土木工程外文翻译.docx
- 文档编号:15752004
- 上传时间:2023-07-07
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:1.89MB
土木工程外文翻译.docx
《土木工程外文翻译.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土木工程外文翻译.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
土木工程外文翻译
文献来源——第三章P23-P34
ATRISK:
TheSeismicPerformanceof
ReinforcedConcreteFrameBuildings
withMasonryInfillWalls
ATutorialDevelopedbyacommitteeofthe
WorldHousingEncyclopedia,
aprojectoftheEarthquakeEngineeringResearchInstitute
andtheInternationalAssociationforEarthquakeEngineering
C.V.R.Murty
SvetlanaBrzev
HeidiFaison
CraigD.Comartin
AyhanIrfanoglu
3.构造设计的考虑
延性方面
在地震震动产生的剧烈运动作用下,能量在建筑物内传递。
抗震设计的理念就是通过特定的结构元素,让这种能量破坏在理想的位置被吸收。
这种破环伴随着明显的变形和钢筋混凝土构件中的大量可收缩性(张拉),这种行为被称为塑性行为。
延性是指结构在极端荷载条件下有明显变形的能力。
因为钢筋和混凝土的不同特性,在钢筋混个凝土构件中实现延性是个特别的挑战:
混凝土是一种脆性材料,当受到压力时会被压碎,当受到张力时会产生裂缝;但是,钢筋受到压力时表现延性。
因此,旨在利用钢筋延展属性制造出的钢筋混凝土结构也会表现一定的延展性。
然而,与钢筋混凝土结构抗震设计相关的一个关键挑战是保证各个部分表现延性行为和破坏发生在预定的部位。
这个可以通过应用能力设计方法获得,可以类似的用链条来解释(见图33)。
考虑到一个链由脆弱的链接构成;当受拉时,任何一个链接的破坏都将导致整个链条的脆性破环。
然而,当这个链条中有一个韧性链接时,如果韧性链接是最脆弱的且发生破坏时,整个韧性模式才会发生破坏。
为了使结构发生延性破坏,脆性链接必须比其它延性链接更为牢固。
由于钢筋混凝土的延性作用,框架建筑在地震中是安全的,它可以帮助保证民用建筑的安全。
延性是通过梁、柱和节点的细节设计来保证的,所以因为延性的作用,即使在一场毁灭性的地震作用下,建筑物的突然倒塌也是可以避免的。
尽管延性破坏机理的特点是一种延展破坏,但是它的主要目的是防止延性模式破环之前过早的发生脆性破坏。
因此,延性结构可以吸收大量的能量。
详细的延性设计是保证以上原理得以成立的过程,然而要钢筋混凝土框架构件呈一定比例且提供所需要的钢筋。
这是通过选择合适的尺寸和在梁、柱和节点配置钢筋来实现,我们将在下面进行讨论。
图33能力设计方法可以确保链条发生延性破坏(来源:
穆尔蒂2005)。
梁的破坏模式
梁可能发生以下两种破坏模式:
(1)弯曲破坏(脆性或者延性);在梁的受拉区有太多纵向钢筋时发生脆性破坏,相反的在梁的受拉区设计较少的钢筋时发生延性破坏。
(2)剪切破坏;当箍筋的数量(大小或者间隔)不足时发生。
这种破坏的特点是在梁的下部出现斜裂缝,是脆性破坏,且必须通过提供密集闭合的箍筋来避免这种破坏。
