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就我国当前土木工程项目施工过程中钢结构的应用现况来看,钢结构已经在越来越多的城市建设项目中得到了广泛应用。笔者认为,主要包括以下几个方面:
(一)大空间跨度钢结构建筑
大空间、大跨度的建筑主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等几种空间结构形式,钢结构在上述这几种形式中的应用能够充分发挥其优势所在。采用钢结构作为骨架而建设的厂房,其优势是非常明显的:跨度非常大、自重比较轻、强度较高、施工周期短以及吊装建设非常便捷等多个方面。最近一段时期以来,跨度较大的钢结构在我国土木工程建设中的应用得到了迅猛发展,不仅在民用建筑中得到了广泛运用,而且在影院、博物馆、飞机场以及体育馆等大型土木工程建筑项目中也得到了广泛应用。大空间阔度的钢结构建筑往往选择圆钢管以及矩形钢管作为整体框架的制作材料,已经建好的许多大空间跨度钢结构建筑由于其极具现代特色以及新颖的造型已经成为当代中国一批具有标志性意义的特色建筑。
(二)高层重钢结构建筑
一般而言,高层重钢结构建筑往往选择型钢、钢板进行焊接或者连接形成部分构件,再通过焊接、连接的方式构成整个结构体系,高层重钢结构建筑常常成为所在城市的标志性建筑。同重钢相比较而言,轻钢具有低独特之处:不仅仅是轻钢结构的自重比较轻,更重要是的其所选择的承受维护材料比较轻。大多选择以下两种材料:一种是选用6毫米以下的薄钢板在经过冷轧之后的薄壁型钢组成的骨架结构;一种是用断而较小的型钢(如角钢、钢筋、扁钢等制作桁架,再组成骨架结构;还有混合使用两种方法组成的骨架结构。
(三)轻钢结构建筑
轻钢结构建筑,也被称为轻型钢结构建筑,指的是以轻型高效能钢材,轻型焊接和高频焊接钢材,轻型热轧型钢材以及高效能隔热材料,部分轻质内部装饰材料等构件焊接拼装而组成的低层或多层建筑,是一种集外形美观,适宜居住,生产率高为一体的新型钢结构建筑。轻钢建筑系统包括主次结构、屋而墙而等围护结构、通风采光、开洞甚至管线悬挂等。所有构件都经过预先设计在工厂加工好,然后运到施工现场安装。轻钢和重钢之间并没有一个特别明确的判定标准,一般以起吊重量、每平方米用钢量、主构件的钢板厚度为参考。所以说,轻钢与重钢的区别小在于结构本身的轻重,而在所承受的围护材料的轻重。一种是用薄钢板冷轧的薄壁型钢组成的骨架结构;一种是用断面较小的型钢制作骨架结构;还有由上述两种方法混合使用而形成的骨架结构。我国轻钢结构建筑发展较快、应用广泛,主要用于轻型工业的厂房、仓库、各类交易市场、体育场馆等建筑。
二、结束语
关键词:土木工程 节能 建筑
前言
建筑节能是指在建筑物的规划、设计、新建(改建、扩建)、改造和使用过程中,执行节能标准,采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品,提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率,加强建筑物用能系统的运行管理,利用可再生能源,在保证室内热环境质量的前提下,减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗。所谓建筑节能,在发达国家最初为减少建筑中能量的散失,现在则普遍称为“提高建筑中的能源利用率”,在保证提高建筑舒适性的条件下,合理使用能源,不断提高能源利用效率。
所界定的范围指建筑使用能耗,包括采暖、空调、热水供应、炊事、照明、家用电器、电梯等方面的能耗,一般占该国总能耗的30%左右。目前,随着时代的推进能源问题愈来愈引起世界各国的特别关注,现已被列为人类生存所面临的四大问题之一。而于全世界的能源消耗当中,不管是发达国家或者是发展中国家,建筑行业的能源消耗在总的能耗中所占比重是较大的,约占20%~40%。同时我国的建筑能耗在社会总能耗中所占的比例正逐步上升到30%以上,建筑节能已成为我国节能设计标准的主流。因此,建筑行业的节能成为我国节能的重点。
1土木工程建筑的节能概述
建筑行业的节能,便是在确保居室的舒适环境条件之下,通过技术的进步与合理的利用,加上科学管理与在经济结构上的合理化等途径,采用新颖的保温材料,降低长期使用中的建筑能耗。一般而言,节能建筑风格主要是从外墙、屋面及门窗等方面上的提高围护布局的热阻值与严密性,从而达到节约建筑使用能耗的要求。我国从1996年起便开始推行50%的节能住宅,2000年10月国家更是强制要求采暖居住的建筑必须按照50%的节能标准设计来施工。几年内我国新建的节能住宅向全国推行,取到了很好的效果,极大地增进了我国在节能技术和节能材料上的快速发展。但,其整体的不足表现为:
1)对节能型住宅真正含义的认识模糊。开发商不能充分认识到建设节能住宅的紧要性,并且积极性偏低。开发商往往为了其自身经济的利益,盲目地追求建筑形式的新奇性,在紧随国际步伐的借口下,聘请国外的建筑设计师,设计出了大量的拥有欧、美、澳等国风格的建筑住宅,很多住宅建筑设计与中国实际脱节,不能很好地结合当地自然优势,从而造成了节能住宅的浪费。
