Quels sont les types communs de bases de colonnes pour le bâtiment de la structure en acier?

Cet article présente principalement des formes, conceptions et pratiques courantes pour les bases de colonne de structure en acier

Classification de la base de colonne en acier

1. Selon le type de support, il peut être divisé en bases de colonnes rigidement connectées et bases de colonne à charnière.

2. Selon la forme structurelle, il peut être divisé en: base de colonnes intégrée, base de colonne externe, base de colonne insérée et base de colonne exposée.

Le Type et Mmécanique Properties de Colonne BASE

(1) La base de colonne exposée relie le bas de la colonne à une plaque de base relativement rigide par soudage, qui est fixée avec des boulons d'ancrage incrustés dans la fondation en béton. Ce formulaire est utilisé depuis les premiers stades du développement de la structure en acier jusqu'à aujourd'hui. Traditionnellement, les bases de colonne sont classées et utilisées comme articulées ou connectées de manière rigide. Cependant, le premier est difficile à réaliser une articulation complète, ou bien qu'il puisse transmettre un certain moment de flexion, il ne peut pas répondre à des conditions de rigidité complètement indirectes. D'un point de vue mécanique, il est plus approprié de le considérer comme une connexion semi-rigide. Le mode principal de transmission du moment de flexion à ce type de base de colonne est illustré à la figure 1. Sur la base de la colonne, la force axiale, le moment de flexion et la force de cisaillement sont appliqués. La tension et la pression sont transmises par le contact entre la plaque de base de colonne et la fondation en béton. La force de cisaillement est résistée par le frottement entre la plaque de base de colonne et la surface de contact de fond de teint ou transmise par des boulons d'ancrage.

P1 Le principe de transmission de force pour les bases de colonnes exposées

Dans la plupart des cas, le moment de flexion en plastique au bas d'une colonne déterminée par le rendement des boulons d'ancrage est relativement faible par rapport au moment de flexion entièrement plastique à la coupe transversale de la base de colonne exposée et de la racine de colonne. Le comportement mécanique de la base de colonne sous le moment de flexion est principalement déterminé par les performances des boulons d'ancrage. The load deformation relationship is shown in Figure 2. If the anchor bolt can fully develop plastic deformation after yielding under tension, the restoring force characteristics of the exposed column base under repeated loads are shown in Figure 3. However, in actual engineering design, the La base de colonne se brise souvent à la partie filetée avant que la section affaiblie du boulon d'ancrage ne crée, ou il y a une forte possibilité que le boulon d'ancrage soit retiré en raison d'un ancrage insuffisant. Dans ce cas, il est difficile de voir une déformation plastique suffisante de la base de la colonne.

P3 Resilience des bases de colonnes exposées sous des charges répétées

(2) base de colonne externalisée

La base de colonne externalisée est enveloppée dans du béton armé dans une plage de 2,5 à 3 fois la hauteur de la section transversale de la colonne (taille transversale maximale) au bas de la colonne en acier (figure 4). Cette forme de base de colonne est conçue comme une base de colonnes fixe, et si elle est conçue correctement, elle peut garantir le degré de fixation et la capacité d'appui de la base de la colonne. Le comportement mécanique de cette base de colonnes est principalement déterminé par le comportement mécanique du béton enveloppé de barres en acier.

P4 Base de colonne externalisée

(3) base de colonne intégrée

La base de colonne intégrée incorpore le bas de la colonne en acier avec une longueur équivalente à environ deux fois la hauteur en coupe transversale dans le béton de fondation. La zone environnante est renforcée de béton armé (figure 5). Du point de vue de la commodité de la construction, ce type de base de colonnes a plus de processus par rapport aux autres formes de bases de colonnes, résultant en un aspect défavorable de la période de construction. Cependant, le concept structurel est très clair car il peut facilement répondre aux exigences de la formation de charnières en plastique au bas de la colonne en acier. Par conséquent, tant que la conception et la construction sont correctes, les caractéristiques de la force de restauration de la base de colonnes peuvent afficher une relation en forme de broche stable. Les principales considérations de conception sont d'assurer la profondeur de la base de la colonne et l'épaisseur du béton environnant pour la partie intégrée de la colonne en acier.

