论文部分内容阅读
[摘 要]钢结构抱柱梁是一种特殊的建筑形式，本文结合工程实例，对钢结构抱柱梁的设计与应用情况进行了分析，希望可以对设计人员提供一定参考。混凝土抱住梁是一种施工周期比较长的结构形式，其适用范围比较窄，而且对墩柱界面的连接强度也比较弱，建筑施工单位在发展的过程中，研究出了钢结构抱柱梁的新型结构形式，这种结构的受力更加均匀，而且梁宽度比较窄，连接力比较大，这种结构的适用范围比较大，施工的效率也比较高，值得大力推广。
[关键词]钢结构 抱住梁 设计 应用
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0167-01
钢材在建筑市场中比较常见，这种材料是建筑施工中常用的材料之一，对建筑结构的稳定性有着较大影响。我国钢材的产量比较大，这对建筑事业有着极大的推动作用，也带来了较大的发展机遇。钢结构抱柱梁是一种新型的结构形式，其与混凝土抱住梁相比，施工周期大大缩短了，适用范围扩大了，而且施工较为简单，还具有循环利用的特点，可以促进建筑行业的可持续发展。本文对钢结构抱柱梁的设计方法以及应用情况进行了介绍，希望可以优化建筑结构形式，提高建筑结构的稳定性。
一、混凝土抱住梁的缺陷
混凝土抱住梁是建筑工程重要的结构类型，其比较容易受到施工空间的限制，这种结构的梁高宽比较大，一般在0.8-1.2之间，是一种深受弯构件，墩梁连接界面主要是以承受剪力为主，在梁的下缘部位会产生一定拉应力。混凝土抱住梁底部产生的拉应力会对截面工作效率产生较大影响，一般情况下，混凝土抱住梁的的高宽比越大，结构剪力效应越大，梁底部产生的拉应力对结构产生的影响越小。混凝土抱住梁墩梁界面接触面积与摩擦系数成正关系，为了增加界面连接力，设计人员可以通过增加界面接觸面积，或者增加界面摩擦系数实现。增加混凝土抱住梁的高度，可以增加界面承载力，但是梁高宽比不宜过大，否则会造成施工空间不足的问题。混凝土抱住梁在应用的过程中，需要克服其缺点，由于混凝土施工完成后需要做好养护工作，所以，会在一定程度上拖延工期。混凝土钢结构的连接能力比较差，由于结构尺寸比较大，所以，其适用范围会受到较大的限制。混凝土抱住梁的结构比较难拆除，如果施工人员操作不当，还容易对建筑造成损害。混凝土材料无法循环利用，所以，会造成资源浪费等问题，在施工时会产生较大的噪音，还会产生较多的建筑垃圾，对周围环境有着一定影响。
二、钢结构抱柱梁的设计以及应用情况
1、钢结构抱柱梁的优势及特点
本文结合某航道桥梁工程实例，对钢结构抱柱梁的设计进行了分析与介绍，还对钢结构抱柱梁的优势进行了探讨。该桥梁工程中，主桥的重量在4.712×104kN，桥净高为5.35m，跨境设计是36m+60m+36m，跨境的类型主要有两种，一种是分离式上行，另一种是下行双幅桥。这一工程是为航道升级做准备，通过对航道的改造，可以提高航道桥梁工程的应用效果。施工单位将桥柱净高调整为8.35m。与混凝土抱住梁相比，钢结构抱柱梁的优势主要有五点，第一点，钢结构抱柱梁的宽度比较窄，施工操作比较简单，有着比较广泛的应用范围；第二点，钢结构抱柱梁与桥墩接触面的连接力比较大，而且可靠性以及安全性也比较高，可以提高桥梁结构的稳定性。第三点，钢结构抱柱梁可以循环利用，可以经济性比较高，可以提高钢材的利用率，还可以促进建设工程的可持续发展，很好的响应了我国对低碳经济的发展要求。第四点，钢结构抱柱梁在施工时，不会产生较大的噪音以及污染物，所以，对周围环境的影响比较小，具有一定环保意义。第五点，钢结构抱柱梁一般是利用螺栓对预制构件进行连接，这也可以方便对构件的拆卸，所以，施工的周期比较短。通过对比，钢结构抱柱梁各个方面的性能均优于混凝土抱柱梁，所以，钢结构抱柱梁有着良好的发展前景，是未来桥梁工程中主要应用的结构设计类型之一。
2、钢结构抱柱梁的设计
2.1 有限元分析
