槽鋼超靜定結構的計算

羅輝成

摘要：槽鋼是具有復雜斷面的型鋼鋼材，其斷面形狀為槽形。在實際建筑施工工程當中，其擺位有可能影響到建筑工程的質量。超靜定結構中，采用簡支受力模式計算有可能使結論與實際產(chǎn)生較大偏差，繼而影響槽鋼的擺位，造成風險隱患。本文通過實際案例計算闡述了其中的內(nèi)容，旨在拋磚引玉。

關鍵詞：槽鋼超靜定結構計算

中圖分類號：TU391文獻標識碼： A

1.前言

槽鋼在建筑工程中的用途十分廣泛，其主要是提高了建筑物的承載力，滿足建筑物的經(jīng)濟性能和使用性能，隨著目前鋼結構工程制造技術的發(fā)展應用、進步成熟，槽鋼材料一般都具有良好韌性、延性，正確的使用完全能滿足建筑物使用的要求。但在實際工程的使用過程當中，針對于槽鋼的擺位是建筑施工操作過程當中容易忽略的問題，也是建筑施工中的難點問題，槽鋼擺放的位置的差異會導致不同截面抵抗矩會發(fā)生變化，一般來說將槽鋼立著放的時候，沿水平軸截面抵抗矩最大，抗彎能力強，即在承受豎向荷載的時候，立著放能承受更大的荷載。而開口朝上還是朝下也會造成槽鋼的極限應力與屈服強度發(fā)生變化，繼而給建筑工程整體質量造成影響。一般施工人員只是憑借自己實際工作的經(jīng)驗來判斷，這給實際建筑施工帶來一定的風險，因此如何利用科學化的計算手段，用實事求是的數(shù)據(jù)來滿足分析和作為判斷的依據(jù)十分重要。

2.超靜定結構簡支計算容易產(chǎn)生的錯誤

排架現(xiàn)澆時槽鋼橫在工字梁上形成超靜定結構，計算圖式為超靜定結構，在實際工程中對其計算一般采用簡支受力模式來進行。此種計算有利有弊，好處在于計算簡捷方便，能有效提高工程運作的效率，而不足之處在于有可能計算出現(xiàn)偏差，在實際的超靜定結構簡支受力模式計算當中，忽略了支點處負彎矩對跨中正彎矩的抵消作用使得安全性得不到保證。我們知道，桿件受力是彎矩控制其受力，但剪力的變化則和彎矩的變化趨勢不同，如果最危險截面是剪力、或是剪力和彎矩共同控制時，簡化成簡支受力將會偏離實際情況，加之施工操作難免會出現(xiàn)槽鋼放置的方式不對的情況，這樣會使得風險更加加劇，造成一定隱患。

3.實際案例計算

現(xiàn)在以一根[12b槽鋼橫放在四根工字鋼上的槽鋼為例計算當簡化為簡支受力和簡化為二次超靜定情況下槽鋼的受力情況。布局標準：工字鋼間距2.4m，槽鋼自重與模板傳下來的均布荷載之和q=40kN/m，兩種情況都視為剛性約束。材料參數(shù)：[12.6槽鋼：q槽=0.123KN/m；[σw]= 145.0Mpa；E=2.1×105Mpa；Ix=3.885×10-6m4；Wx=6.17×10-5m3,Wymax=2.39×10-5m3,Wymin=10.3×10-5m3;A=1.569×10-3m2。

3.1簡支結構計算

簡化為簡支受力模式，受力圖示如圖1-1

跨中處彎矩最大

彎矩

3.1.1槽鋼立著時

滿足要求

3.1.2槽鋼開口向上時

滿足要求

3.1.3槽鋼開口向下時

不滿足要求

剪力在兩端最大

3.2超靜定結構計算

簡化為超靜定受力模式，受力圖示如圖2-1

基本體系2-2（a），多余未知力X1,X2。

力法方程為

代入方程，并以剩各項，有

解得

由FX=0，荷載，結構對稱得,

計算各控制界面的剪力

畫出剪力圖如圖2-2（e）所示最大剪力為FSB左=FSC右=-58.6kN

最大負彎矩

畫出彎矩圖如圖2-2（f）

最大正彎矩在邊跨剪力等于0處

距A點距離

最大正彎矩

3.3槽鋼比較

2.3.1槽鋼立著放時

滿足要求

3.3.2槽鋼開口向上時

最大正彎矩處

滿足要求

最大負彎矩處

不滿足要求

3.3.3槽鋼開口向下時

最大正彎矩處

不滿足要求

最大負彎矩處

滿足要求

2.3結果分析

表1：結果匯總表

結果匯總表

計算模式 槽鋼擺放方式 彎矩最大值（kN·m） 最大應力(Mpa) 剪力最大值(kN) B、C處支反力

+ -

按簡支計算 立著放 28.8 46.68 48 96

開口向上 120.5

開口向下 279.6

按超靜定計算 立著放 17.485 25.44 73.16 58.6 106.6

開口向上 247

開口向下 169.8

從表1中我們得知，在本例中支點處負彎矩與按簡支結構計算出來的結果比較接近，但是剪力最大值按簡支結構計算比按超靜定結構計算得到的結果要小，缺乏安全保證。

結語

綜上所述，從本例中可以看到剪力最大值按超靜定結構計算出的結果要大，按簡支結構計算是偏向于不安全的。在排架現(xiàn)澆作為橫梁，將上部的荷載傳遞給縱梁的過程中，如果按照簡支結構計算受力則縱梁的計算荷載比實際荷載小，且這個值不能忽略。在本例中B、C點支反力超靜定計算的結果比按簡支計算的結果高出10%，結構安全因素值得深思。因此針對于槽鋼的擺位在建筑施工操作過程中需要通過計算來驗證其合理性，不可憑借經(jīng)驗或者判斷推測，此乃最穩(wěn)妥和最科學的方法。

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