预应力混凝土结构设计

预应力混凝土结构设计（共12篇）

预应力混凝土结构设计 篇1

1概述

无粘结预应力混凝土 (BUPC) 是混凝土结构领域中一门新兴的科学技术。与有粘结预应力混凝土相比, 省略了预留孔道、穿筋、灌浆等工艺, 布筋方式更加灵活;与普通钢筋混凝土相比, 增强了建筑功能的适用性、节约大量钢材、明显地改善结构受力性能。因此, 近十几年来在我国建筑结构中的应用得到迅猛发展。一些国家的设计规范如ACI、CPI10、DIN4227、BS5400等对BUPC的设计及施工均有一些具体的规定。

尽管我国BUPC技术的研究和应用己取得了丰硕的成果, 而且也颁发了一些与BUPC技术相关的规范, 但是, 对于广大设计人员来说, 现行的规范仍然满足不了实际工作的需要, 还存在许多问题需要我们去解决。在这样的背景下, 紧密结合工程实际, 开展这方面的研究工作不但十分必要, 而且对于加快将其转化为生产力, 获得更大的效益, 具有重要的现实意义[1,2]。

2无粘结预应力混凝土结构的特点

2.1 无粘结预应力混凝土楼盖结构的主要特点

根据支承方式的不同, BUPC楼盖可分为三种:框架结构体系 (板支承在梁上) 、板-墙结构体系 (板支承于墙上) 、板一柱结构体系 (板直接支承在柱上) 。其中, 板一柱结构习惯上称之为无梁楼盖, 又可分为平板、带板托 (柱帽) 、双向密肋三种形式。与RC楼盖相比, UBCP的主要特点是[3]:

(1) 结构跨度增大, 布置灵活, 往往能给建筑功能赋予新的内涵。一般说来, BUPC的经济跨度比RC大50～100%, 大柱网、大空间可以适应时代的发展, 以利将来房间重新分隔, 满足新的功能要求。

(2) 结构高度减小, 节省能量消耗 (例如:采暖、空调) , 自重减轻, 有利于抗震。BUPC的结构高度可以比RC减少30%或更多, 当建筑总高度一定、占地面积相等时, BUPC比RC结构每8层左右可多建一层。另外, 自重减轻后不仅有利于抗震, 而且柱和基础的造价也相应降低。

(3) 结构性能得到改善。BUPC比RC结构更能有效地控制挠度和裂缝宽度, 预压应力可以抵消或部分抵消混凝土收缩和温度拉应力, 从而加大伸缩缝间距。

(4) 与传统的有粘结预应力混凝土结构相比, BUPC具有如下优点:①施工简便。不需要预留孔道、穿筋及灌浆等复杂工序, 操作方便, 尤其是BUPC无梁楼盖, 平板支模十分简单, 加快了施工进度, 经济合理。②耐久性能良好。无粘结预应力筋的涂料层具有良好的化学稳定性, 对周围材料无侵蚀作用, 不透水、抗腐蚀性能强;在规定的温度范围内高温不流淌、低温不变脆, 并有一定的韧性。当构件开裂时, 无粘结预应力筋在以上双重保护之下, 不易发生锈蚀, 从这种意义上说, 提高了构件的耐久性。

(5) BUPC相对于粘结预应力混凝土构件缺点:①极限强度偏低。无粘结预应力筋应力增长较为缓慢, 一般达不到极限强度, 导致其极限强度低于同类型的有粘结结构。②刚度偏低。因预应力筋缺乏粘性, 构件的刚度较有粘结结构稍有降低。③对锚具要求较高, 其端头需做特殊的防护处理。

2.2 无粘结预应力混凝土抗震性能要点

(1) 抗震安全性好。

在地震荷载作用下, 采用无粘结预应力筋的后张结构, 当承受大幅度位移时, 无粘结预应力筋一般始终处于受拉状态, 不象有粘结筋可能由受拉转为受压。这样, 在地震作用下, 无粘结预应力筋承受的应力变化幅度较小, 可将局部变形均匀地分布到钢筋全长上, 并使无粘结筋的应力保持在弹性阶段。所以, 从受力的角度看, 无粘结预应力筋的抗震安全性比有粘结的为好。

(2) 抗震耗能充分。

从变形角度来看, BUPC具有良好的挠度恢复性能, 但随之也带来不足之处, 即能量耗散能力不如有粘结结构。为消除这方面的问题, 目前, 引入了部分预应力的设计概念, 即在CP结构中配置一定数量的非预应力普通钢筋, 使结构的能量耗散能力得到保证, 并仍保持良好的挠度恢复性能。

(3) 锚具是关键。

在无粘结板柱剪力墙结构中, 无粘结预应力平板将起水平横隔板的作用, 对结构抗震有直接影响, 而影响楼板强度的主要因素是锚具。

3无粘结预应力混凝土结构设计方法

3.1 无粘结预应力混凝土结构的预应力损失

预应力损失的计算是分析构件在受荷前的应力状态和进行预应力结构设计的重要前提。无粘结钢筋的预应力损失与后张法有粘结钢筋的预应力损失一样也包含张拉锚具变形和预应力钢筋内缩损失σl1;预应力钢筋的摩擦损失σl2;预应力钢筋的应力松弛损失σl4;混凝土的收缩和徐变损失σl5;采用分批张拉时, 为张拉后批预应力钢筋所产生的混凝土弹性压缩损失。无粘结钢筋的总损失值不应小于80 N/mm2。无粘结钢筋的各项预应力损失值的计算公式与《混凝土结构设计规范》 (GB50010-2002) 的有粘结筋的大部分相同或类似, 主要差别在摩擦系数取值不同[4,5]。

表1为无粘结预应力钢筋的摩擦系数取值表, 表2为有粘结预应力钢筋的摩擦系数取值表。比较表1与表2可见, 无粘结预应力混凝土的孔道局部偏差对摩擦的影响系数k大于有粘结预应力混凝土的相应值, 而摩擦系数μ小于有粘结预应力混凝土的相应值。其主要原因是无粘结筋外部为塑料套管, 浇筑混凝土时易发生局部偏差, 所以k值较大, 而塑料管内的无粘结筋涂有油脂, 所以μ值较小。

另外在锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失项增加了无粘结预应力筋端部为直线段、初始长度等于l0而后由两条圆弧形曲线组成时和折线筋的预应力损失σl1的计算公式, 并且曲线无粘结预应力钢筋对应的圆心角θ的限制值由不大于30°加到部大于60°设计中, 所有的损失值均应按《无粘结预应力混凝土结构技术规程》 (JGJ92一2004) 的公式计算和取值。

注:表中系数也可根据实测数据确定。

3.2 无粘结预应力筋的应力和混凝土的应力

3.2.1 无粘结预应力筋的有效预应力σpe

无粘结预应力筋的有效预应力σpe应按下列公式计算:

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式中: σpe—无粘结预应力筋张拉控制应力;

σIn—第n项预应力损失值。

3.2.2 混凝土的平均预压应力

混凝土的平均预压应力指扣除全部预应力损失后, 在混凝土总截面面积上建立的平均预压应力。对无粘结预应力混凝土平板, 混凝土平均预压应力不宜小于1.0 N/mm2, 也不宜大于3.5 N/mm2。

若施加预应力仅为了满足构件的允许挠度时, 可不受平均预压应力最小值的限制;当张拉长度较短, 混凝土强度等级较高或采取专门措施时, 最大平均预压应力限制可适当提高。

(1) 无粘结筋应力增量Δσp的特性

在无粘结预应力混凝土梁中, 由于无粘结筋与周围混凝土之间没有粘结, 所以两者间的应变不能协调一致, 无粘结筋应变的改变等于沿预应力筋全长周围混凝土应变变化的平均值。当受压面混凝土达到极限压应变时, 无粘结筋应变的增加比有粘结筋的要小, 所以一般有粘结筋达到屈服强度, 而无粘结筋达不到屈服强度。试验所得的无粘结筋应力增量Δσp, 与荷载p的关系如图1所示。

由上图可见, Δσp关系可以理想化为三折线, 其特征为梁开裂前预应力筋应力增量很小, 约为极限应力增量的5%。梁开裂后至非预应力钢筋屈服, 这一阶段的应力增量为极限应力增量的30%～75%, 非预应力筋越少, 这一阶段Δσp占极限应力增量的比例越小。非预应力钢筋屈服到梁破坏, 这一阶段非预应力钢筋应力基本不增加, 随着梁挠度和裂缝宽度不断增大, 无粘结筋应力增量增加较快, 占总增量的25%～90%不等。配筋指标低的梁, 这一阶段应力增量的比重大, 如A-1梁。配筋指标高的梁应力增量占的比重小, 如A-9, A-6梁 (q0=0.296) 。由此可见, 实测无粘结筋在梁到达极限强度时的应力增量Δσp与q0有着密切关系, 它随着q0值的下降而增加。根据数十根梁的试验结果, 采用线性回归的方法统计所得计算公式为:

Δσp=700-2000q0

这里, Δσp以MPa表示。为设计无粘结预应力混凝土梁、板的抗弯强度, 关键是确定在极限承载时无粘结预应力筋的应力值σp。

(2) 承载能力极限状态下无粘结预应力筋的应力σp

大量的试验研究表明, 影响无粘结钢筋极限应力σp的主要因素有:①非预应力钢筋的种类、配筋率;②钢筋的配筋率ρs越小, σp的增量越大;③有效预应力σpe越大, σp越大;④混凝土抗压强度fc越高, σp越大;⑤般跨高比l/h越大, σp越小。

影响σp的因素还有加载方式、承载条件、无粘结钢筋的布置和形状及与管璧之间的摩擦力等。但试验表明, 这些反映梁的纵向特征的因素对σp的影响较小, 可以忽略, 而主要考虑1～5这五项影响, 其中前四项1～4反映了梁的截面特征对σp的影响, 可用总的配筋指标反映。

根据上述影响σp的因素, 国内外建议了多种计算σp的公式。其中我国规范《无粘结预应力混凝土技术规程》 (JGJ/T92-93) 将梁的截面特征对σp的影响统一用综合配筋指标表示。通过对中国建筑科学研究院、大连理工大学和北京建工研究所的试验数据进行统计分析, 给出无粘结钢筋应力增量Δσp与β0的关系。其中综合配筋指标β0定义为

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式中: fy—非预应力钢筋的屈服强度;

fcm—混凝土弯曲抗压强度。

由图2和图3可见, Δσp与β0间可近似用线形关系表示。由国内外柱支撑平板的荷载试验表明, 穿过板跨中部的无粘结钢筋的极限应力增量比柱子轴线附近的无粘结钢筋低约15%～30%;另外考虑到在单向

板或双向板的情况下, 可能按规定仅配置0.2%或更少的非预应力普通钢筋等因素, 故对跨高比大于35的构件, 无粘结钢筋的极限应力增量宜取较低的值。按上述考虑, 经可靠度分析, JGJ/T92-1993规定按下列公式计算Δσp的设计值。

①跨高比小于或等于35的构件

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②跨高比大于35的构件

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式中, 1.2为材料分项系数;β0≤0.45;σp不应大于无粘结预应力钢筋的抗拉强度设计值fpy, 且不应小于σpe。

4结论

本文通过对无粘结预应力混凝土框架结构的分析研究, 得出如下结论:

(1) 对超长张拉无粘结预应力筋的摩擦系数提出了新的认识, 得出很有实用参考价值的结论, 对超长张拉的无粘结预应力筋, 其实际摩擦系数小于规范的理论计算值。

(2) 设计施工时应防止结构因局部破坏而导致连续失稳或倒塌, 并确保锚具的可靠性。 [ID:4804]

参考文献

[1]杜拱辰, 我国预应力混凝土的成就与展望[J].建筑结构, 1999, (10) .

