承载力计算分析

承载力计算分析（精选九篇）

承载力计算分析 篇1

我国从1959年就开始了钢管混凝土基本性能和应用的研究。1963年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。上世纪70年代又相继在冶金、造船、电力等部门的单层厂房和重型构架中得到成功的应用。80年代末至90年代,我国的钢管混凝土工程进入成熟阶段,拓展应用到拱桥、高层建筑等不同领域。

为适应钢管混凝土结构的快速发展,我国先后颁布了几项有关钢管混凝土结构设计方面的规程,如中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28:90),国家建筑材料工业局标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ01-89),中华人民共和国电力行业标准《钢—混凝土组合结构设计规程》(DL/T5085—1999);另外,各地方也相继颁布了有关钢管混凝土的地方标准和规程;也有很多科研工作者对钢管混凝土的承载力进行了系统的研究。

2 轴心受压承载力计算理论及方法

2.1 极限平衡理论计算法[1]

《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28:90)采用的计算方法和公式,其基本理论在本质上属于套箍混凝土,由于钢管对核心混凝土的套箍作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力。

此公式主要依据钢管混凝土构件的试验结果,以经验回归公式为主。钢管混凝土的承载力是假定钢材发生塑性变形后为无限塑性体,根据最大紧箍力的极限平衡原理求得短柱轴心受压承载力公式:

式中,θ为钢管混凝土的套箍指标;fc,fs分别为混凝土、钢管的抗压强度设计值;As,Ac分别为钢管、钢管内混凝土的横截面面积。

2.2 提高混凝土强度系数计算法[2]

《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ 01—89)采用的计算方法和公式。其基本理论是借用混凝土结构设计理论的一些公式形式,根据钢管混凝土构件的试验结果和理论分析建立起一套半经验半理论的计算公式和表格。该理论认为钢管混凝土是钢管和混凝土组合而成,在受力过程中互相抑制,共同工作。通过大量试验得到圆钢管混凝土轴向受压短柱极限承载力,等于钢管的受压承载力与核心混凝土强度提高后受压承载力之和。按公式(2)进行计算:

式中,K1为核心混凝土轴心抗压提高强度系数,按规程(JCJ01—89)表4.1.1-2取用。

2.3 统一理论计算法[3]

《钢-混组合结构设计规程》(DL/T5085—1999)采用的计算方法和公式。把钢管混凝土视为一

种组合材料,并提出套箍系数的概念,采用钢管混凝土的组合性能指标来计算构件的各项承载力,不再区分钢管和混凝土。以建立在试验基础上的理论公式为主,由于理论公式较繁,更多地采用了表格的形式,承载力应按以下公式进行计算:

式中,ηs和ηc为设计系数;ξ0为构件截面的套箍系数设计值,ξ0=Asfs/Acfc;fsc为钢管混凝土组合轴压强度设计值;Asc为钢管混凝土构件的组合截面面积,Asc=Ac+As。

2.4 内力叠加理论计算法[4]

文献[4]对钢管混凝土短柱的内力计算,划分为钢管、混凝土和钢管与混凝土的相互作用三部分来计算,对结果进行叠加。钢管按强度乘以钢管的面积,混凝土按强度乘以混凝土的面积,钢管与混凝土的相互作用按钢管的径向荷载作强度乘以混凝土的面积计算内力。计算公式为:

式中,fks为钢管的紧箍设计(或屈服、极限)强度;t为钢管壁厚度;R为钢管的半径。

2.5 极限荷载计算法[5]

文献[5]中钢管混凝土轴压短柱极限承载力定义为应力-应变曲线上的极限荷载,钢管混凝土轴压短柱极限承载力在核心混凝土达到极限强度时取得,此时钢管保持理想塑性状态或进入应变强化阶段,并对核心混凝土起套箍作用且承受纵向压应力。计算公式为:

式中,φ为钢管混凝土的套箍指标。

3 不同计算方法的结果对比

本文在总结关于圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算公式的基础上,对文献[6]表2-1,表2-4中试件G-3、G-21、G-44和文献[7]试件B1、C1进行了轴心受压承载力计算,计算结果与实验结果的对比见表1。

4 结果分析

1)《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28:90)和文献[5]的公式计算的承载力最高,这主要是因为所取的轴心受压强度是极限承载力,为荷载-应变曲线(N-e)中的最高点,此时构件的应变值一般大于4%,与实验值的极限承载力相近,比屈服荷载要高。

2)《钢-混组合结构设计规程》(DL/T 5085—1999)规定ε=3 000με时为轴压短柱的塑性承载力为强度值;《钢管混凝土结构设计与施工规程》(JCJ 01—89)视钢管混凝土为塑性材料,取屈服时的应力为强度值,但它的应变值一般稍大于ε=3000με。所以其二者的计算结果均与实验结果的屈服荷载相近。且(JCJ 01—89)规程的计算结果比(DL/T5085—1999)规程计算的结果稍高。

3)文献[4]采用内力叠加法,通过钢管混凝土径向荷载的计算,实现了钢管混凝土环向紧箍力的短柱轴压承载力分离计算,结果将钢管混凝土承载力分离成钢管、混凝土和径向力三部分,再作叠加计算,概念清楚,计算简单。

5 结论及建议

1)归纳了圆钢管混凝土短柱受压承载力的各种计算理论及公式,并将其与实验结果进行了比较,可以发现各公式所得结果与实验结果吻合较好。

2)建议在试验数据分析和理论研究的基础上,提出更精确更适合工程设计的轴心受压承载力计算公式,以供各类设计人员参考。

3)在实际工程的应用中,应根据工程的具体情况,采用相关的计算公式,以使计算误差达到最小。

摘要：介绍了计算钢管混凝土柱轴心受压的五种理论及计算公式,并对各公式的计算进行验证比较。结果表明,各计算公式在形式上有所区别,但考虑因素都大同小异,计算结果与实验值比较吻合。

关键词：钢管混凝土柱,受压承载力,极限承载力,对比

参考文献

[1]CECS28:90钢管混凝土结构设计与施工规程[S].

[2]JCJ01—89钢管混凝土结构设计与施工规程[S].

[3]DL/T5085—1999钢-混凝土组合结构设计规程[S].

[4]伍尚干,等.钢管混凝土短柱强度计算新探[J].中外公路,2002,22(6):76-79.

[5]丁发兴,余志武.钢管混凝土短柱力学性能研究-实用计算方法[J].工程力学,2005,22(3):134-138.

[6]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社,2003.

[7]刘鹏程.圆钢管混凝土短柱受压力学性能的实验研究[D].昆明:昆明理工大学,2007.

[8]马怀忠,王天贤.钢-混凝土组合结构[M].北京:中国建材工业出版社,2006.

