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2023年 第38卷 第5期
2023, 38(5): 1-21.
doi: 10.13206/j.gjgS22100103
摘要
PDF (26636KB)
摘要:
近年来随着多种新型大跨度空间结构形式的不断涌现,并在大型公共建筑中得到广泛应用,现场预应力施工面临相当的挑战。通过对当前预应力张拉施工过程模拟方法的简单梳理,并结合具体工程算例,对厦门新体育场车辐式索桁结构预应力施工进行全过程分析。厦门新体育中心体育场又名白鹭体育场,建筑面积18.06万m2,预计作为2023年亚洲杯比赛足球场,由南北向巨拱、内环桁架、周边桁架、正交正放连系网架以及位于罩棚中心的马鞍形车辐式索桁结构组成。其中,车辐式索桁结构由40组索桁架和环索组成,钢屋盖东西长度为326 m,南北长度为350 m,平面投影为143 m×95 m的椭圆形,空间呈马鞍形,罩棚东西侧最大标高分别为77 m和85 m,南北侧最大标高分别为24 m和32.5 m,是国内高差最大的体育场结构。索桁结构的径向索锚固于巨拱结构和巨拱之间的连系网架上。针对该创新结构体系构造复杂、索系施工体量大、马鞍面高差大、整体提升与同步张拉协同性要求高等重、难点,创新性地提出了车辐式索桁结构的五阶段提升过程施工方案,其核心步骤为:低空组装—牵引提升—分批锚固—钢撑吊装—高空张拉。而后利用LS-DYNA动力分析软件对预应力拉索施工进行了全过程数值模拟,通过工况划分,分别对提升阶段、钢斜撑安装阶段、上径向索锚固阶段和张拉阶段进行施工模拟验算,并与设计施工阶段的结果进行对比,以验证五阶段提升方案的可操作性。研究表明:位移变形与索力云图模拟值与设计值基本吻合;五阶段提升方案与传统提升方案相比在安全、质量、临设和进度控制等方面具有一定优势;通过有限元软件进行找形分析、找力分析和荷载分析的计算简洁性与便利性仍有大幅度提升空间;采用开发集成交互分析软件进行施工过程动态模拟可以为索结构预应力全过程施工提供稳定技术保障和广阔应用前景。
近年来随着多种新型大跨度空间结构形式的不断涌现,并在大型公共建筑中得到广泛应用,现场预应力施工面临相当的挑战。通过对当前预应力张拉施工过程模拟方法的简单梳理,并结合具体工程算例,对厦门新体育场车辐式索桁结构预应力施工进行全过程分析。厦门新体育中心体育场又名白鹭体育场,建筑面积18.06万m2,预计作为2023年亚洲杯比赛足球场,由南北向巨拱、内环桁架、周边桁架、正交正放连系网架以及位于罩棚中心的马鞍形车辐式索桁结构组成。其中,车辐式索桁结构由40组索桁架和环索组成,钢屋盖东西长度为326 m,南北长度为350 m,平面投影为143 m×95 m的椭圆形,空间呈马鞍形,罩棚东西侧最大标高分别为77 m和85 m,南北侧最大标高分别为24 m和32.5 m,是国内高差最大的体育场结构。索桁结构的径向索锚固于巨拱结构和巨拱之间的连系网架上。针对该创新结构体系构造复杂、索系施工体量大、马鞍面高差大、整体提升与同步张拉协同性要求高等重、难点,创新性地提出了车辐式索桁结构的五阶段提升过程施工方案,其核心步骤为:低空组装—牵引提升—分批锚固—钢撑吊装—高空张拉。而后利用LS-DYNA动力分析软件对预应力拉索施工进行了全过程数值模拟,通过工况划分,分别对提升阶段、钢斜撑安装阶段、上径向索锚固阶段和张拉阶段进行施工模拟验算,并与设计施工阶段的结果进行对比,以验证五阶段提升方案的可操作性。研究表明:位移变形与索力云图模拟值与设计值基本吻合;五阶段提升方案与传统提升方案相比在安全、质量、临设和进度控制等方面具有一定优势;通过有限元软件进行找形分析、找力分析和荷载分析的计算简洁性与便利性仍有大幅度提升空间;采用开发集成交互分析软件进行施工过程动态模拟可以为索结构预应力全过程施工提供稳定技术保障和广阔应用前景。
2023, 38(5): 22-27.
