CN112900614A - 一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法 - Google Patents

一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法 Download PDF

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Abstract

一种适用于钢‑混凝土组合结构抗连续倒塌方法，步骤1，备好锚索、锚具和固定件；步骤2，在钢管混凝土柱与钢梁连接两侧处开设有贯穿孔，用于穿过锚索；步骤3，工字型钢梁腹板两侧分别布设一根锚索，采用固定件固定锚索于腹板两侧；步骤4，采用锚具用于锁紧固定锚索，防止滑脱；步骤5，采用固定件焊接于钢梁上翼缘与腹板之间，用于限制锚索的侧向移动；步骤6，所述锚索在平时为松弛不受力状态，当中柱失效进入大变形的悬链线阶段才会受力卡紧，防止结构出现连续性倒塌。在中柱失效进入大变形的悬链线阶段，锚索和边柱形成有效的拉结结构，防止结构出现连续性倒塌。

Description

一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法
技术领域
本发明涉及建筑结构领域。
技术背景
钢-混凝土组合结构因其在承载力和刚度方面的优异性能而被大量应用于高层和重载结构中，但当建筑结构在遭受诸如***、火灾及恐怖袭击的情况下，若结构中的重要构件--承重中柱出现失效，将有可能导致结构出现连续性倒塌。承重中柱在失效情况下，其相邻构件的承载力变化历程可划分为梁机制阶段、过渡阶段和悬链线阶段。其中，悬链线阶段是结构抵抗倒塌的最后一道防线，因此，应采取可靠措施加强结构在该阶段的承载能力，防止结构出现连续性倒塌。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法，在承重中柱失效情况下，该组合结构在悬链线阶段可以有效抵抗上部结构的进一步倒塌破坏。
本发明为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：
一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法，应用场景包括钢管混凝土柱、工字钢梁、混凝土楼板，所述混凝土楼板与工字型钢梁上翼缘连接；混凝土楼板通过焊接在工字型钢梁上翼缘表面的栓钉连接；所述工字型钢梁呈一字型分别布置在钢管混凝土柱两侧，所述钢管混凝土柱为方钢管混凝土柱；
其特征在于，抗连续倒塌方法为：
步骤1，备好锚索、锚具和固定件，其中：锚索是钢绞线或者是纤维增强复合材料筋，锚具为钢制锥形锚，固定件为一梯形钢板片，
步骤2，在钢管混凝土柱与钢梁连接两侧处开设有贯穿孔，用于穿过锚索；
步骤3，工字型钢梁腹板两侧分别布设一根锚索，采用固定件固定锚索于腹板两侧；
步骤4，采用锚具用于锁紧固定锚索，防止滑脱；
步骤5，采用固定件焊接于钢梁上翼缘与腹板之间，用于限制锚索的侧向移动；
步骤6，所述锚索在平时为松弛不受力状态，当中柱失效产生大变形的悬链线阶段才会受力卡紧，防止结构出现连续性倒塌。