承载力计算分析 篇2

摘 要：研究了MIDAS CIVIL有限元软件在高桩码头承载能力计算分析中的应用，结合工程实例，具体计算了码头轨道梁、横梁及桩基的承载能力，并进行了校核计算。结果表明，码头中的轨道梁、横梁及桩基均满足承载要求。MIDAS CIVIL可以简便地应用在高桩码头的结构计算中，对实际工程计算具有一定的指导意义。

关键词：高桩码头；承载能力；MIDAS CIVI

目前关于高桩码头承载能力的评估方法主要分为现场检测和室内计算两种方法。现场检测主要是采用码头结构原位荷载试验的方法来评估码头的实际承载能力，该方法能够较真实地反映码头的实际承载能力，但存在现场操作复杂、检测成本高、对码头的安全造成隐患等缺点，因此该方法实际应用较少。室内计算即采用大型结构计算分析软件对该码头建立有限元模型，施加现有实际荷载，从而分析该码头的承载能力，该方法具有成本低、效率高、计算结果准确等优点，被广泛使用。其中应用最多的为ANSYS有限元计算分析软件，随着计算机的高速发展，其它软件如MIDAS CIVIL、SAP[1]等也逐渐被结构设计人员采用分析解决港口工程问题。MIDAS CIVIL有限元分析软件相比其它类似软件，具有灵活性、稳定性、截面直观性等优点，可适用于港口工程、桥梁结构、地下结构、工业建筑、水利工程等结构的设计与分析。

本文结合工程实例，采用MIDAS CIVIL有限元软件对某高桩码头的承载能力进行计算分析。

1 工程概况

某码头工程项目：采用高桩梁板结构型式，由前、后平台组成，可靠泊1.5万吨货轮，为卸船泊位，码头前沿总长153m。码头采用600mm×600mm实心方桩作为基础，共有229根方桩，码头平台共27个排架，排架间距为6.0m。

2 计算模型建立

依据码头的设计图纸，取码头卸船泊位前平台的1个结构段建立MIDAS CIVIL有限元计算模型，在建立模型时只对码头结构段的纵横梁、面板还有桩基进行了建模，而未考虑靠船构件、系缆柱等附属结构。

2.1 有限元模型

根据设计图纸上显示的高桩码头结构型式，三维有限元计算模型尺寸为：横向为码头前沿宽度，为14.5m，纵向为两道沉降缝之间的距离，为48m，竖向包括桩基及面板。桩基、纵横梁均采用梁单元，面板采用板单元，有限元模型见图1。

2. 2 边界条件

结合实际工程情况将码头的纵横梁与面板各个部件进行了刚性连接，使上部结构连成一个整体；横梁和下部桩基的连接采用固结，接点转动时组成的各构件之间的.相互角度不变，忽略梁的轴向变形，建模时将桩基底端嵌固。

3 计算结果及分析

3.1 MIDAS空间框架计算

本次计算考虑2种工况，工况1为自重、地面堆载、卸船机荷载、车辆荷载及船舶系缆力作用效应组合；工况2为自重、地面堆载、卸船机荷载、车辆荷载及船舶撞击力作用效应组合。根据《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-）[3]中关于荷载分项系数规定，自重、地面堆载的分项系数取1.2，车辆荷载、船舶系缆力的分项系数取为1.4，卸船机荷载、船舶撞击力的分项系数取为1.5。计算工况详见表1。

分别计算以上2种工况对应作用效应组合下结构段的纵梁、横梁、面板及桩基的内力。由于篇幅限制，文章只列出了其中最不利工况下轨道梁、横梁及桩基的内力计算结果。

（1）轨道梁内力计算结果

图2～图3分别给出了最不利工况下轨道梁弯矩和剪力分布云图。

由以上图2～图3的计算结果可得出轨道梁的最大内力值及最小内力值，如下表2所示：

式中：弯矩正值表示构件上部受压，下部受拉；负值表示构件上部受拉，下部受压；剪力正值表示与图中坐标系方向一致，负值表示与图中坐标系方向相反。

（2）横梁内力计算结果

图4～图5分别给出了最不利工况下横梁弯矩和剪力分布云图。

由图4～图5的计算结果可得出横梁的最大内力值及最小内力值，如下表3所示：

式中：弯矩正值表示构件上部受压，下部受拉；负值表示构件上部受拉，下部受压；剪力正值表示与图中坐标系方向一致，负值表示与图中坐标系方向相反。

（3） 桩基轴力计算结果

图6给出了最不利工况下桩基轴力分布云图。

由图6的计算结果可得桩基的最大轴力值及最小轴力值，如下表4所示：

表中：轴力负值表示构件受压。

3.2 计算结果分析

以上计算得到了最不利工况作用下码头结构段主要构件轨道梁、横梁及桩基内力的最大值和最小值。再根据原设计图纸和配筋，求得轨道梁、横梁及桩基的承载力列于表3.4，进行校核分析。由表3.4可以看出：码头结构段的轨道梁、横梁及桩基的最大正负弯矩、剪力及轴力作用效应组合值均小于各构件极限承载力，满足承载要求。

4 结语

本文探讨了MIDAS CIVIL在高桩码头承载能力计算分析中的应用。限于篇幅大小，文章只列出了轨道梁、横梁及桩基的内力计算结果，其它边纵梁、中纵梁及面板的内力结果同样可通过该软件计算得到。

最后将内力计算结果同各构件的极限承载力进行比较，结果表明码头的轨道梁、横梁及桩基均满足承载要求。

总之，MIDAS CIVIL计算简单、快捷、准确、结果直观，可以广泛应用于高桩码头的结构计算中，对实际工程计算具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]王多垠，张华平，史青芬.大水位差全直桩框架码头排架中的水平撞击力分配系数研究[J].中国港湾建设，2009，28（03）：24-25，40.

[2]JTS144-1-2010.港口工程荷载规范[S].

承载力计算分析 篇3

碳纤维布加固工程与传统加固方法(如增大截面,粘钢加固等)相比,具有高强高效、耐腐蚀性能及耐久性、加固构件的自重及体积增加小、适用面广和便于施工等优点。研究碳纤维布加固预应力混凝土空心板具有积极的社会效益和经济效益[1,2]。

1 碳纤维布加固空心板(简称:加固空心板)承载能力计算

1.1 加固空心板受力特点及破坏模式

碳纤维布粘贴在空心板底,在承受外荷载时分担梁底拉应力,相当于在空心板体外增加配筋,从而提高空心板抗弯承载能力,改善空心板的受力性能。参照钢筋混凝土梁的破坏形式并结合碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验结果,可将碳纤维布抗弯加固预应力混凝土构件常见破坏类型划分为5种[3,4]。

1)超筋破坏:预应力钢筋还没有达到屈服,受压区混凝土就已经被压坏了。

2)适筋破坏I:预应力钢筋屈服以后,受压区混凝土被压坏,而此时碳纤维布未达到极限拉应变。

3)适筋破坏II:预应力钢筋屈服以后,碳纤维布继续承受拉应力直到拉断,而此时受压区混凝土还没有被压坏。

4)局部破坏。

5)其他破坏。图1为碳纤维布加固量与破坏模式关系。

1.2 加固空心板抗弯承载力计算基本假定[5]1)符合平截面假定。

2)达到受弯承载力极限状态时,碳纤维布的拉应变εf根据平截面假定确定。

3)当考虑二次受力影响时,应根据加固时的荷载情况,按平截面假定计算加固前受拉区边缘混凝土的初始应变ε1。

4)在达到抗弯承载能力极限状态之前,碳纤维布与混凝土不发生剥离破坏。

5)碳纤维布较薄,认为碳纤维布厚度中心离梁顶的距离与梁高相等。

1.3 加固空心板极限承载力计算公式

对于超筋破坏,可通过控制加固量上限来避免发生。JTG/T J22—2008《公路桥梁加固设计规范》表明:当受压区高度x≤0.8ξbh0,即可控制不发生超筋破坏。

其中,ξb为加固构件处于界限破坏I时,受压区高度与截面有效高度的比值,可由JTG D62—2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》查得。h0为截面有效高度。

