外文翻译.docx
- 文档编号:10005609
- 上传时间:2023-02-07
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:232.76KB
外文翻译.docx
《外文翻译.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《外文翻译.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
外文翻译
钢筋混凝土框架结构中钢支撑的应用
M.R.Maheri,土木工程系,设拉子大学,设拉子,伊朗
A.Sahebi,伊朗电信中心,设拉子,伊朗
(1995年6月接收,1996年10月修订收录)
这篇论文对钢支撑在钢筋混凝土框架结构中的应用进行了研究。
这项研究通过一系列的建立在无数的框架模型上的实验进行的。
这项测试的目的是确定不同安排程度的对角线支撑,以增强混凝土框架结构平面内的剪切强度,并观察其相对张力性能和压缩支撑。
钢支撑和混凝土框架之间的正确连接也被认为是重要的问题。
实验结果表明,由于框架结构内的钢支撑使得其平面强度显著增强。
它作为一个全面的结论指出,支撑和框架结构内的正确连接,对于地震区的剪力墙混凝土结构来说可能是一个可行的替代或补充。
关键词:
钢支撑,钢筋混凝土框架结构,抗震
1、引言:
为了增强框架结构的抗震性能,钢支撑或剪力墙经常被用到。
在钢架结构中利用钢支撑,在钢筋混凝土结构中运用剪力墙是非常普遍的。
然而,近些年来,在钢筋混凝土结构中运用钢支撑有了很多看法。
考虑到易于施工和成本相对较低,钢支撑的出现对于其他抗剪构件(比如混凝土和砌体剪力墙或刚架系统)来说,似乎是一个具有吸引力的替代品。
在最近的文献中可以发现在钢筋混凝土结构中使用钢支撑的报告,但是很少有人知道,在钢筋混凝土结构中这个加固系统的有效性。
1980年,菅野和藤村在拥有K或X支撑的钢筋混凝土结构试块中和一些通过砖石和混凝土填充加强的相似框架结构模型中进行了大量的试验。
这些调查的目的是通过增强框架结构的平面强度和延展性,来确定每个系统的有效性水平。
1981年HigashiandEndo和KavamataandOhnuma也在混凝土结构上进行轴心和偏心支撑的研究。
结果显示要有效地利用这些加强措施。
Ohishi.andSegiguchi等人在V型支撑上也进行了同样的研究。
1987和1991年,Bush等人在在混凝土框架结构中使用了一个复杂的钢架支撑系统,并大幅增加了在框架中的平面剪切阻力。
在上述所有的调查研究中,支撑通过一个钢架间接地被应用于混凝土框架中,其本身被封闭于混凝土框架中。
在这种方法中,一个合适的钢架必须首先外包,并固定在混凝土框架中,然后钢支撑连接到这个框架中。
因此混凝土框架和钢支撑之间荷载通过钢架间接地传递。
这个相当复杂的“间接支撑系统”可能成本高昂在经济上不具有可行性。
当需要增强现有钢筋混凝土框架结构的抗剪强度(如现有建筑物的抗震加固)时,在特定的情况下,混凝土结构中的一个钢架或许是非常必要的。
这是因为,由于增强地震荷载混凝土柱和横梁本身可能也需要加强。
然而,对于一个尚未被设计和施工的框架结构来说,通过支撑传递的额外地震荷载可以包含在为钢筋混凝土框架结构设计荷载,需要昂贵的钢架已经过时。
间接支撑系统的另一个缺点是,它是易受地震动态加载期间的钢架和混凝土框架之间的动态交互的影响。
在一个直接支撑系统中,钢支撑是直接连接到混凝土框架结构中的,另一方面支撑系统和混凝土框架结构之间的动态交互是非常小的。
为提供经济上具有吸引力和技术上简便的钢支撑系统,因此,本研究集中使用直接连接的钢支撑。
2、试验模型
这些研究所选择的支撑系统是常见的对角线X支撑,同时还决定我们应该研究区分对角线拉伸和压缩支撑的性能。
为此,为了进行比较,选用了命名的四个模型框架:
(i)没有支撑的钢筋混凝土框架;(ii)有对角线张力支撑的钢筋混凝土框架;(iii)拥有对角线压缩支撑的钢筋混凝土框架(iv)带X支撑的钢筋混凝土框架。
