基于混凝土灌浆的立杆稳定性研究

摘要：工程实践应用中，早拆技术涉及立杆支撑稳定性问题，往往立杆高度不能满足标准层高过高的施工要求。本文通过使用对普通立杆填充混凝土的方式，使立杆受轴力时发生变形的方式改变，从而达到立杆能够加长的作用。这种立杆长度加长的方法不仅能够保证工程应用中施工质量，还能扩大立杆应用于标准层支撑的高度范围，更能实现满足绿色环保施工、节才创新的材料要求。

关键词：立杆稳定；钢管混凝土灌浆；ANSNSY；屈曲分析；应用前景

Study on the stability of concrete grouting based on pole

Yuan xin he,Li zheng ji（18198600609）

（In the construction of fourfivecompany Guizhou branch，Guizhou Province，Gui Yang，550003）

Abstract:engineering practice, early dismantling technology relates to the pole support stability problem, often the pole height can not meet the requirements of construction standard storey high. In this paper，through the use of ordinary concrete filled pole, the ole axial for cede formation mode changes,so as to achieve the vertical rod can lengthen. This method of vertical rod length can not only ensure the construction quality of engineering applications, but also to expand the range of vertical rod used in standard layer support, more can satisfy the green construction, only innovative material requirements.

Keywords:overtical bar; concrete filled steel tube grouting; ANSNSY;buckling analysis ；Application prospect

中图分类号：TU37 文献标识码：A

1引言

随着建筑行业的不断发展，工程模架早拆技术已成为各项建筑施工发展方向。而实践应用中，早拆技术涉及立杆支撑稳定性问题，对标准层层高较高的建筑物，立杆高度稳定性不能满足早拆施工要求。通过使用对普通立杆填充混凝土的方式，使立杆受轴力时发生变形的方式改变，从而达到立杆能够加长的作用。这种立杆长度加长的方法不仅能够保证工程应用中施工质量、还能扩大立杆应用范围，更能实现满足绿色环保施工、节才创新的材料要求。立杆混凝土灌浆的施工工艺对建筑行业中技术创新，科技创新和绿色施工都起到了积极的作用。

2理论设计与计算分析

2.2基础理论简介

等效刚度法的原理：无阻尼、无外载荷情况下，运动方程的矩阵表达式为：

(1)

式中：[K]为整体结构总刚度矩阵：[M]为整体结构总质量矩阵：{u}为节点位移列阵； {u}为位移对的二阶导数，也即是加速度。

从式中可以看出，影响固有特性分析结果值有两项：系统刚度分配和系统质量分配。对系统而言，不管是对连续体还是对连接结构，其质量矩阵的形成方法是固定的，对连接的表达方式最终都体现在刚度矩阵的差异上。系统的结构刚度是指结构在承受一定载荷情况下抵御变形的能力，一般情况下系统结构的动力学刚度与静力学刚度的表达式是一致的，从系统结构动力学与静力学有限元分析刚度矩阵形成方式的一致性上可以得出这一结论。简单的说，也就是说系统的结构矩阵与质量矩阵间可以相互交换。其表达式为：

(2)

式中：变换前弹性模量；变换前惯性矩；变换后弹性模量；变换后惯性矩。

采效用等刚度计算法，将充满混凝土的实心钢管转换为空心钢管之后，再计算空心钢管的稳定性。利用合成的方法将空心钢管和实心钢管结合，从而达到改变变形曲线的实际结果，能有效增加钢管稳定性。

立杆轴向受压，径向产生形变，立杆产生的变形挠度可以考虑为震动波的形式。对于不同介质产生的振动波一般都可以认为是不同频率的正玄波波形，由于频率不一样，叠加后可以看做为新的波形。由此可知道，立杆灌入部分混凝土之后，可类比为震动波的特性，即在原有的中空部分和灌入混凝土后的钢管部分形成新的震动波，新的振动波频率介于两不同介质单独产生的振动波之间，间接地降低了空心钢管振动波的频率，减小了径向变形的挠度，从而提高立杆整体承载力和稳定性。

2.2理论设计

工程应用中，架体支撑的立杆步距高度有严格规定，针对稳定性方面的考虑，采用钢管注入混凝土的方法，增加单根立杆承载力。通过等效刚度法理论分析可知，对的钢管，混凝土填充后相当于的钢管（填充使用C30混凝土）。经分析计算，在保证整体稳定性的基础上，选择填充钢管总长度的1/3，保留2/3的空心部分。如图1所示。

A、未注入混凝土的钢管B、注入混凝土后的钢管

图1钢管加混凝土图前后对比

A、Steel pipeis notinjected into concreteB、Afterinjection ofconcrete filled steel tube

Figure 1Afterinjection ofconcrete filled steel tube

2.3理论计算分析

2.3.1钢管选用材料

表1使用材料

2.3.2理论计算结果对比

表2立杆稳定计算结果

由表1-1计算结果分析可知，使用，型号为Q235的钢管，在设计跨距为的支架体系中，在钢管高度超过4m以上，单立杆填充混凝土后的立杆承载力明显比未填充之前承载力有近40%左右。在标准层层高4.5m以内立杆完全满足承载力要求。质量方面，加入1/3的混凝土后，整体立杆的质量增加30%左右，也同样满足施工要求。

3数值模拟可行性分析

3.1屈曲分析变形及结果

A屈曲分析模型B屈曲变形结果

图2屈曲分析模型

Bucklinganalysis modelb、Buckling deformation results

Fig. 2 buckling analysis model

屈曲分析结果显示，对高度为4m的立杆，普通立杆能承受最大轴向力为14.22KN，灌入混凝土之后的立杆最大轴向力为21.14KN。

3.2数值模拟结果分析

如图2所示，对立杆使用ansys进行数值模拟分析。对高度为4m的立杆施加轴向力。当轴向力为15KN时，灌入混凝土后的立杆变形如图2（A），变形较小，能满足工程使用；普通的立杆变形如图2（B），变形较大，产生较大挠度，不能满足工程使用。工程使用中，层高超过3m，低于4.5m的立杆，可以采用灌注混凝土的方式使立杆达到使用要求。

4立杆稳定性实验

对灌入混凝土后的立杆与普通立杆进行承载力对比实验，讨论其实用可行性。实验使用材料为普通立杆与灌入混凝土后的立杆（高为4m），千斤顶一个，油表一只。

图3立杆实验结果对比（施加轴压15KN）

A、Prior pole , b、pole after grouting, c、the common pole

Figure 3 Experimental results pole (applied axial compression 15KN)

实验结果分析，如图3所示，对灌浆后的立杆和普通立杆（高度均为4m）同时施加15KN的轴向压力。普通立杆变形挠度过大，趋近失稳（c图）；灌浆后的立杆几乎没有变化（b图），与理论计算的结果吻合。实验验证了混凝土灌浆方法的可行性和实用性，此方法为立杆应用于标准层层高较高的工程实际应用起到重要意义。

5结论

通过理论计算、数值分析和实验验证等方法证明了立杆内部分灌注混凝土，从而增加立杆承载力和稳定性的方法是实用的，可靠的。此方法有效解决了层高过高的立杆支撑实际问题，这种立杆长度加长的方法不仅能够保证工程应用中施工质量，还能扩大立杆应用于标准层支撑的高度范围，更能实现满足绿色环保施工、节才创新的材料要求。

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