对于适筋破坏I和适筋破坏II,先按力的平衡方程式(1)和按平截面假定式(2)得到联立求解,混凝土受压区高度x和受拉面纤维复合材料拉应变εf。

式中:fcd为原构件混凝土抗压强度设计值,也可根据现场检测强度确定;b为梁肋宽度;fsd为预应力钢筋抗拉强度设计值;As为预应力钢筋截面面积,Ef为碳纤维材料弹性模量;Af为碳纤维布截面面积;εcu为混凝土极限压应变;β为高度系数。

根据混凝土受压区高度x是否大于翼缘板厚度hf′,判断T形截面类型。当x≤hf′,为第一类T形截面;当x>hf′为第二类型截面。

1)对于矩形截面或第一类T形截面(翼板位于受压边)受弯构件,在受拉面粘贴加固时,正截面承载力按式(3)计算,计算图式见图2。

当混凝土受压区高度ξbh0>x>ξf bh时,为适筋破坏I:

式中:Mu为计算截面的抗弯承载力;bf′为T形截面翼缘板宽度;as为受拉区预应力钢筋合力作用点立截面底缘距离。

当混凝土受压区高度ξf bh≥x≥2as′时,为适筋破坏II。

当混凝土受压区高度x≤2as′时,为适筋破坏II,近似取x=2as′:

式(5)假设受压钢筋合力作用点与受压区混凝土合力作用点重合,对受压钢筋合力作用点取矩。

2)对于第二类T形截面(腹板位于受压边)受弯构件,在受拉面粘贴加固时,混凝土受压区高度和受拉面纤维复合材料拉应变需重新按式(6)、式(7)联立求解,计算图式见图3。

当混凝土受压区高度ξbh0>x>ξf bh时,为适筋破坏I。

当混凝土受压区高度ξf bh≥x≥hf′时,为适筋破坏II。

2 加固空心板非线性有限元计算

以交通部公路桥涵通用图20 m装配式后张法预应力混凝土简支空心板桥为计算模型,计算跨径为19.3 m,横桥向由8块空心板组成,车道宽10.25 m,按两车道布置,其荷载等级和材料参数如下。

荷载等级为公路I级;混凝土强度等级为C50;普通钢筋为R235和HRB335;预应力钢筋公称直径d为15.2 mm,抗拉强度标准值fpk=1 860 MPa低松弛高强度钢绞线。

空心板截面形状不规则,为了便于有限元模型的建立,减少单元数量,将空心板截面简化成如图4所示截面。

根据不同的普通钢筋配筋率,将全桥沿纵向划分为3个区,如图5所示。I区为箍筋和纵向钢筋加密区;II区为箍筋加密区;III区为钢筋未加密区域。

2.1 有限元模型的建立

由于碳纤维布加固预应力混凝土空心板的组成材料与钢筋混凝土结构材料有差别,因此本文选用整体式与分离式两者相结合的模式,将普通钢筋弥散于混凝土中,按整体式建立钢筋混凝土空心板有限元模型,混凝土采用Solid65,选用William—Warnke五参数破坏准则,采用弥散裂缝模式[5]。预应力钢筋采用Link8,碳纤维布采用Shell41,各种单元之间通过共用节点连接在一起,建立分离式与整体式相结合的碳纤维布加固预应力混凝土空心板有限元模型,支座和加载点处设置弹性垫块,采用Solid45。碳纤维布加固混凝土构件是一个二次受力问题,加固前,混凝土构件梁底已经存在一定的应力,因此需要考虑碳纤维布应力滞后的问题。二次受力问题的处理在ANSYS中是通过单元的生死来实现的[6]。

2.2 有限元模型的验证

采用ANSYS软件和公路桥梁规范抗弯承载力计算公式,分别计算了预应力混凝土空心板极限抗弯承载能力,两者相差3.91%,都为正截面破坏,证明有限元模型是正确可靠的。

在有限元模型正确的基础上,建立Shell41单元,计算粘贴一层、两层、三层碳纤维布抗弯加固预应力混凝土空心板承载力,并与本文理论公式的计算结果进行对比,(ANSYS计算结果—理论公式计算值)/理论公式计算值见表1。

由上表可知,两者计算结果符合较好。由于ANSYS考虑了普通钢筋对空心板受力性能的影响,故计算结果稍大于理论值。理论公式计算值具有一定的安全储备,可用于碳纤维布加固工程计算。

3 不同碳纤维布加固量对空心板受力性能的影响

不同碳纤维布加固量对预应力混凝土空心板跨中截面荷载—挠度曲线的影响如图6所示:

从图6可以看出,碳纤维布加固后,预应力混凝土空心板在外荷载作用下的荷载—挠度曲线共分三个阶段。

第一阶段:受拉区混凝土开裂之前,空心板的荷载—挠度曲线近似为直线,表明结构处于弹性工作阶段,预应力混凝土空心板的刚度保持不变。虽然碳纤维布对空心板受拉区混凝土有一定的约束,但由于空心板开裂前变形很小,故空心板底面碳纤维布应变很小,其分配的应力也很小,因此对空心板的受力性能没什么影响。

第二阶段:受拉区混凝土开裂至预应力钢筋屈服。受拉区开裂后,荷载—挠度曲线上出现第一个拐点,曲线斜率逐渐减少。未加固空心板的拉应力全部由预应力钢筋承担,而在此阶段,加固空心板裂缝截面的应力由预应力钢筋和碳纤维布共同承担,碳纤维布虽然不能阻止混凝土开裂,但是可以抑制裂缝的扩展,因此碳纤维布加固空心板的裂缝发展较为缓慢,且间距较小。

第三阶段:预应力钢筋屈服后至受压区混凝土压碎。在预应力钢筋屈服以后,荷载—挠度曲线上出现一个拐点,曲线斜率继续减少,截面刚度进一步降低。在此阶段,KXB-0中预应力钢筋已经屈服,整个梁无法再继续承受外荷载而发生破坏,裂缝发展很快,刚度迅速降低,荷载—挠度曲线几乎为一条水平直线。而加固空心板中碳纤维布参与承受外荷载,并且对裂缝的约束作用更大,因此裂缝上升高度较小,上升速度也较慢,极限承载能力得到提高。

碳纤维布的荷载—应力曲线与荷载—挠度曲线规律大致相同,混凝土开裂时有一个拐点,当预应力钢筋屈服时有一个拐点,然后沿直线发展,这再次证实了上述加固空心板破坏过程的分析是正确的。