测试选定的模型框架的大小是受试验机的几何能力限制的为58×58厘米(如图1)。
截面边长长度为10cm的正方形被选用为模型。
实际上,该模型框架代表一个任意的混凝土框架结构单元面板,受到由于水平地震荷载的产生的面内剪切。
在抵御平面地震力时,其中的每一块单元板都有助于整体框架的阻力。
由于在实际结构的支撑被应用到每个面板,而不是作为一个整体的框架板,一个单位面板,代表多功能托架框架的效果。
经预先确定的几何模型框架和被指出的一般性模型框架,图1给出的必要的弯曲和剪切加强被选定在ACI的极限强度设计的最低和最高的要求。
图1典型试验模型的详情
对角线交叉支撑系统的目的是要进行约75%的总地震荷载(如介绍一些地震的代码,虽然设计工程师可能会根据力的等级,框架的大小的限制等来改变这个百分比。
)估计平面无支撑框架的强度为3.9吨(见表1),这是相当于一个约2.7吨的横向负荷(假定为25%的总地震荷载)。
因此,交叉支撑的设计进行了相当于8.1吨的横向负荷。
每个角支撑由相等的角组成(25*25mm),有一个2.84厘米见方的总截面积,边缘与边缘之间是相互焊接而成。
在框架的连接,支撑被焊接在平面钢板的两侧,本身焊接到一个相等角度的位置和预制钢架的角落(如图2)。
为了减少压缩支撑中的X-支撑系统失稳的趋势,两个对角支撑也彼此在他们的交点处通过钢板相连,如图2所示。
图2连接细节:
(a)钢支撑混凝土框架;(b)每个交叉钢支撑
3、强度的分析估计
测试程序这样来安排,是为了研究支撑和框架在不同荷载下的性能,这不同的荷载将产生不同的弹性和塑性性能。
因此,这是需要有一个框架支撑系统的极限强度的估计。
为此首先进行了分析研究,严格的非线性分析将明显的产生最佳估计。
然而,随着调查的主题已经做过试验,一个粗略的估计就足够了,它决定使用半线性估算最终的强度,如以下步骤所述的方法:
(i)在每个框架系统上使用适当的材料特性进行线性弹性的分析,设计参数和加载条件在试验中能够用到。
在这些分析的单位负载(1.0吨)中,指出了相应的压缩、拉伸、剪切和弯曲应力。
(ii)根据ACI代码最终强度的方法确定支撑的压缩和拉伸强度极限来估计极限强度的剪切和弯曲的框架。
(iii)通过这些阶段区分最终应力,第(ii)阶段通过在第(i)阶段确定相应的应力,估计最终负载为每个失效模式(弯曲、剪切、轴向)和最低计算负荷的极限荷载和框架支撑系统的失效模式选择。
每个框架支撑体系的极限强度分析估计结果列于表1。
在这些表中这是显而易见的,在所有的四种情况中弯曲应力混凝土框架控制系统的强度和预期的失效模式将弯曲破坏。
没有支撑架的最终载荷搬运或携带不方便,估计为3.9吨,与对角线张力支撑的框架为14.1吨,与对角线支撑的压缩框架为14.8吨,X支撑框架估计为27.2吨。
4、试验测试
4.1检测建立
为了调查面内框架结构的剪切强度,框架受到水平循环荷载是必须的。
在一个反应墙的情况下,它决定使用压缩试验机来检验载荷的应用。
为使抗压荷载试验机转换成为框架结构的剪切荷载,框架反过来放置在位于机器45°的对角线上。
垂直对角线,以这种方式充当一个压缩的对角线,水平对角线充当拉伸成员,如图3、图4所示。
在这种方式下应用的压缩载荷被作为一个框架平面剪切载荷。
在每个测试中,由于每个由于附加荷载使得对角线缩短量和伸长量,通过在对角线位置安装两个应变计来测量(如图5)。
图3剪切力的应用框架(a)剪切力实际应用的一个框架;(b)垂直力的对角线应用
图4四个测试模型
(1)无支撑
(2)交叉之撑(3)压缩支撑(4)拉力支撑
图5挠度测量的检测安排
4.2无支撑框架的测试
估计这个框架的极限承载力被确定为3.9吨(见表1)。
框架,因此预计在一个半弹性的方式表现了高达此负载的30%或约1.5吨。
在此范围内的框架约进行了两个周期的装卸。
荷载-挠度曲线,如图6所示,演示了框架附近的弹性性能。
