混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

混凝土结构抗力的基本原理与统计调查（共5篇）

篇1：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

荷载与结构设计方法project.4

——混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 1 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

摘要：建筑结构概率极限状态设计法是以可靠指标β作为衡量结构可靠度的标准。为准确把握当前混凝土结构的可靠度水平, 对影响结构可靠度的基本随机变量进行了调查统计分析。为了确定结构的可靠指标值，需要研究结构抗力的统计参数；根据混凝土结构的特点，提出了混凝土结构抗力的非平稳随机过程模型，并建立了预测抗力平均值和标准差的数学模型。

1.引言

结构在长期使用过程中，由于材料老化、不利环境(如高温、高湿、粉尘及腐蚀介质等)影响、管理使用不当等, 必将造成结构某种程度的损伤, 这种损伤积累将导致结构承载力下降,耐久性能降低。为预测若干年后结构的抗力水平, 则必须建立随时间变化的抗力评价模型。为了研究混凝土抗力的作用原理与建立随时间变化的模型，选取了自2003年1月至2004年12月期间,对西安地区近两年建造的373栋住宅结构进行的抗力的调查数据,取得了一批混凝土强度以及各类钢筋混凝土构件主要几何尺寸的实测数据。应用概率统计方法对钢筋和混凝土强度以及截面尺寸等几何参数进行统计分析, 在抗力基本参数经时变化分析基础上, 进一步考虑构件抗力的不定性, 给出钢筋和混凝土强度以及构件尺寸特征的统计参数与概率分布模型。

2.混凝土结构抗力的基本原理

在我国现行规范中，常用极限状态来衡量结构是否可靠，并将极限状态方程中的基本变量表达为结构抗力R和荷载效应S两个综合基本变量，这种极限状态常用建筑结构的功能函数来表达，即

g(R,S)RS0

式中： R—结构的抗力

S—结构的荷载效应

在设计及评定建筑结构时，按可靠度来控制。在规定的条件下，完成预定功能的概率，称为结构的可 靠度。若仍仅用结构抗力R和荷载效应S两个综合基本变量且均按正态分布时，结构构件的可靠指标可按下式计算。

式中：

RS2R2S

—结构构件的可靠指标

S、S—结构构件作用效应的平均值和标准差 R、R—结构构件抗力的平均值和标准差

这样比较好地考虑了S五种主要的随机因素，即荷载、荷载效应、材料强度、施工误差和抗力分析，在运用概率理论处理结构可靠度问题上已达到了水准的水平，即将荷载效应和抗力的有关基本变量均视为随机变量，并运用一次二阶矩的方法建立二者的联合分布和可靠度的概率卷积。这本是一种严格的概率方法，但在分析中却忽略了基本变量随时间变化的关系，即忽视了基本变量的时变性，从而导致现行结构可靠度的评定方Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 2 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

法是一种近似概率方法，据此求得的结构可靠度也是静态可靠度。单就钢筋混凝土结构而言，在使用早期，可靠度一般比设计值有所提高，这是因为在此期间混凝土强度有较大幅度的提高，但钢筋混凝土存在耐久性问题，即其性能会随时间发生退化，使结构的强度、刚度、可靠度降低。同时，由于结构刚度的变化对结构的动力性能生直接影响，从而使结构的动力荷载效应发生变化，并二次影响到结构可靠度。

材料强度和几何尺寸是影响结构构件抗力的两个重要因素，也是结构设计中最重要、最复杂的两个参数。影响混凝土结构抗力的因素包括很多方面，一般可归纳为三类，即环境因素、自身因素和受荷因素。环境因素常见的有混凝土的碳化，钢筋的锈蚀，侵蚀性气体、液体的腐蚀以及温度变化的影响；自身因素主要是指混凝土及钢筋强度随时间的衰减、碱集料反应、混凝土的收缩与徐变；受荷因素主要是指高应力幅度、疲劳损伤等。

3.混凝土结构抗力的概率模型

1、混凝土结构抗力的不定性

混凝土结构抗力的不定性仍可分为计算模式不定性、材料性能不定性和几何参数不定性。计算模式不定性主要是抗力评价所采用的基本假定等引起的变异性, 如损伤构件平截面假定、混凝土与钢筋之间的粘结力假定等；材料性能不定性和几何参数不定性主要指耐久性损伤的各种变异性, 如锈蚀钢筋的力学性能、混凝土抗压强度、混凝土碳化、钢筋锈蚀截面损失、混凝土保护层剥落等。

2、混凝土结构抗力的随机过程模型

在结构设计时, 采用随机变量作为抗力的概率模型, 并认为抗力服从对数正态分布。由于服役结构的抗力随服役时间变化, 因此采用非平稳随机过程模型描述服役构件的抗力, 并假定服役构件的抗力仍服从对数正态分布。