P 5 Base de colonne intégrée

(P 6) montre les caractéristiques de la force de restauration de la base de la colonne lorsque la profondeur d'enfouissement de la colonne change selon 1d, 2d et 3d (D: hauteur de section de colonne). Les caractéristiques de la force de restauration changent avec la profondeur d'enfouissement de la base de colonnes, mais dans la mesure où la profondeur d'enfouissement atteint deux fois la hauteur de la section de colonne, il peut être considéré qu'il devient essentiellement une forme de broche. Afin de considérer la liaison avec le béton environnant, il existe également une méthode de conception de soudage des boulons sur la partie intégrée de la colonne, mais les boulons ne fonctionnent que lorsqu'il y a une séparation significative entre la partie intégrée de la colonne en acier et les environs béton. Dans la plage attendue de la charge de conception, une si grande séparation ne se produira pas, il peut donc être considéré qu'il n'y a essentiellement pas un tel effet.

P6 Restauration des caractéristiques de la force des pieds de colonne intégrés

Le béton autour de la base de colonne intégrée est soumis à un moment de flexion et à la force de cisaillement agissant au bas de la colonne, entraînant une pression significative (voir p 7). Par conséquent, il est nécessaire d'assurer l'épaisseur de la couche externe pour éviter le coup de poing et la défaillance de cisaillement. Pour la colonne centrale, il n'y a généralement aucun problème, mais pour la colonne de bord et la colonne d'angle, l'épaisseur extérieure doit être déterminée en fonction des calculs. Si l'épaisseur du béton nécessaire ne peut être garantie en raison de problèmes tels que les bâtiments adjacents ou les lignes rouges, le renforcement en acier doit être utilisé pour le renforcement nécessaire.

2 、 Points de base de la conception et de la construction de la base de la colonne

Pour assurer la sécurité sismique des nœuds de base de colonne, il est nécessaire de bien comprendre les caractéristiques mécaniques de la base de colonnes et d'effectuer correctement la conception et la construction.

Pour la conception, tout d'abord, il est nécessaire de spécifier clairement les performances de la base de colonnes sous l'état de limite de service. Deuxièmement, dans l'état ultime de la capacité de roulement, il est nécessaire de considérer les performances de la colonne en acier et de la base de colonne. C'est-à-dire que, sous l'état limite d'utilisation, la base de colonne conçue comme une connexion à charnière ne doit pas générer de moments de flexion, et dans une certaine mesure, la base de colonne considérée comme une connexion fixe devrait être capable de tourner, qui appartient à Rigid connexions et peut supporter des moments de flexion. De plus, les bases de colonne exposées générales, les boulons d'ancrage, les plaques de base de colonne, etc. subissent toutes une déformation élastique. Une connexion rigide complète ne peut pas être obtenue. De plus, dans l'état ultime de la capacité de roulement, des charnières en plastique se produiront à la base de la colonne, ce qui nécessite une plus grande capacité de rotation en plastique. La conception détaillée de la base de colonnes doit être effectuée conformément aux exigences de la politique de conception.

Par conséquent, pour l'utilisation de la conception de l'état limite, la rigidité de rotation de la base de colonne doit être évaluée de manière appropriée, la rigidité de la base de colonne doit être prise en compte dans l'analyse structurelle pour obtenir la force interne de conception et la force interne agissant sur la base de colonnes devrait être saisi avec précision. Une conception appropriée pour la force axiale, la flexion courte et la force de cisaillement est une exigence de base.

Les points de conception de diverses formes de bases de colonnes sont décrits séparément ci-dessous.