2)现有的设计单位在体制和管理上存在不足。我国如今拥有的多半设计单位,于建筑节能的设计这一枢纽关头上存在着体制和管理上的不足。设计节能住宅是综合性非常强的一项系统工程,囊括了各个专业,要求各个专业的互助协作,但是现今的建筑节能热工计算一般是暖通专业单独完成,专业之间的协调存在了严重的不足。建筑风格构造、各个专业的节能要求做法是否能满足节能技术的指标,暖通专业的设计人员一向很难制定,但是其他的专业设计人员,有的不懂热工计算,而有的根本没有此项的设计任务。
2土木工程建筑节能的重要性
当今,我国正处在城镇化与工业化的快速发展时期,每年大约有20亿的建筑消耗总量,接近于全球年建筑消耗总量的一半。于这个其间新建的建筑和原有400亿的存量建筑是否能够节能,不但关系到我国是能否降低能源供求上的紧张现况,并且还关系到了全球气候的变化和人类的可持续发展。由此可见,建筑节能已成为了一项当务之急的事。根据国家的有关资料显示,我国建筑的能耗非常地惊人。在建造与使用的过程中直接消耗掉的能源占全社会的总能耗中的30%。而使用的钢材和水泥等的建材生产能耗占有将16.7%。两项进行相加,建筑消耗占了我国的能源将近50%。我国建筑不但能耗便高,其能源利用的效率却很低,建筑在不久的将来将会是我国的第一耗能大户,建筑节能也就会成为全社会的节能工作之首。
根据有关的测试证明:在城市内建筑的周围挂满了分体式的空调时,将会造成局部的“热岛”现象。空调机和COP(热泵的循环性能系数)相比,其运行能效有显著的下降。因此,建筑的周围热环境也将被其严重地恶化。但是建筑物的寿命一般比较长,造成了建筑节能的改造难度较大。所以在设计之初就要考虑建筑能耗和环境影响就显得尤其地重要。但是由于我国的广大地区气候各异,不同类型的建筑节能仅仅依靠墙体保温等的措施是无法解决的,这就有必要在建筑设计、建筑细布的构造处理、环境控制的设备和系统等各类技术的集成来解决这个问题。
3建筑节能的措施
土木工程对建筑节能的实施,已经是势在必行的事情,通常要求首先从意识上进行转变,
然后再结合国家的相关法规,运用高新的节能技术,紧跟时代潮流。具体措施有:
1)树立坚持以人为本的概念。建筑节能并不是片面的盲目节约,而是应该全面性地提升建筑的基本质量。人们通常误认为建筑节能就是节约,就应该要降低建筑的标准与使用的水平,所以要提防简单化地将节能建筑领会为“低标准”与“简易房”两种。如今的社会,科学技术的发展已是日新月异。社会越是发展迅速,节能的意识就越要加强。要在全民防卫内增强21世纪的能源紧迫感,要全面地认识到建筑节能的重要性,其本身是一种开发的理念与政策的取向。开展建筑节能不可以单纯地主张资源的过度使用和浪费,不能用降低建筑住宅的综合性能与牺牲其舒适度为代价从而来换取能源的节约。其最终的产品要求必须是:不仅质量优良,而且可以充分地体现、满足以人为本的和谐观念。
2)加快技术的更新,紧跟时代潮流。建筑节能的开展,就是要凭借科技的进步,坚持技术的创新,迅速地提升建筑的品质与性能,寻求可持续的发展战略,杜绝且减少不必要的浪费。资源利用高效率化;材料的生产积累与使用,要科学地选择节约型资源的技术新途径,降低资源的耗用量,对不可再生资源尽量不用或者少用。对高性能材料产品的使用,是高效率地利用资源的条件。建筑的结构材料应当有足够的强度与持久性,围护结构应当有杰出的保温隔热的性能。杜绝对污染性材料的使用,坚决有效地对有害物质的排放控制,并尽一切可能性对清洁能源的利用。
3)加快推进建筑垃圾的综合利用。建筑废弃物的可再生利用空间巨大,因此应该加大对建筑垃圾综合利用的扶持和技术开发力度,积极开展建筑垃圾综合利用试点,大力在市场中推广使用;借鉴先进国家的经验,从设计源头优化方案,加强施工过程监管,削减废弃物产生量,降低建筑材料消耗量,最大限度地提高废弃物的资源利用率。建筑是百年大计,建筑节能是土木工程中不可或缺的组成部分,无论从人们的生活工作中还是经济发展中都应得到高度重视。
4 结语
土木工程的设计、施工和理论研究方面的总体水平与发达国家相比还有一定的差距。在未来的发展中,不仅要加强节能型土木工程,也要应用新型结构型式、新型建筑材料、新的技术手段的理论探索和应用研究,最大程度的加强土木工程节能技术的融合与渗透,实现土木工程的更大突破。
参考文献
【l】方从严,粱有峰,吴庆.土木工程的现状与未来发展趋势综述【J】.安徽建筑工业学院学报,2005
关键词:建筑工程混凝土施工 质量管理
中图分类号:TU37文献标识码: A 文章编号:
1、施工的技术探讨
1.1施工准备
(1)在混凝土的浇筑施工之前,应该先做好对施工工人的安全技术交底工作,对施工中要注意的问题要详细说明,强调梁柱、梁板与剪力墙的混凝土标号的控制,以及振捣时间、间距等等事项。(2)在施工阶段,应该对该地天气变化情况进行掌握,根据工程的需要,把浇筑工程中所必备的防雨防暑物资事先准备好,以保证混凝土的浇筑质量。(3)在浇筑施工之前,应该对钢筋、控制模板、保护层等设备的规格尺寸进行检查,使其偏差值符合国家验收评定的标准。还应该对模版接缝处是否密合完好以及其支撑是否稳定进行检查,还要对钢筋和模版进行预检,符合标准之后,才能开始浇筑。
1.2施工流程及技术要点
1、2、1材料准备
水泥:应该根据工程的强度要求以及不同型号的水泥性能来选择,保证其强度不低于设计的规范,对于有特殊承重要求的部位应该在选用之前进行测试,结合报告进行选择。
