施工期钢筋混凝土偏压构件承载力计算模型.pdf
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1、第 2 9卷第 2期 2 0 1 2年 6月 土木工程与管理学报 J o u r n a l o f C i v i l En g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t Vo 1 2 9 No 2 J u n 2 0 1 2 施工期钢筋混凝土偏压构件承载力计算模型 胡晓鹏, 牛荻涛 ( 西安建筑科 技大学土木工程学 院 , 陕西西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要: 由于混凝土强度和粘结性能的变化, 施工期钢筋混凝土受压构件的承载力随龄期不断变化。研究施工 期钢筋混凝土偏压构件的受力特征并建立承载力计算模型, 为分析施工期钢筋混凝土结构的承载性能提供可
2、 靠的理论依据, 对钢筋混凝土结构施工期的安全性分析与控制以及钢筋混凝土结构全寿命分析具有重要的理 论意义和实际价值。通过对施工期钢筋混凝土偏压构件的数值模拟, 分析了施工期钢筋混凝土偏压构件主要 的受力特征。运用极限平衡理论, 建立了施工期钢筋混凝土偏压构件承载力的计算模型, 分析了施工期钢筋混 凝土偏压构件承载力的时变规律, 并验证了计算模型的合理性。结果表明: 9 O天内偏压构件承载力快速增长, 9 0天后承载力增 长速 度放 缓逐渐。 关键词: 施工期 ; 偏压构件; 材料性能; 粘结性能; 计算模型 中图分类号 : T U 3 7 5 文献标识码 : A 文章编号 : 2 0 9 5
3、 - 0 9 8 5 ( 2 0 1 2 ) 0 2 -00 0 5 -0 5 Be a r i n g Ca p a c i t y Ca l c ul a t i o n M o d e l o f Re i nf o r c e d Co nc r e t e Bi a s M e m b e r Du r i n g Co n s t r u c t i o n Pe r i o d HU Xi a o - pe n gNI U Di t a o ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g , X i a n U n i v e r
4、 s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y , X i a n 7 1 0 0 5 5 , C h i n a ) Abs t r a c t:Th e b e a r i ng c a p a c i t y o f c o n s t r uc t i o n p e r i o d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e s c ha n g e s d ue t o t h e c h a n g e o f b o nd i n g p
5、 r o pe r t i e s a n d c o nc r e t e s t r e n g t h wi t h c o n c r e t e a g e Th e f o r c e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o ns t ru c t i o n pe r i o d c o nc r e t e b i a s me mb e r s we r e S t ud y i ng a n d t h e c a l c u l a t i o n mo d e l o f b e a r i n g c a pa c i t y wa
6、 s e s t a b l i s he d,wh i c h c a n p r o v i d e a r e l i a b l e t h e o r e t i c a l b a s i s t o a n a l y z e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f c o n s t ruc t i o n p e rio d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e,a nd e n g i ne e rin g a p p l i c a t i o n f o r t
7、 h e s e c u r i t y c o n t r o l o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o n s t r uc t i o n a nd t h e p r o c e s s l i f e c y c l e a na l y s i s o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e s t r uc t u r e s Th e f o r c e c h a r a c t e r i s t i c s o f c o ns t ru c t i o n p e r i o d r e
8、 i n f o r c e d c o n c r e t e b i a s me mb e r a r e a n a l y z e d b y fin i t e e l e me n t a n a l y s i s Co mb i n e d wi t h t h e l i mi t e q ui l i b riu m t he o r y,t h e c a p a c i t y c a l c u l a t i o n mo d e l o f c o n s t r uc t i o n pe rio d RC b i a s me mb e r i s e s
