連續(xù)箱梁翼緣有效寬度的概念及應用-典尚設(shè)計

1、文章編號:100926825(20092220089203連續(xù)箱梁翼緣有效寬度的概念及應用收稿日期:2009204211作者簡介:鄭文(19822,男,助理工程師,中國恩菲工程技術(shù)有限公司廣州設(shè)計院,廣東廣州510640鄭文摘要:闡述了剪力滯的基本概念,分析了影響箱梁翼緣有效寬度的因素,探討了工程中箱梁翼緣有效寬度的計算及應用,以完善箱梁翼緣有效寬度的計算,從而做出更好的設(shè)計。關(guān)鍵詞:連續(xù)箱梁,剪力滯,有效寬度,計算中圖分類號:TU318文獻標識碼:A1剪力滯(有效寬度的基本概念在箱形截面梁橋設(shè)計存在的諸多問題中,剪力滯后效應是一個不容忽視的問題。忽略剪力滯效應的影響,就會低估箱梁腹板和翼板交

2、界處的撓度和應力,從而導致不安全。如國內(nèi)寧波招寶山大橋,于1998年9月斜拉橋主梁施工時發(fā)生了壓潰破壞事故。對于事故原因有較多的分析意見。有專家認為,對于該橋所采用的扁平箱梁形式,已不符合平截面假定,需計入剪力滯效應。初等梁彎曲理論的基本假定是變形的平截面假定,它不考慮剪切變形對縱向位移的影響,因此,彎曲正應力沿梁寬方向是均勻分布的。但是實際上箱形梁在縱向彎曲荷載的作用下,腹板剪力流向翼緣板(上、下翼板傳遞,由于翼板存在剪切變形,故剪力流在腹板與翼板交界處要大,隨著離開腹板而逐漸減小,因此,剪切變形沿翼板的分布是不均勻的。由于翼板剪切變形的不均勻性,引起彎曲時遠離肋板的翼板之縱向位移滯后于近肋

3、板之縱向現(xiàn)代多層或高層建筑中的非承重隔墻在地震時破壞的主要原因是主體結(jié)構(gòu)框架的畸變或?qū)娱g側(cè)移。隔墻的地震破壞有以下幾條規(guī)律:1無筋砌筑的隔墻最易遭到破壞。2用灰泥粉刷墻最容易產(chǎn)生裂縫和剝落。3采用鋼或木龍骨的非漿砌隔墻,地震時表現(xiàn)良好。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般有三種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,即純框架,框架剪力墻以及剪力墻。純框架建筑地震時層間側(cè)移較大,其非結(jié)構(gòu)填充墻普遍受到破壞,一般為墻面出現(xiàn)交叉裂縫,或者墻體與梁,柱結(jié)合處出現(xiàn)水平和豎向裂縫,嚴重者局部倒塌。3.2女兒墻及凸出構(gòu)件磚砌女兒墻,包括磚砌實心墻、墻帶磚柱實墻、磚砌泥空山女兒墻等,地震時最易遭受破壞。磚砌女兒墻雖然抗震性能很差,但目前采用較多。根據(jù)

4、震害經(jīng)驗,其破壞有下列幾種情況:1整片倒塌;2由于女兒墻變形縫的寬度不夠或女兒墻上端的混凝土壓頂,頂管扶手沒有斷開,地震時在變形縫處發(fā)生碰撞,造成墻體開裂、外閃或局部倒塌;3由于屋面板伸入墻內(nèi)削弱了墻體與主體結(jié)構(gòu)的連接,或因屋面防水油氈嵌入墻體而使女兒墻根部截面削弱,地震時常在女兒墻根部與屋面交接處出現(xiàn)局部水平裂縫和通圈水平裂縫,嚴重者整片墻體外閃。為提高磚砌女兒墻的抗震性能,減輕地震災害,采用磚砌女兒墻時應滿足以下要求:1不宜將女兒墻直接砌在屋面板上;2避免因屋面板插入墻內(nèi)而使女兒墻根部與主體結(jié)構(gòu)過度削弱;3宜在女兒墻根部油氈翻起處用豆石混凝土壓牢,以免因油氈嵌入而削弱女兒墻根部截面;4女兒