当预应力钢筋屈服后,荷载增加引起的拉应力全部由碳纤维布承担,碳纤维布拉应力迅速增大,因此跨中截面碳纤维布的荷载—应力曲线的斜率比前阶段明显要小,由此可见碳纤维布发挥作用主要在预应力钢筋屈服后,此时碳纤维布加固预应力混凝土空心板极限弯矩提高最为明显。

4 结语

本文对碳纤维布加固预应力混凝土空心板进行了理论分析和有限元仿真模拟,得出以下结论:

1)基于适筋破坏I、II两种破坏模式的碳纤维布加固预应力混凝土空心板承载力计算公式可靠,可用于碳纤维布加固工程抗弯承载力计算。

2)碳纤维布加固量的增加对预应力混凝土空心板开裂荷载帮助不大,但极限承载力在适筋范围内随加固量增加而有所增大。

3)有限元分析软件ANSYS能很好地对碳纤维布加固预应力混凝土构件的非线性问题进行仿真模拟,可以提前发现试验中存在的问题,节约试验经费,减少试验时间,以便更准确的制定试验方案。

参考文献

[1]滕锦光,陈建飞,SMITH S T,等.FRP加固混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]AN W,SAADATMANESH H,EHSANI MR.RC beams strengthened with FRP platesⅡ[J].analysis and parametric study.Journal of Structural Engineering,ASCE,1991,117(11):3434-3455.

[3]张磊.碳纤维加固钢筋混凝土梁正截面承载力计算和有限元分析[D].天津:天津大学,2005:15-16.

[4]成正华.碳纤维板加固混凝土梁正截面承载力试验研究[D].重庆:重庆大学,2002:31.

[5]KACHLAKEY D.Finite Element Modeling of Reinforced Concrete Structures Strengthened With FRP Laminates-Final Report[J].Oregon Department of Transportation.2001(5):51-67.

承载力计算分析 篇4

郑州市水环境承载能力计算及调控对策

以郑州市为实例,介绍城市水环境承载能力计算方法,计算郑州市现状水平年、规划水平年(、)的`水环境承载能力大小.经计算,郑州市现状水平年(20)的水环境承载能力为0.668 6×108 m3,20和20分别为4.295 3×108 m3,8.331 6×l08m3.分析认为,2001年和2010年郑州市不满足水环境承载能力要求,而到2020年可以满足水环境承载能力要求.并根据影响水环境承载能力大小的因素分析,给出提高郑州市水环境承载能力大小的调控对策建议,包括提高污水处理能力、增加外调水量等.

作 者：宋宏杰 马军霞 左其亭 SONG Hong-Jie MA Jun-xia ZUO Qi-ting  作者单位：郑州大学环境与水利学院,河南,郑州,450002 刊 名：郑州大学学报（工学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ZHENGZHOU UNIVERSITY(ENGINEERING SCIENCE) 年，卷(期)：2005 26(1) 分类号：X143 关键词：水环境承载能力   郑州市   计算模型   调控对策  

承载力计算分析 篇5

对FRP筋混凝土梁正截面抗弯承载力分析是FRP筋用于实际工程的前提。我国混凝土规范已经给出了普通钢筋混凝土结构承载力计算公式,但是这些公式对于FRP筋混凝土结构不是完全适用的,因为FRP筋与普通钢筋在材料性质上存在很大差异。FRP筋具有轻质高强、耐腐蚀性,防磁性好的特点。轻质高强的特性,可以有效减轻结构自重,增强结构的高度和跨度。虽然FRP筋具有轻质高强的特点,抗拉强度高,但是其抗剪强度低,在很小的横向力的作用下就会发生剪切破坏;再者,FRP筋的弹性模量较低,在受外荷载的作用下变形要比普通钢筋的形变大的多,影响结构的正常使用。FRP筋与混凝土之间的粘结性能也较差,对FRP筋混凝土结构的承载力也有一定影响。

本文在大型有限元软件ABAQUS分析和混凝土规范的基础上提出适用于FRP筋混凝土梁承载力计算的实用计算方法。

1 FRP筋混凝土梁受力性能有限元模拟

本文有限元模拟数据来自福州大学土木学院翁春光,祁皑的试验[1]。

2 单元的选取和建模过程

ABAQUS有限元分析软件有三种用于模拟混凝土的本构模型:弥散开裂模型(Smeared Crack Concrete)、脆性破坏模型(Brittle Crack Concrete)和损伤塑性模型(Concrete Damaged Plasticity)。本文采用损伤塑性模型,混凝土采用C3D8六面体单元模拟,ABAQUS中提供两种加筋方法:①采用rebar进行加筋;②采用桁架单元(Truss),用embedded命令嵌入到混凝土单元中,钢筋单元用T3D2单元模拟。本文采用第二种方法。建模过程如图1:

(a)ABAQUS中混凝土单元划分(b)ABAQUS中FRP筋和钢筋骨架图

3 ABAQUS计算荷载-挠度曲线

图2(a)～(d)为试验梁有限元计算的荷载一挠度曲线,从图中可以看出钢筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁表现的受力性能差别相当明显,钢筋混凝土梁SL-2-0在受力破坏过程中出现了明显的屈服台阶,钢筋屈服以后梁的刚度下降很多。FRP筋混凝土梁GL-2-0 ,GL-3-0,GL-3-3,从开始加载到破坏荷载一挠度曲线没有屈服台阶,呈线弹性状态。

主要原因是FRP筋没有像钢筋那样的屈服平台。从图2(b)～(d)可以看出在加载初期配筋率对荷载-位移曲线影响不大,当荷载增加到一定程度后配筋率对荷载-位移曲线产生较大影响。

4 FRP混凝土梁跨中截面应变沿高度变化分布图

计算结果表明:FRP筋混凝土梁跨中截面应变沿高度基本上呈直线分布,表明FRP筋混凝土梁的混凝土应变符合平截面假定。

5 FRP筋混凝土梁承载力简化计算方法

在钢筋混凝土梁受弯构件计算方法的基础上建立计算FRP筋混凝土梁的抗弯承载力简化计算方法。

对于图4可以看出,等效矩形应力图形由无量纲参数α1和β1确定,它们的大小仅与混凝应力-应变曲线有关,其中的α1是等效矩形应力图形的应力值与混凝土轴心抗压强度fc的比值,β1为等效矩形应力图形高度x与曲线应力图形高度xc的比值,β1=x/xc。《混凝土结构设计规范》给出了对于不同强度等级α1,β1的取值,见表1。

采用等效矩形应力图形后,由于材料本身的性质与钢筋的差异,根据对文献[2,3,4,5,6]中的198根FRP筋混凝土梁抗弯承载力统计分析引入承载力调整系数λ,λ的取值见表2。

可方便写出FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算公式:

undefined

定义相对受压区高度ζ为等效矩形应力图形受压高度x与截面有效高度h0的比值,ζ=x/xc,则式(1)可以写为:

∑X=0 a1fcbζh0=fyAs

∑M=0 Mu=λa1fcbhundefinedζ(1-0.5ζ) (2)