创建单个钢结构抱柱梁有限元分析模型，各种参数根据《公路桥涵通用设计规范》进行选择，间隔一定距离设置一个千斤顶，千斤顶的最大顶升力为3×105N，千斤顶和临时支承力相同，设计在千斤顶的内侧，钢结构抱柱梁荷载状况如表1所示。钢结构抱柱梁的安全系数相对较高，中心抱柱梁结构在连接板相交位置、中心钢箍、顶板等位置应力相对集中，需要设计加劲肋提高整体的安全性和可靠性。此外，通过采用双向预应力和剪力键的钢结构抱柱梁，能够满足抱柱梁结构应力峰值大于千斤顶托架体系的要求，有效的提高了材料的利用率，显著的缩短了施工周期。
2.2 预制钢结构
钢结构抱柱梁的钢材选择应该根据建筑工程的实际状况，例如建筑高度、施工、结构材料、地基、场地条件、抗震设防烈度、抗震类别等因素，通过综合考虑各个方面的因素，选择相应的钢材。抱柱梁的主要构件通常在工厂预制，然后再施工现场采用螺栓进行拼装形成整体，当桥梁的整体顶升提升改造完成之后，仅需要将拼装螺栓卸下就能够完成结构的拆除。
2.3 分离式结构设计
桥梁结构不同采用桥墩的尺寸也不相同，如果钢结构抱柱梁的桥墩采用整体式结构，这样不仅会降低其使用寿命，同时由于整体式结构为单次使用，不能进行其他桥梁结构的提升改造。因此，该桥梁工程的钢结构抱柱梁采用分离式结构，即直接承受作用反力的千斤顶托架结构和与桥墩相连的中心抱柱梁结构，两种结构相对独立，这两种结构在施工的过程中都采用螺栓进行连接，前者可以循环使用，后者应该根据工程的实际需求进行定制。该工程的钢结构抱柱梁的分离式结构采用在双幅桥的桥墩间无连接的方式，每一个抱柱梁由千斤顶托架和中心抱柱梁组成，千斤顶托架可以进行循环利用，中心抱柱梁和作为千斤顶托架体系的钢箱梁都采用Q345钢材。
三、结语
钢结构抱柱梁是一种新型的结构设计形式，其有着广阔的应用范围，与混凝土抱柱梁相比，钢结构抱柱梁有着较多的优点以及优势，钢结构抱柱梁有着良好的应用空间，而且在桥梁工程中应用比较多，可以提高桥梁结构的稳定性，还可以保证桥梁工程施工的质量。钢结构抱柱梁承受的荷载比较大，这与钢材料的性能有着较大的关系，应用钢结构抱柱梁设计，还具有经济节能性，这主要是因为这些钢材可以重复循环利用，可以有效降低施工的成本，还可以缩短施工周期，保证建筑施工的安全性。钢材的类型很多，性能也有着较大的差异，在选择与应用的过程中，要考虑多方面因素，选择最适合的钢材，这样才能保证钢结构抱住梁得到更好的应用。
参考文献
[1] 吉伯海，徐声亮，袁爱民，周超，郑宏.钢结构抱柱梁的设计与应用研究[J].桥梁建设.2011（04）.
[关键词]钢结构 抱住梁 设计 应用
中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0167-01
钢材在建筑市场中比较常见，这种材料是建筑施工中常用的材料之一，对建筑结构的稳定性有着较大影响。我国钢材的产量比较大，这对建筑事业有着极大的推动作用，也带来了较大的发展机遇。钢结构抱柱梁是一种新型的结构形式，其与混凝土抱住梁相比，施工周期大大缩短了，适用范围扩大了，而且施工较为简单，还具有循环利用的特点，可以促进建筑行业的可持续发展。本文对钢结构抱柱梁的设计方法以及应用情况进行了介绍，希望可以优化建筑结构形式，提高建筑结构的稳定性。
一、混凝土抱住梁的缺陷
混凝土抱住梁是建筑工程重要的结构类型，其比较容易受到施工空间的限制，这种结构的梁高宽比较大，一般在0.8-1.2之间，是一种深受弯构件，墩梁连接界面主要是以承受剪力为主，在梁的下缘部位会产生一定拉应力。混凝土抱住梁底部产生的拉应力会对截面工作效率产生较大影响，一般情况下，混凝土抱住梁的的高宽比越大，结构剪力效应越大，梁底部产生的拉应力对结构产生的影响越小。混凝土抱住梁墩梁界面接触面积与摩擦系数成正关系，为了增加界面连接力，设计人员可以通过增加界面接觸面积，或者增加界面摩擦系数实现。增加混凝土抱住梁的高度，可以增加界面承载力，但是梁高宽比不宜过大，否则会造成施工空间不足的问题。混凝土抱住梁在应用的过程中，需要克服其缺点，由于混凝土施工完成后需要做好养护工作，所以，会在一定程度上拖延工期。混凝土钢结构的连接能力比较差，由于结构尺寸比较大，所以，其适用范围会受到较大的限制。混凝土抱住梁的结构比较难拆除，如果施工人员操作不当，还容易对建筑造成损害。混凝土材料无法循环利用，所以，会造成资源浪费等问题，在施工时会产生较大的噪音，还会产生较多的建筑垃圾，对周围环境有着一定影响。