[2]蔡绍怀.钢管混凝土结构的设计和应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 1988.

[3]施建平.BUPC技术在大空间楼盖结构中的应用[J].四川铁道, 1996, (2) .

[4]陈根锁.预应力钢管混凝土结构工作机理研究[J].四川建筑, 2003.2, 23 (1) :43-4.

[5]叶林, 钟善桐.中心配索式预应力钢管混凝土轴压构件临界力理论分析方法[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1995, 28 (1) :23-28.

预应力混凝土结构设计 篇2

关键词预应力混凝土火灾可靠度仿真分析

据公安部消防局统计，2005年全国共发生火灾235941起，死亡2496人，伤残2506人，直接财产损失13.6亿元。近年来，预应力混凝土结构已由早期的简单构件发展为现今复杂的空间整体受力结构，以其大跨度、大空间、良好的结构整体性能以及有竞争力的综合经济效益，正逐步成为现代建筑结构形式的发展趋势，由于预应力混凝土结构的抗火性能劣于普通钢筋混凝土结构，因此开展预应力混凝土结构的火灾反应和抗火性能研究是非常有意义的。

1预应力混凝土结构火灾研究的现状

国外学者对结构抗火性能的研究开展较早，始于20个世纪初，并成立了许多抗火研究组织，比较有名的有美国建筑火灾研究实验室、美国消防协会、美国的波特兰水泥协会、美国预应力混凝土协会、英国的BRE(BuildingResearchEstablishment)。这些组织对建筑结构的抗火性能进行了系统的研究，主要体现在对建筑材料高温下的力学性能；结构、构件火灾下的升温过程及温度场的确定；火灾条件下结构和构件的极限承载能力及耐火性能方面的研究，并编订了相应的建筑规范及行业规则。

国外预应力混凝土构件抗火性能的研究稍晚于钢筋混凝土结构，主要工作始于20世纪70年代初期。尽管早期Ashton等人的试验研究认为预应力混凝土在火的作用下存在许多问题，但其后一些学者的试验和研究表明预应力混凝土构件在火的作用下仍具有较好的工作性能。

有关文献介绍了美国进行的18个后张预应力混凝土板和梁的耐火试验。在这些试验构件中，预应力筋分为有粘结和无粘结两种。在耐火试验中，实测了时间与预应力筋温度关系，典型的时间-温度曲线如图1所示。在图中还可以看出不同保护层厚度与耐火时间的关系。

Gustaferro等人在预应力混凝土抗火方面做了不少试验研究，他们对有粘结预应力混凝土梁、预应力混凝土简支板、预应力混凝土连续梁、板等结构或构件在不同情况下的抗火性能进行了试验研究，并对预应力混凝土结构的抗火性能提出了合理的计算方法。他们通过对后张预应力混凝土梁和板的抗火试验，得出在1，2，3，4小时的抗火等级下的保护层厚度和构件最小尺寸的建议值。Ashton等人与Gustaferro同期也进行了一系列相应的预应力梁抗火试验研究，包括不同比例试件的耐火极限试验的对比，试验结果表明预应力混凝土能满足结构的不同耐火等级，其耐火性能主要取决于其预应力筋在火灾中所达到的温度，因此预应力筋的保护层厚度和梁的截面形式对预应力混凝土结构的耐火性能具有明显的影响，结构在火灾下的承载力随混凝土的保护层厚度增加和荷载减少而提高，并且轻骨料预应力混凝土板的抗火性能好于普通预应力混凝土板。Joseph等进行了后张无粘结预应力混凝土板的试验研究，试验着重研究了预应力钢筋保护层厚度对构件抗火性能的影响同时研究了荷载和端部约束情况的影响、辅助钢筋的作用等问题。Abrams等人对不同骨料和喷有隔离层的预应力混凝土构件的抗火性能进行了试验研究，Krishnamoorthy等人通过徐变和温度对预应力混凝土框架性能的试验研究得出了试验结果，其中包括不均匀温度对结构变形性能的影响及内应力和弯矩随时间的变化。

国外根据预应力混凝土梁、板等方面的试验研究结果，已对预应力混凝土在火灾作用下的承载力及极限耐火时间有了较全面的了解。他们认为温度是影响预应力混凝土结构蠕变性能的主要因素，要建立合理的分析方法必须考虑混凝土温度蠕变特性，弹性理论已不适用，蠕变率的分析方法被认为是预测整个加载阶段结构特性较满意的方法。他们的试验研究为预应力混凝土抗火设计提供了直接依据。

国内抗火研究组织从20世纪80年代后期起着手进行钢筋混凝土结构的抗火性能研究，但国内关于预应力混凝土抗火方面的试验研究尚处于起步阶段，缺乏足够的试验数据。国内规范中涉及预应力混凝土的抗火内容主要是参考国外经验确定的，如《无粘结预应力混凝土结构技术规程》防火部分第三章第3.2.1条规定用保护层厚度来满足不同耐火等级要求，它对不同耐火极限下无粘结预应力混凝土保护层厚度的确定，主要取自美国《后张预应力混凝土手册》。同济大学对5榀相同尺寸的单层无粘结预应力混凝土框架、3榀有粘结预应力框架和预应力钢丝进行了火灾试验，得出了一些有用的结论，主要有以下几个方面：①在高温作用下，预应力钢丝的强度、弹性模量、延伸率均表现出与常温下不同的性能。强度和弹性模量随温度升高而下降，延伸率则随温度的升高而增大；②对于预应力混凝土结构，火灾升温速率和温度越高，其抗火性能越差；在同一升温条件下，预应力混凝土结构承受的荷载越大，其抗火性能越不利；③对于预应力框架结构，与普通混凝土结构框架试验结果不同，荷载大小对抗火性能的影响可能要比温度的影响明显。预应力度大的结构受温度影响大，抗火性能差。预应力筋的有效应力大的结构，其抗火性能比有效应力小的结构差。无粘结预应力混凝土结构的抗火性能比有粘结预应力混凝土结构的抗火性能差。火灾后预应力混凝土结构的刚度明显减小，但仍存在一定的承载力，并反映出较好的恢复性能。

2存在的问题

尽管国内在钢筋混凝土结构抗火方面的研究工作已经取得长足进步，但在预应力混凝土结构火灾性能方面的研究才刚刚起步。诚然，预应力混凝土结构的抗火性能与一般钢筋混凝土结构在许多方面有相似性，但由于预应力混凝土结构自身的特性，这方面的研究还存在着许多问题，主要表现为以下方面：一是到目前为止各国学者所进行的试验及研究，基本上是以预应力混凝土简支构件在标准火灾下极限耐火时间为研究对象，主要考虑了截面内部温度分布及升温对预应力钢筋强度的影响等因素；二是以往试验主要研究预应力混凝土构件的耐火性能，由于结构的相互作用，因此受火构件的热变形将对其他构件产生影响，并存在较大的内力重分布，目前尚无专门研究，一般的解决办法是直接引用普通钢筋混凝土连续梁等火灾的有关结果，而这些结果是否能直接使用于预应力混凝土结构尚缺乏试验验证；三是以往的分析方法仅以热传导作为判断依据，无法对结构响应和损伤如位移、开裂、屈服等进行有效的判断，特别是材料的高温蠕变对结构火灾响应的显著影响缺少一定的研究；四是与普通混凝土相比，预应力混凝土具有许多特殊性，而以往的试验研究较少涉及。

3今后应开展的工作

(1)预应力材料高温性能研究。采用高强预应力钢丝和钢绞线是目前高效预应力混凝土的一个主要特征，因此预应力钢丝和钢绞线在高温下的蠕变性能是预应力混凝土结构抗火性能研究的基本内容。必须要通过材料试验研究高强钢丝和钢绞线在高温下的强度、变形、弹性模量的变化规律，特别是钢丝和钢绞线的高温蠕变性能对预应力混凝土结构的有效预应力的影响。此外要重视材料高温(火灾)性能数据库的建立。由于混凝土和钢材本身化学成分的差异，在温度影响下材料热工、力学性能有较大的离散性，如何对目前国内外进行的高温材料试验结果进行总结，并建立可供计算机程序调用的材料高温(火灾)性能数据库是火灾材料研究的一个重点。

(2)高温下预应力整体结构的非线性有限元分析。拟用传热学的基本原理，得到差分-有限元瞬态非线性温度场计算基本方程和各类常用边界条件，由此计算预应力混凝土结构温度场分布，并根据热弹塑性基本理论建立预应力混凝土火灾反应的非线性有限元分析基本方程。方程可用于分析预应力混凝土结构火灾下的变形、内力变化及预应力筋的应力随时间变化的过程，确定预应力结构火灾反应的一些基本特征。

(3)结构火灾的计算机仿真试验分析。一方面预应力混凝土结构火灾试验是最直接反应预应力混凝土结构抗火性能的手段，但预应力混凝土结构通常都应用于各类大跨度、大空间结构，由于试验条件限制，无法进行足尺模型试验，采用缩小比例的模型能基本反映火灾全过程的反应规律，但仍然有一定的差距。另一方面，由于受试验条件、试验经费的限制，也无法进行大量的模型试验。在进行模型试验的同时，要研究如何采用计算机仿真试验以避免上述限制。通过大量仿真试验，了解不同形式预应力混凝土结构的抗火能力，并提出改善预应力混凝土结构抗火能力的方法。笔者通过对有粘结预应力框架火灾位移的计算机仿真分析，可以得出如图2所示的有粘结预应力框架火灾下位移的实测值和计算机仿真分析结果的比较。由图2可见，计算所得的位移变化规律与实测相符，但仿真分析得到的结构位移较实测要大，误差最大时为40%。产生误差的主要原因可能由于试件混凝土含水率偏高，造成计算温度场高于实际温度分布，而结构的温度变形及材料性质与温度密切相关，从而产生结构计算误差。并且温度越高，材料的物理、力学性能离散性越大，另一方面，材料的高温蠕变的相关资料较少，这些也会造成一定的误差。总之仿真分析时的参数取值是否准确将影响分析结果，合理的参数取值依赖于可靠的实验结果。