任意时刻t抗力R(t)的概率密度函数可以表示为

lnrRt2fR(r,t)exp 22R2Rtr1式中Rt和Rt为参数, 由抗力R(t)的平均值R(t)和标准差R(t)确定。

由此可见, 建立抗力概率模型的关键是确定抗力的平均值函数和标准差函数。

3、服役构件抗力统计参数

考虑计算模式不定性, 服役构件抗力可以表示为

R(t)KPRP(t)

式中 KP是计算模式不定性随机变量;R(t)是抗力随机过程;RP(t)是计算抗力。

抗力平均值函数和标准差函数可以表示为

R(t)=K·R(t)

PPR(t)=R(t)·R(t)

22R(t)=K+(t)PRP式中 KP、KP分别为随机变量KP的平均值和变异系数；RP(t)、KP(t)分别为计算抗力RP(t)的平均值函数和变异函数。

24.混凝土结构强度的统计数据

Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 3 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

1、调查概况：对某地区近两年使用的钢材和混凝土强度进行了大量的调查与实测

（1）混凝土。调查了西安建筑科技大学建筑材料实验室测试的123个工程和陕西航天建筑工程公司施工的85个工程的立方体抗压强度，设计强度等级在C15-C60之间；为了解实际建成结构中混凝土的强度与施工预留试块强度的差异，对陕西航天建筑工程公司施工的7个工程(龄期在30d至60d期间)采用钻芯法测试了实际构件(包括梁、板、柱、墙)的混凝土强度(设计强度等级在C25-C35之间)。

（2）钢筋。调查了陕西航天建筑工程公司施工的158个工程的钢筋屈服强度，钢筋直径在615mm~ 48mm 之间，生产厂家包括首钢、鞍钢和武钢等国内几家大型的钢铁集团公司。

2、调查结果与统计分析

（1）混凝土。本次调查测试取得了混凝土立方体强度数据14562组，芯样强度数据98 个。各混凝土强度等级的统计分析结果如下表所示。

混凝土强度调查统计分析结果

对各强度等级的混凝土立方体强度的子样数据分别进行统计检验, 均能较好的符合正态分布。下图为本次调查的124个工程(设计强度等级为C30)的混凝土立方体强度的直方图, 图中曲线为相应的正态分布曲线.由此可见, 工程上可用正态分布作为混凝土强度的概率分布模型.为分析施工水平对混凝土强度的影响。

混凝土立方体抗压强度直方图

调查了5家建筑公司施工的混凝土强度。从5家建筑公司实测了设计强度等级C30的混凝土强度。结果如下表所示

Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 4 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

钢筋屈服强度表

从上表可以看出，施工单位的不同对混凝土强度的影响较大，虽然平均值都超过了30MPa，但变异较大，有些甚至达不到设计要求。

（2）钢筋。本次调查测试取得了钢筋屈服强度数据5236组。各钢筋种类的统计分析结果如下表所示。

钢筋屈服强度表

对三种类型的钢筋强度分别进行统计检验,较好服从正态分布。下图为本次测试的HPB235钢筋的强度分布直方图，图中曲线为相应的正态分布曲线.由此可见，工程上可用正态分布作为钢筋屈服强度的概率分布模型。

Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 5 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

钢筋屈服强度直方图

5.混凝土结构强度的代表值与抗力系数

（1）强度标准值：为保证设计时材料强度取值的可靠性，一般对同一等级的材料，取具有一定保证率的强度值作为该等级强度的标准值。《规范》规定材料强度的标准值fk应具有不小于95%的保证率, 即

fm：材料强度平均值

：变异系数，C40级以下混凝土，=0.12；对C60级=0.10；对C80级，=0.08。

混凝土立方体强度标准值fcu,k即为混凝土强度等级fcu。《规范》采用如下的折减系数：实际结构与实验室差别的折减系数k1，取k10.88。混凝土脆性折减系数k2，对C40及其以下的混凝土取k20.8，对C80取k20.87，中间线性插值。因此，混凝土轴心抗压强度标准值为fck：

Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 6 Project #4of Loads and Structural Design Methods

Autumn, 2012

混凝土轴心抗拉强度标准值ftk为：

（2）强度设计值：为保证结构或构件设计安全性，《规范》进一步引入材料强度分项系数对材料强度标准值进行折减，折减后的强度指标称为材料强度设计值，即

c—混凝土材料分项系数，取1.4 s—钢筋材料分项系数，取1.1

6.结论

对于混凝土结构，钢筋的屈服强度和混凝土的抗压强度为主要强度指标，如果是大体积混凝还需要多轴强度，结构的基本强度必须通过实验获得，如混凝土的立方体抗压强度、钢筋的屈服强度，结构的强度可通过基本强度算出。由于土木结构形式的多种多样，材料性能一般是非线性的，而混凝土结构概率模型基本服从对数正态分布。根据大量施工经验，应加强混凝土强度的施工控制。提出更有效地控制钢筋保护层厚度和箍筋间距等隐性参数的技术措施。以提高钢筋混凝土结构构件的强度。