骨料:作为混凝土的主要组成部分,骨料的优劣对混凝土最终强度有直接的影响。在对粗骨料进行选择的时候,应该对其质地、针片状颗粒的含量、级配、最大粒径等参数进行重点的检查。而选择细骨料时,应该重点检查质地、细度模数、含泥量、有害物质含量等,尤其是要对有害物质含量和含泥量进行检查。
水:应该尽量采用可饮用的水进行混凝土的拌合,对于不可饮用的水,在拌合之前应该先进行化验和抗腐蚀检验。应该避免采用工业废水、酸性程度较高的水、生活污水来进行拌合。
外加剂:应该保证外加剂的生产厂家的资格,且要出具对于外加剂的性能检测报告。在使用之前应该进行试验以保证外加剂与水泥的适应性。施工中应该严格控制用量,并且延长拌合的时间,以保证拌合的均匀。
1、2、2混凝土拌合
在确定材料之后,应该对其进行取样,然后交由相应的实验室来进行配比的设计,避免采用经验配比的方法,避免少配、错配、漏配等影响混凝土质量的事件发生。然后应该对适配完成的混凝土进行性能的检测,然后才能进行大量的混凝土的拌合。在施工中应该经常对骨料的含水率进行检测和调整。在向搅拌机具中投料时应控制在机具的额定容量之下,拌合中应该随时对拌料坍落度和离析现象进行监测。
1、2、3运输
在对混凝土精心运输的时候应该按照形势采取不同的运输方式,如垂直运输一般采用提升架、起重机等运输,现场搅拌的时候采用手推车,小型翻斗车等进行运输,在楼面上多用手推车进行运输等。在运输过程中应该保证混凝土的均质性,以免混凝土的流动性降低或者发生产生离析、砂浆流失、沁水等现象,为了保证最短的运输时间,使其在初凝之前就浇筑完毕,应该尽量减少其运输的周转次数。
1、2、4浇筑
在浇筑之前,应该对钢筋和模版进行检查,以保证其具备混凝土的浇筑条件,还应确定浇筑方法的合理性。应保证混凝土下落高度小于3m,如果采用的是分层分块浇筑方法的话,应该结合钢筋的密集程度和结构的特点来决定每一层的高度。在分层高度的控制上,一般为插入式振捣器作用长度的1.25倍,如果振捣采用的是平板振捣器,则应该控制分层的厚度,不超过200mm。浇筑的过程应该尽量连续,如果必须出现间隔,则要尽量的缩短间隔的时间,以保证在前层的混凝土初凝前可以恢复施工。较注重应该经常观察和整改钢筋、模版等设备的变位现象。较大的梁体可以进行单独的浇筑,对连续浇筑无法实现的部位,应该在剪力较小的地方预留好施工缝。
1、2、5振捣
浇筑后应该及时的对混凝土进行振捣,振捣的作用是使混凝土能充满模版的每个角落,使其获得最大的均匀和密实度。振捣分为机械和人工振捣两种,一般只有工程量小、或者采用的是塑性混凝土的时候才会使用人工振捣的方法。振捣过程应该快插慢拔,均匀的选择插点的位置,以防出现漏振的情况。在插入振捣棒的时候应该使其进入下层混凝土中,以免在两层混凝土中间出现缝隙。在一个插点应该持续振捣20-20S,以表面无下沉、无气泡,泛浆或者水平为宜。如果使用平板振捣器进行振捣,则应该保证其能够对已经振实部分的边缘进行覆盖。
1、2、6养护
在混凝土部件完成终凝后,应该及时对其进行养护,通过养护能够使混凝土得到硬化和强度的增长。养护期间混凝土应该保证湿润的状态,保证温、湿度。一般的养护方式是在混凝土表面洒水,并且覆盖草帘,在冬天应该设置保温措施,养护时间一般应该大于14天。
2、施工的质量管理
2.1影响质量的因素
2、1、1混凝土的配合比例
混凝土的配合比例是影响混凝土质量的第一要素,混凝土的配合比例应该满足施工技术的要求,以保证工程的质量和强度。在科学部门所配出来的配合比例并不一定完全适合施工的现况,当施工现场的运输设备、气温等发生了变化之时,应该根据变化来调整混凝土的配合比例。
2、1、2混凝土的和易性
和易性,指的是混凝土在搅拌时的粘聚性、流动性、保水性等性能的综合。如果混凝土的和易性不好,就可能导致混凝土出现离析现象或者振捣不实。只有混凝土具有良好的和易性,才便于振实,不会发生离析的现象。
2、1、3振捣过程
混凝土在浇筑时有没有经过充分的振捣,是影响混凝土最终质量的重要因素。由于浇筑时振捣不良引起混凝土内部出现蜂窝、孔洞等问题的情况时有发生。所以,施工单位要重视混凝土的振捣工作,在对混凝土进行振捣时应该由专业的人员,采取专业的操作来进行。
2、1、4施工人员
作为施工的操作者和指挥者,施工人员对混凝土施工质量的影响是无可置疑的。因此在施工的过程中,施工单位应该严格控制各个环节,建立健全的规章制度和和质量管理体系。为了问题能够得到切实的解决,还应该从技术和管理措施两个方面来约束有关的部门和人员,最终用人员的素质来保证施工的质量。
2.2混凝土施工中的控制
2、2、1供应商
在选择商品混凝土的供应商的时候,应该选择信誉好、资质高的商家。应该安排好商品混凝土搅拌站和施工现场之间的联系,对混凝土浇筑的速度做好计算,选择合理的车辆和路线,使混凝土运至施工现场时的质量有所保证。
2、2、2施工操作
应该在周密的科学组织之上合理安排施工的速度,保证施工操作严格按照程序进行,杜绝盲目的赶工。在浇筑工程中不踩踏钢筋,不移动预埋的线管。在混凝土强度达到1.2Mpa前不能踩踏和堆放重物。
2、2、3现场管理
应该对施工现场加强管理,制定合理的管理制度,保证施工人员的技术水平,提高施工人员的质量意识,增强施工人员的责任心。
参考文献
[1]谢文利;土木工程混凝土施工技术探讨[J].产业与科技论坛,2012(01).