(4)结构火灾反应的可靠度分析。由于火灾发生的可能性、火灾的持续时间和峰值强度、发生火灾时结构承受的荷载等因素并不确定，材料在高温下性能更趋于离散，上述因素均会影响结构的耐火性能。在无粘结预应力结构中，还存在锚固失效的可能性，以及结构局部失效可能产生的整体失效等，因此如何在设计中对这些因素进行综合考虑，以确定其耐火安全度是结构火灾的一个重要研究内容。结构火灾下的可靠度分析也是对现有遭受过火灾的建筑物进行评估的一个重要方面。

(5)结构抗火设计计算机模块的研制。目前对特定结构进行火灾全过程非线性有限元分析在理论上是可行的，但不免繁复的运算过程。因此有必要编制具有工程准确度的、概念清晰且简易实用的结构抗火设计计算机程序，并实现和现有通用结构设计软件进行接口是结构抗火试验研究工程化的一个关键。

参考文献

1AshtonLA.Thefire-resistanceofprestressedconcretefloors[J].CivilEngineeringandRublicworksReview，1951（46）

2GustaferroAH.Fireresistantofpost-tensionedstructures[J].TheJournalofthePCI，1973（18）

预应力混凝土结构设计 篇3

关键词：梁桥；结构设计；预应力混凝土

1 工程概况

某干道与互通立交工程位于广东佛山，该工程E匝道桥第1联平面位于圆曲线内，路线中心线平面半径为82.5 m，起点桩号为EK0＋076，终点桩号为EK0＋171，长95 m，桥梁全宽10 m，横桥向设有4 %的超高。该桥跨越环岛干道，为单幅桥梁，跨径布置为30 m +35 m +30 m。下部结构采用花瓶式板墩，钻孔灌注桩基础。桥梁结构体系为单箱单室等截面预应力混凝土连续弯梁桥。

1. 1 设计技术标准

设计行车速度：35 km/h；

设计荷载：汽车荷载公路-Ⅰ级；

地震设防烈度：七度，加速度0.15 g，抗震重要性修正系数1.3；

设计安全等级：一级；

环境类别：Ⅱ类（滨海环境）。

1. 2 主要材料

预应力混凝土连续弯梁采用C50 混凝土，墩身、台身、支座垫石采用C40 混凝土，承台、桩基采用C30 混凝土。桥面铺装层采用4 cm（SMA-13）改性沥青混凝土＋6 cm（AC-20）中粒式沥青混凝土＋3 cm（AC-10）沥青混凝土调平层＋聚氨酯防水涂料。

主梁预应力筋用高强度低松驰钢绞线，其技术标准应符合GB/T 5224-2003 要求，公称直径15.20 mm，标准强度1 860MPa。弹性模量为2.0×105MPa。

普通钢筋：直径≥12 mm 者，均采用热轧HRB335钢筋；直径＜12 mm 者，均采用热轧R235 钢筋。支座均采用QZ 系列球型支座。

2 结构设计及分析

由于受拆迁用地等制约因素的影响，该工程E 匝道第1 联桥位平面只能放置在半径较小的平曲线内。设计最主要的任务是确定结构构造，即合理选定主梁及桥墩的截面形式。

该桥设计具有以下几个特点：其一，预应力混凝土弯箱梁在设计难度较大的情况下，设置了斜腹板，导致了预应力钢束空间线形布设的难度更加复杂化；其二，桥面设置超高达4 %，导致了内外腹板高差较大，增加了箱梁自身的扭矩。针对曲线梁桥的受力特点及以上不利因素，笔者在结构设计中都给予了相应的解决办法。

2. 1 结构设计

2. 1. 1 上部构造设计

由于该桥跨径较大，同时考虑到线形顺畅及桥梁美观的要求，宜采用箱式截面。箱式截面具有挖空率高、材料用量少、结构自重小、抗扭刚度大、截面应力分配合理等优点。又由于预制结构很难适应城市桥梁小半径线形的变化，因此，该桥上部截面最终确定为现浇单箱单室斜腹板预应力混凝土箱梁。上部结构梁高为180 cm（以箱中心为准），桥梁横坡由两腹板调节而成。内侧（圆心侧）腹板高度为170 cm，外侧腹板高度为190 cm。单幅桥箱梁顶板宽度为10 m，底板宽度为5 m。悬臂板长度为2.5 m。箱梁跨中断面其顶、底板厚度均为25 cm，腹板宽度为50 cm。4 m 过渡段之后，其腹板加厚至75 cm，底板加厚到50 cm。边跨梁端顶、底板厚度均为50 cm。为了便于施工，在悬臂板与腹板的交接处设R40 cm 的圆弧，以利于脱模。为增加桥梁的美观性，箱梁断面采用斜腹的形式（见图1）。

因为预应力引起的径向力（崩出力）作用明显，需加强腹板箍筋，从而起到增添防崩箍筋的作用，同时，专门设置了腹板预应力束的防崩钢筋。为防止产生过大的径向力，在设计中尽量避免采用大吨位的预应力钢束。为了做到这一点，主梁腹板特地加厚到50 cm，以滿足两排小吨位预应力腹板束的布置。在布束时尽可能地在腹板的外侧布置，以增加腹板内侧混凝土抵抗厚度。

图1 主梁跨中断面图（cm）

2. 1. 2 下部构造设计

该桥跨越环岛干道，制动墩高度为6 m，采用2.6 m×1.6 m 的花瓶式矩形桥墩。当采用墩柱与梁固结的支承形式时，就必须注意墩柱的弯矩变化。在主梁的扭转变形过大同时墩柱弯矩也很大（一般墩柱较矮）的情况下，宜采用矩形截面墩柱。因为矩形截面沿主梁纵向抗弯刚度较小，而沿主梁横向抗弯刚度较大，这样既减小了墩柱的配筋又降低了主梁的横向扭转变形，更适合其受力特点。

2. 2 结构分析

这里仅就曲线梁和固结墩进行结构分析。

2. 2. 1 上部结构分析

曲线梁桥的受力特性与其各方面的特征有关，如曲率半径R、跨径L、截面形式、宽跨比B/L、抗弯刚度、抗扭刚度及支承方式等。目前，针对不同的弯桥结构归纳起来有3 种计算理论：解析法、半解析法和数值法。有限单元法是目前最实用的数值法之一。

该桥计算采用桥梁通用软件《桥梁博士V 3.0 版》的曲线模块，计算图式如图2 所示。上部结构按曲线桥进行计算，按承载力极限状态和正常使用极限状态计算内力、位移、应力。计算荷载考虑了恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、地震力及温度变化等，对结构、动力静力特性进行了分析。施工阶段计算共分4 个阶段，用贝雷片支架搭设施工平台进行梁体浇筑施工。

图2计算图式

根据主体结构立面进行整体计算，全桥纵向共分105 个单元，106 个节点。

（1）持久状况承载能力极限状态计算抗弯强度验算如图3 所示。

图3 抗弯强度验算图（kN·m）

（2）持久状况正常使用极限状态计算按A 类预应力构件进行正截面抗裂验算。

（3）弯梁桥支座反力验算

鉴于曲线梁桥的受力特点，为了避免弯梁桥在桥梁使用过程中出现支座脱空，该桥结构分析须着重验算桥梁的支座反力。

由于该联桥跨受多种因素制约，无法作大的调整，所以在结构分析中，主要是根据弯梁内的扭矩情况调整支承方式及布置，控制扭矩峰值，使弯梁截面和支座受力均匀。

该联匝道桥位于路线中心线R82.5 m 的平曲线上，为抵消弯箱梁因扭矩产生的不平衡支反力，在两端墩台处向路线右侧设置了30 cm 支座预偏心，同时在制动墩处采用墩梁固结。

由此看出，支座反力均为正值，所有支座均未出现脱空。在满足景观要求的前提下保证了桥梁的安全性。

（4）桥面板验算箱梁横向桥面板计算分别按框架和简支板考虑固端影响两种方法进行分析，择其大者进行截面配筋设计。计算过程从略。

2. 2. 2 固结墩结构分析

由于该桥采用墩梁固结，为了防止固定墩拉裂，曲线桥固结墩需要进行横向裂缝及抗扭承载力验算。

（1）裂缝验算

验算截面为墩底截面，横桥向截面内力为：弯矩M=4 700 kN·m，轴力N=5 650 kN，剪力P=54 kN。

经计算得出：长期荷载裂缝宽度为0.034 mm ＜0.15 mm。满足规范要求。

（2）抗扭承载力验算

固结墩扭矩组合设计值Td =1 530 kN·m，剪力组合设计值Vd= 814 kN，桥墩截面受扭塑性抵抗矩Wt =2.645 m³，固结墩为矩形受弯、剪、扭构件，其截面符合下列要求：

即：7.635×10-4 kN/mm²＜ 8.25×10-4 kN/mm²，故根据规范可不进行构件的抗扭承载力计算。

通过以上结构分析，证明了该弯梁桥结构设计的合理性及安全性。

3 结束语

综上所述，弯梁桥由于其结构受力的特殊性，较同等跨径的直梁桥要复杂得多，因此在进行弯桥设计和计算时应引起足够的重视。在进行弯梁结构设计时，对每一主要尺寸的拟定，都要考虑结构受力的要求和布置钢筋的构造要求；并采取适当的计算方法，对结构进行纵横向计算分析，以保证设计的安全性。

参考文献：

[1] 赵国强.浅谈曲线桥梁设计[J].四川建筑, 2010, (06)

论预应力混凝土大板结构的设计 篇4

1 工程适用条件

在当前的建筑工程中, 其中大部分都可以采用预应力混凝土大板结构。比如某建筑的平面呈井字形, 每一楼有8户, 而建筑的层高只有2.8m, 由于该建筑时比较高档的商品房。因此在建筑的房间内部不能够有梁出现, 所以传统的梁板结构就不能满足这一要求。而为了满足该建筑的要求, 通常就会采用预应力混凝土大板结构, 采用预应力混凝土大板结构不仅能够使房间内部不出现梁, 而且还能够将建筑布置的更加方便灵活, 从而提高了建筑的性能和实用价值。

2 设计参数

混凝土强度等级为C40, 预应力筋采用强度为1860MPa的高强低松弛钢绞线, 张拉控制应力Dcon=0.75fptk, 板厚约200mm。

设计荷载:

静载:6.0KN/m2 (板自重+板面板底粉刷)

活载:1.5KN/m2+3.0KN/m2 (隔墙荷载)

3 预应力砼结构的设计要求

对预应力混凝土结构, 必须满足下列功能要求:

3.1 结构在预应力张拉施工阶段和将来正常使用阶段出现各种可能作用时, 具有一定的安全度;

3.2 具有一定的延性变形能力;

3.3 预应力混凝土大板的挠度与反拱在允许范围内;