如在这一节中所讨论的,脆性破坏是不可取且必须避免的,可以通过巧妙的设计和纵向钢筋与箍筋的构造措施来避免。
水平钢筋的位置和数量
水平钢筋须沿梁的全长布置以抵抗因遭受拉力而在梁表面产生的弯曲裂缝。
和重力荷载的方向永远不变不一样,在地震震动作用下横向力的方向是会发生变化的。
因此,梁的顶部和底部都可能受到拉力,需要配置横向钢筋(参见图34)。
不同荷载作用下梁的变化是不同的,没有负载且未发生变形的梁的任何截面都不受力。
然而,在重力荷载作用下受力方向是不会发生改变的(情况B),梁中间的底部是受拉力的(看比原来在A条件下矩形大的多的红色多边形),梁中间上部受压,(看比原来在A条件下矩形小的多的蓝色多边形)。
另一方面,在一个方向的地震震动作用下,梁端部上部受拉,下部受压(看红色和蓝色的多边形)。
与此同时,因为反向弯曲,在另一边梁的上部受拉,下部受压。
当受力方向相反时,梁的受力情况刚好相反。
预计受拉力的梁的任何部位(红色多边形)必须设置水平钢筋来抵抗混凝土产生开裂。
条件A:
无荷载
条件B:
重力荷载条件C:
地震荷载
图34不同加载条件下的梁的行为:
(A)没有加载;(B)重力荷载(C)在一个方向振动地震荷载;梁的不同位置的加固要求取决于加载条件(来源:
H.费森)。
一般来说,一个优秀的抗震设计原则至少满足以下两个方面,钢筋的用量不能少于计算用量,在梁的上部和下部全长布置钢筋。
在梁的两端,底部的钢筋用量不能少于顶部用量的一半。
因为在施工过程中使用长度非常长的钢筋是不方便的,通常需要使用长度较短的钢筋并且通过短钢筋的连接,来满足跨度的需求。
为了保证钢筋连接后有足够的强度,连接的钢筋必须有一段距离的重叠。
这个重叠长度称为一个搭接接头,接头必须避免设置在横向钢筋因为受到拉力而产生屈服的区域。
上层钢筋的接头应在净跨三分之一的中间(见图35)。
接头必须有足够的长度,且搭接区段需用封闭密集的箍筋封闭。
一般来说,抗震规范规定任何截面的接头率不能大于50%。
图35。
箍筋必须在梁端加密和搭接(来源:
穆尔蒂2005)。
箍筋
箍筋是用来防止钢筋混凝土梁上发生斜剪切裂缝而产生的脆性剪切破坏,保护混凝土不会因弯曲而向外膨胀;箍筋还提供约束,防止横向钢筋受压产生屈曲。
封闭箍筋的两头都应有1350的弯钩,因为箍筋的弯钩嵌入核心,这样的话在强烈地震作用下封闭箍筋可以不被打开(见图36)。
简而言之,箍筋的作用就像木水桶周围的金属条一样。
木桶内的水产生压力,向外推木桶,包装木桶的金属条抵抗这种压力,防止木桶破裂。
同样,梁箍筋抵抗梁内的压力,保护持混凝土核心完好无损。
梁任何部位的箍筋间距要通过设计计算来确定。
通常,抗震规范规定梁密集区的长度是从柱边算起是梁高的2倍。
图36钢筋混凝土梁箍筋必须在末端有135°弯钩(来源:
穆尔蒂2005)
柱子的破坏模式
钢筋混凝土柱的破坏有两种模式:
轴向弯曲破坏和剪切破坏。
因为轴向弯曲破坏的影响,柱子的抵抗受到限制,所以要采用强柱弱梁(在第二章中讨论的那样)。
因此,在地震过程中,梁比柱子吸收更多的地震能量和承受更多的破坏。
决定抵抗力的其它因素还有垂直钢筋的横截面积。
柱子的剪切破坏是脆性破坏且必须避免,这就要为所有的垂直钢筋提供封闭的横向联系。
高且细长的柱子一般比框架梁要脆弱,特别是沿框架方向柱子的宽度较小时。
为啦防止不良的“弱柱强梁”效应(第2章中讨论),抗震规范中要求强柱弱梁。
所以,框架柱的宽度一般比框架梁大且需要的钢筋量大于梁,在结构方向柱的宽度要大于等于梁的宽度。
