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某大跨度预应力结构设计心得
RSS 打印 复制链接 发布时间:2019-11-15 13:35:36

摘要:365体育彩票本文结合实际工程设计,总结设计者在预应力结构设计过程中的体会及心得。

关键词:预应力 预应力梁的构造措施 预应力损失

一、工程概况:
365体育彩票 本工程为某体校内的室内训练场,鉴于建筑师对整体规划的考虑及使用上的便捷性,要求其与体校内的主教学楼及宿舍楼能通过走廊联系以形成整体效果,故层高定为7.5米,共两层。根据使用要求,室内不允许设置竖向构件,净高要求≥6.0米。平面布置如(图一)。在此情况下,采用普通梁扳体系已难以满足要求,经与建设方及建筑师协商,并结合当地施工经验,决定该两层建筑的楼(屋)面Y向框架梁采用预应力梁(后张法),其余构件均采用普通梁扳。

二、预应力砼结构的特点:
①改善结构的使用性能,提高结构的耐久性;
②减小构件截面高度,减轻自重;
③充分利用高强钢材;
④具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能;
⑤提高抗剪承载力;
⑥提高抗疲劳强度;
⑦具有良好的经济效益。

三、预应力砼结构设计时遇到的问题及解决办法:
①预应力结构与普通钢筋砼结构在使用PKPM、SATWE软件计算时的主要区别在于“阻尼比”的选用:预应力结构为0.03,普通钢筋砼结构为0.05。现采用分别计算并取大值的方法解决;
②由于框架柱施加预应力难度较大,在使用及建筑允许的前提下,设计采用矩形大截面框架柱(0.8米X1米)以抵抗大跨度梁传来的较大弯矩;
③设计时,结构设计人员所在单位没法提供预应力结构软件及相应的解密锁,设计时使用PKPM、SATWE软件计算得出各所需参数及数据,然后用手工计算的方法解决。

四、预应力梁设计过程:
1、选用材料:砼为C40,非预应力钢筋为Ⅲ级钢,预应力筋为1xNфS15.2低松弛钢绞线。
2、内力组合(由PKPM、SATWE程序计算得来),见表一:

荷载组合弯矩表(单位:KN-M) 表一

3、预应力梁的截面几何特征,见表二:

4、预应力筋束形及预应力筋面积估算:
1)、屋面梁预应力筋估算:
因为作用在屋面梁上的活荷载较小,故裂缝将由荷载的准永久值组合控制。按屋面梁准永久值组合满足拉应力0.9ftk控制,估算屋面梁预应力筋面积,即:
σlc-σpc≤0.9ftk
预应力筋截面面积为AP≥(βML/W-0.9ftk)/[(1/A+ep/W) σpe]
屋面活荷载准永久值系数为0.0,考虑次弯矩影响,将弯矩设计值作适当调整,即:支座取β=0.9,跨中取β=1.2。
预应力筋有效预应力值:σpe=1860x0.75x0.75=1046Mpa
计算后确定屋面梁配筋3-9ΦS15.2 AP=3753mm2
2)、楼层梁预应力筋面积估算:
楼层梁为支座控制,将荷载标准值组合下控制截面砼拉应力放宽至2.5ftk,并考虑次弯矩的影响,将弯矩设计值作适当调整。计算后确定楼层梁配筋3-6ΦS15.2 AP=2502mm2
5、预应力损失及预应力筋的有效预应力计算:
取张拉控制应力为0.75fFtk 计算结果详表三~表四
屋面梁预应力筋预应力总损失σL及有效预加力值(NPe) 表三