在第三个周期的负荷增加估计为最终载荷的60%,在这个周期中现实了框架一些塑料性能。
每个压缩和拉力的对角线荷载——挠度曲线绘制在图7。
曲线几乎是相同的,这表明在压缩和拉伸对角线中海进行了相等偏转。
在第四个周期中,框架加载失败。
在混凝土结构中的第一条裂缝出现在3.8吨,框架结构所受的最终载荷在4.0吨,这是非常接近估计的极限载荷3.9吨的。
压缩和拉力对角变形在绝对值上是相等的,最多将失效。
另一点值得注意的是,框架附近非线性行为显示高达极限荷载的60%,在高负荷下的特性变得非线性(如图8)。
这些性能用于钢筋混凝土上是一致的,失效的框架模型与预期的是类似的。
通过理论确定的控制力是框架结构四个角落的弯曲应力和在失效时出现在角落的弯曲裂缝。
图8无支撑框架的最后一个周期荷载-挠度曲线,表明在拉伸和压缩对角相同的行为
图9在无支撑框架一个角落的弯曲破坏
4.3交叉支撑框架测试
框架结构所能承受的极限荷载估计为27.0万吨,其失效模式为折弯。
然而,由于这个估计是建立在上半弹性性能基础之上的,框架结构的失效荷载预计会低于此值。
鉴于这个原因,框架结构在最大荷载下测试了九次循环—2.0吨(两次),3.0吨(两次),4.0吨,5.0吨,8.0吨和极限荷载。
在这些测试中所提出的看法可归纳如下:
(i)框架进行的最大载荷为12.5吨,远低于估计值。
然而,它表明框架的抗剪强度在X支撑下可增加三倍。
(ii)高达60%的极限荷载,对角线系统的性能出现线性,在高荷载下转到非线性。
(iii)与压缩支撑相比,一个重要点就是拉力支撑的性能更占优势,在不断增加的负载下,拉力支撑比压缩支撑能够承担更多的荷载。
例如,在3.0吨的载荷下,拉力支撑承担的荷载比压缩支撑高30%以上。
在4.0吨时拉力支撑的份额占58%以上,在5.0吨负荷时压缩支撑承担的份额上升为63%。
然而,在高负荷下系统显示了一个非线性性能,并且在一种极限荷载的方式下压缩支撑的优势开始减少,两个支撑的承重的差异只有15%。
(iv)另一个有趣的观察局势这两个支撑的承担荷载的行为。
随着加载拉力和压缩支撑的承重率是不同的。
换句话来说,它看起来是两个支撑在轮流承担着增加的荷载,或者是随着拉力支撑承重率的增加,压缩支撑的在减少,反之亦然。
这一点可以从图11所示的两个支撑的荷载-挠度曲线显示出来。
(v)框架支撑系统的失效是当荷载在8.0吨时,发生在拉力对角线的角落里,并伴随有弯曲裂缝的出现。
在高负荷下,弯曲裂缝出现在框架结构的角落,最终在12.5吨的荷载下拉力支撑失效,发生失效的拉力支撑发生在其跨中钢板的焊接处(如图12)。
如果焊缝连接更加稳固的话,框架结构需要承受更高的荷载。
然而,拉力支撑失效后压缩支撑在增加的荷载下将立即扣上(如图13)。
图12在中心连接失效张力支撑图13拉力支撑失效后,压缩支撑屈曲
4.4压缩支撑框架的测试
在这个框架结构中只有压缩支撑,其目的是为了单独的研究压缩支撑的性能。
估计该系统的极限强度计算为14.8吨,加载进行六个周期,前三个周期加载高达3.0吨,重复加载是原因是为了消除在加载过程中的压缩支撑的不确定性能。
拉力对角线上的偏转远远高于压缩支撑上的偏转,事实上,压缩支撑的挠度在零附近波动(如图14)。
看来,在这个弹性范围内,负载直接传送到混凝土框架结构和压缩支撑轴承负载的份额几乎为零。
只有在更高的荷载下,框架结构的性能转移到非线性范围内,压缩框架才开始参与承载。
随着负载增加压缩支撑所占的份额开始增加,在这样一种方式下极限荷载约为10吨(小于预期估计值),压缩对角线上的偏转仅有拉力对角线偏转的20%。
该系统失效发生在框架结构张力角落出现弯曲裂缝,随着加载裂缝的发展和框架结构强度的降低,压缩支撑开始进行载荷的转移,支撑压缩的失效随着其屈曲完成结束。
4.4拉力支撑框架的测试
四个循环加载到这个模型框架中,在第一个周期中,框架加载高达2.5吨。
荷载-挠度曲线(图16)显示了一个几乎是线性的性能。
和压缩支撑框架测试期间的观察一样,大多数负载出现应采取混凝土框架,在压缩框架中虽然不像那些测试,支撑框架承重从装货开始。