3.4 结构各截面裂缝宽度不超过允许范围, 从而保证预应力与非预应力筋在其所处的环境条件下不产生影响结构耐久性的锈蚀。

进行设计时, 一般考虑承载能力极限状态和正常使用状态, 并对施工阶段进行结构强度验算与材料应力验算。

a.对承载能力极限状态, 应采用荷载效应的基本组合与偶然组合与长期效应组合进行设计。

一般按荷载的基本组合进行设计, 并通过采取构造措施保证结构破坏时具有一定的延性, 从而保证在偶然事件发生时及发生后仍能保持整体稳定性。而对无粘结预应力混凝土多跨连续结构, 由于偶然事件可能造成某跨预应力筋完全失效, 根据无粘结筋的特点, 其他各跨预应力筋随之也失效。为保证不发生由此产生的连续倒塌破坏, 应考虑预应力筋失效。并取与偶然作用同时出现的可变荷载, 即长期效应组合值, 按各材料的标准强度对结构承载能力作补充设计。

b.对正常使用极限状态, 应采用荷载的短期效应组合进行设计, 使得结构构件的变形与裂缝等都不超过相应的规范限值。

对预应力混凝土结构, 为保证结构变形不影响正常使用或外观, 通常限制构件挠度或反拱值;由于预应力钢筋是采用单根直径较小的钢丝组成的高强钢丝束或钢绞线, 对开裂造成的钢筋表面锈蚀比较敏感, 因此其耐久性对裂缝宽度应有严格的要求。

4 预应力混凝土结构的设计内容

预应力混凝土结构的设计内容应包括如下三个方面:

4.1 施工阶段的设计验算

4.1.1 施工阶段的条件;

施工时的荷载条件中, 预应力荷载应按扣除第一批预应力损失后的有效应力来确定;其他荷载应根据施工阶段可能的最不利荷载情况来定。而施工时的支撑条件应考虑施工方案的具体情况来定, 模板周转情况影响施工阶段的结构分析模型的支撑条件与荷载条件的选取。

4.1.2 施工阶段的验算内容:

一方面, 要求在施工阶段的支撑条件下, 在相应原施工荷载下, 结构具有一定的安全度;另一方面, 要求施工阶段结构的材料应力不超过允许范围。一般情况下, 控制施工阶段预应力筋拉应力, 截面混凝土的最大拉应力与压应力。当采用特殊的施工工艺时, 尚应作相应条件下的验算。

4.2 正常使用阶段的适用性, 耐久性验算

4.2.1 预应混凝土结构进行使用荷载下的挠度验算, 挠度值不允许超过规范规定的允许挠度。

4.2.2 按现行规范控制裂缝要求, 对有粘结预应力混凝土结构, 短期荷载效应组合下, 不允许出现裂缝。

而长期荷载效应组合下, 不允许出现拉应力。对无粘结预应力混凝土结构, 一级裂缝控制时, 不允许产生拉应力;二级裂缝控制时, 不允许出现裂缝, 短期效应组合计算时, 混凝土拉应力控制系数取0.6, 长期效应组合计算时取0.25。

工程实践经验表明, 结构工作环境条件良好, 可以对短期荷载的裂缝控制适当放松, 允许出现裂缝。其宽度限值为低侵蚀性环境, 在短期效应组合下, 最大裂缝宽度不超过0.22mm。

4.3 承载能力极限状态设计

4.3.1 对预应力板各截面进行多种可能的荷载效应组合的受弯强度设计, 计算时要考虑预应力产生的次弯矩的影响。

4.3.2 采用混合配筋设置非预应力筋, 提高结构在地震作用下的延性和能量吸收, 可有效分散受拉区裂缝, 改善结构的受力性能。

结束语

预应力混凝土大板结构能够有效地满足高层建筑的要求, 因此其在现代的高层建筑建设中倍受青睐。然而在实际的工程中进行预应力混凝土大板结构设计时, 还必须要结合工程的实际情况进行精心设计, 从而才能够使得建筑的质量和性能得到进一步提高。通过本文对预应力混凝土大板结构设计的详细论述, 相信读者对其也有了更深刻的认识, 总而言之, 在高层建筑设计中采用预应力混凝土大板结构, 能够使楼层的重量减轻, 并且还能够提高建筑的经济综合经济效益。而随着科学技术和建筑行业的发展, 预应力混凝土大板结构在建筑领域中应用必定会更加广泛和完善。

摘要：随着建筑行业的高速发展, 在现代的建筑工程中, 涌现出了大批先进的施工工艺和施工材料以及施工设备。随着这些材料和工艺以及设备的应用, 使得现代建筑工程的质量和性能都得到了大幅度提升。在现代的建筑中, 由于高层建筑逐渐增多, 然而由于高层建筑的自身特点, 使得传统的梁板结构无法满足高层建筑的要求。因此在这一时代背景下, 预应力混凝土大板结构应运而生, 预应力混凝土大板结构能够有效地满足高层建筑的要求, 因此其在现代的高层建筑建设中倍受青睐。而为了进一步提高高层建筑的质量和性能, 加大对预应力混凝土大板结构的分析研究力度就显得尤为重要。本文通过对预应力大板结构的深入研究, 然后对其的结构设计进行了详细论述, 以供同行参考。

预应力混凝土结构设计 篇5

预应力混凝土连续梁桥的设计与施工

预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的.一种,作为现代公路的主要结构形式,预应力混凝土连续梁桥结构在现今的公路工程中得到了广泛应用.文章总结了预应力混凝土连续梁桥的特点与基本设计理论,介绍了几种主要的施工方法.

作 者：张武兴 作者单位：江苏连徐高速公路有限公司,江苏,沛县,221600刊 名：中国高新技术企业英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES年，卷(期)：2009“”(14)分类号：U441关键词：预应力混凝土 连续梁桥 桥梁设计 桥梁施工

浅谈预应力混凝土连续梁桥的设计 篇6

【关键词】预应力 混凝土 连续梁桥 设计

引 言

连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型。它不但具有可靠的强度、刚度及抗裂性，而且具有行车平稳舒适、养护工作量小、设计及施工经验成熟的特点，与其它桥型相比具有很强的经济性，常成为最佳桥型方案。通过多年参与、负责的预应力混凝土连续梁（连续刚构）桥的设计工作，对这种桥型有了较深刻地体会及认识，现将设计中应注意的问题，谈一些观点。

1 预应力混凝土连续梁桥主要问题

在预应力混凝土连续梁桥，特别是大跨径连续梁桥的施工或使用过程中，部分桥梁有时会出现这样或那样的问题，其主要问题是箱梁混凝土出现了不同性质的裂缝。

根据作者所知，在已建成的连续桥梁中，某些桥梁上部结构曾出现了部分裂缝，主要有箱梁顶板和底板的纵向裂缝；箱梁腹板的斜向裂缝。特别是靠近边路现浇箱梁端部范围的两侧腹板，出现近45o的斜向裂缝。现举例如下：

（1）某公路大桥为三跨预应力连续梁结构。在中跨跨中近60 m范围内，箱梁底板下缘合龙段上缘出现纵向裂缝，最多的一个截面有10多条，连续贯通，裂缝宽度0.1～0.4 mm。在两只中墩左右的1号节段底板，各有1条长2 m对称的纵向裂缝，裂缝宽度0.2～0.3mm。在边跨近桥台的4 5个箱梁节段底板。出现不连续、较短的纵向裂缝，裂缝宽度0.1～0.2mm。

（2）某公路大桥为连续刚构一连续梁桥结构。该桥在每孔1/4梁跨处的上、下游箱梁内侧腹板处，发现与顶板呈250～450的斜向裂缝，成桥早年后共发现百余条裂缝，最长约4 m，最大裂缝宽度达1.8 mm。从以上预应力混凝土桥梁的裂缝来看，其性质大部为受力裂缝。且宽度较大。为保证这些桥梁的安全性和正常使用；以及结构的耐久性，有关方面曾对裂缝的成因作过一些分析。我们也可从中吸取教训，以提高对这类问题的认识和重视，为今后从事预应力混凝土桥梁的设计、施工、管理和监理工作采取相应的对策。

对于跨径20～50 m的连续梁，一般作成等截面形式，梁高一般为跨径的1/15～1/30，这种桥型常采用满堂支架、移动模架逐孔施工和顶推施工的方法，对于较大跨径的多孔连续梁，常作成变截面的形式，其支点梁高为最大跨径的1/15～1/20，跨中梁高为最大跨径的1/30～1/50，这种桥型通常采用悬臂法进行施工，其边跨跨径一般为中跨跨径的0.65～0.7倍，宜0.55～0.6倍。

在连续梁桥细部尺寸拟定时，应作一定的计算及分析，对箱梁各部分尺寸进行详细优化。在主、边跨不变的情况下，结合所采用的施工方法，考虑不同梁高、不同箱梁顶底板、腹板厚度；对于连续刚构桥还须根据地质资料对桩基础进行等效模拟，考虑不同的双壁墩间距、不同的截面（空心薄壁型、实心哑铃型）类型，进行多种组合的分析计算.经过反复多次的调整与综合考虑，最后确定较为理想的主、边跨梁高与结构细部尺寸。接着应对结构施工阶段的梁段划分、施工可靠度进行了深人的分析验算，梁段划分时尽量使所划分的梁段数量较少、相邻两梁段重量相差较小，以方便施工。缩短施工周期。在施工阶段可靠度验算中应考虑施工过程中在最大悬臂阶段可能出现的最不利的施工荷载、结构自重的不均匀性以及风力对结构的影响等。运营阶段则考虑恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、基础沉陷、温度变化、风力及地震力对主桥结构上下部的影响，进行多种组合分析计算，以保证结构受力合理、施工简便安全。

2 、 预应力混凝士连续梁桥设计对策

预应力混凝士连续梁桥的裂缝问题涉及到设计、施工、监理等各方面。本文仅从设计方面进行探讨。

2.1 桥梁跨径布置和箱梁截面尺寸拟定

（1）桥梁跨径布置：预应力混凝土连续梁桥的边跨与主跨比选用是否恰当直接影响到结构受力的合理性。若边跨太大，则边跨支架现浇梁段长度偏长，施工时要防止支架不均匀沉降。边路一长其整体刚度偏小，在恒载与活载作用下，现浇段会出现较大的主拉应力，容易发生混凝土开裂；当在边跨加载时对中跨箱梁的受力不利。若边跨与中跨之比过小，则边跨支点可能会出现负反力，使得边墩与边跨受力不合理。（2）箱梁断面尺寸拟定：自大吨位锚具、1860MPa钢绞线和高强度混凝土在大跨径预应力混凝土桥梁中采用以来，箱梁的自重大大减轻，使得上部结构有条件向轻型化方向发展。