上述方法实施后，适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌机构为：包括钢管混凝土柱、工字钢梁、混凝土楼板，所述混凝土楼板与工字型钢梁上翼缘连接；其特征在于，混凝土楼板通过焊接在工字型钢梁上翼缘表面的栓钉连接。还包括锚索、锚具和固定件；其中：所述钢管混凝土柱为方钢管混凝土柱，方钢管内灌混凝土；所述钢管混凝土柱在钢梁连接两侧开设有贯穿孔，用于穿过锚索；所述工字型钢梁呈一字型分别布置在钢管混凝土柱两侧，工字型钢梁腹板两侧分别布设一根锚索，采用固定件固定锚索；所述锚索是钢绞线，或者是纤维增强复合材料筋，锚索在平时为松弛不受力状态，仅当中柱失效产生大变形的悬链线阶段才会受力卡紧，防止结构出现连续性倒塌；所述锚具为目前工程中常用的钢制锥形锚，主要用于锁紧固定锚索，防止滑脱；所述固定件为一梯形钢板片，焊接于钢梁上翼缘与腹板之间，用于限制锚索的侧向移动。
进一步，所述钢管混凝土柱在钢梁两侧预留贯穿孔，贯穿孔周边需进行加强处理，该贯穿孔主要用于穿过锚索。
进一步，所述锚索可以是钢绞线，也可以是纤维增强复合材料筋(FRP筋)，布设在钢梁腹板两侧，位于钢梁上翼缘和腹板夹角位置。锚索穿过钢管混凝土柱的贯穿孔，两端通过锚具固定。锚索在结构正常使用阶段处于松弛不受力状态，仅当结构进入大变形悬链线阶段后，锚索张紧受力。
进一步，所述锚具为工程中常用的钢制锥形锚，安装于边柱一侧，用于夹紧、固定锚索，防止滑脱。
进一步，所述固定件为一梯形钢板片，焊接在钢梁上翼缘与腹板之间，主要用于限制锚索在受力阶段的侧向移动。
本发明单的有益效果是：
本发明钢-混凝土组合结构防连续倒塌的锚索式机构可在中柱失，结构进入大变形的悬链线阶段，形成有效的拉结结构，防止结构出现连续性倒塌破坏。与现有技术相比，该发明作为结构安全的预防性措施，仅在结构失效进入悬链线阶段时发挥抗连续倒塌作用，不影响结构的正常使用。该发明既可用于新建结构，也可用于既有结构。相关设计施工操作方法简单、经济、实用、可靠。
附图说明
图1:实施例1结构正常使用状态
图2:实施例1中柱结构示意图
图3:实施例1侧柱结构示意图
图4:实施例1梁结构示意图
图5:实施例1结构倒塌受力状态
图6:实施例2结构正常使用状态
图7:实施例2结构倒塌受力状态
图8:实施例2中柱构造图
图9:实施例2侧柱构造图
图10:结构简化受力图
图11:中柱失效后的荷载-位移曲线
图12：A-A剖面图
图13：B-B剖面图
图14:C-C剖面图
数字标记：钢管混凝土边柱1和中柱2；工字型钢梁3、钢筋混凝土楼板4、锚索5、锚具6、固定件7、贯穿孔8
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法，应用场景包括钢管混凝土柱、工字钢梁、混凝土楼板，所述混凝土楼板与工字型钢梁上翼缘连接；混凝土楼板通过焊接在工字型钢梁上翼缘表面的栓钉连接；所述工字型钢梁呈一字型分别布置在钢管混凝土柱两侧，所述钢管混凝土柱为方钢管混凝土柱；
其特征在于，抗连续倒塌方法为：
步骤1，备好锚索、锚具和固定件，其中：锚索是钢绞线或者是纤维增强复合材料筋，锚具为钢制锥形锚，固定件为一梯形钢板片，
步骤2，在钢管混凝土柱与钢梁连接两侧处开设有贯穿孔，用于穿过锚索；
步骤3，工字型钢梁腹板两侧分别布设一根锚索，采用固定件固定锚索于腹板两侧；
步骤4，采用锚具用于锁紧固定锚索，防止滑脱；
步骤5，采用固定件焊接于钢梁上翼缘与腹板之间，用于限制锚索的侧向移动；
步骤6，所述锚索在平时为松弛不受力状态，当中柱失效产生大变形的悬链线阶段才会受力卡紧，防止结构出现连续性倒塌。
通过上述方法得到锚索式机构，即结构为：包括钢管混凝土边柱1和中柱2、工字型钢梁3、钢筋混凝土楼板4、锚索5、锚具6和固定件7，其中：
所述钢管混凝土柱1和2为工程中常用的方钢管混凝土柱，方钢管内灌混凝土，柱子两侧预留两个贯穿孔8，贯穿孔8周边进行加固处理。