5、墻頂部應采用現(xiàn)澆通長鋼筋混凝土壓頂;5在女兒墻內(nèi)不宜埋設(shè)燈桿、旗桿等構(gòu)件,如屋頂設(shè)有這些構(gòu)件,則盡可能不要同女兒墻拉結(jié);6女兒墻上除排水口,不宜再開設(shè)其他洞口;7女兒墻的變形縫應留有足夠?qū)挾?縫兩側(cè)女兒墻的自由端應予加強;8不宜采用無錨固的磚砌漏空女兒墻。4結(jié)語非建筑結(jié)構(gòu)抗震這一新興領(lǐng)域,近幾十年來受到了世界各國的普遍重視。隨著科學技術(shù)水平的不斷提高,人們對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震分析研究和認識會越來越深入。在工程設(shè)計中,這一問題的解決迫切需要建筑師、結(jié)構(gòu)工程師及設(shè)施設(shè)備工程師的密切合作。參考文獻:1楊強.房屋非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計要點J .煤炭工程,2003(11:20.2秦權(quán),聶寧.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備的

6、抗震設(shè)計和簡化計算方法J .建筑結(jié)構(gòu)學報,2001(2:10211.3戴國瑩.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計規(guī)定J .工程抗震,2000(4:6.4朱櫻,王靈仙.建筑非結(jié)構(gòu)震害和抗震設(shè)計J .河南科學,2002(5:29230.5王學軍,何政,歐進萍.非結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能設(shè)計初探J .低溫建筑技術(shù),2002(4:41242.6武渝.附屬構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計的重要性J .山西建筑,2002,28(14:7.Study on seismic design of nonstructural componentsZH ONG G u ang 2hui ZHU Ying 2chuAbstract :By combin

7、ing with the classification of the nonstructural com ponents and the seismic prevention ,the paper introduces two calcula 2tion methods for the seismic design of the nonstructural components ,that is ,equivalent lateral force method and floor res ponse spectrum method ,and emphasizes on some seismic

8、 designs ,such as the partition of the nonstructural com ponents ,the parapet and adds some indica 2tions ,so as to direct the design of the nonstructural com ponents in reality projects.K ey w ords :nonstructural component ,seismic design ,calculation method ,floor s pectra98位移,所以其彎曲正應力的橫向分布呈曲線形狀。這

9、種由于翼板的剪切變形造成的彎曲正應力沿梁寬方向不均勻分布的現(xiàn)象稱為“剪力滯后”現(xiàn)象。翼緣有效寬度的簡單定義是:按初等梁理論的公式也能算得與真實應力峰值接近相等的那個翼緣折算寬度。它的幾何解釋是以真實應力峰值max 為高度的矩形面積等于真實應力曲線所包圍的面積,而矩形面積的邊長,就是翼緣的有效寬度。工程界普遍定義:=/0為剪力滯系數(shù),其中,為實際截面上發(fā)生的應力;0為按初等梁理論計算出的應力。它的大小是衡量剪力滯影響大小的主要指標。如果翼板與腹板交界處的正應力大于按初等梁理論的計算值,稱為“正剪力滯”,反之,稱為“負剪力滯”(如圖1所示 。2影響箱梁翼緣有效寬度因素影響連續(xù)箱梁剪力滯效應的主要參

10、數(shù)是曲率半徑、寬跨比、高寬比、腹板間距、荷載形式、箱室數(shù)目。橫截面高度、腹板傾斜度、翼緣板懸臂段長度、橫隔板間距以及邊跨與中跨長度比對剪力滯效應有一定影響,但影響很小。1曲率半徑:在集中荷載和均布荷載作用下,隨著曲率半徑的增大,相同位置處剪力滯系數(shù)越小,剪力滯效應越接近直箱梁;恒載作用下,曲率半徑變化對跨中影響不大。曲線箱梁內(nèi)側(cè)剪力滯系數(shù)大,外側(cè)剪力滯系數(shù)小,且曲率半徑越小,內(nèi)外側(cè)剪力滯系數(shù)的差距越明顯。一般情況下,截面剪力滯系數(shù)峰值位于腹板與翼板交界處,曲線箱梁在均布荷載作用下,在半徑與寬跨比較小時,跨中可能出現(xiàn)內(nèi)側(cè)翼緣板懸臂段剪力滯系數(shù)大于腹板與翼板交界處的剪力滯系數(shù)的現(xiàn)象,這點在設(shè)計時應

11、當引起注意。綜合考慮后認為當半徑大于300m 時,可不考慮曲率半徑的影響。2寬跨比對剪力滯系數(shù)影響很大,隨著寬跨比的增大,截面剪力滯系數(shù)峰值明顯增大。3高寬比:集中荷載作用下,隨著箱梁高寬比的增大,剪力滯效應增強;均布荷載作用下,隨著箱梁高寬比的增大,剪力滯效應減弱;恒載作用下,高寬比變化對剪力滯效應的影響不大。4腹板間距:集中荷載作用下,隨著箱梁腹板間距的減小,剪力滯效應稍有減弱;均布荷載和恒載作用下,隨著箱梁腹板間距的減小,剪力滯效應增強;設(shè)計時,在保證上下部結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的條件下,建議采用較大的腹板間距,以減小剪力滯效應的影響。5在集中荷載作用下,集中力作用點附近剪力滯系數(shù)明顯大于均布荷載作用

