异形柱截面抗弯承载力分析.pdf

异形柱 截面 扰 弯承 载 力‘ 分析 孙 明 国 中 铁十 八局路桥 公司， 河北琢州07劝50 【 摘 要」 异形柱截面的杭弯承载力不同于矩形截面， 需对不同荷载角下的承载力牙别计算。分析了 异形柱截面抗弯承载力在不同 荷载角下的特点， 并给出了简化计算的公式， 为在实际工程应用中 提供参考。 【 关键词】 异形柱;承载力; 简 化计算 t 中图分类号】 T U 3 7 5 . 3【 文献标识码】 A 混凝土框架结构是一种广泛应用的结构形式， 具有建筑 平面布置灵活的特点。但是由于柱的尺寸远大于墙的厚度一， 造成柱的 外凸， 影响家具布置和建筑美观。 随着人们生活水 平的提高， 对建筑的要求也越来越高占 因此异形柱结构在我 国 得到了 迅速的发展， 是山种很有发展前景的新型结构体系。 异形截面主要包括L 、 T 、 十、 2 和一形。 其中较为常用的是前 三种。 2 形截面较为复杂， 不易建模， 受力性能复杂; 一形由于 两个方向 上的刚度相差很多， 特别是当有梁垂直布置时， 节点 上的 抗剪承载力很难满足。因 此， 后两种较少采用。 1 异形截面抗弯承载力 异形柱由于截面的特殊性，一般情况下主惯性轴与形心 轴不重合， 在各个方向角 下的承载力也有着较大 的差别。因此， 弯矩的承 可以 看出， L 形截面在各荷载角下的抗弯承载力有着很 大的 差别， 在45“ 方向取得最小值， 受力性能最差汀形截面 在翼缘受拉时的抗弯承载力最小， 而当翼缘受压时取得最大 值; 十形截面的 扰弯承载力最为理想， 在各荷载角下的承载 力相差不大， 受力性能最好。 ZL 汀形 柱 截 面 承 载 力 的 简 化 计 算 在实际工程中， 要快速计算出 各荷载角下截面的 抗弯承 载 力 是 十 分困 难的 。由 于 截面 的 抗弯承 载 力有 着 一 定的比 例 关系， 因 此， 只 要 计 算 出 任 意 荷载 角 下的 弯 矩 值， 即 可 根 据 比 例 关 系 得 出 截 面 承 载 力 随 荷 载 角 变 化 的 关 系 。 在 柱 截 面 尺寸、 材料强度、 配筋及轴力已知的情况下了 可以用简化的方 法进行截面的承载力的计算。 OO OO OO 圈Z L 、 T 难截面简化计算 OO OO OO OO 图 1 截面配筋位里及荷载角示意 载力计算也不能象矩形 截面那样将弯矩分为两 个边方向的弯矩分别验 算， 必须计算各荷载角下 的抗弯承载力。笔者利 用E T A B S 的截面设计器 模块， 计算了L 、 T 、 十字 形截面在不同荷载角下 图 1 的抗弯承载力。 护 为 了 计 算 方 便 并 考 虑 误 差 的 影 响 ， 首 先 假 定 翼 缘 所 有 钢 、 筋具有相同的应力和应变， 钢筋的位置根据当量代换。由于 计算取轴力s oo k N ， 截面肢长6 0 m m ， 脚厚Z oo m m ， 混凝土 为C 3 0 ， 所配钢筋为直径20m m的11 级热轧钢筋， 数量如图1 所 示 。 计 算 所 得的 抗 弯 承 载 力以 荷 载 角为00时 值为 标 准1， 异 形 柱 截 面 的 配 筋 一 般 采 用 对 称 酿 筋 方 式 沁 可 认 为 1 翼 缘 区 钢筋的面积为所有钢筋面积之知， 钢筋的位置位于翼缘中 间。 为了 计算的方便， 采用L 形、 T 形翼缘位于受拉区， 截面 则其余荷载角下的抗弯承载力系数如表 1 。 表1 截面抗弯承载力 ; ;简 化 计笋 当截面轰 如图2 。首先假定中 和轴位于腹板内， 即劣 再 。 ， 说明 受 拉 钢 筋已 经 屈 服， 二 几， 根据下式重新计算x 的值 N 析一 A ’了 ， 0 . sfch f 如 果 求 得的 不 0 ， 说明 翼 缘 大 部 分 进 人 受 压区 。 如 果 h 时， 取x 二 h此时全截面受 压 。对受拉钢筋取矩， 则截面在轴力N作用下的极限抗弯 承载力为 轴向 力 派 N 、程 序 梢 确 计 算乙 简化计算误差 1 加1 9 8 2 00 1 . 0 1 2 X2 1 32 1 5 0 . 9 4 3 oo2 2 52 2 7 0 . 