7.说明（团队的作用、个人的贡献）

在这次对混凝土结构抗力调查分析中，我们利用网络和图书馆查阅了大量的资料，并进行了讨论。我们了解了混凝土结构抗力的作用原理后通过对统计数据的分析及查阅相关资料得到了混凝土结构抗力的概率模型，并进行了相关分析讨论，并得出最终结论。人员具体分工如下：

Xx:通过分析数据查阅资料得到混凝土结构抗力的概率模型并进行分析整理。Xx:对混凝土结构抗力的基本原理进行了解，并整理论文格式。Xx:对查阅的资料进行总结并得出结论供大家讨论。Xx:通过图书馆网站查阅相关资料，分析概率模型。

Xx:查阅资料搜集混凝土结构抗力的统计数据并进行整理分析。

8.参考文献

[1] 牛荻涛,王庆霖,董振平.服役结构抗力的概率模型及其统计参数.西安:西安建筑科技大学学报,1997 [2] 胡晓鹏,牛荻涛,薛国辉.住宅结构抗力的调查与统计分析.哈尔滨:哈尔滨工业大学学报,2008 [3] 张轶鹏,仇月冬.现有钢筋混凝土结构抗力评定方法.有点专用建筑，2001.Projects of Undergraduate Course “Loads and Structural Design Methods”

Page 7

篇2：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

剪力墙结构是指纵横向主要承重构件全部为结构墙的结构。当墙体处于建筑物中合适的位置时, 他们能形成一种有效抵抗水平作用的结构体系, 同时, 又能起到对空间的分割作用。近年来, 由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供应紧张, 高层住宅的建造成为众多开发商的首选, 推动了剪力墙结构的广泛应用。

1 内力的计算方法

1.1 地震作用

双肢剪力墙是多自由度超静定平面结构。对于多自由度弹性体系的水平地震作用一般采用底部剪力法和振型分解法求得。对于高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构, 以及近似于单质点体系的结构可采用底部剪力法。但双肢剪力墙的变形以弯曲变形为主, 根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002中3.3.4的规定:高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。所以在本文中计算地震作用时采用振型分解法。

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中规定, 采用振型分解反应谱法时, 不进行扭转耦联计算的结构, 按下列规定计算其地震作用和作用效应:

(1) 结构j振型i质点的水平地震作用标准值为。式中Fji为j振型i质点的水平地震作用标准值;αj为相当于j振型自振周期的地震影响系数;Xji为j振型i质点的水平相对位移;γj为j振型的参与系数。

(2) 水平地震作用效应 (弯矩、剪力、轴力和变形) , 应按下式确定:, 式中, SEk为水平地震作用标准值的效应;Sj为j振型水平地震作用标准值的效用, 可只取2-3个振型, 当基本自振周期大于1.5s或房屋高宽比大于5时, 振型个数应适当增加。

1.2 双肢剪力墙的内力计算

文献[1]中总结了双肢剪力墙内力计算的方法。

1.3 内力的最不利组合

剪力墙为偏心受力构件, 取每层的底部和顶部作为控制截面;连梁主要承受水平荷载产生的内力, 一般取梁端截面为控制截面。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002中5.6节中的规定, 高层双肢剪力墙应以下列方法组合:

(1) 无地震作用效应组合时, 荷载效应组合的设计值为S=γGSGk+ψQγQSQk+ψWγWSWk。

(2) 有地震作用效应组合时, 荷载效应和地震作用效应组合的设计值为S=γGSGE+γEhkSEhk+γRvSRvk+ψWγWSWk。

论文中涉及到的内力组合有以下三种, 由此三种组合中可得到最不利内力组合:

(1) 无地震作用活荷载中楼面活荷载起主导作用时S=1.2SGk+1.0×1.4×SQk。

(2) 无地震作用永久荷载起主导作用时S=1.35SGk+0.7×1.4×SQk。

(3) 有地震作用时S=1.2SGE+1.3SEhk=1.2× (SGk+0.5SQk) +1.3SEhk。

2 荷载的统计特征

对于结构荷载, 国内外采用两种概率模型。对于恒载这样与时间无关的永久荷载, 采用随机变量模型;对于楼面活荷载、风荷载、雪荷载这样与时间参数有关的可变荷载, 则采用随机过程模型。我国目前将各种可变荷载的模型统一取平稳二项随机模型。