2.2 纵向预应力布束方案与预应力储备

（1）纵向预应力布束方案：在实际工程中出现剪切裂缝的预应力混凝土箱梁桥中，发现这样一个共同点，就是在纵向预应力钢柬布置时往往偏重施工方便的要求，而忽视了对腹板下弯束和边跨现浇箱梁端部一定范围内腹板弯起束的有效利用问题。由于采用了在箱梁顶板和底板布置直線束，仅靠设置竖向预应力钢筋来克服结构剪应力的布束方案，这必须建立在充分保证竖向预应力能够达到设计要求的前提下。实际上箱梁腹板由竖向预应力钢筋长度一般较短，钢筋的张拉伸长量较小，施工时若发生少量的压缩变形，将会产生较大的预应力损失；加上锚固系统和施工操作上的问题，一般很难保证设计所要求的预应力度。工程实践证明：在采用直线束布置方案的同时，有必要在靠近箱梁支点附近的节段内，在腹板内布置部分下弯束，但吨位不宜太大。由于这类预应力钢束通过腹板，使得预压应力容易均匀分布到全断面上，是克服剪应力最有效的合理的布束形式，并可达到免费提供预剪力的效果。设计工程师可以通过合理布置纵向预应力钢束，来改善箱梁版权的受力状态；同时建议在边跨箱梁端部将腹板的箍筋适当加密，直径适当放大一些，这些措施对克服腹板的斜向裂缝是十分有效的。

（2）预应力储备：由于理论计算模式和计算结果往往与工程实际情况存在差异，加上一些在设计时难以计入的因素，因此在设计过程中，有必要考虑结构各个截面的应力要有一定的安全储备，即对使用荷载作用下截面的正应力和混凝土主拉应力，提供一定的应力储备，以便在设计上带来可靠保证。

2.3 预应力混凝土连续梁桥的设计要重视温度应力

计算表明桥面局部升温或降温将会在结构中引起较大的内力变化，虽然这部分内力不是永久的，但却是不可避免的。若考虑不当，温度应力会造成支点附近和跨中断面的裂缝。即使这些细微裂缝不至于影响结构的正常使用，但设计时必须给予重视。除了对这些截面进行必要的应力验算满足规范要求外，有必要采取一些构造措施，如在验算截面附近布置一定数量的非预应力钢筋，使得温度应力分布均匀，控制温度裂缝的产生或发展。另外还得考虑在支点和梁端处的硬板和底板内布置足够的纵向钢筋和箍筋，因为对于箱梁横截面，腹板和底板在温度作用下混凝土容易开裂。

3 结 语

预应力连续梁桥的设计是一项复杂而细致的工作.若要成功地设计好一座桥梁必须从桥跨布设.尺寸拟定、钢束布置以及施工方法等方面综合考虑；同时应在众多的数据中选择正确的设计参数：并充分考虑环境（包括温度、徐变和收缩）对结构的影响。

参考文献

[1]王文涛.刚构连续组合梁桥.北京：人民交通出版社.2006.2

[2]李坚.上海预应力混凝土连续梁桥的发展.同济大学出版社，2005.1

预应力钢管混凝土结构 篇7

尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用, 具体的缺陷表现在以下几个方面:

1) 钢管混凝土仅适用于小长细比的轴心受压和小偏心受压构件, 对于大长细比的轴心受压、受弯和大偏心受压构件, 承载力的提高效果并不显著;而作为受拉构件时, 核心混凝土不参加工作, 只是钢管受力, 承载力与空钢管轴心受拉基本相同。2) 钢管对核心混凝土的被动箍紧力出现太迟, 构件在弹性阶段和弹塑性阶段的承载力没有提高, 塑性阶段承受荷载的能力虽能得到大幅度提高, 但是也将产生很大塑性变形。此外, 受荷初期增加的侧向拉应力还将使核心混凝土提早开裂。3) 一些承受移动荷载作用的构件如桥墩、拱肋、吊车柱等往往存在偏心受压状态, 这些因素的综合影响, 使构件的受压性质发生了变化, 从而进一步降低构件的承载力。

2 预应力钢管混凝土的提出

为了扩展钢管混凝土结构的应用范围, 进一步发挥它的特点, 研究者们将预应力技术运用到钢管混凝土结构中, 充分发挥两者的优越性, 提出了“预应力钢管混凝土结构”。这种结构是指在钢管混凝土构件中加设高强钢部件, 施加预应力, 从而改变构件中的内力分布, 使钢管混凝土构件部分承受轴心压力或小偏心受压。这样, 预应力钢管混凝土结构不仅可以作为长细比较大的长柱和大偏心受压构件, 而且还可用于受弯构件, 这就使得钢管混凝土的应用领域大为扩展。

3 预应力钢管混凝土的特点

预应力钢管混凝土结构除具有钢管混凝土结构的优点外还具有以下特点:1) 通过预应力技术传递部分荷载, 减小结构内力, 对于预应力连续梁还能够调整整个结构的内力分布;2) 针对内力大的杆件施加预应力, 预应力筋通过钢管混凝土承担绝大部分使用荷载, 用高强钢材代替普通钢材, 能使预应力筋强度高的优势得到充分发挥;3) 多采用无粘结预应力结构, 钢管和混凝土对预应力筋具有明显的保护作用;4) 在预应力施加阶段, 借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用, 可使核心混凝土获得较大的预紧力, 核心混凝土在使用荷载作用下不出现裂缝, 构件刚度变大;5) 增加结构刚度和自振频率, 减少结构变形和动力影响, 增大结构跨度, 提高结构承载力;6) 对桁架、网架等结构施加整体预应力, 可调整结构内力, 结合支座位移和反力调整, 减小内力峰值, 使结构受力更合理、更优化。

4 预应力钢管混凝土的结构形式

4.1 轴心受力构件

将预应力筋放于管轴内, 并在钢管内灌注混凝土, 形成预应力钢管混凝土轴心受力构件。它既能提高抗压性能, 又能提高抗拉性能, 可用于轴压或轴拉构件。为方便施工, 也常将预应力筋放于钢管外, 形成撑杆式预应力钢管混凝土柱。施加预应力后, 撑杆对构件产生扭转约束和线位移约束, 从而提高其临界压力和稳定性。

4.2 受弯构件

当构件承受弯矩时, 可根据弯矩分布图形, 配置直线形、折线形、抛物线形预应力筋, 就像普通预应力混凝土结构一样。若弯矩较大或为方便施工, 可将预应力筋配置在体外。配筋的原则是获得最大的反向弯矩及最小的轴向压力。根据荷载的形式不同, 在构件上布置不同线形的预应力筋, 这样做可以平衡掉对结构构件产生弯曲应力和变形的那部分荷载。若外荷载全部被预应力所平衡, 则构件在外荷载和预应力共同作用下将成为一个轴向受压的结构, 即只受到轴压力的作用而没有弯矩, 也没有竖向挠度, 但这只是理论上的假设, 实际上一般很难完全抵消外弯矩, 故只能使构件由受弯改变为压弯构件, 充分利用钢管混凝土的受压特性和预应力筋的高强抗拉特性。

4.3 压弯构件

钢管混凝土特别适合用于轴心受压或小偏心受压构件, 但抵抗大偏心荷载的性能却不如钢筋混凝土柱出色。因为偏心率、含钢率和混凝土强度等级对钢管混凝土偏压短柱的力学性能有影响, 其中以偏心率的影响最大。偏心率较小时, 套箍力产生较早、发挥较充分, 其受力性能与轴压短柱类似。随着偏心率的增大, 受压区钢管混凝土的组合材料泊松比不断降低, 钢管对混凝土的套箍作用受到削弱。为了有效地提高偏心受压柱的承载力, 可在体内加偏心预应力, 使钢管产生预压偏心, 其方向与荷载偏心方向相反, 这样可减小荷载的偏心距使柱接近承载力较高的小偏心受压柱。为此, 采用在钢管内部预先施加反向偏心预应力筋的方法, 发挥钢管混凝土抗压强度高的特点, 克服截面惯性矩相对较小的弱点;同时改变其受力状态, 使大偏压接近小偏压, 减小偏心率, 增大柱子的承载能力。

4.4 拱结构

拱属于有推力的结构体系, 当拱轴线选择合理时, 拱体主要承受压力, 适合于采用钢管混凝土结构。拱的推力对拱身工作有利, 但却增加了支座的负担, 特别是在平原地区地基基础不能抵抗水平推力的情况下, 极大地增加了支座造价。为此, 利用内力平衡原理, 在拱脚处设置拉杆, 以承受拱的部分推力;如果再在拉杆中施加预应力, 将水平推力由预应力体系来平衡, 与压拱组成无推力或小推力的拱架结构体系, 成为内超静定外静定的结构, 可以大大减轻支座负担, 取得最大的经济效益。

4.5 桁架结构

在钢桁架中施加预应力, 可以把个别构件 (主要是拉杆) 做成预应力杆, 也可以对整个桁架施加预应力。根据计算分析, 对于预应力钢结构而言, 不论采用何种形式桁架和何种预应力索布置, 与未施加预应力的桁架相比, 腹杆和下弦杆比较省钢, 而上弦杆并不省钢。原因是钢压杆需要承担强度和稳定的要求。为此, 在压杆内灌注高强度混凝土, 协助钢压杆承受压力, 从而解决了强度、刚度和稳定问题, 大大节约用钢量, 改善结构的特性;同时由于利用了混凝土良好的抗压能力和索的高抗拉能力, 并可调整整个结构内各部分内力的分配, 使构件内力分布合理, 改善结构的性态, 使受力变形性能达到最佳状态。

5 结语

预应力技术的引进, 使得钢管混凝土的受力性能得到改善, 扩大了其应用的领域, 推动了钢管混凝土结构的进一步发展。

摘要：尽管钢管混凝土结构在承受压力作用时, 由于钢管约束了混凝土, 使混凝土三向受压, 提高了混凝土的抗压承载力, 使混凝土由脆性变为塑性;钢管由于核心混凝土的存在, 其局部屈曲失稳得到了有效的防止, 其纵向承载力也得到充分发挥, 但是钢管混凝土结构也有其工作上的缺陷, 极大地限制了其应用。

关键词：预应力,钢管混凝土,结构形式

参考文献

[1]钟善桐.钢管混凝土结构应用范围的扩展[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1994.

