无混凝土包裹的柱纵筋受力分析.pdf

2 0 1 4年第 5期 ( 总 1 9 9期 】 安徽建筑 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 国 无混凝土包 、 柱纵筋受力分析 Ma c h n i c al A n aly s i s o f L o n g i t u d i n a l B e a m- C o l u mn w i t h o u t Co n c r e t e 张扬政 ( 晋 江 市 建 设 工 程 行 政 执 法 大 队， 福 建 晋 江 3 6 2 2 0 0 ) 摘 要 ： 文章对钢筋混凝土柱中裸露的纵筋的受力情况进行了分析 。 建立简单的计算公式， 并通过工程实例进行了说明。 关键词： 钢筋混凝土柱； 无混凝土包裹； 柱纵筋 中图分类号 ： TU 7 5 5 3 文献标 识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 2 8 6 0 2 0 引 言 在钢筋混凝土结构的施工过程中， 经常会碰到由于柱子顶 部施工缝位置清渣不干净，导致施工缝处出现严重的夹渣现 象； 或者由于混凝土本身的质量问题， 出现在柱顶部施工缝处 混凝土强度低于设计的情况。出现这种情况， 就需要采用置换 混凝土加固法进行加固。 该方法就是将缺陷部位的夹渣或低标 号混凝土凿除， 再采用高标号的注浆料进行注浆补强。在清除 完夹渣及低标号混凝土之后 ，注浆料凝固达到设计强度之前 ， 柱纵筋就处于无混凝土包裹的情况。 此时的柱筋能承受多大压 力?柱筋的受力情况又是怎样的呢?在加固的过程中能否利用 柱纵筋进行支撑呢?本文将对此进行分析， 希望能给从事建筑 工程行业的同仁一些参考。 1 单根钢筋的轴心受压性能 由结构力学可知， 材料在受拉时不需考虑其稳定性 ， 可按 弹性理论进行计算 ； 受压时必须考虑稳定性( 压屈) 问题。关于 钢筋的受压性能， 国内外学者已做了大量研究及试验， 认为影 响钢筋的非弹性屈曲行为的因素主要有四点： 钢筋的长细比A ( A=f 0 ) ； 钢筋中点处的初始挠度 P ； 钢筋的材料性质以及钢筋 的两端边界条件。针对钢筋的长细比A对钢筋受压性能影响， 同济大学卢学彬的试验结果 如下： 当钢筋的长细 比A6时， P 一 曲线呈现强度破坏特 征， 延性很大， 具有明显的强化阶段 ； 当钢筋的长细比6 1 0 ， P 一曲线陡升陡降， 延性很差。 该结果与国外学者 S u n g j i n B a e 等人的研究 2 1 是一致的， S u n g j i n B a e 等人的试验结果表明： 当 A 6时， 钢筋的极限荷载 都能达到屈服荷载， 钢筋受压是发生强度破坏； 随着 A的逐渐 增大， 钢筋的极限荷载逐渐减低， 延性变差。 根据以上的分析， 当钢筋的长细比A 6时， 其能承受的压 力设计值 P 可用下式表示： N e = f A ( 1 ) 产嘲 筋的受压强度设计值 A 单根钢筋的截面积 l _ N1 _ 3 N1 山 N n ， i - Nx ,i N Y M 一 r 、 【 l I I X l I J J I J Y 1 1 X】 N1 j N2 j N N4 j 图 1 柱钢筋平面布置及受力图 使用公式( 1 ) 需要注意以下两点： 柱纵向钢筋的初始挠度对钢筋的压屈性能影响， S u n g j i n B a e 等人的试验 嚷 明： e d O 5 ) 应 在计算中剔除， 不计其的受力。 由于试验中钢筋两端的边界条件均为固定端， M a r i o E R o d r i g u e z 等人的试验表明翻 ， 实际中的钢筋两端的边界条件介 于固定端和铰支端之间， 故钢筋的计算 f 0 长度取 1 5 倍的钢筋 裸露长度。 2 柱中无混凝土包裹的纵筋的受力情况分析 假定一根柱的截面混凝土剔除后的裸露出纵向受力钢筋 如图 1 所示 ， 由于钢筋混凝土柱截面为一刚性体， 则柱中的钢 筋受到的轴心力 N和沿 x轴方向弯矩 M的作用下 ， 在 x轴方 向第 X 排第 i 根钢筋的压力计算如下。 在轴心力 N作用下： = N ( 2 ) i x轴方向第 排第 i 根钢筋由轴心力引起的压力 n 柱截面的纵向钢筋总数 在沿 x轴方向弯矩 M作用下 ： 村 i = M ( a i 2 ) ( 3 ) _x轴方向第 x 排第 i 根钢筋由弯矩引起的压力 轴方向第 排第 i 根钢筋至中轴的距离 在轴心力 N和沿x轴方向弯矩 M同时作用下则： ： ( 4 ) ： ， + () ， 轴方向第 排第 i 根钢筋由轴心力和弯矩引起 的压力 只要 坼 就能够保证结构安全。 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 - 2 8 作 者 简 介 ： 张 扬 政 ( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 福 建 屏 南 人 ， 毕 业 于 哈 尔 滨 建 筑 大 学 ， 3 工程算例 学士， 工程师。 虽 安徽建筑 2 0 1 4年第 5期( 总 1 9 9期 ) 某工程在主体结构施工至四层楼板时， 发现在每层柱的施 工缝处均存在一定厚度的泡沫状混凝土 ， 经专家鉴定， 出现该 种情况为商品混凝土中加入过量的新型引气剂引起的， 需要进 行结构补强。