关键词:液体粘滞阻尼器;抗震加固; 实用性;应用前景
中图分类号:U445.2 文献标识码:
Application of Research and Practicability Analysis of FVD in Municipal Bridge Seismic Strengthening
Qin Zhiyuan1, Chen Yongqi2
(1.Beijing University of Civil Engineering and Architecture, 100044;2. Beijing QITAI Shock Control and Scientific Development Co.,Ltd, Beijing 100037)
Abstract: This paper firstly make analysis of the bridge's seismic vulnerability and seismic strengthening methods, and then summarize experiences on the practical designing of seismic strengthening of municipal bridges, such as Fu Cheng Men bridge, De Sheng Men bridge, An Ding Men bridge, etc.. The summarize shows the designing method of municipal bridges strengthening when using the FVD, and also, it is compared with the conventional reinforcement technology, which reveals the advantages of reinforcement measures in engineering cost, traffic impact, and implementation. In addition, it analyses the optimization analysis method of the damper parameters. Finally, it propose problems of dampers has existed in our nation and the dampers' prospect and market. Among the cases studied, the research results show that: The bridges without seismic designing always have the shortages of having no enough ductility in the rare earthquakes. However, the method of seismic reduction and isolation reinforcement, especially the technical measures of viscous damper applied between the pier, girder and abutment, provides a good solution for the reinforcement of bridges. Not only effect of the reinforcement is obvious and the cost is low, but also, the practicability is high and the traffic impact is low. In addition, it is suitable for application. Also, the optimization of the dampers' location and design parameter need to be taken into account during the designing process of dampers. It needs to be noticed that the target displacement should be distinct and the increased partial demand of force caused by the connection components in the process of reinforcement designing.
Keywords: fluid viscous damper; seismic strengthening; practical application; application prospect
作者简介:陈永祁,男,美国,CE0&高级工程师,美国纽约州立布法罗分校工程博士,主要研究方向为地震结构保护系统(E-mail: )
1前言
截至2011年底,我国在役的公路桥梁总数达 68.9 万座。这些桥梁按建造年代考虑,1990 年全国桥梁总数约为16.8万座,2000 年约为23.1万座,到2008 年底为59.5 万座. 1990年之前桥梁( 占总数的 24%) 绝大多数位于等级较低的公路上,这些桥梁建造时有的没有进行抗震设计,有的是按照早期房屋建筑规范中抗震相关条文或 1977《公路工程抗震设计规范》试行稿进行抗震设计的; 1990 ~2008 年期间建造的桥梁,大约 42.7 万座桥梁( 占总数的 62%) 基本都是依据 1989 年颁布的《公路工程抗震设计规范》( 简称 89 规范) 进行抗震设计的。2009 年起建造的桥梁,基本都是按照 2008年颁布的《公路桥梁抗震设计细则》( 简称 08 细则) 设计的。随着《公路08细则》[1]《城市桥梁抗震设计规范》[2]的颁布,城市防灾规划要求的提升,对城市立交桥的抗震性能继而提出更高要求,即城市桥梁应保证在罕遇地震下维持正常交通功能[9]。
因此,公路桥梁应尽快展开维修加固,使城市交通基础设施在地震灾害中保证使用功能,维护人民生命财产安全。