预应力混凝土结构设计 篇8

1 预应力混凝土结构的特征及其应用

预应力混凝土是通过张拉预埋在混凝土中的预应力筋, 使混凝土截面受到某种量值与分布的内压力, 尽量全部或部分抵消。拉应力是建立预应力之后, 预应力筋受拉, 混凝土受压, 形成自平衡系统。从实际效果来看, 预应力改善了混凝土的抗拉能力, 使得必须带裂缝工作的普通混凝土结构可以不开裂或裂缝宽度降低, 进而改善了构件的抗裂度与刚度, 这是目前预应力混凝土结构最主要的特征。

一般将其与混凝土产生黏结情况将预应力钢筋分为有黏结筋与无黏结筋, 有黏结筋可以充分发挥预应力筋的强度, 无黏结筋施工便利, 应用十分广泛。目前, 无黏结混凝土被广泛应用各大工程建设中, 预应力钢筋耗量高居世界的1/3。

近年来, 在地下室施工中也采用了预应力混凝土技术, 主要是为了改善地下室层高与埋深, 同时降低施工难度, 进而获取更高的经济效益, 但从实际施工情况来看, 有填土或人防的地下室楼盖, 部分地下室底板选择预应力无梁平板结构, 降低了工程造价。但受到这些因素的影响, 这一结构受到建筑企业的重视, 应用范围迅速拓展。

2 提高结构的安全性

作为施工中必不可少的一项技术, 预应力结构深受现代施工人员的重视, 国家也相继颁布了针对《预应力混凝土结构设计建议》、《无黏结预应力混凝土结构技术规程》等管理规程, 同时也对材料及体系的情况进行了规定, 这些标准的相继出台, 促进预应力混凝土技术不断成熟, 设计水平不断提高, 结构的安全性也得到了一定的改善。

3 地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的必要性

3.1 改善地下室埋深与基坑开挖的深度

受到各地施工环境的影响, 同时由于污染日益严重, 近几年地表水位不断变化, 引发大量结构被损坏, 引起业内广泛重视, 多采用增加地下室顶板及底板厚度、抗拔桩的方式, 但这些方法的造价高, 制约其应用范围, 而选择降低地下室的层高、减小水的压力这一方法的经济性较高。

3.2 结构超长、防治、抗裂安全性的需求

如果地下室留下永久的结构缝, 不仅影响美观效果, 同时还埋下诸多隐患, 影响主体结构埋深, 所以近年来我国的地下室多选择超长、连体的结构, 受到收缩与温差的影响, 降低抗裂与安全性, 尽管可以在材料上可以选择一些对策, 但受到诸多因素的影响, 对普通民用建筑的控制裂缝难度较大, 预应力属于主动力, 同时数值可改变, 与被动方法相比, 控制裂缝效果更好, 可靠性也较高, 同时经济性较好, 被广泛认可。

4 地下室采用后张预应力混凝土平板楼盖的经济性较高

采用这一施工技术, 最直接的的效益就是降低了结构的造价, 从其原因来看, 主要可以分为以下几点。

4.1 降低了普通钢筋的用量

第一, 预应力的钢筋强度的性价比高, 而且强度高, 设计过程中预应力钢筋强度约为1 320Mpa, 普通钢筋的强度设计值明显低于这一数值, 强度比值约为4.4 Mpa、3.67 Mpa。

第二, 同一条预应力筋在跨中作底筋, 但在支座上则做面筋, 长度无法达到普通钢筋的正负筋之和。增加了预应力筋的使用效率。

第三, 无梁板充分利用混凝土的抗剪能力, 与有梁结构相比, 箍筋的用量减少。

第四, 预应力的结构强度与抗裂控制配筋是协调的, 无须另外使用普通配筋来控制裂缝, 但普通混凝土施工这一问题则颇为突出, 为了减少裂缝则需要适当的增加配筋, 导致成本增加。

4.2 降低预应力的用筋量

减少预应力筋的使用, 在柱头的外面加上托板, 改善结构断面与弯矩图的协调性。模板及混凝土用量要少于普通量板, 这两种材料的减少对节省造价具有积极意义。

4.3 地下室高度的降低会产生间接效益

结构的高度降低, 地下室的层高随之下降, 可以减少内外墙及柱混凝土的用量与土方量, 防水材料等的费用, 减少工程造价, 间接促进工程效益的提高。从施工情况来看, 结构选型与设计的合理性的预应力无梁板结构彻底改变了传统造价观念, 减少了工程费用。

参考文献

[1]许霞.预应力混凝土结构裂缝成因及其对结构耐久性的影响[J].西部探矿工程, 2006, (02) :15-16.

[2]麻兴中.预应力混凝土梁质量控制要点[J].广东建材, 2011, (07) :32.

[3]王福元.浅谈混凝土结构中后浇带的施工[J].山西建筑, 2007, (18) :65.

预应力混凝土结构设计 篇9

随着经济和建筑技术的发展,大跨度结构应用越来越广泛,大跨度空间结构是目前发展较快的结构类型,大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂及其他大型公共建筑,工业建筑中的大跨度厂房、大型仓库等。目前工程上常用的大跨度的结构形式主要有网架结构、网壳结构、膜结构、薄壳结构等,对于混凝土结构来说,在大跨度问题上经常采用钢—混凝土结构及预应力结构。近年来,预应力混凝土结构在工程上的应用有很大的发展,其设计受到了人们的日益重视。

1 设计要点

1.1 预应力筋的合理布置

通常,跨中与支座正负弯矩以抛物线的形式交替出现,故钢筋布置亦按交替出现规律布设。在设计各种无梁大板结构(如不等跨无梁大板结构)过程中,很多情况下框架之间柱上板带跨中部分属于正弯矩区域,故假如预应力的钢筋在此区域内弯起,负弯矩区将集中出现在柱附近区域,这种布置形式对板的受力极为不利。正确的钢筋布置形式是在跨中大部分区域内不弯起预应力钢筋,而靠近在柱附近的负弯矩区将部分预应力钢筋弯起。在设计出现这种情况时,结构设计人员必须在图纸说明中重点说明,以避免在施工中出现预应力钢筋布筋曲线的错误。另外,在设计中,四段抛物线形式对于边跨板中预应力钢筋的布筋类型来说,是不合适的。如在边跨板中采用这种四段抛物线结构形式,不仅会造成边跨梁附近应力过大,超出安全范围,而且会因此而使板在边跨梁附近抗裂性能满足不了规范要求。实际设计过程中应根据边跨板的受力特点,采用二段抛物线或三段抛物线形式布置。

目前,我国常用的预应力钢筋有下述几种:

1)热处理钢筋。热处理钢丝具有强度高、松弛小等特点。它以盘圆形式供应,可省掉对焊和整直等工序,大大方便施工。

2)消除应力钢丝。消除应力钢丝有光面、螺旋肋和刻痕几种形式,施工方便。

3)钢绞线。一般由一股3根和一股7根不同直径的高强度钢丝绞制在一起而成,施工方便且与混凝土粘结强度高。

钢筋布置方案是大跨度预应力混凝土结构设计的重点,其布置方式有多种,最常用的是在跨中板带中占1/3左右,另2/3钢筋布置在柱上板带中。这种布筋方案对普通钢筋的设计来说,不仅能确保板受力合理同时也最省原材料。但在设计板跨相差超过20%及以上的多跨连续板时,设计采用长跨方向集中布筋,跨中板带布1/3左右或均匀布置,短跨方向柱上板带布2/3的布置方案更节省原材料。

施工时注意事项:1)预应力筋的铺放顺序及位置,必须正确处理好钢筋铺放顺序与管道敷设、钢筋铺放顺序与钢筋绑扎顺序之间的关系。铺放时,应尽量减少交叉穿束,严格按设计图纸中要求的细部构造执行,布置并固定好承压板及梁端钢筋网片等。2)必须保证钢筋的保护层厚度。3)应在上、下层钢筋间设置专门保证矢高的措施,注意防止钢绞线的互相缠绕,以保证预应力筋的矢高。4)钢绞线每隔一定距离(约500 mm)应进行固定,以防止浇捣混凝土时变位。5)当钢绞线与预埋管路系统发生矛盾时,应以钢绞线优先。

1.2 连续构件设计

大量工程建设实践证明,将单跨预应力梁截面延伸以达到连续结构效果,从而设计成连续结构,具有诸多优点,因为多跨结构在超载情况下,内力重分布能力强,可提高受弯承载力。同一束预应力筋不仅可用作正弯矩筋亦能用作负弯矩筋,受力合理,削弱了支座处附加弯矩对柱子的不利影响。此外,其支座形成的刚性节点,具备良好的结构性能,可抵抗风载或地震所引起的水平力。当大梁被施加预应力时,易产生轴向力压缩变形,对柱产生较大附加弯矩。可采用对大梁进行多跨连续布置,设计多排柱共同参与工作,可减轻这种作用力。

1.3 抗震性能设计

当前国际混凝土结构工程界对预应力混凝土结构抗震问题给予了很大的重视。研究表明预应力结构在地震区的应用是肯定的,但和普通钢筋混凝土结构一样,需要的是进行合理的抗震设计和施工。工程中可采用竖向预应力加固普通钢筋混凝土结构来提高结构抗震性能,这样的话可以提高结构抵抗水平荷载的能力,并在地震之后又能很快的复原。

我们知道地震区建筑对结构构件的延性有较高的要求,主要表现在预应力结构构件中,通过最小配筋率对非预应力钢筋的配置进行限制,以防止裂缝的出现。在设计时,应根据预应力筋连续布置的特点,按以下步骤进行地震区预应力结构的配筋设计:1)对结构构件进行分析,计算出构件在竖向作用力与水平作用力下的内力包络图,并对支座和跨中截面进行次应力和调幅计算;2)根据计算结果在跨中截面按照延性要求进行非预应力钢筋布置,再根据内力反算出预应力钢筋的配置情况;3)已知预应力钢筋的配筋量及布置曲线,用内力随截面位置变化情况图形进行核算,补足各截面所需的非预应力钢筋;4)检查、调整。

1.4 防火设计

人们常忽视预应力钢筋混凝土楼板的防火问题,钢筋混凝土虽然不是易燃材料,实际上防火隔热性能较差,当温度达到临界点时,预应力钢筋的屈服点开始下降,蠕变加快,致使预应力板的强度、刚度迅速下降,使板的挠度变化加剧,板下面出现裂缝;另外,在高温下混凝土性能也非一成不变,楼板受拉的方向与板下混凝土受热膨胀一致,加速了板中挠度的变化。当遇到部分预应力混凝土建筑构件的耐火极限达不到有关国家设计防火规范的要求,如预应力混凝土楼板当受力钢筋的保护层为10 mm时,耐火极限小于0.5 h达不到《建筑设计防火规范》规定的一、二级耐火等级建筑物的需要,因此要进行处理。常见有两种方法:一是加厚保护层。试验表明,当预应力空心楼板上总荷载不变时,楼板的耐火极限随保护层加厚而增加。一般当主筋保护层为1 cm,2 cm,3 cm时,其预应力空心楼板耐火极限分别为25 min,40 min和50 min。二是用预应力混凝土防火隔热涂料处理。目前在我国106和TA预应力混凝土楼板防火隔热涂料已广泛应用,表面喷涂5 mm厚的106预应力混凝土楼板防火隔热涂料层和8 mm厚的预应力混凝土板防火隔热涂料层时,其耐火极限分别由0.5 h以 下提高到1.8 h和1.6 h以上。

2 工程实例

2.1 工程概况

某综合楼工程地下室2层,地上15层,总建筑面积约31 000 m2。本工程主体结构设计采用无粘结预应力钢筋混凝土板—柱结构,主体部分柱网布置8 m×8 m,地下室底板采用无粘结预应力混凝土板结构,其中长72 m×48 m。

2.2 结构设计方案及特点

本工程在结构设计上全部采用后张部分预应力混凝土结构。

目前,现浇预应力混凝土结构最常用的施工技术为后张法,后张法预应力混凝土结构施工分为有粘结法及无粘结法两种。有粘结法通过灌浆实现有粘结,有粘结筋的最大应力出现在最大弯矩截面处,破坏时临界截面有粘结筋的应力非常接近钢筋的极限强度。有粘结预应力混凝土结构具有极限强度高、抗震性能好,通常应用于框架梁。无粘结法靠端锚建立预应力,无粘结筋的应力沿全长呈均匀布置,当构件遭到外力破坏时,无粘结筋的应力仍低于条件屈服点。由于无粘结筋的应力沿长度均匀布置的特点,预应力钢筋的非弹性性能即构件的能量消散不能得到充分发挥。