其中式(2)中的ζ取值是一个很关键的问题。

(1)当FRP进混凝土梁发生界限破坏时:εc=εcu,εs=εy

由∑X=0,a1fcbx=fyAs 可得:

undefined

把undefined代入undefined可得FRP进混凝土梁发生界限破坏时的抗弯承载力为:

undefined

(2)当FRP进混凝土梁发生受拉破坏时,εc=εcu,εs>εy,可得:

a1fcbx=fyA

由上式可得:

undefined

把undefined代入undefined得:

undefined

(3)当FRP进混凝土梁发生受压破坏时,εc=εcu=0.0033,εs<εy

a1fcbx=fyAs

由上式可得:

undefined

把undefined代入undefined得:

undefined

式中,Mu为FRP筋混凝土受弯正截面承载力,fc为混凝土轴心抗压强度,a是等效矩形应力图形的应力值与混凝土轴心抗压强度fc的比值,h0为去掉保护层的截面有效高度,b为截面宽度,As为梁的受拉纵筋的截面面积,fy是受拉纵筋的强度取值μfu,fu为FRP筋的极限抗拉强度,μ的取值参照表2。

6 相对界限受压区高度εβ与界限配筋率ρfb的计算方法

对于纤维筋混凝土梁,美国规范ACI给了计算公式如下:

对于单矩形截面:

对于双矩形截面:

式中,fy为受压区纤维筋压应力;ffu为纤维筋抗拉强度。

当fc≤30 MPa时,β1=0.85;当fc>30 MPa时,β1=0.65;30 MPa≤fc50 MPa时,β1=1.09-0.008fc。

Es为FRP的弹性模量。

根据a1fcbx=fyAs可得:ρfu

所以

从以上可以看出相对界限受压区高度和界限配筋率之间是一种一一对应的线性函数关系,可以根据ζb计算ρb。通过εb和ρb的计算可以判定FRP筋混凝土梁的破坏形态。

(1)当ρ<ρb,ε<εb时,FRP筋先达到名义屈服强度,而后受压区混凝土压碎,可以判定其破坏形态为适筋破坏。

(2)当ρ>ρb,ε>εb时,FRP筋在没有达到名义屈服强度前,受压区混凝土被压碎,可以判定破坏形态为超筋破坏。

(3)当ρ=ρb,ε=εb时,FRP筋达到名义屈服强度的同时受压区混凝土被压碎,可以判定为界限破坏。

7 FRP筋混凝土梁正截面承载力计算公式验证

本文收集了11根FRP筋混凝土梁的承载力试验结果,从表3可以看出,FRP筋混凝土梁极限弯矩的理论计算值与试验值吻合较好。

8结论

(1)通过ABAQUS有限元分析得到钢筋混凝土梁和FRP筋混凝土梁表现的受力性能差别明显,FRP筋混凝土梁破坏过程中没有屈服台阶,呈线弹性状态。

(2)FRP筋混凝土梁跨中截面应变沿高度基本上呈直线分布,表明FRP筋混凝土梁的混凝土应变符合平截面假定。

(3)在钢筋混凝土规范的基础上提出承载力调整系数,并用已有试验数据验证吻合较好。

参考文献

[1]翁春光,祁皑.FRP筋混凝土简支梁试验研究[J].福建建筑,2007,10(8):37-39.

[2]YousefA.AL-Salloum,SalehH.Alsayed,TarekH.Almusallam,“some Design consideration for concrete Beams Reinforced byGFRP Bars,'FIRST INTERNATIONAL CONFERENCE ON COM-POSITE INFARA STRURE,ICCI-96,PP.318-331.

[3]Michele Theriault,and Brahim Benmokrane,“Effects of FRP Rein-forced Ration and Concrete Strength on Flexural Behavior of Con-creteBeams,”JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUC-TION,February,1998,PP.7-15.

[4]Rahdouane Masmoudi,Michele Theriault nad BrahimBenmokrane,“Flexural behavior of Concrete Beams Reinforced with DeformedFiber-Reinforced Plastic Rods”,ACI STRUCTURAL JOURNALNovember-Decemberl998pp.665-676.

[5]高丹盈,B.Brahim.玻璃纤维聚合物筋混凝土梁正截面承载力的计算方法[J].水利学报,2001,(9):73-80.

承载力计算分析 篇6

关键词：钢筋混凝土,无腹筋梁,受剪承载力

GB50010-2010《混凝土结构设计规范》[1](以下简称GB50010)分别给出了两个不同形式的受剪承载力计算公式,而且对于跨高比不大于5的深受弯构件,附录G给出了不同于浅梁(跨高比大于5)的计算公式。另外,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)[2](以下简称D62),也给出了不同于GB50010的受剪承载力计算公式。

为比较GB50010和D62中受剪承载力计算公式的异同,本文收集了国内外528根跨高比不小于5的无腹筋梁剪切试验数据,其中470根梁为集中荷载作用,58根梁为均布荷载作用[3,4],用于对比分析建工规范和桥涵规范的受剪承载力计算公式。

1 受剪承载力计算公式

1.1 GB 50010

GB 50010给出的钢筋混凝土矩形截面梁受剪承载力计算模型如下:

式中:Vc为混凝土的受剪承载力设计值;ft为混凝土轴心抗拉强度设计值;b为截面宽度;h0为截面有效高度;αcv为斜截面混凝土受剪承载力系数,对于一般受弯构件取0.7,对集中荷载作用下的独立梁取1.75/(λ+1),其中,λ为计算截面的剪跨比,λ=a/h0,当λ<1.5时,取1.5,当λ>3.0时,取3.0,a取集中荷载作用点至支座截面的距离。

1.2 D62

D62根据国内外有关试验资料,针对矩形截面梁给出考虑了材料性能分项系数后的混凝土抗剪承载力设计值的计算公式[2,5]:

式中:P为纵向受拉钢筋的配筋率,P=100ρ,当P>2.5时,取P=2.5;fcu,k为混凝土立方体抗压强度标准值;b为截面宽度;h0为截面有效高度;m为剪跨比,对于集中荷载取m=a/h0,a取集中荷载作用点至支座截面的距离;对于均布荷载取m=Md/Vdh0,当m<1.7时,取m=1.7,当m>3.0时,取m=3.0。

2 分析及结果

荷载大小及材料参数均取实测值,且材料强度取值不受限制,但其他参数按计算模型限定的范围取值。GB 50010计算模型中的混凝土立方体轴心抗拉强度;D62计算模型中的混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k取立方体抗压强度试验值。

2.1集中荷载作用

采用GB 50010和D62分别预测无腹筋梁的受剪承载力,并以双对数坐标描述受剪承载力试验值Vt与计算公式预测值Vpr的关系,如图1所示,部分统计指标见表1。

(a)GB50010;(b)D62

经计算比较,GB 50010的Cov=0.44且m=1.13,说明其预测结果的离散性大,这与GB 50010未考虑纵向配筋率及尺寸效应有关。D62的Cov=0.33而m=1.90,同时根据图1可得,仅少量数据点位于45°线以下,且均值都较大,表明预测结果偏于保守。

(a)ξGB-h0 (b)ξGB-ρ

图2表明当截面有效高度d≥600mm或纵筋率ρ<1.5%时,GB 50010预测的结果明显偏于不安全。

2.2均布荷载作用

通过观察图1可得,D62预测结果的数据点全部分布在45°线以上,且由表1可知其均值为3.35,表明其预测结果过于保守。GB50010的Cov=0.33较大,表明GB 50010预测结果的离散性较大。

3 结束语

(1)当梁的有效高度h0>600mm或纵筋率ρ<1.5%时,GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》的预测结果偏于不安全。

(2) GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》的预测结果离散型大,而D62的预测结果相对保守。

(3)采用规范公式预测均布荷载作用下的钢筋混凝土梁受剪承载力,其结果过于保守。

参考文献

[1]GB 50010—2010,混凝土结构设计规范[S].