2既有桥梁地震易损特点和抗震加固原则
截至2008 年底,我国建造并运营的公路桥梁总数大约有59.5 万座桥梁,占当前既有公路桥梁总数的62%。这些桥梁大部分是依据“89 规范”进行抗震设计的。与“08 细则”相比,这些既有公路桥梁存在的地震易损特点主要体现在以下几个方面: 1) 既有公路桥梁是依照单一水准即多遇地震进行抗震计算、设计和检算的,而我国当前公路桥梁是依据两级设防地震水准进行抗震设计的。2) 与“08 细则”相比较,上述年代建造的既有桥梁在延性构造如箍筋约束、纵筋间距、纵筋搭接、锚固长度、抗剪和盖梁配筋、框架桥墩节点区域构造要求均存在一定不足,将导致桥墩延性能力不足,框架节点区域也可能遭受破坏。 3) “08 细则”对防落梁装置和挡块设置提出了更高要求,特别是对跨径小于 40 m 的梁式桥,这意味着既有桥梁的防落梁搭接长度相对不足,存在较高的落梁破坏风险。
另外,根据专家在北京设计的经验在城市立交桥梁中看出,存在以下问题:1) 高墩纵向钢筋配置不均时,在变截面处加密箍筋,否则会导致抗弯能力不足,发生弯曲破坏。2) 矮桥墩要保证抗剪力足够,否则会发生脆性断裂。3) 目前抗震挡块的抗冲击力不足,应适当予以提高。4) 马甸桥、东便门桥、天宁寺桥等市政桥梁,均不同程度存在设防地震或罕遇地震下桥墩抗弯承载能力不足[4]。
根据以上易损性地特点,如下桥梁抗震加固原则被提出:
首先,应从体系抗震加固角度出发,依据识别的抗震薄弱部位或构件,讨论经济有效的加固方案,并从提高桥梁各构件的抗震能力( 强度和延性能力) 和减低地震对桥梁结构的地震需求( 减隔震) 两方面出发,来探讨各种可能的有效加固方案。
其次,在体系抗震加固方案比选的基础时需同时考虑桥梁正常使用条件的限制。
3桥梁抗震加固方法
目前从桥梁结构体系角度出发的抗震加固方法主要有:(1)梁连续化、质量轻型化方法(2)常规抗震加固方法(3)减、隔震加固技术(4)改变现有结构体系加固法(5)防落梁构造加固方法。虽然抗震加固有种种方法,但对某具体工程,往往需要在技术、经济、施工等的可行性中进行反复论证,才能提出合理可行的方案。另外,于2014年2月21日由住房城乡建设部推出关于房屋建筑工程推广应用减隔震技术的条文中提出,近年来,随着建筑工程减震隔震技术研究不断深入,我国一些应用了减隔震技术的工程经受了汶川,芦山等地震的实际考验,保障了人民生命财产安全,产生了良好社会效益。实践证明,减隔震技术能有效减轻地震作用, 提升房屋建筑工程抗震设防能力。并且提出了加强宣传指导,做好推广应用工作,加强设计管理,提高减隔震技术应用水平,加强施工管理,保证减隔震工程质量的等具体要求。可见未来的抗震加固趋向将主要围绕减隔震加固技术展开[10]。
4市政桥梁粘滞阻尼器加固的典型案例
这部分,笔者将之前参与的三个工程即北京的阜成门桥,德胜门桥,安定门桥进行有关粘滞阻尼器抗震加固方案的研究进行分析,并且其中阜成门桥。笔者主要侧重于抗震效果和经济性分析方面展开,德胜门和安定门主要就抗震的参数优化方面进行分析。
4.1案例一北京阜成门桥[4]
4.1.1模型建立
采用空间结构有限元建立该桥的有限元动力计算模型,以顺桥向为x轴,横桥向为y轴,竖向为z轴。主梁、墩柱、单桩采用梁单元模拟,桩周围采用土弹簧模拟桩土相互作用。全桥计算模型如图1。
图1 阜成门桥抗震分析模型
Fig.1 the FEA model of Fu Cheng Men Bridge
4.1.2现况桥梁抗震能力分析
根据《公路08细则》,可确定E1地震(50年超越概率63%)、E2地震(50年超越概率2%)设计水平加速度反应谱如下图2所示。以设计反应谱为目标谱,生成人工地震波如图3、4所示。并得出现况桥梁地震反应如表1。
图2 阜成门桥设计地震反应谱(2008年版抗震细则)
Fig.2 The earthquake response spectrum of Fuchengmen Bridge
图3 E1工地震时程 图4 E2人工地震时程
Fig.3 The artificial waves of E1-level earthquake Fig.4 The artificial waves of E2-level earthquake
表1 现况桥梁地震反应
Table 1 Seismic responses of the current bridge
地震水平 墩柱名称 剪力(kN) 抗剪能力(kN) 弯矩(kN・M) 抗弯能力(kN・M) 梁端位移(cm)
E1纵向+竖向 固定墩 264 178 1256 1080 4
活动墩 17 116 51 689
固定墩桩 691 304 1569 1012
活动墩桩 36 247 84 530
E2纵向+竖向 固定墩塑性转铰 不满足现行延性构件的构造要求 15
4.1.3阻尼器加固后抗震能力分析
经过设计经验总结,采用减震技术对整体结构进行抗震加固。即在桥梁两端的主梁与桥台之间安装液态粘滞阻尼器,通过阻尼器耗散地震能量,使固定墩分担的地震力显著减小。达到即使在罕遇地震作用下,固定墩在原有配筋条件下处于弹性阶段,确保地震中不损伤。由单柱墩抗弯能力与墩顶位移的相关关系,可以确定墩顶的极限位移为1.5cm。以此作为罕遇地震下结构目标位移,结合主梁横断面情况,按照工程经验在两侧桥台各设置10个阻尼器,初步拟定阻尼器参数选取范围:C=700~1200kN•(s/m) α,α=0.2~0.6,在此范围进行阻尼器参数比选分析。最终确定阻尼器参数为:C=1000 kN•(s/m) α,α=0.3。采用此方案,结构地震反应计算结果如表2所示。
表2阻尼器加固桥梁抗震能力分析
Table 2 seismic resistance analysis of bridge with dampers
地震水平 墩柱名称 剪力(kN) 抗剪能力(kN) 弯矩(kN・M) 抗弯能力(kN・M) 梁端位移(cm)
E1纵向输入 固定墩 8 178 37 1080 0.1
活动墩 18 116 51 689
固定墩桩 20 304 48 1012
活动墩桩 36 247 84 530
E2纵向输入 固定墩 62 178 508 1080 1
活动墩 62 116 182 689
固定墩桩 260 304 568 1012
活动墩桩 123 247 287 530