在第二个和第三个周期中负载提高到5.0吨,结果仍表现在拉力支撑上比压缩支撑上有更多的压缩变形,最终的负载提高到9.0吨,该框架失效。
压缩对角线的优势是要失效的。
随着增加负载超过极限荷载的1/2,压缩支撑的出乎意料地减少,在一定的负载压力下挠度显示为零。
这种变化与压缩支撑框架结构相似,它的区别在于它发生在荷载—挠度曲线的非线性范围。
在这两个系统中,混凝土框架在承载到失效过程中的优势是很明显的。
单个拉力和压缩支撑只有在混凝土框架结构受力失效后在得以生效。
失效试件显示,初始破坏的是钢筋混凝土框架,接着是拉力支撑的拉伸破坏,再次是框架角落的焊接连接的破坏。
5、支撑框架连接
钢支撑直接连接到混凝土框架结构中的好处是这个连接易于施工并且成本较小,然而,连接必须足够牢固以使得荷载在支撑和框架之间能够安全传递。
这应该是两个真实的连接,在混凝土框架结构施工时安装,在框架结构施工完成后对连接施工,如图17所示的两种类型的连接安排。
一系列全面的模型连接测试也在进行。
对两种连接类型(a)、(d)进行了检测,连接类型(a)是用来在混凝土浇筑前将支撑系统连接到框架结构的连接,在这个系统中,连接板和锚固系统在框架中都是预制的,一项建立起来的实验适用于连接板上的45°角拉力连接。
连接似乎是能够承受较大的荷载,1cm厚的连接板在荷载下能够屈曲,但是锚固系统仍然完好无损。
用于将钢支撑连接到一个已经存在的框架结构的连接类型(d),在同样的测试下能够承担一个有限的荷载,不断扩大的锚定螺栓趋向于或者清洁混凝土框架或者从混凝土自身中取出一节。
为了找到一个更加合适的锚固系统将连接支撑与已经存在的混凝土框架连接起来需要进行深入的调查研究。
图17实际的支撑框架连接的详细信息:
(a)(b)施工框架结构的连接安排
(c)(d)现有框架结构的连接安排
6、结论:
上面讨论调查结果可归纳如下:
(1)试验结果表明:
在混凝土框架架构中,由于只有一个斜撑(压缩或者拉伸),会使面内剪切强度大幅度增加。
由于支撑是框架本身的2.5倍,使得测得的框架模型的抗剪强度增加;
(2)一个带有斜撑支撑的框架中,混凝土框架本身似乎是占主要的,承载大部分平面弯曲负载;
(3)可以利用对角X钢支撑,以此来实现一个混凝土框架结构抗剪切能力的大幅增加。
拥有X支撑的框架模型的强度是无支撑框架的四倍;
(4)X支撑框架下的负载性能显示了拉力支撑的优势,因为它承担了大部分的荷载,支撑系统的失效从拉力支撑的拉伸破坏开始,之后压缩支撑立即屈曲破坏;
(5)在一个X支撑框架中,两种支撑的负载率是不相等的,它们似乎轮流承担超出的荷载;
(6)支撑失效的方式表明支撑和框架之间连接的重要性,因为较弱的连接方式不允许利用支撑满荷载承担。
参考文献:
[1]菅野和藤村,现存的钢筋混凝土建筑的抗震加固,第七届世界地震工程开幕式,土耳其,1980年4月,土耳其,第449-456页;
[2]东华远藤和清水,加设钢筋混凝土构件的试验研究,第二届结构的修复和改造研讨会开幕式,安阿伯,密歇根州,国家科学基金会,1981年,第126-155页;
[3]川俣和大沼,偏心钢支撑的加强对现有钢筋混凝土框架结构的作用,第二届结构的修复和改造研讨会开幕式,安阿伯,密歇根州,国家科学基金会,1981年,第262-269页;
[4]Ohishi等人,在Shejuoka城市中现存钢筋混凝土校舍中抗震加固的设计与实践,第九届世界地震工程开幕式,日本,第三卷;
[5]关口,在Shejuoka城市中现存钢筋混凝土办公楼中的抗震加固,第九届世界地震工程开幕式,日本,第三卷;
[6]布什,“钢筋混凝土框架结构的抗震加固,博士论文,德州大学,奥斯汀,1987年;
[7]布什,琼斯和Jirsa,用钢结构支撑加强钢筋混凝土结构的性能,ASCE会议开幕式,1991,第1115-1126页。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 外文 翻译