doi: 10.13206/j.gjgS22092203
摘要:
传统的建筑连廊加固技术容易受到混凝土张拉控制力影响,造成钢管应力和位移与实际数据相差较大,导致加固效果不理想,严重影响施工质量和施工安全。鉴于此,提出了一种新的建筑连廊体外预应力加固工程施工方法。以四川观堂建筑工程设计有限公司的钢结构工程为研究对象,根据结构加固设计图纸对连廊(一)中GL6和连廊(二)中GL3、GL4a进行加固设计。在完成顶升卸载后进行相应小组的次梁体外预应力张拉施工,通过进行局部切割计算预应力筋张拉伸长值、截面面积、弯曲率半径、相对向上位移数值,由此确定合理的张拉力和预应力。采用ANSYS对体外预加力转向块进行接触分析,构建转向器有限元组合模型,施加体外预应力束的竖向和横向分力。将建筑连廊体外预应力加固工程施工分为钢结构加固、钢梁切割加固、牛腿加固三个施工部分,首先在连廊卸载支撑点增设压力传感器并进行同步分级反顶,使用反顶支撑钢板,采用预加力产生的内力来抵消局部受力,根据压力传感器的同步数值对反顶力进行控制,以此加固钢结构。采用等离子切割机切割钢梁部位,使用Q345B钢板作为新增翼缘,新增翼缘与原结构需进行打坡口满焊作业,并保证焊接作业的施工质量。用20~30 mm的不连续的焊缝进行点焊,对切割后钢梁余留截面进行焊接补强施工,以此完成钢梁切割加固。按照材料进场验收—牛腿钢板材料号料加工—钻孔锚固钢筋—原加固梁表面凿毛—清洗梁表面—安装加工好的钢牛腿—钢板与原牛腿灌胶粘贴—养护—验收等步骤,使用植筋加固材料完成牛腿部分的加固施工。为了验证研究的可靠性,进行了试验,设计了正常加载和极限加载两个工况场景,同时在加固过程中对连廊变形状态进行监测。由试验结果可知,采用提出的建筑连廊体外预应力加固工程方案,在X方向应力分析结果与实际应力分析结果存在最大为0.5 MPa的误差,位移分析结果与实际位移分析结果存在最大为2.0 mm的误差,表明采用所研究方法与实际数据相差较小,能够在分析体外预应力和张拉力的基础上设计有效的加固施工方案,为建筑连廊稳定施工提供技术支持。
传统的建筑连廊加固技术容易受到混凝土张拉控制力影响,造成钢管应力和位移与实际数据相差较大,导致加固效果不理想,严重影响施工质量和施工安全。鉴于此,提出了一种新的建筑连廊体外预应力加固工程施工方法。以四川观堂建筑工程设计有限公司的钢结构工程为研究对象,根据结构加固设计图纸对连廊(一)中GL6和连廊(二)中GL3、GL4a进行加固设计。在完成顶升卸载后进行相应小组的次梁体外预应力张拉施工,通过进行局部切割计算预应力筋张拉伸长值、截面面积、弯曲率半径、相对向上位移数值,由此确定合理的张拉力和预应力。采用ANSYS对体外预加力转向块进行接触分析,构建转向器有限元组合模型,施加体外预应力束的竖向和横向分力。将建筑连廊体外预应力加固工程施工分为钢结构加固、钢梁切割加固、牛腿加固三个施工部分,首先在连廊卸载支撑点增设压力传感器并进行同步分级反顶,使用反顶支撑钢板,采用预加力产生的内力来抵消局部受力,根据压力传感器的同步数值对反顶力进行控制,以此加固钢结构。采用等离子切割机切割钢梁部位,使用Q345B钢板作为新增翼缘,新增翼缘与原结构需进行打坡口满焊作业,并保证焊接作业的施工质量。用20~30 mm的不连续的焊缝进行点焊,对切割后钢梁余留截面进行焊接补强施工,以此完成钢梁切割加固。按照材料进场验收—牛腿钢板材料号料加工—钻孔锚固钢筋—原加固梁表面凿毛—清洗梁表面—安装加工好的钢牛腿—钢板与原牛腿灌胶粘贴—养护—验收等步骤,使用植筋加固材料完成牛腿部分的加固施工。为了验证研究的可靠性,进行了试验,设计了正常加载和极限加载两个工况场景,同时在加固过程中对连廊变形状态进行监测。由试验结果可知,采用提出的建筑连廊体外预应力加固工程方案,在X方向应力分析结果与实际应力分析结果存在最大为0.5 MPa的误差,位移分析结果与实际位移分析结果存在最大为2.0 mm的误差,表明采用所研究方法与实际数据相差较小,能够在分析体外预应力和张拉力的基础上设计有效的加固施工方案,为建筑连廊稳定施工提供技术支持。
2023, 38(5): 28-32.