另外,注意到应用粘滞阻尼器会增加桥台受力,应进行复核验算。
4.1.4加固方案经济性及可实施性分析
将阻尼器加固方案与常规加固方案进行比较表明,如表3所示:该方法可以降低维修加固成本38%左右,且交通影响很小(只须占辅路非机动车道安装阻尼器施工),因而可操作性强,施工过程可见图11。
表3 加固方案比较
Table 3 the comparison of strengthen scheme
项目名称 常规加固方案 阻尼器加固方案
主要工作内容 更换中墩支座;增大墩柱截面,并外包钢板;对原承台进行加宽处理,在承台加宽部分下施工桩基础 在主梁及桥台表面安装阻尼器基座及锚筋
交通影响 二环主辅路各断行一个车道 对二环辅路有一定影响,但不断路
施工周期 约90天 约60天
总造价 1220万 760万
4.2案例二德胜门东桥[5]
4.2.1模型建立
对德胜门原桥进行抗震性能评估:结构建模采用三维空间有限元模型,主梁、桥墩采用空间梁单元,桥面板采用均匀布置在主梁上梁单元的,边跨两侧在顺桥向以及横桥向采用弹簧单元模拟支座;图5为德胜门桥有限元模型。
图5德胜门桥计算模型
Fig.1 The Caculation Model Of Deshengmen Bridge 图6E2级的地震下频谱数据
Fig.2 the frequency spectrum data of E2-level earthquake
4.2.2现况桥梁抗震能力
对现况桥梁进行反应谱分析,采用《公路桥梁抗震设计细则JTG/T B02-01―2008》[5]中的阻尼比为0.05的设计加速度反应谱。E1地震下,水平设计加速度反应谱最大值取为0.19g;E2地震下,水平设计加速度反应谱最大值取为0.59g,如图6。桥台前墙应力状况如表4;桥墩控制截面受力如表5。
表4桥台前墙应力状况 表5墩底弯矩(kN・M)
Table 4 the stress of front wall of abutment Table 5 the moment of the bottom of the pier
阶段 正常使用 E1地震 E2地震 阶段 正常使用 E1地震 E2地震 抗弯承载能力
前墙前应力(Mpa) -0.83(压) -0.89(压) -1.77(压) 墩底弯矩 (kN・M)
73.77
147.8
447.9 235
前墙背应力(Mpa) 0.35(拉) 0.47(拉) 2.2(拉)
中墩及分界墩在E1地震作用下处于弹性工作状态,如不进行减隔震设计,E2地震作用下墩柱将进入塑性状态,需要对墩柱抗剪及基础进行能力保护设计,但现况桥梁不能满足延性要求。
4.2.3阻尼器优化设计
以E1及E2下的反应谱为目标谱,各生成三条人工地震波作为地震输入进行时程反应分析,对阻尼器进行优化。阻尼器优化是布置位置,阻尼器个数,阻尼系数和速度指数等参数不断组合优化选取的过程,本工程优化时速度指数a选取了介于0.2-1之间的数值,C值取500-2000kN(s/m)a之间的数值。在设计中主要进行布置位置的优化和设计参数的优化。
4.2.3.1布置位置优化
图7加固方案剪力响应对比 图8加固方案弯矩响应对比图9加固方案相位移响应对比
Fig.7 comparison of shear force response of Fig.8 comparison of moment response of Fig.9 comparison of displacement response of
reinforcement schemereinforcement schemereinforcement scheme
结合德胜门桥结构形式提出两种阻尼器布置方案。方案一:桥台与主梁之间布置阻尼器8套,阻尼系数C=500kN(s/m),速度指数a=0.3;方案二:分界墩和主梁之间布置阻尼器8套,C=500kN(s/m),a=0.3。在E2地震作用下,采用非线性振型叠加法进行施加阻尼器结构关键响应的地震反应分析。对其进行地震反应对比如上图7~图9。
由上图可见:在桥台处布置粘滞阻尼器后,分界墩,中墩受力及位移可取得可观的减震效果, 但在E2地震下,桥台受力仍较大,仍然需要验算加强;若在分界墩处布置阻尼器,桥台受力大幅降低,可无需再加固桥台,但阻尼器参数还应适当优化,以确保分界墩及中墩的受力满足要求。见下文。
4.2.3.2设计参数优化
根据桥梁结构的实际情况,初步选用桥墩处布置阻尼器的方案。此外在上述分析中可以发现,桥墩处布置阻尼器时墩底剪力是地震控制响应。为此,文章选出了几种设计方案(方案A:8套C=500kN(s/m);方案B:16套C=500kN(s/m)0.3;方案C:16套C=1000kN(s/m)0.3);方案D:16套C=1500kN(s/m)0.3),对关键响应进行比较分析,对设计参数进行优化,如表6。
表:6不同阻尼参数方案墩底关键响应的比较
Table 6 comparison of key response of different damper parameters of pier’s bottom
墩柱 地震波 方案A 方案B 方案C 方案D 未布置阻尼器
左墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 4.9 77.5
人工波2 44.1 28.8 7.9 4.9 78.5
人工波3 42.1 27.9 6.3 4.9 82.3
中墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 4.8 77.5
人工波2 44.2 28.8 7.9 4.8 78.5
人工波3 42.1 27.9 6.3 4.8 82.3
右墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 3.8 77.6
人工波2 44.2 28.8 7.9 3.8 78.5
人工波3 42.1 27.9 6.3 3.9 82.3
由上表可以看出,阻尼器布置越多对桥梁抗震越是有利,但是造价较高,可实施性也会较差。可以根据每种方案之间减震率的差值,分别为12.7%,22.2%,16.2%,因此阻尼器选择16套阻尼系数为1000KN(s/m)0.3 时,减震率增加幅度最大,经济性也较好。因此本桥最终选用方案为:两侧分界墩处,每侧各布置8套粘滞阻尼器,共计16套,其参数为C=1000 kN(s/m),a=0.3。