(1) base de colonne exposée

Il est assez difficile d'atteindre la charnière complète ou une connexion rigide pour les bases de colonnes exposées. However, if the following conditions are met, the column base can basically be assumed to be designed as hinged: the column base plate has great stiffness, which can suppress local deformation and select an appropriate anchor bolt length, so that the threaded part of the Le boulon d'ancrage ne se casse pas avant que la déformation plastique se développe sur toute la longueur du boulon d'ancrage; La partie adhésive du boulon d'ancrage dans le fond de teint en béton peut empêcher les dommages de poinçonnage et de cisaillement. Cependant, dans cette situation, la force d'appui de traction du boulon d'ancrage doit être assurée d'être supérieure à la tension de base de colonne causée par une force horizontale (sans considérer l'effet de la charge vivante). La valeur plus petite de 1/2 de la capacité de portage de la traction de la colonne. Il est préférable de régler les clés de cisaillement sous la plaque de base de colonne pour assurer la résistance aux forces horizontales.

Lorsque la base de colonnes exposée est conçue comme une base de colonnes résistante à la flexion, la tension générée par le moment de flexion est supportée par le boulon d'ancrage, et la surface de contact entre la plaque de base de colonne et le béton de fondation supporte la pression. Dans l'étape de conception préliminaire, il est généralement supposé que la plaque de base de colonne est un composant connecté rigide, et le boulon d'ancrage est utilisé comme armature de traction, et la zone de la plaque de fondation est utilisée comme coupe transversale du béton armé colonne. Sur la base de ce résultat de calcul, la coupe transversale du boulon d'ancrage est sélectionnée. Dans ce cas, lorsque la section transversale de la colonne est grande dans une certaine mesure, il est souvent difficile de choisir des boulons d'ancrage suffisamment épais pour assurer la capacité d'appui nécessaire. Il est donc difficile de concevoir une base de colonnes avec une capacité de pliage supérieure à la capacité de pliage de la section de colonne. Si un certain degré de boulons d'ancrage à haute résistance peut être utilisé, ce problème doit être résolu. Cependant, une fois que les boulons d'ancrage à haute résistance sont utilisés, il peut provoquer des problèmes de conception et de construction pour empêcher la défaillance de poinçonnage et de cisaillement du béton de fondation ancré, et le problème de la pression excessive entre la plaque de base de colonne et le béton de fondation ci-dessous surviendra également . Par conséquent, la capacité de conception des bases de colonnes exposées est principalement déterminée non pas par la capacité d'appui de la colonne mais par la capacité d'appui de la base de la colonne. Dans ce cas, la capacité de pliage de la flexion de la base de colonne doit atteindre au moins la moitié de la capacité de pliage de la colonne elle-même. De plus, pour assurer la capacité de déformation plastique, les exigences de conception et de construction de chaque partie de la base de colonnes doivent également avoir les mêmes conditions de garantie que la base de colonne articulée mentionnée ci-dessus. En outre, dans ce cas, il est nécessaire d'évaluer correctement la rigidité rotationnelle et de restaurer les caractéristiques de la force de la base de colonne et de les refléter dans la conception du cadre.

Après avoir considéré les points ci-dessus, le contenu spécifique de divers projets liés à la conception de bases de colonnes exposés est la suivante (reportez-vous à P 8 et P 9).