doi: 10.13206/j.gjgS22121902
摘要:
某厂房的既有钢梁跨度30 m,因业态调整,新增的幕墙外荷载加大,钢梁的挠度过大不能满足实际的使用要求。传统的加固方式常有如下两种:一种是在钢梁下增设钢柱以减小既有钢梁的跨度,从而减少挠度,但新增的钢柱下的支撑点扩大了原有建筑加固范围;另一种是在既有钢梁下增设型钢,从而加大钢梁的刚度,但随着型钢的加大,整个钢梁的自重也随之增大,显然这样的做法不太经济。同时因本项目施工工期紧、施工条件受限等原因,为在现有的条件下更有效地解决钢梁的挠度问题,针对本项目的特殊性,拟采用体外预应力的方法对既有钢梁进行加固。根据钢梁的跨度及两端支撑情况,预应力钢绞线拟采用双折线线形。通过对体外预应力钢绞线在张力过程中的预应力损失进行分析,得到有效张拉预应力,进而得到有效的预应力钢绞线面积。通过在原有钢梁两端施加张拉力,中间设置转向块,在幕墙安装过程中,对钢梁两端分批进行张拉,从而使外荷载增加的挠度通过预应力钢绞线的张拉进行控制,在外荷载和预应力组合工况下,挠度的变形为零,避免了因为新的荷载增加而带来对既有钢梁挠度的增加。通过体外预应力对既有钢梁的两端进行张拉,在较短的时间内完成了钢梁的加固任务,在有限的时间及其施工操作面上解决了既有钢梁挠度过大的问题,满足了工程的使用要求,且在较短的时间内获得了较大的经济价值,以期为实现低碳、环保、可持续发展的加固模式提供借鉴。
某厂房的既有钢梁跨度30 m,因业态调整,新增的幕墙外荷载加大,钢梁的挠度过大不能满足实际的使用要求。传统的加固方式常有如下两种:一种是在钢梁下增设钢柱以减小既有钢梁的跨度,从而减少挠度,但新增的钢柱下的支撑点扩大了原有建筑加固范围;另一种是在既有钢梁下增设型钢,从而加大钢梁的刚度,但随着型钢的加大,整个钢梁的自重也随之增大,显然这样的做法不太经济。同时因本项目施工工期紧、施工条件受限等原因,为在现有的条件下更有效地解决钢梁的挠度问题,针对本项目的特殊性,拟采用体外预应力的方法对既有钢梁进行加固。根据钢梁的跨度及两端支撑情况,预应力钢绞线拟采用双折线线形。通过对体外预应力钢绞线在张力过程中的预应力损失进行分析,得到有效张拉预应力,进而得到有效的预应力钢绞线面积。通过在原有钢梁两端施加张拉力,中间设置转向块,在幕墙安装过程中,对钢梁两端分批进行张拉,从而使外荷载增加的挠度通过预应力钢绞线的张拉进行控制,在外荷载和预应力组合工况下,挠度的变形为零,避免了因为新的荷载增加而带来对既有钢梁挠度的增加。通过体外预应力对既有钢梁的两端进行张拉,在较短的时间内完成了钢梁的加固任务,在有限的时间及其施工操作面上解决了既有钢梁挠度过大的问题,满足了工程的使用要求,且在较短的时间内获得了较大的经济价值,以期为实现低碳、环保、可持续发展的加固模式提供借鉴。
2023, 38(5): 33-42.