4.2.4阻尼器加固后减震率分析
采用该方案后,其减震率如下表所示(篇幅限制,仅以桥台剪力为例):
表7桥台剪力最大值(kN)
Table 7 the maximum shear force of abutment
地震波 原模型时程结果 减震后 减震率
左侧 人工波1 943.8 108.6 88.5%
人工波2 1000.17 183.48 81.7%
人工波3 1039.36 134.12 87.1%
右侧 人工波1 943.79 108.6 88.5%
人工波2 1000.15 183.47 81.7%
人工波3 1039.35 134.12 87.1%
桥台剪力减震率达60%以上,效果显著。
经粘滞阻尼器减震后,所有墩柱的最大弯矩值均小于其承载力限值,保证了桥墩在遭遇罕遇地震工况下的承载安全,满足了要求。同时通过布置位置及阻尼参数的优化设计,其减震率和可实施性得到了良好的保证,取得了很好的经济效益和社会效益。
4.3案例三安定门东桥 [5]
鉴于安定门的设计及阻尼器的优化方案方法相似,本文不再赘述。主要对阻尼器加固后的减震率进行分析:
关键构件的地震响应如下所示(篇幅限制,仅以墩柱墩底内力为例)。
表8各墩柱墩底内力(kN)
Table 13 the maximum shear force of the base of boundary and intermediate pier
地震波 原模型墩底剪力 加固方案墩底剪力 减震率
分
界
墩 左 人工波1 252.44 16.27 93.6%
人工波2 239.25 25.35 89.4%
人工波3 230.51 18.76 91.9%
右 人工波1 252.43 16.27 93.6%
人工波2 239.24 25.35 89.4%
人工波3 230.50 18.76 91.9%
中墩 人工波1 58.91 15.27 74.1%
人工波2 58.99 14.50 75.4%
人工波3 53.25 14.25 73.2%
经粘滞阻尼器减震后,所有墩柱的最大弯矩值均小于其承载力限值,保证了桥墩在遭遇罕遇地震工况下的承载安全,满足了要求。
4.4 工程案例现场施工图
图10现场施工图
Fig. 10 Pictures of Site Operation
4.4案例经验总结
根据前面的案例,以得到以下经验:
(1)没有进行抗震设计、或按照77规范进行抗震设计的现役城市桥梁,一般而言普遍存在罕遇地震下延性能力不足等缺陷,应尽快开展抗震加固。
(2)减、隔震加固方法,特别是在墩梁、桥台主梁之间施加粘滞阻尼器的技术措施,为在交通拥堵严重的城市中进行立交桥抗震加固提供了一个很好的解决方案。
(3)减震加固时,需进行阻尼器布置位置及设计参数的优化,在达到控制目标位移的基础上,确保与阻尼器连接关键构件能满足承载力及正常使用极限状态的要求。
当然通过上述实例可发现,采用液体粘滞阻尼器对城市立交桥进行减、隔震加固,只要布置位置恰当,参数选择合理,则无论在墩台受力方面,还是防落梁方面,都具有显著地减震效果;与常规加固方法相比,无论是对交通的影响,或者是施工的复杂性和时间,还是造价方面也都有较大优势,易于在同类桥梁中推广应用。
5阻尼器在我国应用存在的问题及其前景(市场走向)
5.1阻尼器在我国应用存在的问题及其前景
近些年来,随着我国基础建设的加强,大型公共建筑和桥梁的飞速发展,阻尼器在我国土木工程界的发展很快,还将有更大的发展空间。在美国阻尼器的大量应用是经过十几年的发展过程。这是一个从基础研究到工程鉴定、从大量的试验到设计规范、直到140多个大型工程的应用过程。在我国,基础研究和大量的使用比起来就显得不足。不少问题有待我们去改进和提高,例如,缺少相应的设计规范和阻尼器验收规程,减隔震设备的测试手段和测试规程欠缺以及阻尼器基本知识的普及等。
5.2抗震阻尼器未来的市场走向
在国际上,阻尼器的应用已经十分广泛,迎来了自身发展的“新纪元”。国内市场前景很好。也正因国内市场前景可观,一些山寨产品、甚至是假冒伪劣产品的发展速度惊人,它的低价位成为了主要的市场竞争手段。我们只能面对这种形势,在阻尼器产品的介绍宣传和工程实际应用上更加努力,提高大家对这种产品的认识,并通过自己的国际优势,将世界上最先进的理论、最优良的产品推广到国内。
总之,近十几年来,随着桥梁工程、抗震工程等在我国的发展,阻尼器在我国土木工程界应用越来越广泛,随着我国基础建设力度的加大,阻尼器在我国有十分广阔的应用空间。我们已有了一个很好的开始。随着进一步的完善,一定会有更加广阔的发展前景。
参考文献
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2008(JTG/T B02-01―2008 Guidelines of Seismic Design of Highway Bridges.Beijing:China Communications Press,2008(in Chinese))
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2011(CJJ166-2011 Code for seismic design of urban bridges [s]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2011(in Chinese))
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关键词:建筑工程;混凝土;施工技术;质量管理
中图分类号: TU761 文献标识码: A 文章编号:
引言
在我国的各项建筑工程中,混凝土的施工占了相当重要的比例,其施工质量的好坏将对建筑物的安全产生直接和深远的影响。因此我们必须对混凝土施工技术和质量管理足够的重视,对混凝土每道工序进行严格控制,确保建筑工程的质量。
一、建筑工程混凝土的施工技术
1、施工准备
(1)在混凝土的浇筑施工之前,应该先做好对施工工人的安全技术交底工作,对施工中要注意的问题要详细说明,强调梁柱、梁板与剪力墙的混凝土标号的控制,以及振捣时间、间距等等事项。
