基坑监测中混凝土支撑轴力的相关问题研究

建　筑　科　学

基坑监测中混凝土支撑轴力的相关问题研究

蔡书勇

(上海市民防地基勘察院有限公司 上海 200232)

摘 要:为保证深基坑的安全,需要对基坑进行监测。本文对采用钢筋计或应变计测定混凝土支撑轴力时,就传统的支撑轴力计算公式的适用范围等问题做了一些探讨。关键词:钢筋计 支撑轴力 监测中图分类号:TB21文献标识码:A文章编号

:1672-3791(2012)09(c)-0050-02

对于钢筋混凝土支撑,主要采用钢筋计测量钢筋的应力或采用混凝土应变计测量混凝土的应变,然后通过钢筋与混凝土共同工作、变形协调条件反算支撑的轴力。

采用混凝土应变计测量混凝土的应变后反算支撑轴力,其计算公式如下:

Ni=ε[EcAc+EsAs]

1 支撑轴力计算探讨

针对以上几个问题,本文做了以下一些探索。

(1)当实测断面均为压应力时,仍然采用式(1)计算支撑轴力。(2)当实测断面的应力值异号时,可考虑以下处理措施。1)调整测试点位置来监测支撑的安全。

对于混凝土支撑沿支撑轴线方向如图1所示的弯矩分布,当测试点布置在点附近时,由于此范围的弯矩很小,测得的轴力值能较好地反映实际轴力值;当测试点布置在点附近或点附近时,由于此范围的弯矩较大,测得的轴力值将存在一定程度的偏差,但此时能测得钢筋的最大应力值,对判断支撑的安全是较为有利的。此方法的缺点是不易确定上述测试点的位置,只能在测试前从理论上分析选取。

2)利用换算得到的混凝土应力值为控制参数,即利用式(2)计算出混凝土的应力值,再由式(3)来判断断面是否安全:

对于采用钢筋计测量钢筋应力后反算支撑轴力,传统轴力计算公式为:

E

Ni=σs cAc+As (1)

Es

式中Ni为支撑杆件测量轴力;

ε

为混凝土应变计测量出的混凝土应变均值,ε=∑εi/n;

i

ni

n

σci=

σs为钢筋计测出的应力平均值,σs=∑σi/n或

Ec

σsi=εiEc (2)Es

式中σsi为测得的钢筋应力;

σs=εEs

;

σci为混凝土应力;

Ec、Es为混凝土、钢筋的弹性模量;max[σci]≤[σ], (3)

式中σci为混凝土应力;[σ]－支撑的设计强度;

n为一个量测断面内布置的钢筋计数目;

Ec、Es为混凝土、钢筋的弹性模量;

Ac、As为支撑的混凝土截面面积、钢筋截面面积。

对于由式(1)计算出的轴力,存在以下一些问题。

(1)当所量测支撑为纯受压杆件或小偏心受压杆件时,采用式(1)计算轴力所得结果较能反映实际轴力值。(2)当所量测支撑为大偏心受压杆件时,若支撑混凝土未产生裂缝,利用式(1)计算出的轴力仍能较好地反映实际轴力;若支撑混凝土已经产生裂缝,此时再用式(1)求得的轴力值会与实际轴力值产生较大的差别。这样,监测轴力值就不能正确反映支撑的实际受力状态,而且若监测值小于实际值,往往会造成错误的判断,给围护工程的安全带来隐患。造成这种问题的原因是,在这种情况下,支撑截面上已经出现了比较大的弯矩,混凝土已经产生裂缝,式(1)已不再适用。

σsi≤fy(y')

fy(y')为钢筋的抗拉、抗压强度设计值。

3)考虑弯矩对钢筋应力的影响,对轴力计算公式进行修正:钢筋的应力由两个部分组成,即由轴力产生的应力和由弯矩产生的应力。设轴力使钢筋产生的应力为:

σNs=

NEs

EcAc+EsAs (4)

压= aσM2(规定压应力、

设弯矩为M,M的作用使受压钢筋产生的应力为σM1,使受拉钢筋产生的应力为σM2,并假定σM1

图1 混凝土支撑弯矩分布图

,拉应力、拉应变取负值)。文献[1]对纯弯作用下梁截面

应力应变进行了实验研究,发现以下几点。

①梁下部混凝土产生裂缝前,弯矩对梁截面的应力应变图形中和轴基本位于梁的中部(如图2所示),即混凝土产生裂缝前,弯矩对受压钢筋和受拉钢筋产生的应变值近似

a应力图 b应变图

图2

混凝土产生裂缝前梁截面的应力应变图a应力图 b应变图图3 由实测值绘制的梁截面的应力应变图

５０

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION

建　筑　科　学

相等,固此时取a值为1,则: (5)解得: (6)

2 补充说明

需要注意的是,实测的钢筋应力值除受荷载影响外,还受到许多非荷载因素的影响,如混凝土干缩和湿胀引起的附加应力、徐变变形的附加应力、温度附加应力等,因此,由此实测钢筋应力值反算出的轴力与实际轴力会产生较大的差异。对于这些非荷载因素的影响,其定量计算有待进一步的研究。在工程设计计算中混凝土弹性模量都是从规范中查表得到的,是一个常量。而实际情况是混凝土的弹性模量是随着龄期增加而增加的一个变量,尤其是早龄期的混凝土其值比规范规定值小得多,这就使得直接取用规范值算出的轴力值偏离了实际。因此,利用式(8)或式(10)计算支撑轴力时,对混凝土弹性模量的取值应按混凝土的龄期分别取值。可通过试验建立混凝土弹性模量与龄期之间的关系曲线,以便对混凝土弹性模量的取值提供参照。