doi: 10.13206/j.gjgS22102401
摘要:
为提升既有危化品库、弹药库等设施围护结构的抗爆性能,建立了一种钢板混凝土夹芯砌体防爆墙构造用于墙体改造。并采用数值模拟的方法,以未加固的砌体填充墙和基于钢板混凝土叠合式砌体防爆墙为研究对象,利用动力非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit开展爆炸荷载作用下砌体墙的动态响应试验研究。其中,砌筑墙体、现浇混凝土、爆炸当量(TNT)和夹芯钢板均为实体单元类型,钢筋网为梁单元类型;钢筋网嵌入现浇混凝土中,砌筑墙体、现浇混凝土、夹芯钢板之间均采用面-面接触;在接触属性中,采用罚函数(Penalty),摩擦系数为0.75,砌块间的黏结滑移采用指数损伤演变本构;结构模型采用完全约束类型对墙体底部与顶部进行约束,并采用精细有限单元划分网格,尺寸大小划分为0.01 m。通过对未加固和采用夹芯钢板混凝土叠合加固的砌体填充墙进行数值模拟研究,分析比较两种墙体在爆炸冲击作用下的动态响应和防护性能。结果表明:在同级爆炸荷载作用下,随着钢板厚度的增加,防爆墙体的刚度也随之增强,加速度峰值会不断提前;墙体瞬时速度最大值出现在0.1 ms前后,当钢板厚度小于10 mm时,受爆点中心速度大于58 m/s;当钢板厚度大于30 mm时,受爆点中心速度小于30 m/s。随着爆炸荷载的增加,防爆墙中心点的最大变形位移和稳定变形位移都会随之增加,加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的瞬时位移随着钢板厚度的增加呈现减小的趋势。当钢板夹芯防爆墙的钢板厚度小于20 mm时,墙体的最大塑性位移大于0.015 m,当钢板厚度大于30 mm时,墙体的最大塑性位移小于0.008 m。由于夹芯钢板对墙体延性的提升,钢板夹芯砌体墙的损伤情况明显好于钢筋混凝土加固砌体墙。防爆墙的钢筋应变在爆炸冲击波的作用下瞬时拉压变形交替出现,其中心线随着爆炸荷载的增加和时间的推移呈上升趋势,防爆墙受爆中心点的钢筋拉压应变最大,钢板厚度的增加对于墙体边缘的钢筋拉压应变变化影响很小。加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的抗爆性能受钢板厚度的影响,随着钢板厚度的增加,可以显著提升原砌体墙、混凝土加固砌体墙的抗爆性能。
为提升既有危化品库、弹药库等设施围护结构的抗爆性能,建立了一种钢板混凝土夹芯砌体防爆墙构造用于墙体改造。并采用数值模拟的方法,以未加固的砌体填充墙和基于钢板混凝土叠合式砌体防爆墙为研究对象,利用动力非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit开展爆炸荷载作用下砌体墙的动态响应试验研究。其中,砌筑墙体、现浇混凝土、爆炸当量(TNT)和夹芯钢板均为实体单元类型,钢筋网为梁单元类型;钢筋网嵌入现浇混凝土中,砌筑墙体、现浇混凝土、夹芯钢板之间均采用面-面接触;在接触属性中,采用罚函数(Penalty),摩擦系数为0.75,砌块间的黏结滑移采用指数损伤演变本构;结构模型采用完全约束类型对墙体底部与顶部进行约束,并采用精细有限单元划分网格,尺寸大小划分为0.01 m。通过对未加固和采用夹芯钢板混凝土叠合加固的砌体填充墙进行数值模拟研究,分析比较两种墙体在爆炸冲击作用下的动态响应和防护性能。结果表明:在同级爆炸荷载作用下,随着钢板厚度的增加,防爆墙体的刚度也随之增强,加速度峰值会不断提前;墙体瞬时速度最大值出现在0.1 ms前后,当钢板厚度小于10 mm时,受爆点中心速度大于58 m/s;当钢板厚度大于30 mm时,受爆点中心速度小于30 m/s。随着爆炸荷载的增加,防爆墙中心点的最大变形位移和稳定变形位移都会随之增加,加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的瞬时位移随着钢板厚度的增加呈现减小的趋势。当钢板夹芯防爆墙的钢板厚度小于20 mm时,墙体的最大塑性位移大于0.015 m,当钢板厚度大于30 mm时,墙体的最大塑性位移小于0.008 m。由于夹芯钢板对墙体延性的提升,钢板夹芯砌体墙的损伤情况明显好于钢筋混凝土加固砌体墙。防爆墙的钢筋应变在爆炸冲击波的作用下瞬时拉压变形交替出现,其中心线随着爆炸荷载的增加和时间的推移呈上升趋势,防爆墙受爆中心点的钢筋拉压应变最大,钢板厚度的增加对于墙体边缘的钢筋拉压应变变化影响很小。加固后的钢板夹芯防爆砌体墙的抗爆性能受钢板厚度的影响,随着钢板厚度的增加,可以显著提升原砌体墙、混凝土加固砌体墙的抗爆性能。
2023, 38(5): 43-45.
doi: 10.13206/j.gjgS22122820
摘要:
介绍了国外钢梁腹板开孔加劲的方式。提出了开孔后强度计算要求,仅水平加劲时加劲肋外伸的长度要求,未加劲时需要进行的宽厚比要求,以及开孔引起的挠度增量计算公式。
介绍了国外钢梁腹板开孔加劲的方式。提出了开孔后强度计算要求,仅水平加劲时加劲肋外伸的长度要求,未加劲时需要进行的宽厚比要求,以及开孔引起的挠度增量计算公式。