此外,用螺纹钢的圆形柱在地震中的性能要优于同等钢筋截面量的矩形柱。
然而,在实际的设计中螺纹钢并不常见,特别是在矩形和方形柱中。
此外,整个螺纹的长度必须来自同一条。
同时,螺纹的末端必须牢固的固定在节点处或者梁板系统中。
垂直钢筋
垂直钢筋要抵抗柱子的轴向荷载、弯矩、重力荷载和地震震动。
垂直钢筋必须分散布置于柱子的四周。
在同等钢筋截面的情况下,更倾向于使用数量多的小直径钢筋而不是少量的大直径钢筋。
任何截面的搭接率不能大于50%(见图37)。
接头一般设置在柱子的中部,一般不宜设置在柱子的顶部和底部(见图38)。
图37未来建设中不足的搭接长度和位置—100%在柱底部接头(来源:
梅西亚2002)
图38柱子的顶部和底部要箍筋加密(来源:
穆尔蒂2005)
横向箍筋
当垂直钢筋抵抗垂直荷载和弯矩的时候,地震作用下产生的侧向力由密集且间距小的横向箍筋来抵抗(见图39),横向箍筋旨在抑制斜剪切裂缝的发展。
此外,横向箍筋将垂直钢筋连在一起且防止其发生过度屈曲,并且将混凝土的核心约束在柱子内。
通过封闭混凝土芯,横向箍筋有助于防止核心混凝土的破碎,这样它就可以继续抵抗轴向荷载。
一些地震显示柱子的破坏大多因为横向箍筋间距多大,或者没有1350的弯钩,或者其它设计不当的原因(见图40)。
横向箍筋的末端必须有足够适量延长长度的1350的弯钩,以保证混凝土被约束在横向箍筋内,这个长度由相关的国家标准规定。
弯钩必须嵌入到核心混凝土内,这样在地震晃动作用下弯钩不会被突然打开,以保证核心混凝土的完整性。
如果柱子的任何一边或者箍筋圈过大,那么应该添加一个交叉弯钩以防止箍筋圈向外膨胀(见图41)。
横向箍筋在柱子的两端必须加密,这个加密长度一般由国家的相关标准规定。
图39柱子的箍筋在与垂直钢筋相交出要有1350弯钩(来源:
穆尔蒂2005)
图40破坏的例子:
(a)箍筋间距过大导致垂直钢筋屈曲,印度(来源:
美国地震研究所2001);(b)由于对混凝土的约束不当和大量的纵向钢筋接头导致底层柱子发生严重破坏,印度。
(来源:
贾斯瓦等。
2002)。
(C)典型的罕见的水平90°弯钩,不能约束核心混凝土,印度(应该用135°弯钩来代替)(来源:
贾斯瓦等。
2002。
)
图41额外的交叉关系需要在水平方向间隔布置以约束混凝土不动并防止垂直柱钢筋屈曲(来源:
穆尔蒂2005)
梁柱节点
梁柱节点就是梁和柱子的相交处(见图42a)。
在地震震动过程中,如果不重视节点的设计和构造,那么节点将遭受严重破坏。
地震力导致节点上部钢筋在一个方向被拉,而下部钢筋在相反的方向被拉(见图42b)。
这个地震力由节点区域连接在一起的钢筋和混凝土来抵抗。
当柱子的宽度不够或者节点区的混凝土强度不够,混凝土不能够给钢筋提供足够的裹紧力,这将导致钢筋滑移和失去负载能力。
如果这种相反的“拉—推”力太大而节点区域不能承受的话,节点区可能发生几何变形从而导致斜剪切裂缝的产生(见图42c)。
节点区域的钢筋和混凝土承受着显著的压力,应特别注意这些区域的设计和构造。
如果节点区域不能把力从梁传递到柱子,他们可能以一种脆弱的样式破坏,从而影响整个钢筋混凝土框架的安全(见图43)。
保证梁柱节点设计的两个重要因素是:
(1)钢筋在节点区不能截断;这个适用于内部和外部节点(见图44)。
(2)垂直钢筋在梁柱节点区域必须通过密集封闭的箍筋连接在一起(见图45)。
实验结果表明梁柱节点区约束的混凝土体积越大,抗震性能越好。
在外部接头梁终止于柱子的地方,梁的纵向钢筋要固定在柱子内以保证节点区内钢筋的牢固连接,这通常是通过钢筋的900弯钩来保证(见图46)。