12、下的剪力滯系數(shù)。6箱梁承受均布荷載時,在正彎矩區(qū),截面越靠近支座,剪力滯效應越明顯。在負彎矩區(qū),支座附近截面受剪力滯效應的影響較大,且在靠近反彎點(即彎矩為零的截面區(qū)域時,出現(xiàn)負剪力滯效應現(xiàn)象,這點在設(shè)計時要注意。7單箱雙室截面,剪力滯系數(shù)峰值一般位于中腹板與頂板交界處。另外,在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下,單箱雙室截面剪力滯峰值小于單箱單室截面。腹板數(shù)的增加可使得截面受力更加均勻,降低剪力滯效應的影響,即多室截面受力優(yōu)于單室截面。3工程中箱梁翼緣有效寬度的計算及應用影響箱梁翼緣有效寬度的因素很多,各種情況下箱梁翼緣有效寬度又不盡相同,在設(shè)計中要想準確地分析各種情況下的箱梁翼緣有效寬度顯然不太現(xiàn)實

13、,現(xiàn)實的工程設(shè)計中往往也沒有寬裕的時間去做這項工作。但在箱梁的設(shè)計計算中,又不能不考慮剪力滯效應,因此就需要一種簡單實用的方法來確定箱梁翼緣有效寬度,以此來指導平時的設(shè)計工作。我國在參考德國DIN1075規(guī)范的基礎(chǔ)上,通過大量實驗分析及經(jīng)驗總結(jié)對該規(guī)范進行了修正,在J TG D6222004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(以下簡稱D62中明確地提出了自己關(guān)于箱梁翼緣有效寬度的計算方法及適用范圍。筆者在使用規(guī)范D62的過程中形成了一些想法及疑惑,希望和同行們交流:1在平時的箱梁設(shè)計計算中,根據(jù)規(guī)范D62可以編制小程序方便地計算;MIDAS 也能自動進行有效寬度的計算,筆者在平時工作中通

14、過手算結(jié)果與MIDAS 的計算結(jié)果對比,兩種計算結(jié)果基本一致,在平時的工作中用MIDAS 就能方便地計算出箱梁的有效寬度并自動加載到箱梁上去。橋梁博士就必須先手算出有效寬度及范圍,然后一項一項對應地加到支點及跨中等位置上去,相比MIDAS 就繁瑣許多。2在普通鋼筋混凝土箱梁的計算中,筆者認為縱向受力主筋應該只計算有效寬度內(nèi)的,有效寬度外的鋼筋不計。計算預應力鋼筋混凝土箱梁時,預應力束一般是靠近腹板,一般在有效寬度范圍內(nèi),但是如果預應力束在有效寬度范圍外時,這種情況要不要考慮一直困惑著筆者。3計算寬跨該輸入橫梁側(cè)面的空心截面,中支點處的翼緣有效寬度按照規(guī)范計算出的結(jié)果折減很大,甚至折減到全寬的0

15、.5倍左右,結(jié)果導致負彎矩區(qū)的主拉應力超限而且很大,計算很難通過。但實際上中支點處的截面為實心截面,筆者認為此處的截面折減不應該如此之大,在碰到這種情況時可適當增大截面的有效寬度。4在預應力連續(xù)箱梁的設(shè)計計算中,一般是負彎矩區(qū)的拉應力比較難通過,實際運營過程中大多也是這個地方開裂,因此在設(shè)計計算中在考慮翼緣有效寬度后應力最好留一定的富余。限于筆者知識水平有限,文中觀點不免有不足及錯誤之處,寫作本文的目的是希望跟同行更好的討論交流,以利于做出更好的設(shè)計。參考文獻:1J TG D6022004,公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范S.2J TG D6222004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范S.3謝寶

16、來,孫東利.箱梁有效寬度研究J .城市道橋與防洪,2007(11:91293.4于淑蘭.對梁翼緣有效寬度的理解J .北方交通,2007(10:51253.5侯軍鳳.淺談鋼筋混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁的施工技術(shù)J .山西建筑,2008,34(15:3342335.6胡兆同,劉蕓欣,蔡建明.鋼筋混凝土連續(xù)曲線箱梁橋剪力滯效應研究J .公路,2005(12:19221.09第35卷第22期2009年8月山西建筑巖土工程地基基礎(chǔ)文章編號:100926825(20092220091202基于應變路徑法的壓樁擠土空間效應研究3收稿日期:20092042013:福建省教育廳A 類項目(項目編號:JA08198;福建