P 9 Principe de transmission de force de la base de colonne enterrée externe

1.Rotation en raison de l'allongement du boulon d'ancrage

2. La plaque inférieure ne produit essentiellement pas de déformation de flexion

3. défaillance de cisaillement de Punch à partir des composants de l'ancrage ne peut pas se produire

4. Pas de dommage au béton au-dessus du sol

5. Force de cisaillement résistant avec des clés de cisaillement

a) Plaque de base de colonne

Pour s'assurer que la plaque de base de colonne peut maintenir l'élasticité même dans l'état de capacité de roulement ultime, et déterminer l'épaisseur de la plaque ou fournir un renforcement approprié à cette fin. En conséquence, la plaque inférieure conçue peut être considérée comme un composant rigide, et l'évaluation de la rigidité de la base de la colonne peut être effectuée sans considérer l'influence de la déformation de la plaque inférieure. Cependant, le soudage entre la plaque de base et la colonne adopte une connexion entièrement soudée. Sous la plaque de base, le soudage peut résister à la force de cisaillement agissant dessus.

b) Boulon d'ancrage

B-1. Il est nécessaire que la déformation plastique de la base de colonnes soit générée par le boulon d'ancrage sous l'état de capacité de roulement ultime.

Les boulons d'ancrage sont faits de matériaux en acier tels que Q235B et Q355B qui peuvent garantir le rapport limite d'élasticité et la capacité de déformation plastique.

La partie filetée du boulon d'ancrage est traitée et divisée aux deux extrémités du boulon d'ancrage pour s'assurer que la partie filetée ne se casse pas avant que la tige du boulon n'atteigne le rendement complet. La longueur de la tige de boulon est plus de 25 fois son diamètre. Appliquez un revêtement ou enveloppement anti-rouille sur la section de la tige de boulon. Lors de la fixation de la plaque de base du boulon, les écrous doubles sont utilisés pour éviter la rotation. L'extrémité intégrée dans le béton de fondation est équipée de composants d'ancrage pour empêcher le boulon d'ancrage de se retirer.

B-2. Dans l'état limite de la capacité de roulement, il est nécessaire que la déformation plastique de la base de colonne soit générée par la colonne

Il n'y a aucune restriction sur la résistance, le rapport de rendement et la capacité de déformation plastique des matériaux du boulon d'ancrage. Cependant, la sélection de la zone transversale du boulon d'ancrage devrait garantir que le moment de flexion dans la colonne et la contrainte dans la partie filetée du boulon d'ancrage causée par la force de traction à l'état limite sont inférieures à la limite d'élasticité de la tige de boulon d'ancrage.

Installez les pièces filetées de longueur nécessaire aux deux extrémités du boulon d'ancrage. Le réglage de la longueur de la tige du boulon d'ancrage devrait envisager d'empêcher le béton de fondation d'être endommagé par le coup de poing et le cisaillement à partir du point de fixation du boulon d'ancrage. Lors de la fixation de la plaque de base de la colonne, des écrous doubles sont utilisés pour éviter la rotation. L'extrémité intégrée dans le béton de fondation doit être équipée de fixations d'ancrage pour empêcher le boulon d'ancrage de se retirer.

C Foundation Concrete

Lorsque la partie courte de la colonne sur le béton de fondation est soumise à la pression de la plaque inférieure de la colonne, la partie commune ne doit pas être endommagée. Par conséquent, il devrait y avoir une amplification de taille suffisante par rapport à la plaque de base de colonne. Des barres en acier supplémentaires doivent être fournies sur le côté extérieur du boulon d'ancrage. De plus, lorsque vous portez l'état limite ultime, il est nécessaire d'assurer la profondeur et la largeur nécessaires pour éviter la panne de cisaillement de poinçonnage en béton à partir du point de fixation du boulon d'ancrage.

d. Grout de fondation

Assurer un espacement suffisant entre la surface supérieure du fond de teint en béton et la plaque inférieure de la colonne pour remplir de mortier. Le mortier adopte le mortier de rétrécissement de force.

a) Assurer la position plane et la taille de longueur saillante des boulons d'ancrage incrustés dans le béton de fondation b) le traitement de prévention de la rouille des boulons d'ancrage c) la liaison des boulons d'ancrage d) l'étanchéité (jointoiement) de la plaque inférieure de la colonne et du fond de teneur en béton e) serrage et prévention de la rotation des boulons d'ancrage

Comme mentionné ci-dessus, de nombreux problèmes doivent être résolus dans la conception et la construction de bases de colonnes exposées, et aucun d'entre eux ne peut atteindre les performances requises. Par conséquent, il est nécessaire de bien comprendre cela. En particulier, la difficulté d'acheter des produits de boulons d'ancrage qui répondent aux exigences ci-dessus sur le marché est un problème majeur.