本工程在框架梁的预应力度λ≤0.7,设计中采用有粘结预应力混凝土结构。本工程次梁不需要抵抗地震力,次梁设计采用结构施工简单,适合数量多、吨位不大的次梁的无粘结预应力结构。在同一工程混凝土楼盖采用不同的预应力结构,可利用无粘结结构与有粘结结构的结构优势,不仅保证了工程质量,也降低了施工难度,有利于施工进度的推进。

本工程采用PKPM计算软件,按照有关规范,预应力混凝土结构等级属于一级或二级。对于一级和二级的抗裂控制,主要是控制构件受拉边缘混凝土产生的拉应力。由于本工程梁跨度为18.7 m,普通梁跨高比为10～15,所以可知,普通梁高为1 240 mm～1 870 mm,可见梁高过大,不满足观众视线的要求。扁梁的宽高比为20～25。本工程扁梁的梁高可选用范围在748 mm～935 mm之间。可见,大大的降低了梁高,适合于本工程的特点。另外,预应力梁与柱子节点区便于布置抗冲切钢筋,抗冲切性能好,相对于板柱体系结构,其冲切破坏锥体的斜截面较大,在荷载较大的情况下,设置暗梁或横向加宽即可解决,而且,预应力扁梁结构抗剪承载力并不小于普通梁柱结构。

在梁、柱节点设计上,本工程在结构设计时采用了多种梁柱节点形式:1)柱比梁宽节点及梁柱同宽节点;2)纵向钢筋及大部分钢绞线通过柱的宽扁梁节点;3)纵向钢筋及大部分钢绞线在柱外通过的宽扁梁节点。

2.3 预应力钢筋张拉及固定端的设计特点

对于框架梁及其固定端,其预应力框架张拉、固定端施工都在梁柱节点的区域范围内进行。在此区域内,由于设计的柱筋、梁筋、局压钢筋等各种钢筋交错布置,在施工时易出现以下问题:

1)易使柱或梁中钢筋移位,从而降低整个构筑物结构的承载力。

2)这个区域内的混凝土施工时难以浇捣密实,施工质量无法保证。为克服以上问题,本工程在设计时采取:a.将预应力钢筋伸过节点区域,在梁中进行锚固与张拉。当预应力钢筋较多时,应采取分批分段进行张拉与锚固。同时在施工时应保证分批张拉的间距,不得小于1 000 mm,预留斜槽在张拉时需利用变角器进行张拉。此种方法缺点是对钢筋等原材料有一定的浪费,但对工程质量安全有保障。b.设置专门的预应力筋张拉与锚固区,具体位置可设在梁、柱侧向或底部等位置,以加腋形式体现。此方法要求较高,须保证锚固区有足够大的混凝土面积以及足够多局压钢筋以防止钢筋混凝土结构开裂,而且会对结构的美观产生一定的负面影响。

3)每层在浇灌柱混凝土时,由于在梁柱节点区柱边进行预应力钢筋张拉,柱顶应比相应楼板层高出300 mm左右,以节约梁预应力钢筋张拉时间,从而不影响梁拆模。此种方法对施工方要求较高,需各施工方密切配合。

3 结语

预应力混凝土在高层建筑结构中的应用有很大的发展空间,如无粘结预应力混凝土平板具有降低建筑物层高,节约原材料,简化施工模板,加快施工进度等显著优势,广泛用于高层建筑的楼盖建筑中;预应力混凝土饰面保温复合墙板不仅能满足建筑外墙装饰的多样性、耐久性需要,同时又在建筑节能、建筑保温、施工进度、工业规模化生产等方面发挥优势。

参考文献

[1]JCJ92-2004,无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].

[2]JGJ140-2004,预应力混凝土结构抗震设计规范[S].

预应力混凝土结构设计 篇10

一、双语教学的概念

“双语教学”, 是由英文翻译过来的一个汉语概念, 指国外许多国家普遍实施的一种比较特殊的教育体系。国内外学者对“双语教学”的定义基本上是一致的, 都认同托斯滕·休森与奈维尔·T·泊斯特莱特沃尔特在《国际教育百科全书》中对“双语教学”的定义:“所谓‘双语教学’, 通常是指一种使用两种语言作为非语言学科教学媒介语的教学方法”。通过双语教学, 使学生更多地接触外语, 能够比较娴熟地运用两种语言学习与思维, 能够根据交际对象的需要在两种语言之间进行自由切换, 进而拓展学生的多元文化视野, 培养出更全面的多元文化人才。了解了双语教学的概念, 就能把双语教学和语言教学区别开来。笔者从多年的双语教学经验得知, 如果双语课上教师全部用英文讲课, 那么学生掌握的不过是一些单词和语法用途而已, 根本无法顾及专业内容, 忽略了双语教学的重点首先是学科内容, 其次才是外语。因此, 在双语教学中第2种语言应当是教学的媒介语言和手段, 而不是教学的内容或科目, 双语教学的目的不是学外语, 而是用外语学, 学生应重点掌握专业知识。

二、双语教学的教材

由于我国双语教学尚处于实验与探索阶段, 双语教学教材的缺乏是我国目前实施双语教学时普遍存在的问题。目前我国的双语教育教材主要有以下两大类型:

1. 引进的双语教学教材。

从母语国家引进的英语教材一般知识较新, 能反映了学科前沿, 且生动幽默、图文并茂, 同时又可以使学生获得原汁原味的英语语言特点, 这是原版教材受教师和学生欢迎的主要因素。但这类原版教材的教学内容相对中国学生而言普遍较简单, 且编写思路和形式与中文教材在体系结构上差别也较大, 与我国的教学要求不能同步, 同时原版教材的定价一般都比较高, 势必给家庭条件困难的学生造成一定的经济负担。

2. 翻译的双语教育教材。

这类教材是指把汉语编写的教材翻译成英语教材。其优势是能够与我国的课程设置标准保持一致, 语言环境与教学内容比较贴近我国学生的实际生活, 且成本也低廉。但缺点也是显而易见的, 其中最大的缺点是易于出现“中国式英语”现象。结合我国双语教学的实际情况以及多年教学中学生的反馈情况, 笔者认为我国的双语教材还是应该坚持我们国家自行出版的教材为主, 原版引进教材为辅的模式。在双语教材编写中既要保证实用性, 又要兼顾趣味性。以笔者《预应力混凝土结构设计》双语教学时的选材为例, 在阐述原理时尽量参考国外的原版教材, 引人其标准且幽默的英语阐述, 在讲述计算公式和算例时, 就应该结合我国规范和我国的工程实例加以补充。双语教材编写时还可以吸引一些英语和专业知识均突出的同学参与到教材的编写中, 使教材在形式和内容上更贴近学生的理解习惯。

三、双语教学的模式

国外双语教学的模式是多种多样的, 期中最成功的模式是始创于20世纪60年代的加拿大的“浸入式”教学法, 是加拿大英语区为掌握法语首先开创的一种全新的第二语言教学模式。它是指用非母语的第二语言作为直接教学语言的基本教学模式, 即将学生“浸泡”在目的语言环境中。毋庸置疑, “浸入式”教学模式是一种非常成功和有效的双语教学模式。但是这种教学模式的实施必须具备有良好的双语环境、高水平的双语教师、学生的积极参与及家长的大力支持等。众所周知, 我国国民英语水平普遍不高, 学校教师也并非人人都能很流利地讲英语, 且缺乏很好的双语教材等, 就此而言, 我国缺失实施“浸入式”双语教育模式的环境。因此应结合我国的实际国情, 找出一套适合中国国情的、具有本土特色的双语教学模式。目前我国双语教学中采用较多的是“半英语浸入式双语教育”模式。这种模式是指双语教师在双语课堂教学过程中, 同时使用汉语与英语两种教学语言进行教学。在这种双语教育模式的实施中, 双语教师在双语课堂教学过程中使用两种语言量的多少, 是依据双语教师与学生的英语水平与教学内容的难易程度决定的。笔者通过多年的双语教学, 摸索出的双语教学的课堂教学模式是:在双语教学中, 采用多媒体教学, 完成多媒体课件的全英文制作;教师用英语组织教学, 讲解比较简单的、易于理解的学科知识, 对原版教材中较长的句子, 笔者在讲解时, 尽量把英文长句用核心词汇、短语和短句表示, 一方面可以突出重点, 另一方面加强学生对专业知识的理解;同时用英语和汉语界定学科中的重要概念;用中文讲解难度较大的定理、公式等的推导过程和工程应用情况。

四、双语教学的教学方法与手段

与传统教学相比, 双语教学必须特别强调以学生为学习的主体, 通过互动来调动学生的学习积极性, 让学生参与课堂教学。因此, 双语教学方法应加入更多的具有创新意义的教学原则:启发性原则——充实了教师的“主导”意识, 将启发贯穿于双语教学的全过程。主体性原则——强调在双语课堂教学中坚持以学生为主体, 充分发挥他们自身已具备的思想素质、智力和能力、独立性和自主性的作用。民主性原则——建立起教师与学生、学生与学生之间平等和谐的人际关系, 在相互尊重、信任和合作中完成双语教学任务。结合笔者的《预应力混凝土结构设计》双语教学, 采用的教学方法和手段主要有:

1. 改变传统的填鸭式教育为启发式教育, 在传授知识的同时, 经常向学生进行提问, 引导学生进行主动思考。

2. 选择一些章节和内容, 要求学生在课外通过网络或图书馆查询途径, 收集、查阅相关内容信息, 然后安排课堂讨论和提问。通过这种方法, 加强学生的独立性和自主性, 并通过课堂上师生和学生相互之间的交流, 激发学生求知欲, 培养其创新意识。

3. 随着视觉、听觉媒体, 尤其是计算机的迅猛发展, 笔者充分利用先进的技术设备, 以丰富的音像、图片资料, 向学生提供许多具体、形象的感性材料, 使学生的各种感官功能得以延伸, 从而提高教与学的成效。

4. 确立以人为本的双语教学方法, 及时掌握学生的反馈的意见。学生在适应能力和接受能力上存在有较大的差距, 成绩较好且英语水平佳的同学认为双语教学的形式很新颖, 不但提高了他们的英语水平, 还能充分利用其英语优势直接与国际接轨, 了解当今世界先进的专业知识。但对一些英语成绩差的学生来说, 就感到双语教学比较吃力。因此, 双语教学要由少到多、由浅入深、循序渐进, 及时调整和改进教学方法和手段。

五、结语

双语教学还在探索和尝试阶段, 笔者通过多年的双语教学的实践研究, 对双语教学进行中出现的问题进行了一些思考和再认识。

1. 在双语教学中第2种语言应当是教学的媒介语言和手段, 而不是教学的内容或科目, 双语教学的重点首先是学科内容, 其次才是外语。

2. 双语教材应该坚持自行出版教材为主, 原版引进教材为辅的模式, 应做到实用性和趣味性相统一。

3. 结合我国国情, 采用“半英语浸入式双语教学”模式, 应遵循由少到多, 由浅入深, 循序渐进, 因材施教, 量力而行的原则。

4. 采用启发式教学方法, 结合多媒体手段, 提高学生学习的自主性和创新性。

摘要：本文结合双语教学中存在的问题, 分别从双语教学的概念、教材的选用、教学模式的选取、教学方法和手段的运用等方面进行了探讨, 提出了解决问题的思路与具体措施。

关键词：专业课,教学实践,双语教学

参考文献

[1]Torsten Husen and T Neville Postlethwalte.The International Encyclopedia of Education.Second Edition[M].Volume I, Elsevier Science Ltd., 1994:531.