[2]JTG D62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3]Collins M P,Bentz E C,Sherwood E G.Where is shear reinforcement required—Review of research results and design procedures[J].ACI Structural Journal,2008,105(5):590-600.

[4]中国建筑科学研究院.钢筋混凝土构件试验数据集——1985年设计规范背景资料续编[M].北京:中国建筑工业出版社,1985.

[5]张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,2004:112-115.

单桩承载力计算方法简述 篇7

桩是深入土层的柱型构件, 其作用是将上部结构的荷载通过桩身穿过较弱地层或水传递到深部较坚硬的、压缩性小的土层或岩层中, 从而减少上部建筑物的沉降, 确保建筑物的长久安全。

1单桩极限承载力计算方法

单桩极限承载力是指单桩在荷载作用下, 地基土和桩本身的强度和稳定性均能得到保证, 变形也在容许范围内, 以保证结构物的正常使用所能承受的最大荷载[1]。一般情况下, 桩受到竖向荷载、水平荷载及弯矩的作用, 因此需要分别研究和确定单桩的竖向承载力和水平向承载力。

(一) 承受竖向荷载的单桩竖向极限承载力的计算方法

单桩竖向极限承载力为桩土体系在竖向荷载作用下所能长期稳定承受的最大荷载, 即单桩静载试验时桩顶能承受的最大试验荷载。它反映了桩身材料、桩侧土与桩端土性状、施工方法等综合指标。目前计算单桩竖向极限承载力的方法主要有以下几种:

(1) 静载试验法:静载试验是传统的也是最可靠的确定承载力的方法。它不仅可以确定桩的极限承载力, 而且可以通过埋设各类测试元件获得荷载传递、桩侧阻力、桩端阻力、荷载与沉降关系等诸多资料。静载试验法通过在桩顶逐级施加竖向荷载, 直至桩达到破坏状态为止, 并在试验过程中测量每级荷载下不同时间的桩顶沉降, 根据沉降与荷载及时间的关系, 分析确定单桩竖向极限承载力。但由于试验费用、工期、设备等原因, 往往只能对部分工程的少量桩进行试验。

(2) 经验公式法:根据全国各地大量的静载试验资料, 经过理论分析和统计整理, 给出不同类型的桩, 按土的类别、密实度、稠度、埋置深度等条件下有关桩侧摩阻力及桩底阻力的经验系数、数据及相应的公式。经验公式法是计算单桩竖向极限承载力的一种简化计算方法, 计算方便, 便于使用。

(二) 承受水平荷载的主动桩承载力计算方法:

承受水平力的桩称为水平受荷桩。水平受荷桩在城市的高层建筑、桥梁工程、抗滑桩工程中有着广泛的应用。根据桩土之间的相互作用特点, 水平受荷桩又分主动桩和被动桩。主动桩指桩顶受到横向荷载的作用, 桩身轴线偏离初始位置, 桩身所受土压力因桩主动变位而产生, 如港口工程中承受船舶系缆力的桩基就为主动桩。目前承受水平荷载的主动桩承载力计算方法主要有以下三种[2]:

(1) 单桩水平静载试验法:静载试验是直接在现场进行, 所确定的单桩水平承载力地基土的水平抗力系数最符合实际情况。它是确定桩的横向承载力较可靠的方法, 也是常用的研究分析试验法。

(2) 极限地基反力法:它适合研究刚性短桩, 假定桩为刚性, 不考虑桩身变形, 按照土的极限静力平衡来推求桩的水平承载力。作用于桩的外力同土的极限平衡可以有多种地基反力分布假定, 如抛物线形、三角形等。

(3) 弹性地基反力法:假定土为弹性体, 用梁的弯曲理论来求桩的水平抗力。根据求解方法的不同, 通常有半解析法、有限差分法和有限元解等方法。根据选定的参数不同, 弹性地基梁法又分为常数法、m法、c法、k法。

(三) 承受土体水平位的被动桩承载力计算方法:

被动桩是指由于桩周土体在自重或外荷载作用下发生变形或运动而受到影响的桩, 如边坡工程中的抗滑桩。在被动桩中, 桩周土体的运动是引起桩身荷载的原因。由于桩周土体的运动形式是多种多样的, 且不便于观测与计算, 这就造成被动桩的承载性状较复杂, 给定量计算造成很大的困难。因此, 在被动桩的分析计算中, 往往需要考虑桩土间的相互作用。迄今为止, 国内外学者做了大量的研究, 针对受土体水平位移的被动桩基承载力提出了以下几种计算方法:

(1) 压力法:它在现场观测资料的基础上, 对于土体侧向运动下桩基所受挤压力提出的计算方法。由于这些方法是在现场观测资料的基础上提出的经验性方法, 有些假设不太合理, 有时会造成计算值与实测值有较大的偏差。根据假设的不同, 压力法又分为Begemann和De Leeuw法, De Beer和Wallays法, Tschebotarff法, 德国建议方法等。

(2) 位移法:它是在已知无桩时土体自由侧向位移分布的情况下, 把土体位移叠加到桩上。桩土相互作用则用弹性理论或地基反力法计算。位移法能得出桩的弯矩和位移的分布情况, 是分析被动桩承载力较为合理的一种方法。位移法计算时需要知道实测的土体位移值, 才能得到较为满意的结果, 不过这往往很难。

(3) 有限单元法:随着计算机技术的不断发展, 用各种有限元软件对桩基与土体进行数值模拟分析, 计算被动桩承载力变得可行。有限元计算中, 需要特别注意对桩身材料、土体参数的设定, 并选择一种恰当的桩土界面接触方式, 才能较为准确地模拟出桩基的承载性状。

2结论

(1) 桩基根据所受荷载的不同可分为不同的类型, 不同类型的桩计算理论与计算方法也各不相同。因此桩基计算首先要确定桩基的类型。

(2) 被动桩的计算问题比主动桩复杂, 也是目前桩基研究中的热点与难点。

(3) 在桩基承载性状的分析中, 桩与土的相互作用对桩基的承载性状有着重要的影响, 分析时应特别注意。

参考文献

[1]张忠苗.桩基工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.