8 9 4 X2 3 22 3 6 1 . 7 2 5 oo2 3 524 1 2 . 5 5 8 oo2 1 62 1 60 。 00 1 拭 洲 l 94 189，- 一2 。 5 8 1 2 0 01 651 6 0 一3 . 0 3 1 4 加1 3 41 3 0 一2 . 9 9 巧X1 1 81 1 4 一3 . 3 9 “ 二 0.sfehrx “ 一 争 0.8 尤 .一 ‘ 书 ’‘“ 一‘，- 城 争一 a、 经 过 计 算 比 较 发 现 ， 当 对 舜 拉 钢 筋 取 矩 时 ， 即 使 翼 缘 出 现 部 分 受 压，这部 分 混 凝土 所产生的 力矩 非常 小， 只 有总 弯 矩值的0 . 35， 可以忽略。 4 结论 异形柱的承载力计算必须按照各荷载角下的承载力分 别计算， 并且在进行结构计算时， 应输人多个荷载角下的地 震波。从表2 可级看出采用简化计算方法得到的承载力与 准确计算结果的最大误为3 .03 ， 在实际应用中完全可以满 足要求， 为进行异形柱结构的计算提供了 很好的计算方法。 3 简化计算公式的检验 为 验 算以 上 计 算 方 法的 可 靠 性， 对L T形截面 尺 寸为 Z oomm、 刚mm决 600m 拭 ， 配 筋 为 8 根 直 径 ‘20m m 的 截 面 分 析 如 表 2 单 位 姗m ’ 今 考 文 献 〔 1 〕 吕 西 林 . 钢 筋 棍 凝 土 结 构 非线 性 有 跟 元 理 论与 应 用〔 M }同 济 大学出版社， 2 002 . 【 2 」 G B50010一 2 X]2混凝土结构设计规范〔 5]. 北京 中国建筑工 业 出 版 社 ， 2002 .，_一一 }“了 式恤苗减如d知贫州如钧知越斌水司 拱部位移在拱肩处最大， 达到5.6c m ， 仰拱位移远远大 于拱部位移。开挖分部⑤和⑥通过研究断面时引起的仰 拱位移占位移总量的43，建议仰拱紧跟，及时换填。 开挖分部③通过研究断面时，引起拱顶 1 号控制点 位移占位移总量的46， 此为控制点拱顶沉降的关键工 序。掌子面推进到研究断面前方4 刀左右时， 周边控制 点才趋于稳定。 参 考 文 献 李强、 欧阳院平， 王明年. 软弱围岩隧道洞口 段超前支护的三维 数 值 分 析 [J 工 铁 道 建 筑 ， 2005 3 补 32一 34 I t as c a C ons u l t i n g G ro u p 2 X2 ， F as t 城脚n gi anA n al y si s o f C o n - t i n u a i n3D i me n s i o n sU s e r ‘ sG u l d e . Mi n nesot8U S A . ﹃..曰﹁一一︺ ，12 r..JFesL 上接第9 2 页 出现了应力集中 且大多出现在接头附近 及中隔壁上，最大主应力为23. SM Pa， 最小主应力达到 一 32. 6 M Pa。显然， 素硅不能承受这么大的拉 压应力， 说 明 采 用 型 钢 钢 架的 必 要 性和 重 要 性。 并且在型 钢 交接 处 要对焊接施工足够重视， 需要设置纵向联接钢筋， 形成牢 固的刚架承载体系。 2 上二次衬砌前、初期支护拱墙承受最大轴力为 一 2 6 77 k N ， 发生在左墙腰; 最大弯矩为48. 3 k N m ， 发生 在左墙腰; 最小安全系数为2 . 4 ， 发生在左墙腰， 此处为施 工过程中 初期支护的薄弱位置。但初期支护在施工过程中 能 够 满 足 安 全 性要 求。 因 此用 心 R D 法在 埋深30m新黄土 条件下进行大断面扁平隧道施工是可行的。 3隧 道 仰 拱 处 上 鼓 很厉 害， 最大 位 移 达到28c m， ;.，，，..，产 正 ，. 本刊2 以 拓年第5 期第1 加页刊登陈芳、 牛国军 斑状沥青硅路面沥青质量验证分析 一文。因编校疏忽， 漏印 该文 的中图分类号及文献标识码， 现予补正如下。 并向作者致歉。 【 中圈 分类号】 U416 . 2 17 文献标识码】 B 确山山.内内内曲肉.内.内而 9 4四川建翁第2 6卷乃期 2 0 0 6。 1 2