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截面形式对柱体钢筋笼稳定性的影响

2019-09-10任崇

科学导报·科学工程与电力 2019年36期
关键词:方形圆形稳定性

任崇

【摘  要】钢筋笼绑扎是施工过程中重要的临时工程之一,由于施工人员对其稳定性的忽视,国内外钢筋笼倒塌事故时有发生。本文引入了截面形式不同的两个钢筋笼试件作为实验构件并生成数据用于比较,其目的是找出不同横截面形式对柱钢筋笼稳定性的影响。结果表明,在同一偏心荷载和截面面积下,圆形截面钢筋笼比方形截面钢筋笼更加稳定。

【关键词】钢筋笼;稳定性;截面形式;圆形;方形

0引言

在国内外的工业民用建筑、桥梁和城市地下建筑中有一些大型的建设项目,其中这些项目的竖直构件如墩、柱尺寸相对较大,其钢筋笼尺寸也会相对较大。在钢筋笼绑扎安装过程中,其较大的结构自重和其它外部作用如风荷载等,很容易引起钢筋笼失稳,若没有相应的措施,最终会造成重大的财产损失和人员伤亡。在以往的研究当中,国内外研究人员更关注于钢筋混凝土的材料特性和钢筋混凝土构件的受力行为,鲜有对单独钢筋笼稳定性的独立研究,本文通过实验来验证截面形式对其稳定性的影响。

1实验概况

1.1实验目的

本实验旨在研究在大偏心受压情况下,相同截面面积,不同截面形式(方形和圆形)的柱钢筋笼的受力,从而反映截面形式对柱钢筋笼稳定性的影响。

1.2实验介绍

由于本实验在英国卡迪夫大学完成,所以试件设计遵循的是英国混凝土结构设计规范(BS8110),最终设计钢筋笼试件高度为1200mm,圆形柱钢筋笼截面直径为250mm,方形柱钢筋笼截面边长为222mm,纵向钢筋由8根#10的带肋钢筋组成。箍筋为#6的光圆钢筋,其间距为120mm,所有节点由22扎丝单股绑扎完成。为保证结构整体有效受压,在两个钢筋笼顶端焊接有相同截面,直径和边长较大的8mm钢板作为承压面,其钢筋分布和试件整体如图1所示。

为保证较好地反映两个试件不同的受力情况,在其钢筋笼轴线一侧共4根钢筋中部(距离混凝土基座550mm处)沿轴线方向左右两侧,和轴线上两根钢筋底部(距离混凝土基座50mm处)沿轴线方向左右两侧,各贴有一个应变片(共12个)来测量钢筋应变变化如图2所示。同时在偏心压力的另一侧距底部660mm和1150mm处设有两个挠度计如图三所示,来检测偏心受压情况下钢筋笼上两点的。

1.3实验过程

本实验需要还原实际钢筋笼绑扎所遇到的主要问题,由于受到实验器材限制,大型构件钢筋笼所受到的风荷载需转换为偏心压力。为保证钢筋笼能够循环使用,要确保钢筋内最大应力不超过屈服应力,即钢筋只发生弹性变形,根据计算,本实验最终决定其偏心距为沿轴线右侧300mm,所施加的偏心压力为4kN如图三所示。

2实验结果及分析

从图四圆形截面钢筋笼应变变化中可以看出,除了10和11应变片所反映的应变变化有更大的斜率,其他的更多集中在±200μE。由于10和11位于杆件的较低位置,因此其变化更为显着。相反,方形截面的钢筋笼各钢筋应变变化是较为分散的,其中大部分已经超过±200μE。其中变化较为显著的是4和5,而不是10和11,其差异是由于不同的截面形式。对于正方形截面钢筋笼,4和5应变片所贴附的钢筋较于轴线有所偏移,相对地其偏心距会有所增大,因此应变变化将相应地变大,且这两根钢筋底部并未设置应变片,无法检测到该位置的应变变化,但是从力学角度分析,可以得知其底部应变变化一定比中部位置更为显著,所以可以得出结论,在偏心荷载作用下,具有圆形横截面的钢筋笼比方形截面钢筋笼更加稳定。

3小结

可见对于大型柱体,在钢筋笼绑扎和安装过程中施工人员应该对于横截面为正方形的钢筋笼更加重视,加强该过程中的横向或斜向支撑可以有效地避免人员伤亡及财产损失。

参考文献:

[1] 张季超.土木工程事故处理[M].北京:科学出版社,2012

[2] 張季超,隋莉莉.混凝土结构设计原理[M].北京:高等教育出版社,2016.

(作者单位:广州大学土木工程学院)

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