现浇钢筋混凝土结构中施工缝的模型化研究初探.pdfVIP

第42卷第z期 西 安 建 筑 科技 大 学 学报(自然科学版) V01．42NO．2 2010年4月 7an ScienceEdition) J．Xi Univ．ofArch．8,-Tech．(Natural Apr．2010 现浇钢筋混凝土结构中施工缝的模型化研究初探 李英民，于 婧，刘建伟 (重庆大学土木工程学院，重庆400045) 摘 要：针对此次汶川地震震害调查中发现的大甓施工缝部位震害现象，对现浇钢筋混凝土结构中不可避免 存在的施工缝的受力机理展开研究．目前对钢筋混凝土结构进行数值分析时，均不考虑施工缝的影响。按照结 构一次性整体浇筑进行建模。这与实际情况不符．为了找出震害原因．通过分析施工缝部位混凝土和钢筋两种 类型材料的受力特点和在地震作用下各自承担力的情况，建立相应的简化力学模型．引用麈擦的粘着犁沟理 论解决缝面的剪力传递问题．基于常用的有限元分析软件。给出设置施工缝单元需要考虑材料非线性的方法． 对一根带缝试验柱建模进行非线性分析，验证了本文提出的建模方法是可行的． 关键词：施工缝；受力机理；力学模型；有限元模型；非线性分析 中图分类雩：TU375．3 文献标识码：A 文章编号：1006—7930(2010)02—0196一05 由于施工工艺及施工技术等方面的限制，现浇钢筋混凝土结构施工过程中往往无法实现混凝土的 连续浇筑，而是分层或者分批对构件进行浇筑，当浇筑时间问隔超过混凝土的初凝时间时，就会在先后 浇筑的混凝土界面形成施工缝．与一次性整浇混凝土相比，施工缝使混凝土内部有一道明显的缝隙，必 然会削弱结构的整体性能．研究表明施工缝面抗拉强度是整浇混凝土的77％，如果破坏只是单纯发生 在接缝面。抗拉强度还要降低10％～20％[1o．施工缝处的抗剪强度也远低于整浇混凝土，如果缝面不作 任何处理，抗剪强度大约只有整浇混凝土的50％，当循环的地震力作用于缝面时，这种强度还要下降 60％左右m]． 由此可见，施工缝如果处理不当极易成为结构中的薄弱部位，对建筑结构抗震性能产生不利影响． 而目前对混凝土结构的分析设计和抗震性能等各方面的研究均不考虑施工缝的影响，一律按照整浇结 构进行模型试验和分析计算，造成建筑结构的实际情况和研究分析模型的脱节．这样极易导致建筑结构 不能按既定模式、在既定部位发生破坏，使得建筑结构存在安全隐患．为了解决这方面问题，本文对收集 到的汶川地震施工缝部位典型震害进行分析，初步探讨了施工缝的留设对结构破坏模式的影响．通过分 析施工缝接缝面处的受力特点和传力机理，建立力学分析模型，进而考虑材料非线性用有限元分析验证 其合理性，为在钢筋混凝土结构非线性全过程分析中考虑施工缝的影响提供依据． 1 汶川地震施工缝部位典型震害现象及分析 由汶川地震的震害资料发现，现浇钢筋混凝土结构施工缝部位震害主要出现在框架柱、剪力墙、楼 梯三类构件，梁、板施工缝部位的震害较为少见．柱和剪力墙均为重要的竖向承重构件，施工缝的位置一 般出现在此类构件的端部，正是受力最为不利的区域．构件在施工缝处破坏时，普遍存在变形集中、破坏 范围小等特点，有的甚至形成光滑水平断裂面． 施工缝对框架柱的不利影响最为常见，一般是破坏面上下混凝土损伤范围较小，严重者框架柱沿水 平断面错位，纵筋断裂，以直剪破坏为主，与之相比，无施工缝时框架柱破坏模式为剪切破坏或弯曲破 坏，破坏范围较大，破坏面倾斜且参差不齐，无缝框架柱(试验室内完成)塑性铰区范围也大，有较强的变 形、耗能能力，如图1所示．框架柱施工缝处理不当，会降低柱端的抗拉、抗剪承载力，导致柱端更易出现 破坏，造成原本“脆弱”的“强柱弱梁”机制更加不易实现，更为严重的可能引发形成整层柱铰机制，这对 收稿日期：2009—1卜13修改稿日期：2010—02—03 基金项目：国家自然科学基金资助项目 作者简介：李英民(1968一)，男．山东无棣人，博士，教授．从事地震工程及结构抗震等研究 第2期 李英民等：现浇钢筋混凝土结构中施工缝的模型化研究初探 197 结构抗震是非常不利的． 个别剪力墙