根据办公楼、住宅楼面活荷载的特点, 可将活荷载分为持久性楼面活荷载和临时性楼面活荷载。持久性活荷载是指在设计基准期内任何时刻都存在, 出现概率p=1的活荷载;临时性活荷载是指在设计基准期内频繁出现且持续时间较短的活荷载。通过统计分析, 持久性活荷载任意时点服从极值Ⅰ型分布。临时性活荷载, 可认定在10年内也服从极值Ⅰ型分布。在设计基准使用期内, 按《建筑结构可靠度设计统一标准》的荷载组合原则, 楼面活荷载考虑以下两种组合方式:

第一种, 是持久性活荷载在设计基准期内的最大值与临时性活荷载的任意时点分布值的组合, 即LT1=LiT+LrS。

第二种, 是持久性活荷载的任意时点分布值与临时性活荷载在设计基准期内的最大值的组合, 即LT2=LiS+LrT。

以上两式中Li表示楼面持久性活荷载, Lr表示楼面临时活荷载, 加足标T表示设计基准期内的最大值, 活荷载的任意时点分布加足标S。

根据目前研究的成果, 地震烈度的概率函数服从极值Ⅲ型分布。建议50年基准期内, 结构基地剪力的概率分布服从极值Ⅱ型分布。

3 抗力的统计特征

结构构件的抗力是指结构构件抵抗外加作用和变形的能力。影响结构构件抗力不定性的因素主要有三方面:

3.1 结构构件材料性能的不确定性

材料性能是指材料的强度、刚度、弹性模量、屈服比等物理力学性能。由于材料质量、加工工艺、外界环境、尺寸等因素引起的结构构件中材料性能的变异性, 称之为结构构件的材料性能不确定性。在实际的结构工程中, 对于构件的材料性能, 要考虑到材料实际性能与标准试件材料的差异。

3.2 结构构件几何参数的不定性

结构构件的几何参数是指构件的截面几何特征, 其不确定性产生的原因可以归结为两类: (1) 初始偏差 (放线、制造、生产等) 引起的不确定性, 与时间变化无关; (2) 由荷载作用、物理化学等作用引起的不确定性, 与时间变化有关。所以对几何参数不确定性的考虑是必不可少的。

3.3 结构构件计算模式的不定性

结构抗力的计算公式是通过理论分析和总结以往经验的基础上不断总结得来的, 其精确度有待考量, 所以需要考虑在抗力计算中由基本假定的近似性公式的不精确性引起的误差。

为了简化确定抗力的统计参数, 抗力的各种影响因素都可当做与时间无关的随机变量来考虑。直接统计各种结构构件的抗力仍存在困难, 目前的做法是先确定各影响抗力的因素的统计特征参数, 然后根据抗力与各因素之间的函数关系, 运用统计参数运算方法, 即误差传递公式求出结构构件抗力的统计参数。由于结构构件抗力R一般都是多个随机变量的函数, 其概率分布往往是偏态, 一般假定抗力R服从对数正态分布, 其统计参数μ和σ按误差传递公式求出。

4 结束语

总之, 纵观近年来国内外对联肢剪力墙的大量实验研究, 联肢剪力墙在洞口间连梁和墙肢底部处容易破坏。墙肢底部破坏表现为, 纵向受拉钢筋屈服, 墙肢受压区混凝土压碎。连梁的破坏形态有斜拉破坏、斜压破坏、剪切-滑移破坏以及弯剪破坏。若能在保证墙肢不破坏的前提下, 增加连梁的塑性转动能力, 能使剪力墙获得较大的塑性变形能力。因此, 设计具有适当强度、刚度和良好变形性能连梁的联肢剪力墙对改善结构体系的抗震性能, 提高抗震能力至关重要。

参考文献

[1]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1990.

[2]王刚, 王琼梅.双肢剪力墙中连梁延性的研究[J].四川建筑科学研究, 2007, 33 (6) :41-44.

[3]贡金鑫, 赵国藩.相关荷载效应组合及结构可靠度计算[J].工程力学, 2001, 18 (4) :1-6.

[4]史庆轩, 梁兴文.高层建筑结构[M].北京:北京科学出版社, 2004.

篇3：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

1、特高压变压器结构特点

特高压变压器与常规变压器相比，在结构上具有其特殊性，变压器采用中性点变磁通调压，设置补偿绕组限制因分接位置变化引起的低压电压波动。总体外部结构采用独立外置调压变方式，即变压器主体与调压补偿变分箱布置。这是由于它的“电压高、容量大”等因素所致。以特高压电网常用的ODFPS-1000000/1000单相自耦三绕组变压器为例，在设计方案上采用了以下方式：采用了中性点调压方式，同时保证其高可靠性；自耦变中性点调压为变磁通调压，低压电压将随开关分接位置变化发生较大波动，因此设置了补偿绕组，将补偿绕组串入低压绕组，以达到限制低压电压的波动目的。将调压部分和补偿部分独立出来，将主体变压器与调压补偿变压器分离，同时，将主体变设计成多柱并联结构，减小变压器的运输尺寸，以符合现有的运输条件。