楼层梁预应力筋预应力总损失σL及有效预加力值(NPe) 表四

设计者通过其他预应力梁的设计案例及本工程设计时对数据综合比较后,发现预应力筋的总预应力损失一般控制在20%~30%间较为合理。若小于下限,则有可能是实际工程中梁跨较小或荷载偏小等因素造成,设计时没有必要采用预应力措施而可以考虑采用普通砼结构及相应的手段进行处理;若超过上限,则有可能是实际工程中梁跨较大或荷载偏大等因素造成,而此时采用预应力措施则很难达到预期的经济、功能使用等要求,设计时则应相应考虑采用其他更为合理的结构形式及相应的处理方法。
6、梁预应力等效荷载计算:
屋面梁预加力值:NP=(4030+4287)/2=4159KN
楼层梁预加力值:NP=(2785+2957)/2=2871KN
1)、端力偶Me
屋面梁:Me=Npxe=4159x(502-300)x10-3≈840KN-M
楼层梁:Me=Npxe=2871x(457-200)x10-3≈738KN-M
2)、梁间等效均布力qi
屋面梁:q1=8Npxf/l2=8x4159x0.318/6.942≈220KN-M
q2=8Npxf/l2=8x4159x0.482/10.562≈144KN-M
楼层梁:q1=8Npxf/l2=8x2871x0.318/6.942≈152KN-M
q2=8Npxf/l2=8x2871x0.482/10.562≈99KN-M
365体育彩票 求得框架梁综合弯矩及次弯矩详表五

 

框架梁综合弯矩及次弯矩计算列表 (单位:KN-M) 表五

7、正截面承载力验算:梁控制截面设计弯矩详表六

 

控制截面设计弯矩列表(单位:KN-M) 表六

经验算正截面承载力能满足设计要求(过程略)
验算梁正截面承载力时应注意以下问题:
1)、预应力度λ≤0.75;
2)、梁端受压区高度与有效高度比ξ≤0.35;
3)、折算配筋率μ≤2.5%
8、截面裂缝宽度验算及预应力梁挠度验算均能满足设计规范要求(过程略)

四、预应力结构在施工时经常遇到的问题及构造处理:
1、预应力梁支座部位楼层(屋面)板由于水平力过大易产生劈裂破坏。相应措施:附加斜向45º~60º板内加强筋;
2、后张法预应力砼构件端部锚固区和构件端面中部在施工张拉后常会出现纵向水平裂缝。相应措施:进行局部受压承载力计算,并配置间接钢筋,其体积配筋率不应小于0.5%,在局部受压间接钢筋配置区外构件端部l不小于3e(e为截面重心线上部或下部预应力钢筋的合力点至邻近边缘的距离)但不小于1.2h(h为构件端部截面高度)、高度为2e的附加配筋区范围内,均应配置附加箍筋或网片,其体积配箍率不应小于0.5%;
3、无粘结预应力筋存在腐蚀问题。
1)、预应力筋在运输过程中应严禁油污染,其周围环境不得有腐蚀介质、严防生锈;
2)、预应力筋锚固区必须有严格的密封防护措施,严防水汽进入,对外露的预应力筋应分散弯折后再浇筑在封头砼内;
4、在构件两端及跨中合理设置灌浆孔,孔距不大于15m,并应设置泌水管;压入的灰浆应满足以下要求:70x70x70试块28天强度不低于35Mpa,且保证全线密实、匀质;为保证孔内浆体密实,应减少水泥结硬时的收缩,可在灰浆中掺入水泥重量0.005%~0.015%的膨胀剂,且控制膨胀率不大于5%,水泥浆的水灰比以0.4~0.5为宜,3h泌水率控制在2%左右(灌浆用水应为可应用之清洁水),预埋灌浆时,其两端应排气通畅以保证孔道灌浆密实性。

五、小结:
通过预应力砼构件设计的工程实践,设计者有以下体会:根据建筑布局及功能要求合理选择结构型式,正确认识预应力砼构件的受力、工作性能及其与普通砼结构的区别,并以此有针对地采取相应的处理措施是预应力砼构件设计的关键,同时更加强烈地认识到专业理论知识的重要性,

参考文献

1、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)
2、《无粘结预应力混凝土结构技术规范》JGJ92-2004
3、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
365体育彩票 4、《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)

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