[关键词]滑模施工、开口箍筋、承载力、刚度、延性、试验研究、施工方法、烟囱新建
混凝土结构设计和施工相关规范均明确要求框架柱和剪力墙暗柱、端柱的箍筋必须封闭且端部弯钩形式和长度要满足规定要求[1~3]。滑模施工时由于滑模整体提升架的影响,墙柱箍筋不能加工成传统封闭形式而必须开口,即加工成直口“U”形,便于施工时快速从提升架千斤顶下部与操作平台之间约500~600mm高范围内将开口箍筋对插套住受力纵筋再绑扎,来替代闭口箍筋形式。显然,这种做法与规范要求有差别。面对这一现实问题,设计、施工和监理单位等常常无法统一认识。就高层建筑框架和剪力墙结构而言,小墙肢暗柱、边柱的开口与闭口箍筋形式是否存在强度、刚度、延性等指标差别,相差多少,相关规范、规程中无明确规定和解释,《液压滑动模板施工技术规范》GBJ113-87对箍筋施工也未明确说明。笔者进行了“滑模施工暗柱小墙肢剪力墙开闭口箍筋试验分析”,提出一些初步改进方法,并在部分滑模工程实践中得到了应用。
1 试验分析
1•1 试验说明
国外试验研究表明,明暗柱剪力墙边柱有箍筋时抗剪承载力并不比无箍筋时明显提高。但高剪跨比延性剪力墙中,边柱箍筋对防止受压纵筋被压弯和边柱混凝土脱落的作用还是存在的。边柱箍筋的作用体现在能明显提高明暗柱或带翼缘延性剪力墙的抗弯承载力,所以判断开闭口箍筋最大的差别也体现在抗弯承载力上[4]。为此,试验设计制作了3种类型箍筋,即“U”形开口形式、改进“U”形开口形式和闭口形式各1组的暗柱剪力墙构件,每组2榀,
SW1—改进开口箍筋;SW2—闭口箍筋;SW3—开口箍筋
图1 3种箍筋形式
共6榀,通过水平低周反复试验模拟实际结构的受力状态,比较它们在承载力、刚度、延性等性能指标方面的差异,判断滑模施工开口箍筋形式对结构的影响。3种试件箍筋形式如图1所示。
1•2 试验结果与分析
1•2•1 试验性能指标 3种箍筋形式试件试验结果
图2 3组试件的滞回曲线和比较如表1所示。
表1 试件性能指标
1•2•2 分析和结论 3组试件的滞回曲线如图2所示。图3为骨架曲线对比。比较SW1和SW2可以发现:SW1和SW2的滞回环较为接近,说明二者耗能性能和变形稳定性能相似;而SW3的滞回曲线面积比SW2要小,说明耗能性能稍差,且SW3的位移控制加载段3次滞回曲线不同心,有捏缩段,残余变形也比SW1和SW2大,说明其变形稳定性也差。
图3 骨架曲线对比
SW1、SW2、SW3试件骨架曲线开裂前都近似直线段,无明显差别。开裂后,伴随裂缝的发展,试件刚度开始退化,骨架曲线上反映出曲线的斜率减小,其中SW3曲线衰减较快,说明其刚度退化明显,承载力下降快,而SW1、SW2刚度退化则相对较慢;进入屈服阶段后,SW3后期强度衰减明显快于SW2和SW1。由图3可见,SW2、SW1和SW3在δ轴上的投影线段A2A2′最长,A1A1′次之,A3A3′最短,说明SW2延性最好,SW3延性最差[5]。从试验结果明显看出:“U”形开口箍筋试件在承载力、延性、耗能性能及稳定性等方面均低于闭口和改进的开口箍筋形式试件。分析导致性能差别的原因是开口箍筋在边柱混凝土压屈前不能起到应有的约束受压区混凝土和纵筋骨架作用,致使屈服阶段提前;特别是受压区根部混凝土压屈后迅速成块地剥脱,与纵筋骨架不能形成有效刚度,充分发挥构件的抗弯能力,同时由于受压混凝土的剥脱加速了破坏面向墙柱面宽度和高度方向发展和破坏。改进开口箍筋形式因端部带有弯钩,整体性较好,能有效约束边柱抗弯纵筋骨架及受压混凝土,提高了构件的抗弯承载力、刚度和延性。
2 施工改进措施
为有效改善结构墙柱的受力性能,提高剪力墙柱的抗弯性能,确保施工方便可行,箍筋形式可分别采取以下做法。
2•1 端柱、边柱箍筋构造
考虑改进“U”形箍筋套箍方便,当箍筋直径≥10mm和柱筋较粗、密时,采用如图4a所示
柱箍筋形式;当箍筋直径<10mm和柱筋较细、疏时,采用图4b所示箍筋形式。若纵筋较多,要增加开口复箍。套箍方法可以先将箍筋短肢立起斜插到位后扳直绑扎。弯钩不宜大于5d,否则套箍困难。
2•2 墙肢箍筋构造
小墙肢剪力墙水平横向分布筋在柱端锚箍应加强,尤其结构端部“一”形、“L”形小墙肢边角部位锚固箍筋应予以加强,如图4c所示。套箍时同样先将短肢箍立起插入后扳平绑扎。
2•3 结构关键部位补强
剪力墙顶部、底部加强区(如墙柱箍筋加密区)、楼梯间或电梯间的边角部位、山墙和内纵墙的端部等部位,墙柱开口箍筋对插后要分段补施点焊进行局部补强,如图4d所示。除此,在布置爬升千斤顶位置时,结合墙柱平面布置,可在柱两侧墙面安装爬升千斤顶,使部分千斤顶爬杆位置避开边角柱处,这样即可使边角柱的箍筋做成闭口形式。
3 工程应用
江苏省人民银行综合楼(26层框剪)、江苏省烟草公司上海路商住楼(30层剪力墙)滑模施工中采用上述箍筋改进措施取得了良好的效果。经比较,改进箍筋形式与“U”形开口箍筋形式相比,箍筋用量未增加,只是箍筋加工和绑扎效率略有下降,但成型后纵筋骨架稳固性明显提高。需注意的问题是:滑模施工速度要求快,改进后的箍筋绑扎施工效率稍有降低,因此钢筋工劳动量有所增大,所以应配备足够数量钢筋操作工,分类放样加工改进开口箍筋,并进行试套箍,确定正确的箍筋安装绑扎工序,满足施工需要。
4 结语
(1)开口箍筋与闭口箍筋以及改进加强的开口箍筋(开口端头带弯钩)在承载力、刚度、延性等性能指标方面存在差别。开口箍筋形式构件的承载力、刚度、延性等明显低于闭口箍筋形式构件。改进箍筋形式能有效提高承载力等部分性能指标。
(2)如果施工组织措施得当,采用改进形式开口箍筋替代单纯“U”形开口箍筋可以切实提高工程质量,获得良好的施工效果。