2、特高壓变压器组成介绍

2.1主体铁芯的结构型式和特点：1）主体铁芯采用单相五柱式结构，三心柱套线圈。2）铁芯采用日本进口高导磁、低损耗优质晶粒取向冷轧硅钢片叠积，全斜接缝。采用进口的剪切设备和引进技术的叠装设备来进行铁芯制造，保证铁芯的剪切和叠积质量。3）铁芯内设置多个绝缘油道，保证铁芯的有效散热。铁芯小级片和拉板均开有隔磁槽，防止铁芯过热。4）采取拉板、板式夹件、钢拉带、垫脚、上梁等组成的框架式夹紧结构，铁芯拉板、夹件及垫脚等均经过优化计算，以保证产品铁芯夹紧、器身起吊、压紧及短路状态下的机械强度。5）铁芯柱用粘带绑扎机绑扎，以保证足够的拉力，台阶处用圆棍撑紧，保证铁芯的圆度和紧度。6）在夹件上设置了漏磁屏蔽措施，控制产品漏磁及损耗，防止局部过热。7）铁芯及夹件均与油箱可靠绝缘，各自利用接线片引至外部，并引下接地。

2.2调压补偿变工作原理和结构型式：2.2.1调压补偿变的工作原理。变压器分为主体和调压变两部分（见图1产品接线图）。主体和调压变连接组合后可以作为一台完整的变压器使用，主体为采用单相五柱铁芯，其中三心柱套线圈，每柱1/3容量，高、中、低压线圈全部并联。主体油箱外设调压补偿变，内有调压和补偿双器身，设置正反调无载分接开关。调压线圈通过主体低压线圈励磁调压，并连接调压开关。补偿激磁线圈首末端分别与开关K点及引出端连接，其电压和极性随开关调压位置的变化而变化，并通过电磁耦合带动与主体低压线圈串联的低压补偿线圈的变化，从而实现低压电压的补偿，使低压输出电压偏差控制在1%以内。产品的低压和中性点利用主体和调压变两部分各自的套管通过外部分裂导线连在一起，并通过调压补偿变相应套管连接到线路。2.2.2调压补偿变主要结构。①调压和补偿变铁芯均为两柱、口字型铁芯，采用进口高导磁、低损耗优质晶粒取向冷轧硅钢片叠积，全斜接缝。②调压变采用两心柱套线圈的结构。激磁线圈两柱并联，为内屏连续式结构，采用组合导线绕制；调压线圈两柱并联，为螺旋式结构，采用自粘换位导线绕制。补偿变采用单柱套线圈的结构，低压补偿线圈为螺旋式结构，采用自粘换位导线绕制；补偿激磁线圈为连续式结构，采用自粘换位导线绕制。③调压补偿变为自然油循环冷却的散热方式，冷却装置采用片式散热器，箱采用平板筒式结构，可以承受真空133Pa、正压0.1MPa的强度试验。

3、1000kV变压器技术参数

从基本设计原理上来说，1000kV主变压器与常规500kV主变压器并无差别，都是利用电磁耦合原理进行电能传输。但由于本次工程所采用的1000kV主变压器的工作和试验电压极高，容量超大，同时基于1000kV特高压工程的重要影响和意义，1000kV主变压器与常规500kV自耦变压器在一些主要技术参数和结构上还是有一定的差别的。主要体现在：

3.1绝缘耐受强度。1000kV主变压器的工作和试验电压比常规500kV自耦变压器都提高了接近一倍，因此必须采用加强的绝缘覆盖和更大的绝缘距离，同时采用优质的绝缘材料，保证产品的电气性能和安全运行。

3.2调压方式及范围的选择。常规500kV自耦变压器大都采取中压线端调压，调压引线和开关的电压水平为220kV。而1000kV主变压器的中压线端为500kV，如果采用中压线端调压，调压和开关的电压水平将为500kV，这样不仅给产品的设计、制造造成极大困难，更对产品的安全运行不利。因此，1000kV主变压器采用了中压末端，也即中性点调压的调压方式。但自耦变压器的高、中压为公用中性点，采用中性点调压时，各分接位置的匝电势和铁芯磁通密度将发生变化，也就是变磁通调压。如果不采取措施，其低压输出电压也将随分接位置的变化而变化。所以，国内自耦变压器一般不采用中性点调压的方式。

3.3低压补偿。如上所述，1000kV主变压器采取了中性点变磁通调压的调压方式，如果不采取措施，其低压输出电压将随分接位置的变化而变化。经计算，其变化率最大将超过±5%，这是系统运行所不允许的，为了控制这种变化，我们设计了补偿绕组来补偿低压电压，使低压输出电压偏差控制在1%以内。