所述工字型钢梁3为工程中常用的焊接工字钢，呈一字型布置于钢管混凝土中柱2两侧，钢梁3腹板位于两个贯穿孔8的中部。
所述楼板为工程中的钢筋混凝土楼板4，通过栓钉与工字型钢梁3上翼缘连接。
所述锚索5为钢绞线或纤维增强复合材料筋(简称FRP筋)，锚索5位于钢梁3上翼缘和腹板夹角两侧对称布置，锚索5在结构正常使用阶段处于松弛不受力状态，仅当结构失效进入大变形悬链线阶段时受力张紧，为失效结构提供新的传力路径，防止结构出现进一步的倒塌破坏。当锚索5采用FRP筋时，需对钢管混凝土柱1和2上的贯穿孔8进行圆滑过渡处理，防止应力集中对FRP筋的剪切破坏。
所述锚具6为工程中常用的钢制锥形锚，用于夹紧固定两根锚索的两端，限制其滑移、松动。
所述固定件7为梯形钢板片，厚度与工字型钢梁3腹板同厚，固定件7采用角焊缝焊接于工字型钢梁3上翼缘与腹板之间，用于限制锚索5的侧向移动。
根据锚索在中柱上的贯穿孔的位置不同，可分为实施例1方案和实施例2方案两种方案，其中，实施例1方案和实施例2方案中的锚索在结构平时正常使用情况下，可分别按照松弛状态或张紧状态进行设计。
实施例1
锚索5穿过中柱2的贯穿孔8的位置靠近钢梁上翼缘。锚索位置比较隐蔽，不影响结构的正常使用状态。
实施例2
锚索5穿过中柱2的贯穿孔8的位置靠近钢梁下翼缘。在中柱失效发生倒塌的情况下，锚索开始张紧受力，锚索与中柱间的夹角会随结构变形的增大而变小，由此导致锚索的拉力提供给中柱向上的分力会更大一些，这样可以更加有效的阻止中柱的进一步坍塌。
锚索按照张紧状态设计：
优点是：锚索可在结构破坏后的早期阶段发挥作用，阻止结构的进一步破坏，后期的结构修复费用会降低。
缺点是：锚索在平时即处于张紧受力状态，导致锚索容易出现疲劳破坏，平时的维护成本较高。
锚索按照松弛状态设计：
优点是：锚索在平时处于松弛状态，可避免不断张紧受力造成的锚索疲劳破坏。
缺点是：锚索在结构破坏后的大变形阶段才发挥作用，导致结构后期的修复成本较高。
创新点：
结构中柱失效情况下，两侧的钢梁会依次经历抗弯机制、过渡机制和悬链线机制阶段。而在结构进入大变形的悬链线机制阶段之前，钢梁负弯矩区横截面基本处于极限受力状态，很难再继续承载，横截面钢板等材料破坏严重。在进入悬链线机制阶段后，钢梁全截面受拉，进一步加剧破坏。对此，采用锚索机构参与结构受力，那么，在最后的悬链线机制阶段，锚索会张紧受力，同钢梁一起形成有效的拉结结构，协同阻止结构的进一步破坏、坍塌。

Claims (1)

1.一种适用于钢-混凝土组合结构抗连续倒塌方法，应用场景包括钢管混凝土柱、工字钢梁、混凝土楼板，所述混凝土楼板与工字型钢梁上翼缘连接；混凝土楼板通过焊接在工字型钢梁上翼缘表面的栓钉连接；所述工字型钢梁呈一字型分别布置在钢管混凝土柱两侧，所述钢管混凝土柱为方钢管混凝土柱；
其特征在于，抗连续倒塌方法为：
步骤1，备好锚索、锚具和固定件，其中：锚索是钢绞线或者是纤维增强复合材料筋，锚具为钢制锥形锚，固定件为一梯形钢板片，
步骤2，在钢管混凝土柱与钢梁连接两侧处开设有贯穿孔，用于穿过锚索；
步骤3，工字型钢梁腹板两侧分别布设一根锚索，采用固定件固定锚索于腹板两侧；
步骤4，采用锚具用于锁紧固定锚索，防止滑脱；
步骤5，采用固定件焊接于钢梁上翼缘与腹板之间，用于限制锚索的侧向移动；
步骤6，所述锚索在平时为松弛不受力状态，当中柱失效产生大变形的悬链线阶段才会受力卡紧，防止结构出现连续性倒塌。
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