(2)在施工阶段,应该对该地天气变化情况进行掌握,根据工程的需要,把浇筑工程中所必备的防雨防暑物资事先准备好,以保证混凝土的浇筑质量。
(3)在浇筑施工之前,应该对钢筋、控制模板、保护层等设备的规格尺寸进行检查,使其偏差值符合国家验收评定的标准。还应该对模版接缝处是否密合完好以及其支撑是否稳定进行检查,还要对钢筋和模版进行预检,符合标准之后,才能开始浇筑。
2、施工流程及技术要点
(1)材料准备
水泥:应该根据工程的强度要求以及不同型号的水泥性能来选择,保证其强度不低于设计的规范,对于有特殊承重要求的部位应该在选用之前进行测试,结合报告进行选择。
骨料:作为混凝土的主要组成部分,骨料的优劣对混凝土最终强度有直接的影响。在对粗骨料进行选择的时候,应该对其质地、针片状颗粒的含量、级配、最大粒径等参数进行重点的检查。而选择细骨料时,应该重点检查质地、细度模数、含泥量、有害物质含量等,尤其是要对有害物质含量和含泥量进行检查。
水:应该尽量采用可饮用的水进行混凝土的拌合,对于不可饮用的水,在拌合之前应该先进行化验和抗腐蚀
检验。应该避免采用工业废水、酸性程度较高的水、生活污水来进行拌合。
外加剂:应该保证外加剂的生产厂家的资格,且要出具对于外加剂的性能检测报告。在使用之前应该进行试验以保证外加剂与水泥的适应性。施工中应该严格控制用量,并且延长拌合的时间,以保证拌合的均匀。
(2)混凝土拌合
在确定材料之后,应该对其进行取样,然后交由相应的实验室来进行配比的设计,避免采用经验配比的方法,避免少配、错配、漏配等影响混凝土质量的事件发生。然后应该对适配完成的混凝土进行性能的检测,然后才能进行大量的混凝土的拌合。在施工中应该经常对骨料的含水率进行检测和调整。在向搅拌机具中投料时应控制在机具的额定容量之下,拌合中应该随时对拌料坍落度和离析现象进行监测。
(3)运输
在对混凝土精心运输的时候应该按照形势采取不同的运输方式,如垂直运输一般采用提升架、起重机等运输,现场搅拌的时候采用手推车,小型翻斗车等进行运输,在楼面上多用手推车进行运输等。在运输过程中应该保证混凝土的均质性,以免混凝土的流动性降低或者发生产生离析、砂浆流失、沁水等现象,为了保证最短的运输时间,使其在初凝之前就浇筑完毕,应该尽量减少其运输的周转次数。
(4)浇筑
在浇筑之前,应该对钢筋和模版进行检查,以保证其具备混凝土的浇筑条件,还应确定浇筑方法的合理性。应保证混凝土下落高度小于3m,如果采用的是分层分块浇筑方法的话,应该结合钢筋的密集程度和结构的特点来决定每一层的高度。在分层高度的控制上,一般为插入式振捣器作用长度的1.25倍,如果振捣采用的是平板振捣器,则应该控制分层的厚度,不超过200mm。浇筑的过程应该尽量连续,如果必须出现间隔,则要尽量的缩短间隔的时间,以保证在前层的混凝土初凝前可以恢复施工。较注重应该经常观察和整改钢筋、模版等设备的变位现象。较大的梁体可以进行单独的浇筑,对连续浇筑无法实现的部位,应该在剪力较小的地方预留好施工缝。 (5)振捣
浇筑后应该及时的对混凝土进行振捣,振捣的作用是使混凝土能充满模版的每个角落,使其获得最大的均匀和密实度。振捣分为机械和人工振捣两种,一般只有工程量小、或者采用的是塑性混凝土的时候才会使用人工振捣的方法。振捣过程应该快插慢拔,均匀的选择插点的位置,以防出现漏振的情况。在插入振捣棒的时候应该使其进入下层混凝土中,以免在两层混凝土中间出现缝隙。在一个插点应该持续振捣20-25S,以表面无下沉、无气泡,泛浆或者水平为宜。如果使用平板振捣器进行振捣,则应该保证其能够对已经振实部分的边缘进行覆盖。 (6)养护
在混凝土部件完成终凝后,应该及时对其进行养护,通过养护能够使混凝土得到硬化和强度的增长。养护期间混凝土应该保证湿润的状态,保证温、湿度。一般的养护方式是在混凝土表面洒水,并且覆盖草帘,在冬天应该设置保温措施,养护时间一般应该大于14天。
二、建筑工程混凝土施工的质量管理
1、影响质量的因素
(1)混凝土的配合比例
混凝土的配合比例是影响混凝土质量的第一要素,混凝土的配合比例应该满足施工技术的要求,以保证工程的质量和强度。在科学部门所配出来的配合比例并不一定完全适合施工的现况,当施工现场的运输设备、气温等发生了变化之时,应该根据变化来调整混凝土的配合比例。
(2)混凝土的和易性
和易性,指的是混凝土在搅拌时的粘聚性、流动性、保水性等性能的综合。如果混凝土的和易性不好,就可能导致混凝土出现离析现象或者振捣不实。只有混凝土具有良好的和易性,才便于振实,不会发生离析的现象。 (3)振捣过程
混凝土在浇筑时有没有经过充分的振捣,是影响混凝土最终质量的重要因素。由于浇筑时振捣不良引起混凝土内部出现蜂窝、孔洞等问题的情况时有发生。所以,施工单位要重视混凝土的振捣工作,在对混凝土进行振捣时应该由专业的人员,采取专业的操作来进行。
(4)施工人员
作为施工的操作者和指挥者,施工人员对混凝土施工质量的影响是无可置疑的。因此在施工的过程中,施工单位应该严格控制各个环节,建立健全的规章制度和和质量管理体系。为了问题能够得到切实的解决,还应该从技术和管理措施两个方面来约束有关的部门和人员,最终用人员的素质来保证施工的质量。 2、混凝土施工中的控制
(1)供应商
在选择商品混凝土的供应商的时候,应该选择信誉好、资质高的商家。应该安排好商品混凝土搅拌站和施工现场之间的联系,对混凝土浇筑的速度做好计算,选择合理的车辆和路线,使混凝土运至施工现场时的质量有所保证。
(2)施工操作
应该在周密的科学组织之上合理安排施工的速度,保证施工操作严格按照程序进行,杜绝盲目的赶工。在浇筑工程中不踩踏钢筋,不移动预埋的线管。在混凝土强度达到1.2Mpa前不能踩踏和堆放重物。
(3)现场管理 应该对施工现场加强管理,制定合理的管理制度,保证施工人员的技术水平,提高施工人员的质量意识,增强施工人员的责任心。
结束语
随着我国经济的发展,建筑工程的种类越来越多。所以我们在施工中应抓住重点工程,制定合理有效的方法来保证施工的质量。作为建筑施工的基础,混凝土施工技术需要努力适应社会的需要,不断创新,才能使其成为更安全的施工技术,才能不断提高建筑工程项目的质量和安全性。
参考文献:
[1] 谢文利. 土木工程混凝土施工技术探讨[J]. 产品与科技论坛. 2012(01)