3.4分箱结构。常规500kV自耦变压器都为一体式结构，而1000kV主变压器采用了主体和调压变分箱的结构。采用这种结构一方面是为了简化1000kV主体的结构，提高1000kV主体的安全性，另一方面是为了系统的长远考虑，在需要将无载调压改造为有载调压时，可仅对调压变进行改造，而主体可以在改造过程中单独继续运行，提高改造的灵活性。

3.5主体铁芯及器身结构。常规单相500kV自耦变压器大都采用单相三柱铁芯，单柱或两柱套线圈的结构。但1000kV主变压器由于容量超大，如果采用单柱套线圈的结构，其温升和过热问题都难以解决。因此，1000kV主变压器应采取单相四柱或单相五柱铁芯，两柱或三柱套线圈的结构。本次工程的1000kV主变压器就采用了单相五柱铁芯，三柱套线圈的结构。

3.6试验。1000kV主变压器由于电压高、容量大，同时为中性点变磁通调压，且采用了分箱结构，其试验方案、试验项目及设备需求与常规产品有所不同。我公司的试验方案是在多次讨论、评审的基础上制定的，并经过国网专家组的评审。

（作者单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司）

作者简介

王超（1986），性别：男，籍贯：河南省洛阳市新安县，工作单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，学历：本科，职称：助理工程师.

篇4：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的, 其力学特点是应力应变量完全线弹性, 不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布, 是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。

1 碳纤维布结构加固技术简介

碳纤维增强聚合物是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点:a、强度高 (强度约为普通钢材的10倍) , 效果好;b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;c、自重轻 (约200g/m2) , 基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好, 易于裁剪, 适用范围广;d、施工简便 (不需大型施工机构及周转材料) , 易于操作, 经济性好;e、施工工期短 (本工程实例仅用一周) ;因此, 碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。

碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补, 如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构, 要求基层混凝土的强度等级不低于c15即可;另外, 砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。

2 碳纤维布加固的原理。

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能, 其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍;但是, 碳纤维材料织成碳纤维布后, 其中的各碳纤维丝很难完全共同工作, 在承受较低的荷载时, 一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态, 以此类推, 各碳纤维丝逐渐断裂, 直至整体破坏。而使用粘结剂后, 各碳纤维丝能很好地共同工作, 大大提高碳纤维布的抗拉强度, 故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作, 因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用, 它既要确保各碳纤维丝共同工作, 同时又确保碳纤维布与结构共同工作, 从而达到加固的目的。

3 碳纤维加固补强的施工技术

3.1 根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理

3.1.1 将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净, 达到结构密实部位。

检查外露钢筋是否有锈蚀, 并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原;

3.1.2 裂缝修补。

缝宽小于0.2mm的裂缝, 用环氧树脂进行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝;

3.1.3 将构件表面凸出部分 (模板的段差等) 打

磨平整, 修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角;

3.1.4 清洗打磨过的构件表面, 并使其充分干燥。

3.2 底层涂刷 (底层涂料具有较强的渗透性, 可渗入砼表面内)

3.2.1 把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例

称量准确后放人容器内, 用搅拌器拌均匀, 一次调和量应在可使用时间内用完为准;

3.2.2 用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料;

3.2.3 底层涂料固化后, 表面有凸起部分时要用砂纸磨光;

3.2.4 注意在气温小于5C, 相对湿度大于85,

砼表面含水率在8以上, 有结露可能而无可靠保证措施时, 均不得施工。

3.3 环氧腻子对构件表面残缺的修补

3.3.1 构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平, 修复至表面平整;

3.3.2 内角 (段差、起拱等) 要用环氧腻子填补使之平顺。

3.4 贴碳纤维片

3.4.1 为了防止碳纤维受损, 在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中, 严禁受弯折。

贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片, 每段长度一般不超过6rn。

3.4.2 碳纤维接头必须搭接10cm以上, 横向不需搭接;

3.4.3 按规定比例掺配树脂主剂和固化剂, 用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂, 称为下涂;

3.4.4 贴片时, 在碳纤维片和树脂之间尽量不要

有空气, 可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压, 使树脂渗入碳纤维中。

3.5 养护。粘贴碳纤维片后, 需自然养护24h达到初期固化, 并保证固化期间不受干扰。

3.6 涂装。根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面, 涂刷耐火涂层和色彩。

4 碳纤维 (片材) 加固处理要点。

在进行结构加固处理前, 先对梁板采取有效地卸载和支顶措施, 然后按以下施工工序进行加固施工。破损面混凝土表面处理:清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土, 露出混凝土结构层。按设计要求对破损面钢筋处理后用M45的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理, 并保证钢筋保护层厚度不小于15mm。利用打磨机将其表面打磨平整, 并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净, 使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外, 如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时, 转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状, 圆弧半径不应小于20mm。

涂刷底层树脂:用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面, 待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。