PBL剪力连接件承载力计算 篇8

关键词：PBL剪力连接件,钢-混凝土组合结构,推出试验,极限承载力

0前言

剪力连接件是钢-混凝土组合结构中钢与混凝土协同工作的关键部件, 其性能直接影响钢-混凝土组合结构构件共同受力与协调变形性能。连接件的主要作用是传递钢和混凝土板之间的纵向剪力, 此外, 还起着抵抗钢与混凝土之间分离的作用[1,2]。目前, 栓钉是应用最为广泛的剪力连接件, 其他还有方钢、槽钢、弯起钢筋连接件等[1]。PBL剪力连接件 (图1) 是近年来出现的一种新型剪力连接件, 也称作开孔钢板连接件。

国内对PBL剪力连接件的研究和使用尚处于起步阶段。宗周红[3]、胡建华[1]等学者进行过试验研究, 并提出了各自的PBL剪力连接件承载力计算公式。由于各学者的试件有较大区别, 研究的参数不同, 所得的公式也有很大差异。在应用方面, 南京长江三桥钢主塔中采用了PBL剪力连接件来传递巨大的轴向力, 广州新光大桥的剪力接头和广东省佛山平胜大桥钢-混凝土结合段同时使用了栓钉和PBL剪力连接件[1]。

国外学者对PBL剪力连接件的研究相对国内较多一点, 代表性的有Oguejiofor[4]、Valente[5]、Vianna[6]等人。国外这些学者的试验试件及研究参数和国内有所差别, 得出的PBL剪力连接件承载力计算公式和国内学者提出的公式又有很大的差距。

1 PBL剪力连接件试验

1.1 试验描述

确定剪力连接件承载力的试验方法有推出试验和梁式试验, 推出试验的结果通常要低于梁式试验的结果, 一般情况下以推出试验的结果作为剪力连接件抗剪承载力的依据[7]。

影响PBL剪力连接件极限承载力的因素很多, 包括混凝土强度、横贯钢筋屈服强度、PBL剪力连接件的尺寸等。不同的试验完成人研究的侧重点有所不同, 表1给出了国内外所做的PBL剪力连接件推出试验的试件参数及试验结果, 其中试件1~18的PBL剪力连接件钢板底部有混凝土支承, 试件19~32则没有。

试件混凝土的抗压强度由单独制作的多个圆柱体混凝土试块测得, 部分学者通过立方体混凝土试块来测定抗压强度, 本文乘以换算系数0.79得圆柱体抗压强度。这些试块与试验所用的试件在同样条件下养护28d, 表1中给出了各试件混凝土抗压强度的数值。

注:fck为混凝土圆柱体抗压强度, fy为横贯钢筋屈服强度, t、h分别为PBL剪力连接件的厚度和高度, D为PBL剪力连接件孔洞直径, d为横贯钢筋直径, n为开孔个数。钢筋直径为0的项表示未设置横贯钢筋, “-”表示所引文献作者未提供此项数据。

在以上所有试验中, 为防止开孔间距过小造成混凝土榫影响范围出现重叠以至于降低剪力连接件的承载力, 要求孔距≥2.25D[6,8]。本文所提到的试验都是针对单排PBL剪力连接件 (图1) 的, 多排连接件不在本文研究范围内。对于每个编号试件, 试验完成人都做了2到3个相同的试件, 这里取相同试件承载力结果的最小值作为该编号试件的承载力。

1.2 试件的破坏模式

所有的试验结果都表明, 试件的破坏由混凝土板的破坏决定, PBL剪力连接件基本没有损坏。

试件的破坏始于混凝土板中出现的竖向劈裂裂缝, 此裂缝最初出现在混凝土板的底部, 随着荷载的增加逐步发展到板的顶部, 裂缝的位置接近PBL剪力连接件, 并沿45°方向发展, 连接件端部的混凝土首先被压碎, 最终整个混凝土板从底部到顶部发生劈裂破坏[5]。

对于没有贯穿钢筋的试件, 端部混凝土被压坏后, 试件会突然失去承载力而破坏。对于有横贯钢筋的试件, 破坏时横贯钢筋有明显的变形, 已经屈服。横贯钢筋会减少裂缝的宽度, 控制裂缝的发展, 并增加试件的延性。

从试验后凿开的试件可以看出, 试件破坏时, 混凝土榫发生剪切破坏。对于有横贯钢筋的试件, 部分试件孔内混凝土被压碎, 钢筋被挤到孔边, 试件破坏时钢筋受拉屈服, 没有被剪断[6]。

2 影响PBL剪力连接件抗剪承载力的因素

2.1 混凝土强度的影响

分析表1中的试件10~13, 相对于试件10, 试件11~13的混凝土强度提高11%、48%和85%, 连接件极限承载力分别提高了10%、16%和29%。从图2可以看出, 连接件的承载力随着混凝土强度的增加而线性增长。

2.2 横贯钢筋的影响

对比表1中试件2 (无横贯钢筋) 和同规格的试件6、7 (横贯钢筋直径分别为12mm和20mm) 的承载力, 试件6、7的承载力相对于试件2分别提高了19%和29%[8]。横贯钢筋使承载力提高的原因有三个:一是横贯钢筋把PBL剪力连接件受到的竖向荷载分散到了混凝土板中, 二是横贯钢筋控制了混凝土板中裂缝的发展, 提高了混凝土板的承载力, 进而提高了连接件的承载力;三是横贯钢筋通过受拉来提供抗剪承载力。

2.3 开孔钢板端部截面积的影响

对于开孔钢板端部有混凝土的试件, 端部混凝土的承载力是连接件承载力的组成部分。且端部混凝土处于局部受压状态, 受压强度有很大提高。对比试件8、9, 试件9因为连接件端部高度提高97%, 承载力也相应提高37%。试件18的连接件端部厚度比试件17提高20%, 承载力提高了2%。对比试件14和15, 试件14没有端承力, 承载力仅为有端部混凝土承载力试件15的65%。可见, 开孔钢板端部混凝土承载力对试件的承载力影响很大, 增大钢板端部截面积, 特别是增大钢板端部高度, 可以提高端部混凝土承载力进而提高连接件的承载力。

2.4 连接件孔洞大小的影响

对比表1中试件16、17, 这两个试件仅孔洞直径不同。相比于试件16, 试件17的孔洞直径从25mm增加到30mm, 孔洞面积提高了44%, 承载力从384kN提高到452.4kN, 提升率为17.8%。孔洞面积的增加对连接件承载力的提高帮助明显。

2.5 连接件开孔个数的影响

表1中试件1~5的开孔个数分别为0、1、2、3、4, 其他条件一致, 通过对比极限承载力可以看出, 多增加一个混凝土榫可以使承载力增加5%, 承载力与开孔个数的关系见图3。连接件承载力随着开孔个数的增加有相应提高。

3 PBL剪力连接件受力特性

对于有端部混凝土的试件, 从C覾ndido[8]试验的荷载-滑移曲线可以看出, 没有横贯钢筋的试件的曲线会出现直线下降段, 也就是试件会突然失去承载力;但是对于有横贯钢筋的试件, 在加载到相同的滑移长度时, 试件的承载力并没有突然下降, 而是平缓的下降。而且试件的弹性滑移长度与达到极限荷载时的滑移长度差距不大。