按照设计单位加固补强方案 ， 需要将泡沫状混凝 土清除后进行注浆处理。在清除泡沫状混凝土后 ， 则会出现无 混凝土包裹的柱纵筋的受力情况，我们以工程的一层 K z 1 截 面及配筋进行举例， 说明柱中的钢筋能否承受主体结构传来的 荷载。 该 l ( z 1所在 的平面位置如图 2所示 ：本工程的板厚为 1 0 0 mm， K z 1的截面尺寸为 5 5 0 m m X 5 5 0 ram，柱上纵横向的梁 截面均为 2 0 0 m m X 5 0 0 m m， 二层以上的层高均为 3 m。 l - 。 8 X l K L 1 l 2 0 0 5 0 0 一 l ， K Z 1 3 6 0 o 3 0 ( ) 0 3 6 o o 图 2 K Z1平面布 置图 由于 K Z 1 两侧开间区别不大， 忽略 K L 1 传给柱的弯矩， 且 柱上只有三层的层高， 外墙等主要传递风荷载的围护结构没有 施工完成 ， 故风荷载传给柱的弯矩也忽略不计 ， 则柱的受力图 可简化为如图 3所示。 + G k 柱 图 3 IG 7 1受 力图 混凝土楼板传给 K L 2自重标准值及 K L 2的自重标准值之 和 为： 甑= 3 3 X 0 1 X 2 5 + 0 20 42 5 =1 0 3 k N m 施工活荷载标准值按照 建筑施工模板安全技术规范 ( J G J 6 2 - 2 0 0 8 ) 取 1 5 k N m 2 , 则楼层传给 K L 2的施工活荷载标 准值 q 为： q k =1 5 X 3 3 = 5 O k N m K L 1 传给 K Z 1的自重标准值 G 为： G - 0 20 43 32 5 = 6 6 k N 二层、 三层 K Z 1的自重标准值 G 柱 为： G 柱_ 0 5 50 5 532 5 = 2 2 7 k N 经计算， KL 2上的线荷载由永久荷载效应控制 ，则 K L 2上 的均布荷载 Q的设计值为： Q = I 3 5 g k + O 9 X 1 4 g = 1 3 5 X 1 0 3 + 0 9 1 4 X 5 =2 0 2 kN m K Z 1 顶上受到的弯矩 M的设计值为 ： = Q = 6 k N m 同理， K Z 1 顶上的荷载由永久荷载效应控制，则柱顶受到 的轴心力 N的设计值为： N= 3 31 3 5 G k -21 3 5 G 柱 ： 3 + 3 1 3 56 6 - -2 1 3 52 2 7 = 2 6 9 9 k N K Z 1 配筋截面及剖面如图 4所示。 角筋 2 亟 2 O 角筋 2 盐 2 O L N Y 图 4 K Z1配筋截面 图及剖面 图 按照公式( 1 ) 至( 4 ) ， 则 X轴方向第四排纵筋的受力最大： N p = f A = 3 6 0 X 3 1 41 0 0 0 = 1 1 3 k N = =-2 2 5 k N = ( j 极 帆 ：。 帆 i ) 6 0 60 2 5 ( 8 x 0 2 5 2 + 4x 0 0 8 3 2 ) = 2 8 7 k N =2 2 5 + 2 8 7 _ - -5 1 2 k N 则： N 4 = 5 1 2 k N N p = 1 1 3 k N ， 满足要求。 4 结语 从以上的实际工程计算结果来看， 在工程进行加固补强的 过程中， 在满足一定的条件下是能够利用裸露的柱纵筋进行受 力 ， 来达到减小临时支撑的受力 ， 在加固部位以上的楼层不是 很多的情况下， 甚至可以不用设置临时支撑 ， 从而来减少工程 的加固费用和施工周期。对于钢筋的长细比与强度的关系， 为 安全考虑本文进行了比较严格的限制， 若经过试验得出长细比 和强度的可靠关系( 比如强度曲线) ， 可进一步的放宽限制。 参考文献 1 】 卢学彬 锈蚀钢筋的压屈性能及其对混凝土柱截面强度的影响【 D 上海： 同济大学，2 0 0 7 2 S u n g i i n B a e ， A l e x a M Mi e s e s ， O g u z h a n B a y r a k ， M A S C E I n e l a s t i c B u c k l i n g o f R e i n f o r c i n g B a r s 3 o u malo f E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ,2 0 0 5 ( 2 ) 【 3 】 Ma r i o E R o d ri g u e z J u a n C B o t e r o ,J a i me V i l l a C y c l i c S t r e s s - S t r a i n B e h a v i o r o f R e i n f o r c i n g S t e e l I n c l u d i n g E ff e c t of B u c k l i n g J o u r n a l of S t r u c t u r a l E n gin e e ri n g , 1 9 9 9 ，No 1 1 2 5 ( 6 ) l l l = I 结 构 设 计 与 研 究 应 用 安 徽 建 筑 囫