在节点内部,梁筋应连续通过接头。
此外,这些钢筋必须放置在柱钢筋笼内(垂直和横向钢筋组成),且没有弯曲(见图47)。
图42梁柱节点(a)梁和柱子交叉的地方称梁柱节点(b)在强烈地震作用下,推力和拉力使节点受拉和受压,导致在节点发生严重破坏(c)节点的变形导致混凝土破碎和出现斜裂缝(来源:
C.V.R.Murty)
图431985墨西哥市地震中钢筋混凝土梁柱接头的剪切破坏,由于梁筋放在柱截面外边(来源:
美国地震研究所2000)
图44印度的不正确梁柱节点加固详图:
梁柱节点内部梁钢筋不连续;这些钢筋的应该是连续的,给节点区的混凝土提供约束(注意,缺乏梁柱的联系)(来源:
贾斯瓦尔等。
2002)
图45梁柱节点区须有加密箍筋(来源:
穆尔蒂2005)
图46梁柱节点区内梁钢筋的锚固(来源:
穆尔蒂2005)
图47节点加固的重要性表现在将梁钢筋插入柱钢筋笼内(来源:
穆尔蒂2005)
图48。
印尼隔离填充墙的构造柱:
(a)部分高度填充物(b)全高填充物(c)构造柱的细节设计(d)构造柱锚定到梁上的特写,但不能抵抗建筑框架的侧向变形(来源:
穆尔蒂等人。
砌体填充墙
如第二章中的讨论,关于钢筋混凝土框架的砌体填充墙有两种明显的方式,分别是:
•填充墙从框架内分离(必须设计成延性框架)
•填充墙嵌入框架(必须设计成延性框架填充墙)
每一种方式都需要不同的构造措施和砌体填充墙的设计方案,当砌体填充墙与框架结构孤立连接时,有两个简单的方法可以保证从钢筋混凝土框架分离出的砌体填充墙的稳定性:
(1)将大的砌体填充墙面板变成更小的;这个可以通过在垂直/斜/水平方向提供坚硬的木头和轻钢混凝土来完成。
(2)在填充墙的水平和垂直方向等间距的设置钢筋来加固。
在一些国家设计规范(例如,印度尼西亚)的条款中有如何提高分离填充墙的性能且不干扰框架结构的规定,建议使用实用柱子,也就是,柱子的垂直钢筋在小横截面内稍微插入梁端的上部来加固钢筋混凝土柱子,沿墙长和在墙端以规则的间距布置,这一规定如图48所示。
隔离填充墙不是一件容易的事,困难就是难以维持构造柱和框架柱的缺口,并且外边的天气条件不会影响室内建筑。
当砌体填充墙与框架结合在一起时,需要用横向的钢锚(销子)将墙与框架柱连在一起,这些钢锚以规则的间距布置,以确保墙与框架柱之间的传力(见图49)。
当墙面板长度过大时,可以通过设置一个构造柱来提高砌体填充墙的平面外抵抗力。
此外,由实心粘土砖构成的砌体墙是不容易加固。
已经观察到,钢筋易受到腐蚀,扩张膨胀和在砌体墙上产生裂缝。
在一些工程中,不锈钢可以用来避免这个问题。
但是,总的来说,不给填充墙和框架提供足够的连接,它们只是和框架表面平齐而已。
非结构元素
抵抗和传递地震震动产生的力的部分建筑物称为结构元素(如,梁、柱、墙和板),而建筑内容和其它的一些元素被称为非结构元素。
和结构元素一样,非结构元素也要用来抵抗地震效应(诱发力和相对位移),而且,需要足够的连接来将力从非结构元素传递到结构元素(参见图50)。
有些时候,相对位移比非结构元素在力的方面更受关心。
例如,当污水管从一次通到另外一层,它们需要有能力在一定数量的不同层间横向移动并维持功能(见图59b)。
结构体系中非结构元素的安装方式意义重大—通常对结构因素产生不利影响。
例如,填充墙与柱和梁的整体构建通常是作为非结构元素,而不是太多关注他们对建筑的影响。
然而,在现实中,这些墙是结构元素,通常因为柱的侧向运动和改变而破坏。
- 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:
- 土木工程 外文 翻译