17、省青年人才項目資助(項目編號:2008F3094作者簡介:高子坤(19732,男,博士,講師,莆田學院土木建筑系,福建莆田351100王建國(19712,男,高級工程師,江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院,江蘇淮陰223001高子坤王建國摘要:提出了適用于深基礎(chǔ)問題的研究方法,即應變路徑法(SPM ,通過綜合分析壓樁擠土問題的本質(zhì),分析了當前國內(nèi)外應變路徑法理論研究的進展和存在的問題,從而從基本規(guī)律或機理上促進樁土作用相關(guān)問題的理論和應用難題研究。關(guān)鍵詞:靜力壓樁,應變路徑法,空間效應中圖分類號:TU473.1文獻標識碼:A0引言相對于其他樁型,靜壓樁具有較多優(yōu)點1,2,包括:施工時無噪聲,適合在市

18、區(qū)及其他對噪聲有限制的施工場地施工,如:附近有學校、醫(yī)院和住宅區(qū)等;施工時無振動,適合在其他重要建筑物和精密儀器或設(shè)備房附近施工;靜力壓樁施工避免錘擊法瞬間的大應力,且樁的施工過程中一般不出現(xiàn)拉應力,所以樁的斷面可以減小,樁的配筋率與混凝土強度標號都可降低。此外,靜壓施工不會使樁頂碎裂,還可以節(jié)省錘墊、樁墊等緩沖材料,節(jié)省材料,提高經(jīng)濟效益;靜壓預制樁一般在工廠中制作,其質(zhì)量較可靠。在壓樁過程中可以全程記錄壓樁力,可以較正確、較容易的估計單樁承載力;施工文明,場地整潔。不會發(fā)生沖孔灌注樁與鉆孔灌注樁中出現(xiàn)的泥漿排放污染問題,也不要挖孔樁所需的抽水、堆土與運土設(shè)備;施工速度快,工期短。同時,靜壓

19、樁的擠土也對環(huán)境或工程場地產(chǎn)生一定的影響,歸納起來,有下述幾個方面3,4:沉樁可引起的地基土側(cè)向位移,將對鄰近的建筑物基礎(chǔ)或地下設(shè)施產(chǎn)生擠壓力,從而產(chǎn)生一系列不良后果,如:鄰近樁樁身彎曲或斷樁,地下管線彎曲、變位或開裂。雖然可以通過預鉆孔、隔離溝和隔離墻等措施加以部分避免,但這些措施多具有經(jīng)驗性,尚沒有嚴格的沉樁理論的指導,所以靜壓樁施工時,以上影響仍然無法完全避免;壓樁可能造成地面隆起,并可能對已入土的鄰樁產(chǎn)生豎向拉拔力,使樁體向上移動,樁底懸空,削弱樁基承載力;先壓入的樁可能使地基土產(chǎn)生擠密作用,一方面可以使土體密實度增大,從而提高了地基承載力;但另一方面可能產(chǎn)生后續(xù)施工壓樁力增大的負面影

20、響;沉樁過程中和成樁后超孔隙水應力的產(chǎn)生和消散,將對土體強度和地基承載力產(chǎn)生很大的影響,而對于這種影響,目前理論上解釋還不完善 ;基坑開挖與壓樁施工的相互影響。由此,人們可以看出對靜壓樁的沉樁機理及擠土效應研究的必要性。1擠土效應機理和研究方法靜壓樁在貫入過程中,造成樁周土體的復雜運動和土的力學性質(zhì)的改變。壓樁過程中,樁體貫入視為勻速直線運動(準靜態(tài),壓樁力、樁的自重與地基土對樁的極限阻力相平衡。隨著壓樁力的增大,樁尖下土體被豎向和側(cè)向擠壓,地表處的土體可能向上隆起,樁尖附近的土體被擠壓,產(chǎn)生側(cè)向和豎直向位移,并產(chǎn)生擾動和重塑。在樁身附近離地面約4倍樁徑深度范圍內(nèi),土體發(fā)生一定的隆起,當貫入深度較大時,由于上覆土層的壓力,土體主要沿徑向向外擠開,在臨近樁尖附近,土體有豎向及徑向移動。圖1給出了沉樁后樁周土體中形成的幾個物理力學性質(zhì)不同的區(qū)域5。1區(qū),強烈重塑區(qū):緊貼樁身,在沉樁過程中經(jīng)歷了大應變,且由于樁身拖曳,結(jié)構(gòu)完全破壞;2區(qū),塑性區(qū):受沉樁影響嚴重,土體產(chǎn)生大應變和塑性變形;3區(qū),彈性區(qū):受沉樁影響產(chǎn)生附加應力與應變,但土體變形