找平处理:表面凹陷部位用找平材料填补平整, 且不应有菱角。

粘贴碳纤维片材:将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位, 并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压, 挤除气泡, 使浸渍树脂充分浸透碳纤维布, 滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤, 待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如超过60min, 则应等12h后, 再行涂刷粘结剂粘贴下一层。在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。必要时进行表面防护及外观处理。

5 注意事项

碳纤维片材选择注意事项。碳纤维片材的编织均匀性, 将直接影响加固质量。碳纤维束只有分布排列均匀, 加工成复合材料后才能起到整体均匀受力的作用, 若材质的均匀性不好, 则构件受力后到之纤维片拒不受力不均, 使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。因此, 选择均匀性较好的碳纤维片材, 是加固质量的关键。

碳纤维 (片材) 粘贴注意事项: (1) 在表面处理和粘贴碳纤维片材前, 应按加固设计部位放线定位。 (2) 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维片材, 裁剪后的织物宽度不宜小于150mm且不应小于100mm。 (3) 将碳纤维片材表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时, 对底层碳纤维片材两面均应擦拭干净。 (4) 擦拭干净的碳纤维片材应立即涂刷粘结树脂, 胶层应呈凸起状, 平均厚度不小于2mm。 (5) 将涂有粘结树脂的碳纤维片材用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡胶滚筒顺纤维片材方向均匀平稳压实, 使树脂从两边溢出, 保证密实无空洞。当平行粘贴碳纤维时, 两片之间孔隙应不小于5mm。 (6) 需粘贴两层碳纤维片材时, 可连续粘贴。如不能连续粘贴, 则再开始前应对底层碳纤维片材重新做好清洁工作。 (7) 施工宜在5℃以上环境温度条件下进行, 并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时, 应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。 (8) 施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响, 其粘贴部位混凝土的含水率不应大于4%。 (9) 树脂配制时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中, 用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。宜根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量, 并严格控制使用时间。 (10) 为了保证粘贴的质量, 不同季节、不同温度条件下, 应使用不同型号的粘贴树脂, 这样才能对树脂施工的可操作时间和固化时间进行有效控制。

6 对碳纤维加固补强技术的展望。

碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长, 但发展很快, 其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点:a.施工简便迅速, 无需模板、夹具、支撑等;b.不增加结构重量, 碳纤维片重量200g/m~300g/m, 设计厚度0.1l1mm~0.167mm, 加上环氧树脂的重量也很轻, 对结构自重影响可忽略不计;c.能适应各种结构外形的补强;d.可以多层粘贴。可根据设计要求, 在一个部位重叠粘贴。

结束语

随着我国高等级公路的迅速发展, 高速公路桥梁通车里程也在不断增长, 桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝, 都可以应用碳纤维布补强技术。

摘要：中国桥梁工程的发展已具有相当规模, 公路交通量不断增加, 行车密度及车辆载重越来越大, 公路桥梁负荷日趋加重。粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面, 使两者共同工作, 而达到对建筑物进行加固、补强的作用。

篇5：混凝土结构抗力的基本原理与统计调查

一、异型柱的概念

异形柱是指根据建筑平立面设计、布置、使用功能的需要，在满足结构强度、刚度和稳定性等前提条件下，采取不同几何形状截面而成的柱，诸如T、L、十字（不含Z字形）形状截面的柱。在构造上，异形柱截面一般要求各肢厚度不宜大于300mm，肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。

二、异型柱的受力性能与基本构造

异形柱各肢肢长可以相等，也可以不相等，但提倡采用等肢异形柱。异形柱由于多肢的存在，其受力中心与截面形心往往不重合。在受力状态下，各肢会产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力会使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，增加异形柱的脆性，从而降低异形柱的变形能力。为了尽可能达到异型柱本身的受力均衡性，提高结构的抗震性和破坏延性，结构设计人员可以在抗震设计时采用等肢异形柱；在整体梁柱结构布置时，尽可能采用对称布置，使结构和各构件受力更均衡。

异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构的不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，结构设计人员应按照空间体系来考虑异形柱结构，优先采用具有异形柱单元的计算程序来分析内力。因异形柱和剪力墙受力不同，所以不能按剪力墙的建模来计算异形柱。作为异形柱延性的保证措施，结构设计人员必须在计算过程中严格控制轴压比，同时避免剪跨比小于2（短柱）或柱净高与柱肢截面高度之比小于4，并且剪跨比在抗震设计时不应小于1.5。针对剪跨比小于2的异形柱，轴压比限值应比大于2的异形柱相应数值减少0.05；二三级抗震等级柱的箍筋体积配箍率不应小于1.2%；当三四级抗震等级异形柱的剪跨比小于2时，箍筋间距不应大于100mm，箍筋直径不应小于8mm，且全高加密。因此，采用异形截面柱的建筑在设计中应尽量避免出现短柱，并在构造上采取加强措施。

