构体系施工进程中， 新浇筑的混凝土 楼板支撑在其下的模板和支架上 ， 而模板支撑体 系又依次支在其下一层或数层已浇筑好的楼板 上， 几层楼板及其模板支撑系统共同承受作用在 这一部分结构体上的各种荷载。因此 ， 施工期的 结构分析不仅包括结构构件 ， 还要对临时支撑体 系进行深入分析。 实测结构在施工期内， 部分结构体主要承受 的荷载有钢筋混凝 土结构构件及其模板支撑体系 产生 的恒荷 载 ， 施工人 员 、 施工材 料堆载等 活荷 载。根据实际施工进程和基本假定 ， 工程计算简 图取为一榀横向三跨增层框架 ， 计算简图将随施 工进程而逐渐增高层数， 鉴于节点核心区混凝土 强度 的时变特性 ， 假定当在 i 层上开展钢筋绑扎施 工前 ， i 层节点取为铰接 ， i 层以下各节点取为刚接 ； 当在 i 层上开展钢筋绑扎施工后 ， 各层节点均取为 刚接。例如结构进行第三层支设模板施工时， 计 算简图如 图 1 所示 ， 一层节点取为刚接 ， 二层节点 取为铰接 。 根据前期开展的针对施工期钢筋混凝土结构 施工期荷载与抗力实测结果， 在计算荷载效应时， 应用大型三维结构分析程序S A P 2 0 0 0 V 9 建模分 析 ， 建立计算模型如图2 所示 ： 47 问题研究 第3 2 卷2 O 1 4 年第6 期( 总第1 7 4 期) 计算模型相同， 施工期恒荷载取值荷载分配原则 取用 ， 活荷载取值因施工进程而异 ， 支设模板、 绑 扎钢筋 、 浇筑混凝土、 拆除模板等四个阶段按表2 取值， 砌筑阶段取2 5 k N m 。 表2 各阶段施工期活荷载标准值的取值 施工阶段 支模板 扎钢筋浇筑混凝土拆模板 取值( k N m ) 2 0 2 5 2 0 3 0 图4 为S A P 2 0 0 0 分析所得到的中框架一层横 向主梁跨中经时弯矩值， 在进行主体工程施工时， 最大弯矩值为1 1 4 5 k N m， 发生在浇筑第三层混凝 土阶段； 在进行砌筑和地面工程施工时， 最大弯矩 值为 1 2 0 1 k N m， 发生在二层砌筑和地面工程 阶段 。 图4 中框架一层横向主梁跨中弯矩经时变化 分析图4 所示中框架一层横向主梁跨中弯矩 时变曲线可知 ， 在第一施工周期 内( 0 d 1 0 d ) ， 施工 集中在结构的第二层， 施工荷载全部由首层承担， 荷载效应随施工进程递增。 在第二施工周期内( 1 l d 2 0 d ) ， 施工集中在结 构的第三层， 施工初期( 支设模板) ， 第二层钢筋混 凝土承载能力较低， 施工荷载主要由第一层承担； 施工中期( 绑扎钢筋、 浇筑楼板) ， 随着二层钢筋 昆 凝土承载能力的增长， 首层所承担的施工荷载逐 渐递减 ， 荷载效应也逐渐递减 ； 施工后期 ( 拆除模 板 ) ， 施工荷载全部 由首层承受 ， 荷载效应达到最 大值。 在第三至第七施工周期内( 2 1 d 7 0 d ) ， 施工均 不在结 构 的第一 、 二 层 ， 首层仅 承受结构构 件 自 重， 荷载效应稳定在7 0 k N m左右( 主要是恒荷载 效应 ) 。 在开始砌筑和地面工程开始时( 7 1 d 1 6 1 d ) ， 各层施工荷载均由紧下一层结构承担， 二层砌筑 及地面施工时( 8 6 d ) ， 首层结构承担其施工荷载 ， 荷载效应突变至1 2 0 k N m； 由于其余施工过程中， 施工荷载分别 由紧下一层结构承担 ， 因此结构首 层的荷载效应在此后基本保持不变。 3结论 本文在对建筑结构施工期荷载和结构构件早 期抗力现场实测调查和统计分析的基础上， 建立 了结构施工期力学模型， 模拟实际施工进程 ， 分层 建立结构模型， 分施工阶段应用S A P 2 0 0 0 程序计 算了施工期结构荷载效应， 研究了施工期荷载效 应的时变规律。通过理论分析和对计算结果的研 究， 得到以下结论 ： ( 1 ) 在实际工程施工中， 结构是随着施工进程 一 步步“ 成长” 起来的， 施工期结构分析的对象不 是全结构， 而是缓慢“ 成长” 中的部分结构体及临 时承载体系。 ( 2 ) 施工期结构计算时的荷载分配较正常使 用期复杂 ， 实际分析中， 需要考虑连续几层刚度不 同的楼板共同承担荷载作用的情况。 ( 3 ) 施工期一般较短， 主体工程一般持续半年 左右， 在实际计算中可以忽略地震荷载的影响； 若 主体高度不高( 小于2 5 m) ， 可忽略风荷载的影响。 ( 4 ) 实际工程中施工周期定为 1 0 d ， 混凝土浇 筑初期， 功能函数z 值可能为负， 构件完全依靠模 板支撑体系来承载 ； 构件成长初期的失效概率较 大， 过早拆模会引发安全事故。 ( 2 0 1 3 1 1 0 8 收稿 ) 4 9