既有建筑地下增层托换梁受剪试验研究

发布时间：2020-07-07 20:05

【摘要】：随着我国城镇化进程不断推进,许多既有建筑物因缺少地下停车场等设施,其使用功能上的缺陷日益凸显出来,既有建筑地下空间的开发和利用越来越引起人们的重视。既有建筑地下增层的关键技术是基础托换,其中托换桩的设置方式又分为在上部竖向构件两侧设置和在竖向构件中间位置设置。对于托换桩设置在中间位置,因上部结构荷载通过竖向构件施加在托换梁上,对该梁受剪能力提出了很高的要求;在地下增层基础托换时,由于上部既有建筑框架柱的存在,框架柱与托换梁的梁柱节点连接采用对框架柱进行四面包裹式双梁托换施工,以此保证托换过程的顺利完成。本文以淮阴某大厦地下增层为工程背景,采用原竖向构件中间设置托换桩的托换方式,通过Midas gen对普通钢筋混凝土托换梁、型钢混凝土托换梁和型钢混凝土托换梁兼作支护结构水平支撑,3种方案进行对比分析,研究其托换梁的受力机理、位移变形并进行设计优化。结果表明:(1)托换梁跨中位置承受上部较大荷载,为主受剪近似深受弯构件的双梁结构。(2)托换梁采用型钢混凝土托换梁,梁高从1.4 m减小为1.0 m,获得更大的净空,其自重与内力也相应减少。(3)型钢混凝土托换梁兼作支护结构水平支撑后进一步减少了托换梁箍筋。为进一步研究托换梁受剪机理,开展了1:2的大比例托换梁模型对比试验研究。针对不同工况(截面形式、配筋、单梁或双梁、内置H型钢)设计了共6个托换梁试件,通过对试件破坏过程、荷载-挠度曲线与荷载-应变曲线分析得出以下结论:(1)仅改变截面形式时,单梁截面与双梁截面相比,极限荷载大致相同,但双梁截面略高于单梁截面。(2)内置H型钢的钢筋混凝土托换梁与钢筋混凝土托换梁相比,内置H型钢可提高其斜截面受剪承载力,同时可提高构件延性,延缓脆性破坏。(3)托换梁的剪力主要由支座与加载点连线中点处的箍筋与型钢承担,试验梁最终破坏形态近似“拱”形。基于试验结果以及结合相关规范,采用桁架-拱计算模型,建立了该种托换方式下内置H型钢的钢筋混凝土托换梁斜截面受剪承载力公式,公式计算值与试验值误差不大,对今后的工程实践具有指导作用。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU93
【图文】：

（a）上部竖向构件两侧设置 （b）上部竖向构件中间位置设置图 1.1 既有建筑地下增层桩基托换的两种形式地下增层基础托换时，由于上部既有建筑框架柱的存在，施工顺序与传统的自下而上施工顺序不同，单梁托换无法实现该技术问题。因此框架柱与托换梁的梁柱节点连接采用对框架柱进行四面包裹式施工[10-11]，即在框架柱表面进行凿毛植筋后在框架柱四面设置连系梁与双梁的托换梁，上部既有建筑荷载通过已有框架柱传递给双梁的托换梁（以下简称“双梁”），以此保证托换过程的顺利完成。托换桩在上部竖向构件两侧设置的墙柱下托换，对既有建筑与周围建筑影响小，对原既有建筑独立基础损伤小，可在原既有建筑基础上进行施工改造，但为了减少新增托换桩的占地面积，桩应尽可能靠近上部竖向构件，这对托换桩的施工提出了较高的要求。从受力机理上，该方式在确保新旧结合面承载基础上，承台的抗冲切验算是需要主要考虑的因素。

（a）上部竖向构件两侧设置 （b）上部竖向构件中间位置设置图 1.1 既有建筑地下增层桩基托换的两种形式地下增层基础托换时，由于上部既有建筑框架柱的存在，施工顺序与传统的自工顺序不同，单梁托换无法实现该技术问题。因此框架柱与托换梁的梁柱节点对框架柱进行四面包裹式施工[10-11]，即在框架柱表面进行凿毛植筋后在框架柱连系梁与双梁的托换梁，上部既有建筑荷载通过已有框架柱传递给双梁的托换称“双梁”），以此保证托换过程的顺利完成。托换桩在上部竖向构件两侧设置的墙柱下托换，对既有建筑与周围建筑影响小有建筑独立基础损伤小，可在原既有建筑基础上进行施工改造，但为了减少新的占地面积，桩应尽可能靠近上部竖向构件，这对托换桩的施工提出了较高的力机理上，该方式在确保新旧结合面承载基础上，承台的抗冲切验算是需要主因素。

（a）双梁托换梁施工前 （b）双梁托换梁施工后图 1.3 托换节点立面图竖向构件中间位置设置托换桩的墙柱间托换方式，其施工方便且占地面积小托换梁跨中需要承担上部竖向构件传递的较大的集中荷载。采用该墙柱间托换梁为主受剪近似深受弯构件的双梁结构[12]，采用钢筋混凝土托换梁梁高过大，导致地下室净高减小，无法充分利用待开发地下空间，因此提出型钢混）[13]托换梁减小梁高用于地下增层，以优化该托换方式。因上部结构荷载通施加在托换梁上，对该梁受弯和受剪能力提出了很高的要求[14]。本文以该托梁的受弯和受剪性能为主要研究对象，以淮阴某大厦为例，通过 Midas 软件普通钢筋混凝土梁、型钢混凝土（SRC）梁和兼做支撑混凝土梁的受力性能优化方案，同时对梁的受剪性能开展了试验研究，为该类托换梁的设计提供外研究现状有建筑地下增层的相关工程实践

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本文编号：2745548