9、t a b l i s h e d Th e b e a rin g c a p a c i t y t i me - v a ryi ng l a w o f c o n s t ruc t i o n pe r i o d r e i n f o r c e d c o n c r e t e b i a s me mb e r i s a n a l y z e d, a nd t h e r a t i o n a l i t y o f t h e c a l c u l a t i o n mo de l i s v a l i d a t e d Th e r e s ul t
10、s s h o w t h a t t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f b i a s me mb e r r a p i d l y g r o ws i n 9 0 d a y s ,t h e g r o wt h r a t e s l o ws d o wn g r a d ua l l y a f t e r 9 0 d a y s Ke y wor ds:c o n s t r uc t i o n pe r i o d;bi a s me mb e r ;ma t e ria l p r o p e r t i e s ;b o n
11、d i n g p r o p e rti e s ;c a l c u l a t i o n mo d e l 混凝土结构 的全寿命 过程 可分 为三个 阶段 : 施工期 阶段 、 正常使用阶段 和老化维修 阶段。施 工期作为钢筋混凝土结构全寿命过程控制 的首个 阶段 , 其控制水平直接影响着施工期结构 的安全 性, 且对后续使用阶段结构的可靠性及耐久性有 着至关重要 的影响 。目前 , 对 于正 常使用阶段混 凝土结构受压构件承载力计算 , 已经有了成熟 的 理论 , 体现在现行 的混凝土结构设计规 范 中 ; 对于结构的老化期 , 文献 2 一 4 对锈蚀钢筋混 凝土受压构件进行 了试
12、验研究和理论分析 , 采用 粘结强度降低系数考虑由于钢筋锈蚀引起的粘结 性能退化 , 其计算方法已逐渐成形 , 为锈蚀钢筋混 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 1 0 - 2 1 修 回日期 : 2 0 1 2 - 0 3 2 8 作者简介 :胡晓鹏 ( 1 9 8 0 一 ) , 男 , 陕西 大荔人 , 讲 师, 博 士 , 研究 方向为结 构可靠性 ( E m a i l : s h s 3 3 9 s i n a c o n) 基金项 目:国家“ 十一五 ” 科技支撑计 j ( 2 0 0 6 B A J 0 3 A 0 2 -03 ) ; 陕西省 自然科学基金( 2 0 1 2 J
13、 Q 7 0 2 0 ) 6 土木工程与管理学报 2 0 1 2年 凝土受压构件的承载力评估和加固措施的合理制 定提供了可靠 的理论依据。施工期混凝土强度和 粘结性能均随龄期不断变化 , 受压构件 的力学性 能和破坏机理具有明显 区别于正常使用阶段的特 点 , 其承载力随龄期不断变化。但是 , 目前 尚没有 对施工期钢筋混凝土受压构件承载力进行相应的 试验研究和理论分析 , 尚没有施工期钢筋混凝 土 受压构件承载力计算方法 。对施工期钢筋混凝土 受压构件的受力特征进行深入系统 的研究 , 把握 混凝土强度和粘结性能 的时变特性 , 建立施工期 钢筋混凝土受压构件承载力计算模 型, 为分析施 工
14、期钢筋混凝土结构的承载性能提供可靠的理论 依据 , 对钢筋混凝 土结构施工期安全性分析与控 制 以及钢筋混凝土结构全寿命过程分析具有重要 的理论意义和实用价值。 本文通过对施工期钢筋混凝土偏压构件进行 数值模拟 , 分析其主要 的受力特征。针对施工期 钢筋混凝 土偏压构件的受力特点 , 采用粘结强度 变化系数考虑粘结性能随龄期 的时变规律, 结合 混凝土强度随龄期 的时变规律 , 运用极 限平衡理 论 , 建立施工期钢筋混凝土偏压构件承载力 的计 算模型。 1 数值模拟 1 1 有限元建模 选用有限元分析软件 A N S Y S程序 , 采用分离 式模型对文献 4 中的试验构件进行数值模拟 ,
15、 其外观尺寸及配筋图见图 1 所示。 图 1 试 验尺寸及配筋 ( 1 ) 单元类型 混凝 土单 元: S O L I D 6 5单 元; 钢筋 单 元: L I N K 8单元 ; 粘结单元 : C O MB I N 3 9单元 ; 加载处 垫板 : S O L I D 4 5单元 。 ( 2 ) 材料性质 混凝土抗压 强度随龄期 的时变规律按文 献 5 选用 , 本构关系选取 H o g n e s t a d模型 ; 钢筋 的屈服强度和弹性模量按混凝土结构设计规范选 取 , 本构关系选用理想弹塑性模型 。 在建立钢筋混凝土分 离式模型时 , 在混凝土 和纵向钢筋共用结点上沿锚固方 向和垂
16、直锚固方 向设置 2个非线性弹簧单元 , 其荷载一 位移关系式 由文献 4 提出的粘结滑移本构模型推导得出。 沿锚固方向弹簧单元荷载一 位移关系式为 F =r ( 6 2 1 0 6 s一5 8 0 8 5 s +2 0 0 9 2 s 一 2 7 ) z 式 中, 为滑移值 ( m m) ; 为混凝 土立方 体抗 压 强度( MP a ) ; r 为钢筋种类影响系数 , HR B 3 3 5级 钢筋取 1 0, H R B 4 0 0级钢筋取 1 5; d为纵 向钢筋 直径 ( m m) ; f 为联结单元间距( m m) 。 垂直锚固方向弹簧单元荷载一 位移关系式为 F= D ( 2 )
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