二、钢结构抱柱梁的设计以及应用情况
1、钢结构抱柱梁的优势及特点
本文结合某航道桥梁工程实例，对钢结构抱柱梁的设计进行了分析与介绍，还对钢结构抱柱梁的优势进行了探讨。该桥梁工程中，主桥的重量在4.712×104kN，桥净高为5.35m，跨境设计是36m+60m+36m，跨境的类型主要有两种，一种是分离式上行，另一种是下行双幅桥。这一工程是为航道升级做准备，通过对航道的改造，可以提高航道桥梁工程的应用效果。施工单位将桥柱净高调整为8.35m。与混凝土抱住梁相比，钢结构抱柱梁的优势主要有五点，第一点，钢结构抱柱梁的宽度比较窄，施工操作比较简单，有着比较广泛的应用范围；第二点，钢结构抱柱梁与桥墩接触面的连接力比较大，而且可靠性以及安全性也比较高，可以提高桥梁结构的稳定性。第三点，钢结构抱柱梁可以循环利用，可以经济性比较高，可以提高钢材的利用率，还可以促进建设工程的可持续发展，很好的响应了我国对低碳经济的发展要求。第四点，钢结构抱柱梁在施工时，不会产生较大的噪音以及污染物，所以，对周围环境的影响比较小，具有一定环保意义。第五点，钢结构抱柱梁一般是利用螺栓对预制构件进行连接，这也可以方便对构件的拆卸，所以，施工的周期比较短。通过对比，钢结构抱柱梁各个方面的性能均优于混凝土抱柱梁，所以，钢结构抱柱梁有着良好的发展前景，是未来桥梁工程中主要应用的结构设计类型之一。
2、钢结构抱柱梁的设计
2.1 有限元分析
创建单个钢结构抱柱梁有限元分析模型，各种参数根据《公路桥涵通用设计规范》进行选择，间隔一定距离设置一个千斤顶，千斤顶的最大顶升力为3×105N，千斤顶和临时支承力相同，设计在千斤顶的内侧，钢结构抱柱梁荷载状况如表1所示。钢结构抱柱梁的安全系数相对较高，中心抱柱梁结构在连接板相交位置、中心钢箍、顶板等位置应力相对集中，需要设计加劲肋提高整体的安全性和可靠性。此外，通过采用双向预应力和剪力键的钢结构抱柱梁，能够满足抱柱梁结构应力峰值大于千斤顶托架体系的要求，有效的提高了材料的利用率，显著的缩短了施工周期。
2.2 预制钢结构
钢结构抱柱梁的钢材选择应该根据建筑工程的实际状况，例如建筑高度、施工、结构材料、地基、场地条件、抗震设防烈度、抗震类别等因素，通过综合考虑各个方面的因素，选择相应的钢材。抱柱梁的主要构件通常在工厂预制，然后再施工现场采用螺栓进行拼装形成整体，当桥梁的整体顶升提升改造完成之后，仅需要将拼装螺栓卸下就能够完成结构的拆除。
2.3 分离式结构设计
桥梁结构不同采用桥墩的尺寸也不相同，如果钢结构抱柱梁的桥墩采用整体式结构，这样不仅会降低其使用寿命，同时由于整体式结构为单次使用，不能进行其他桥梁结构的提升改造。因此，该桥梁工程的钢结构抱柱梁采用分离式结构，即直接承受作用反力的千斤顶托架结构和与桥墩相连的中心抱柱梁结构，两种结构相对独立，这两种结构在施工的过程中都采用螺栓进行连接，前者可以循环使用，后者应该根据工程的实际需求进行定制。该工程的钢结构抱柱梁的分离式结构采用在双幅桥的桥墩间无连接的方式，每一个抱柱梁由千斤顶托架和中心抱柱梁组成，千斤顶托架可以进行循环利用，中心抱柱梁和作为千斤顶托架体系的钢箱梁都采用Q345钢材。
三、结语
钢结构抱柱梁是一种新型的结构设计形式，其有着广阔的应用范围，与混凝土抱柱梁相比，钢结构抱柱梁有着较多的优点以及优势，钢结构抱柱梁有着良好的应用空间，而且在桥梁工程中应用比较多，可以提高桥梁结构的稳定性，还可以保证桥梁工程施工的质量。钢结构抱柱梁承受的荷载比较大，这与钢材料的性能有着较大的关系，应用钢结构抱柱梁设计，还具有经济节能性，这主要是因为这些钢材可以重复循环利用，可以有效降低施工的成本，还可以缩短施工周期，保证建筑施工的安全性。钢材的类型很多，性能也有着较大的差异，在选择与应用的过程中，要考虑多方面因素，选择最适合的钢材，这样才能保证钢结构抱住梁得到更好的应用。
参考文献
[1] 吉伯海，徐声亮，袁爱民，周超，郑宏.钢结构抱柱梁的设计与应用研究[J].桥梁建设.2011（04）.