D'un autre côté, il existe déjà des méthodes de construction de pieds de colonne exposées qui prennent en compte les points ci-dessus et comprennent leurs propriétés mécaniques par le biais d'expériences structurelles. Déterminez et appliquez les détails de conception standardisés dans d'autres pays, mettez en œuvre un système de construction responsable et assurez la qualité de la construction.

(2) base de colonne externalisée

La base de colonnes externalisée (voir P 4) peut répondre aux exigences de conception d'une connexion rigide en bas de la colonne tant que la conception correcte est effectuée sur le béton armé de la pièce externalisée. C'est-à-dire pour assurer une hauteur équivalente à 2,5 fois la hauteur de la section transversale de la colonne. La force de cisaillement agissant sur la coupe transversale de la colonne supérieure du béton extérieur est traitée comme une charge concentrée agissant sur le béton extérieur de type cantilever. Concevez-le pour que la contrainte supportée par la colonne en acier soit transmise au béton armé enveloppé. Dans ce cas, l'ancre boucle au bas de la colonne ne peut supporter la force interne que pendant l'installation. Afin de garantir le transfert de contrainte de la colonne en acier au béton armé en position supérieure, les barres en acier renforcées sont installées en haut, et les barres longitudinales aux quatre coins du béton extérieur sont renforcées avec des cerceaux en haut, en garantissant que les coins du béton extérieur sont renforcés avec des cerceaux en haut, en garantissant que les coins Épaisseur de la couche protectrice nécessaire (reportez-vous à P 10).

(3) Pieds ramifiés enterrés

La base de colonne intégrée (voir P 5) devrait assurer une profondeur d'enfouissement équivalente à plus de deux fois la hauteur de la section de colonne. La colonne en acier entourant la pièce intégrée doit être équipée de manière appropriée avec des barres d'acier. Grâce à ces mesures, la base de colonne peut être conçue avec une résistance suffisante et une déformation plastique peut se produire à l'extrémité inférieure de la colonne. C'est-à-dire qu'il est relativement facile de concevoir des bases de colonnes qui permettent aux colonnes en acier d'exercer une capacité de déformation plastique. Cependant, la base de colonne intégrée nécessite la colonne en acier intégrée dans le béton de fondation pour transmettre la force de réaction de la colonne en acier au béton environnant par pression, garantissant la profondeur d'enfouissement de la colonne et l'épaisseur du béton autour de la colonne est le point clé de la conception (voir P 7). Si la profondeur de l'enfouissement n'est pas suffisante ou si l'épaisseur du béton environnant est trop petite, elle entraînera une défaillance de cisaillement du béton, et la base de la colonne peut être endommagée avant que la déformation plastique de la colonne ne se développe complètement (voir P 11) .

Le béton autour de la colonne transmet la force par compression mutuelle avec le corps de la colonne, provoquant la déformation locale hors du plan du panneau de colonne. Il s'agit d'une bonne méthode pour ajouter une carte de partition de raidissement (reporter à la figure 7) ou remplir la colonne de béton dans une colonne en acier légèrement inférieure à celle du haut du béton de fondation.

En concevant raisonnablement la base de colonne intégrée, des charnières en plastique peuvent être formées sous l'état de roulement ultime de la colonne. Par conséquent, la colonne elle-même doit avoir une capacité de déformation plastique suffisante. Par conséquent, l'acier qui peut provoquer une défaillance fragile à sa limite, tels que les tuyaux en acier carré à froid, ne doit pas être utilisé autant que possible dans cette situation.

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