由式(4)、(6)解得:　　 (7)把a=1代入式(7)得: (8)

式中σ压为受压钢筋的应力均值;

σ拉为受拉钢筋的应力均值。

显然,式(8)与传统的计算式(1)是等效的。

②当梁下部混凝土产生裂缝以后,产生裂缝处混凝土退出工作,混凝土原来承担的拉力,立即由受拉钢筋全部承担,发生明显的应力重分布,拉区混凝土应力图基本消失,压区混凝土压应力不再为三角形,且中和轴上移示。

因此,若支撑截面混凝土已经产生裂缝,由测量值以及由此应力值反算得到的应变值(,)绘制测量截面的应力图和应变图,如图3所示。

由图3(b)得: (9)

对图3(a)中混凝土的应力图形近似取为三角形,则根据轴线方向力的平衡条件可得

此时的轴力N为:(10)

式中为支撑截面的高度和宽度。

根据以上分析可知,在保证测量值符合实际情况的前提下,在混凝土产生裂缝之前,采用轴力计算式(8),即传统的轴力计算式(1),能较好地反算得到支撑的轴力值;但当混凝土产生裂缝以后,由于拉区混凝土退出工作,再采用式(8)计算支撑轴力已经不合适,作者认为此时采用式(10)计算出的支撑轴力更符合实际。因此,首先要判断支撑梁截面的混凝土是否产生裂缝。对此,可由ε拉值进行判断:

①ε拉Ec②ε拉Ec力。

(上接49页)

力时,就会产生裂缝。因此水平裂缝在混凝土墙体和屋盖等处较为常见。当窗和门处的材料均匀性发生突变时,应力就会在墙体的突变部位集中。由此可见,砌体和混凝土在温度变化时会产生温度应力,对于门窗洞口的角部来说更容易集中温度应力和正应力,因此就更容易出现裂缝。

3 结论

根据以上分析作者认为:(1)在混凝土产生裂缝前,采用传统的轴力计算公式计算出的支撑轴力能较好地反映实际的支撑轴力。(2)混凝土产生裂缝后,再采用传统的轴力计算公式计算支撑轴力已不合适,作者认为此时采用本文的式(10)计算出的支撑轴力更接近实际值。(3)应充分考虑监测的原始数据中包含的许多非荷载因素影响,以便更准确地提供支撑轴力计算的原始数据。(4)利用传统的轴力计算公式或本文的式(10)计算支撑轴力时,对混凝土弹性模量的取值应按混凝土的龄期分别选取。

参考文献

[1]车宏亚,江见鲸,等.混凝土结构[M].中国建筑工业出版社,1999,6.[2]中华人民共和国建设部.混凝土结构设计规范[S].中国建筑工

业出版社,2002.

>ft当时(ft为混凝土的抗拉强度设计值),混凝土已经产

生裂缝,取式(10)计算支撑轴力;

≤ft当时,认为混凝土未产生裂缝,取式(8)计算支撑轴

水平和竖直两个方向用橡皮锤进行敲击,砌筑砂浆一部分被挤出,灰缝砂浆被挤压,使灰缝的砂浆处于微受压状态,一方面可以抵消因砌体收缩产生受拉应力;另一方面可以使灰缝密实饱满,增加砂浆和砌块的粘结力,提高砌体的抗拉强度,从而达到控制裂缝的目的。

(4)认真组织施工,严格按操作规程来进行,加强砌筑过程及砌筑后的养护工作,与后续工序合理搭接,避免人为破坏引起加气混凝土砌块儿墙体的开裂。

3 控制加气混凝土裂缝的对策

基于以上加气混凝土墙体开裂的机理分析,在使用这种环保节能材料时,我们要从以下主要的几个方面去控制加气混凝土墙体的开裂。

(1)改造砂降的性能,采用与加气混凝土砌块墙体配套的专用砂浆,降低砂浆和加砌块儿的线性变形系数的差异,降低温度场引起的应力差,同时提高灰缝的饱满度和密实度,降低灰缝的厚度,使砂浆灰缝的收缩达到最小。必要时采用特殊的矿物外加剂改善砂浆的力学性能,以适应加气混凝土墙体的工程需要。

(2)控制砌块含水率,控制好加气混凝土砌块的含水率,使加气混凝土砌块的含水率与环境尽可能适应,当气候干燥时,气体达到本地区的最小平衡含水率,砌体的收缩恢复到砌筑时的最小收缩状态,致使砌体不会因收缩开裂,从而达到控制砌体裂缝的目的。

(3)采用预压工艺,加气混凝土砌块采用专用砂浆进行砌筑时,从

参考文献

[1]毕强.加气混凝土墙体裂缝产生的原因及防控措施[J].建材技

术与应用,2005(5):7-9.

[2]唐声飞,胡小芳.加气混凝土砌块墙体裂缝产生的机理及防治

[J].南华大学学报(理工版),2004(18):67-69.

[3]高连玉,郭福胜.加气混凝土应用及其关键技术[J].材料研究,

2002,30(1):3-8.

[4]周建军.框架结构加气混凝土砌块墙体裂缝的研究[J].混凝土

与水泥制品,2002(3):47-48.

[5]陈德明.加气混凝土砌块施工中空鼓和裂缝的控制[J].山西建

筑,2006(9):98.

[6]张敏,周建华.加气混凝土砌块墙体饰面空裂的材性研究[J].科

技创新,2005(3).

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION５１

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vm04.html