对于没有端部混凝土而有横贯钢筋的试件, 从肖林[11]的荷载-滑移曲线可以看出, 当荷载超过弹性极限后, 荷载是缓慢地增加, 而滑移量增长很快, 在达到弹性极限荷载和极限荷载之间有很大的滑移量。达到弹性极限荷载后, 混凝土的承载力在降低, 在达到极限承载力时, 主要是横贯钢筋在承担荷载。

对于有横贯钢筋的试件, 对比有、无端部混凝土时的荷载-滑移曲线, 可以看出无端部混凝土的试件在达到极限承载力时比有端部混凝土的试件滑移更大, 钢筋的应变也相对更大。

4 PBL剪力连接件极限抗剪承载力计算

对于有端部混凝土承载力的连接件的抗剪承载力由连接件端部混凝土、混凝土榫和横贯钢筋这三部分共同承担, 而没有端部混凝土承载力的连接件的抗剪承载力由混凝土榫和横贯钢筋二者承担。端部混凝土通过局部受压, 混凝土榫通过受剪, 横贯钢筋通过受拉来各自提供承载力。记, 端部混凝土、混凝土榫和横贯钢筋这三部分对承载力的贡献分别与q1、q2、q3有关。其中:fck为混凝土圆柱体抗压强度, fy为横贯钢筋屈服强度, t、h分别为PBL剪力连接件的厚度和高度, Ac为所有孔中混凝土榫总的截面积, 对于无横贯钢筋的孔, 单个孔中混凝土榫截面积=π/4D2;对于有横贯钢筋的孔, 单个孔中混凝土榫截面积=π/4 (D2-d2) , D为PBL剪力连接件孔洞直径, d为横贯钢筋直径, Atr为横贯钢筋总的截面积。

PBL剪力连接件极限承载力回归公式模型为:

有端部混凝土时:

没有端部混凝土时:

式中, qu为PBL剪力连接件的极限承载力, α、β、γ、β′、γ′为回归系数, 其它参数的意义同前。

根据表1的试验结果, 经过回归分析, 得到:α=7.65、β=1.65、γ=0.38, β′=4.79, γ′=1.14。则PBL剪力连接件极限承载力计算的具体公式为:

有端部混凝土时:

没有端部混凝土时:

式 (1) 、 (1) 是由表1的试验结果回归分析得到, 所以只适用于单排PBL剪力连接件, 开圆孔且开孔间距≥2.25D的情况。

表1同时给出了本文表达式 (1) 、 (2) 对各个试件极限承载力的计算值以及计算值与试验值的比值, 可以看出计算值与试验值吻合的较好。

5 结语

本文介绍了已有的国内外PBL剪力连接件的试验情况, 阐述了连接件的破坏机理, 并通过试验结果, 分析了影响PBL剪力连接件抗剪承载力的因素。

供电企业班组专业承载力的计算方法 篇9

“三集五大”体系大检修模式导入和全面运转后, 传统的管理思维模式和惯性工作方式不能完全适应新的管理要求, 各种问题逐步显现。

为切实减轻一线班组工作压力, 控制现场作业安全风险, 公司组织开展班组承载力量化分析, 建立生产计划管理平台, 实现班组人员每日状态可视化管控, 有效提高了资源集约调配能力和精益化管理水平。研究出班组承载力量化分析法, 梳理各类班组典型作业项目名录, 针对每个作业项目制定出所需人员的类型和数量, 形成作业项目资源配置标准化定额。通过开展班组承载力分析, 班组临时性工作占比由原来的30%下降为5%, 生产计划执行率由85%上升为95%以上。

2承载力计算公式

针对电力行业特点, 我们研究并建立了班组、专业工作承载力状态分析模型和量化方法, 具体计算公式如下:

2.1人员能力分级

将生产班组所有人员按照岗位和能力分为A、B、C、D四个等级, 等级划分原则如下:

A级, 班组核心人员。包括班长、副班长、技术员和安全员。此类人员具备工作负责人资格, 且经验丰富、专业水平较高。一般来说, 相对大型、复杂、管控难度大的现场工作需要班组核心人员参与。

B级, 一般工作负责人。指除班组核心人员以外的, 具备工作负责人资格的班组人员。此类人员可在绝大多数现场工作中担任工作负责人。

C级, 一般工作班成员。指不具备工作负责人资格的班组人员, 不包括实习人员和由于身体等各种原因无法参与现场工作的人员。

D级, 初级工作人员。指实习人员及由于身体等各种原因无法参加现场工作的人员。

2.2人员承载力系数

(1) 人员承载力系数可理解为在承载力计算中的一个人的能力大小, 该系数目前仅对承载力计算有意义;

(2) 正常人员系数为1;

(3) 对于临时特殊情况的人员系数根据实际情况界定, 比如家庭原因不宜抢修人员、孕妇临时设定为0, 不考虑进承载力;轻微身体不适人员可在工作安排界面进行提醒, 系数仍然为1。

(4) D类人员系数定义为0, 不算入承载力;

(5) 参加生产工作人员原则上不可抽调, 不计入剩余人员。计划性的管理工作, 在工作权重上分为一般和重要两种, 其中常规例行管理工作 (基本固定的分工工作) 均为一般工作, 算入剩余人员。班组培训和工区培训为一般工作, 公司及以上培训默认为重要工作, 人员原则上不可抽调, 不算剩余人员。

(6) 管理、培训或其他非生产工作, 如果该任务非常重要, 要求任务执行人员必须不受其他工作的影响, 则设置为重要工作, 任务中涉及的执行人员不考虑进剩余人数。

(7) 休假、借调人员不考虑进承载力, 即其系数临时为0, 需要根据实际情况进行设置。

2.3承载力状态的划分

承载力状态分为班组和专业承载力状态。

班组承载力状态按照班组剩余人员的数量和分布, 分为三种状态:

(1) 正常状态。班组剩余人员充足, 至少可以组成2个现场作业小组, 即可以同时应付2个及以上须立即处理的紧急抢修工作。

(2) 重载状态。班组剩余人员仅能组成1个现场作业小组, 即只可及时应付1个紧急抢修工作。

(3) 满载状态。班组剩余人员不足以组成1个现场作业小组, 如该班组所辖设备突发须立即处理的缺陷, 该班组没有足够的人员及时应对。

(4) 专业承载力统筹考虑同专业的所有剩余人员能否组成足够的现场作业小组, 其状态划分原则与班组承载力相同。

(5) 正常状态。同专业所有班组总剩余人员充足, 至少可以组成2个现场作业小组, 即可以同时应付2个及以上紧急抢修工作。

(6) 重载状态。同专业所有班组总剩余人员仅能组成1个现场作业小组, 即只可及时应付1个紧急抢修工作。

(7) 满载状态。同专业所有班组总剩余人员不足以组成1个现场作业小组, 如设备突发缺陷, 该专业没有足够的人员及时应对。

2.4现场作业小组的最低人员定额

根据多数情况下的实际需要, 1个抢修作业小组的最小人员定额为1名工作负责人 (A级或B级均可) 和1名工作班成员 (A、B、C级均可) 。

2.5承载力状态的判定逻辑

(1) 班组承载力状态判断逻辑如下:

(2) 专业承载力除要考虑同专业的所有人员外, 其判断逻辑相同。

3结语