控制柱截面轴压比的目的在于要求柱应具有足够大的截面尺寸与抵抗强度，以提高柱的变形能力和破坏延性，满足抗震要求。根据异形柱的形状、自身的受力性能和外部受力状况，其轴压比也会有所不同。在相同的抗震等级条件下，L形轴压比限值最小，T形轴压比较大，十字形轴压比最大。

当然，异形柱也和其他结构构件具有相同或相似的构造要求，如异形柱、梁的纵向受力钢筋的接头可采用焊接、机械连接或绑扎搭接，接头位置宜设在构件受力较小处。在层高范围内，异形柱的每根纵向受力钢筋接头数不应超过1个，它的纵向受力钢筋在同一连接区段的接头面积不应大于50%，连接区段的长度应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定来确定。

三、异型柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别

建筑界所讲的“异形柱”特点，是指截面肢薄，由此引起构件的受力、变形、构造做法、受力性能与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的一系列差异，其形式与短肢墙相似，但不能按短肢墙建模来计算。按照规定，异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙在定义上的区别主要表现在截面高宽比的不同，即矩形柱高宽比应小于或等于3，且柱截面不宜小于250mm；异形柱截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高与肢厚比小于4，肢厚小于300mm，但不应小于200mm，肢高不小于500mm；短肢剪力墙是指墙肢高与墙肢的厚度比不小于4且不大于8的剪力墙结构，常用的有T字形、L形、十字形、Z字形、折线形，它与普通剪力墙的区别在于普通剪力墙肢高与墙肢的厚度之比大于8。

异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的区别主要表现在受力变形、破坏形式不同。

（1）异形柱受力形式接近矩形框架柱，即剪切变形、双向偏压，计算时应该按柱输入。一字形柱截面（通常称扁柱）两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载、梁板荷载的作用下，还是在地震的作用下，结构中的柱一般都要受到两个方向的弯矩同时作用。由于截面厚度太单薄，它在双向剪力作用下的性能也存在缺陷。由GB50011柱双向受剪承载力计算公式可见，柱截面相邻两边长相差越多，其斜向受剪承载力越低。因此，框架柱在截面最小宽度方面有限制，即不宜小于250mm，而异形柱与短肢墙、普通剪力墙均不宜采用一字形，特别是抗震结构中。因此，结构设计人员应尽量少用和慎用柱截面宽度只能是200mm的一字形柱、截面高宽比不大于5的矩形柱，特别是抗震结构中。如果必须采用这类异形柱，也只能使用局部小跨度、低层结构高度低和受力状况不复杂的结构，而且还要采取更加严格的构造措施，如加大配箍率、加密箍筋、加大箍筋截面、降低结构柱限制轴压比等。

（2）普通剪力墙受力变形是剪弯变形，计算时按墙输入。短肢剪力墙变形接近于普通剪力墙。

（3）异形柱与矩形柱、短肢墙、普通剪力墙的延性也不相同，普通剪力墙最大，其次是短肢剪力墙，异形柱最小。所以，它们的适用范围不同，构造也不相同。

四、总结

异形柱其实是介于柱与剪力墙之间的一种构件，它的产生和许多新生事物一样，具有很强的生命力和竞争力，并且受到了大力的推广和广泛的应用。随着国家行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》的颁布，砼异形柱结构将建筑美观、使用功能的灵活性与建筑结构合理的受力性能有机地结合起来，为用户提供了理想的居住环境，受到了房地产开发商和广大用户的欢迎。由于它符合室内布置的要求，且与墙体（指填充墙）连接效果良好，在我国许多省市的住宅建筑中广泛应用。但对异形结构的应用尚处于初始阶段，还没有形成系统的理论研究，国家现行规范没有对一些具体与异形柱混用的结构作出明确的规定。如国家现行规范中规定异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式，但在实际应用中，异形柱结构的最顶层是可以采用砌体墙承重的混合结构形式，但该砌体墙承重的混合结构层应按抗震要求设置构造柱与圈梁，并且这种设计最顶层异形柱框架结构受力与完全采用异形柱框架结构受力形式是一样的。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱可以全部采用异形柱，也可以部分采用普通的框架柱。当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可以通过框架底部抽柱，并设置转换梁，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构。

总之，异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构有着较大的市场需求。设计人员应根据其受力特点，提高异形柱结构设计的理论水平，选择合理的结构形式。并且只有正确掌握了计算机的分析方法，在确保其结构合理与经济适用的前提条件下，保证其结构的安全、可靠。运用计算机进行正确的结构分析与截面配筋，规范与归纳已成体系的异形柱设计理论和实践经验，并深入研究与推广应用，贯彻执行国家技术经济政策，为混凝土异形柱结构在设计及施工中做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量保驾护航。