[2]段德君.高等院校推进双语教学的探索[J].高等农业教育, 2004, (4) .

预应力混凝土结构设计 篇11

关键词：预应力；混凝土；施工

引言

预应力混凝土技术具有操作简洁、构造简单、抗腐蚀和抗震能力强以及使用性能良好的特点，预应力技术的使用可以克服很多传统建设技术无法避免的问题。必须要充分重视预应力混凝土结构施工施工过程中存在的问题，依据科学的施工技术解决应用中的问题，在确保工程施工质量的同时延长使用寿命。

1预应力混凝土施工技术的优点

预应力施工技术的优点较为广泛，因此被广泛应用于现代工程建设中。在工程中应用预应力技术能够有效降低建筑材料的使用量、加强结构的抗震和抗压能力、提高整体结构刚度。总而言之，在建设工程施工中充分应用预应力技术能够有效提高施工效率、优化施工质量，为人们提供优质的使用体验，对于建筑施工的发展有着重要意义。具体来说，施工中运用预应力技术有以下几个方面的优势：一是，加强了构件或者结构的抗震能力、耐疲劳性、耐久性；二是，由于预应力技术能够有效提升结构的抗裂度，强化结构的受力性能；三是，能够有效强化结构的刚度，最大限度减小结构的变形；四是，因为预应力施工技术在材料的选择方面具有较高要求，一般选用混凝土和高强度钢筋，因此能够有效节省建筑材料，降低结构的自身重量，所以适用于承受重型荷载或者跨度较大的结构中。

2预应力混凝土结构施工技术及管理要点

2.1预应力筋的下料

原料和设备都准备完成后就应该进行预应力筋的下料操作，在操作中要格外注意一些施工的小细节，尤其是对于具体切割长度的确定要严格按照设计标准执行，在切割中要尽可能地减少切割误差的存在，并且注意尽可能的避免切割中出现死弯或者是磨伤，这都会影响到预应力施工的质量；切割完成后应该制作固定端锚具，然后统一放置在有利于预应力筋储存的场所。

2.2预应力曲线的放线

预应力筋处理完毕后就应该进行具体的曲线放线工作，在梁中预应力筋主要是按照曲线布置的，因此，我们需要事先确定预应力曲线的具体位置，确定曲线位置的主要方法是在梁内标注出几个关键的点，主要有最高点、最低点以及反弯点，确定好这些点之后还应该进行反复核查确认无误。

2.3安设波纹管

预应力曲线放线完毕后就应该安置预应力筋了，但是在安置预应力筋之前我们应该在曲线上的各个控制点上设置必要的支撑架，也就是固定架以固定好安置的预应力筋。固定架在焊接过程中应该确保其具备一定的支撑能力，尤其要防止固定架的变形，还应该注意固定架的高度和间距，严格按照事先设计好的标高和距离施工；预应力筋，其实是波纹管的安装必要严格按照相关技术指标进行，尤其是在各个波纹管的连接处更应该注意连接的质量，尽可能地避免出现弯曲或者缝隙。

2.4预应力筋穿束

在波纹管安装固定后就应该在其中穿插预应力筋，在穿插预应力筋的过程中应该注意穿插到波纹管内的一端应该采取必要的缠裹措施，因为如果不进行包裹的话就很可能因为预应力筋端口的锋利对波纹管造成内部损伤影响其使用年限和质量，就算是穿插过程中我们包裹了端口在穿插完成后也应该对波纹管进行检查，如果波纹管出现损伤的话就应该立即在破损处用防水胶带进行包缠。

2.5浇筑混凝土

在上述操作都确保无误之后就应该进行混凝土的浇筑，当然在浇筑之前还应该针对波纹管和预应力筋的施工进行复查，确保施工完成后没被损害；在浇筑混凝土的过程中需要我们注意的点有很多，其中最需要我们注意的就是在浇筑过程中振动棒不能够和波纹管进行直接接触以防止对波纹管造成损害，另外的一些混凝土浇筑注意事项在这里同样应该引起重视。

2.6预应力筋的张拉

预应力筋的张拉工作是至关重要的，在张拉过程中需要我们注意的内容也很多，首先在张拉前应该注意清理混凝土施工后的一些残留物，然后要确保预应力筋张拉机具必须正常工作，其参数设置符合国家规定，在操作过程中要严格操作程序，避免出现操作失误，最后，还应该对于张拉结果进行记录，已被后期检查。

2.7压浆工艺

应用预应力技术进行施工时，通常采取局部粘接的途径对横梁进行体外索锚固定，要严格按照设计要求，确保粘结力符合相应标准。通常在确保压浆密实的基础上，要使粘结力达到锚固条件，就必须要保证粘结力同设计张力之比为1：1.08。由此可见预应力压浆环节的重要性，在进行压浆施工前，要先完成模型检验工作，检测压浆机的性能。确保在24小时之内完成张拉封锚基压浆，借助手动压浆机进行稳定、适度的压浆操作，如果遇到突发状况时，不要立即触碰锚具，要针对实际情况进行处理。

3预应力混凝土结构施工技术及管理要点

2.1张拉时间的控制

在预应力及时的施工过程中，为了提升预应力混凝土的早期强度拉性能，大部分施工人员采用的方法是在预应力混凝土中添加一定量的早强剂。待混凝土浇筑完成之后，要将混凝土放入标准的混凝土养护间3天时间，之后便进行混凝土的张拉过程，时期达到预期的强度。时间经验表明混凝土的张拉时间的长短非常重要，如果张拉过程中混凝土强度过快的增加，即达到预期强度的时间过短，则会使得混凝土的弹性模量增长缓慢，同时还会损失混凝土的张拉预应力。这样就会导致混凝土结构的强度降低，承载能力下降，过早的出现裂缝等危害工程的质量和安全。

2.2张拉力的控制

在预应力发展和应用的初期，很多工程中由于预应力技术施工的不规范，对张拉力的控制没有达到相关标准，结果造成很多工程的质量存在一定问题。随着预应力技术的不断发展，人们逐步认识到预应力技术中张拉力控制的重要性。在施工过程中，严格控制预应力筋的伸长量以及所使用的张拉力的大小，以控制张拉力大小为主，同时辅以伸长量校核张拉力。在普通工程中，张拉力的计量单位均采用的是1.5级油压，这种计量单位的误差比较大。所以要求施工人员在该过程中要集中注意力，并且拥有熟练的施工技术和经验，尽量减小读数的误差，避免张拉力的上下大幅度变化。另外，在进行多束张拉力任务同时进行是，施工人员不仅要考虑每束张拉力之间的差别，还要准确计算预应力筋的伸长量，避免弹性模量的取值错误以及张拉力失控现象的发生。

2.5钢筋管道堵塞控制

在混凝土浇筑工作之中，常常存在未按照规程操作的问题，部分施工人员未做好混凝土浇筑防护措施，这些都是造成预应力钢筋管道堵塞的原因，一旦发生堵塞现象，张拉后钢筋难以正常通过，这就严重影响到张拉效果。致使张拉后钢筋长度与理论长度出现差异，增加成本，延误工期，鉴于此，在安装预应力钢筋管道时，必须要严格遵循相关的操作规范，精确定位管道，避免管道出现扭曲与弯折的问题。

结束语

预应力混凝土结构施工是一项较为复杂且系统的工作，由于其中涉及的內容较多，一旦某个环节或是细节出现问题，都可能会对施工质量造成影响，由此会直接影响到工程的整体质量。为此，在预应力施工中，必须了解并掌握施工技术要点，同时还应采取有效的质量控制措施，只有这样，才能确保预应力工程按质、按量、按时完成。

参考文献：

[1]斯世华，马文彬.预应力混凝土箱梁裂缝成因及其预防措施[J].交通科技，2010（15）.

[2]李姝.预应力混凝土技术在工民建施工的应用[J].中华民居（下旬刊），2013（11）.

预应力混凝土结构设计 篇12

在高层建筑中, 采用无粘结预应力技术, 不但可以降低层高及建筑物的总高度, 减少结构在水平荷载作用下的反应, 而且能降低房屋的运行费用, 能产生显著的经济效果。因此, 本文作者就高层建筑结构无粘结预应力混凝土楼板设计进行了分析。

1. 设计计算基本原理

采用荷载平衡法设计后张无粘结预应力楼板是当前国际上普遍采用的计算方法, 此法概念清楚, 计算简单, 有利于控制结构挠度, 而且有足够的精度。荷载平衡法的基本原理就是通过张拉预应力钢筋产生的等效荷载来平衡作用在构件上的一部分荷载, 包括全部静荷载及少量的活荷载, 以求达到受弯构件在此阶段不产生挠度。等效荷载之所以只平衡一部分活荷载, 是因为在大多数结构中, 按规范规定的全部活荷载一般很少发生。由预应力平衡静荷载及全部活荷载, 则结构会产生一个永远向上的反拱, 该反拱还会因徐变作用随时间进一步增长。因此, 所平衡的荷载最好是静荷载加上经常发生的且不超过50%的活荷载。

要平衡掉外荷载就需要选择一个预加力和它的c1g1s (预应力筋合力作用线) 曲线, 使它产生的反向等效荷载正好和外荷载相等, 这样受弯构件就处于均匀受压状态。等效荷载由两部分组成, 其一是通过锚具在端部产生的结点荷载, 一般称其为等效结点荷载;其二是由于预应力筋线型改变产生的集中和分布荷载, 一般称其为线性等效荷载。

当构件配置抛物线预应力筋时, 其等效荷载按下列公式进行计算:

式中qe:预应力筋产生的作用于构件上的分布力;Npe:预应力筋产生的作用于构件上的总有效预加力;σpe:预应力筋的有效预应力;f:抛物线预应力筋的有效矢高;l:构件计算跨度。

如果板上的外荷载比较大, 则差额部分荷载犹如作用在匀质弹性板上一样, 在开裂之前, 附加的应力可按下式计算:

式中:σpc未平衡的差额荷载在构件中引起的应力;M:差额荷载 (等效荷载平衡之外) 引起的弯矩;I0:换算截面惯性矩。

在超静定中, 张拉预应力引起的变形受到约束将引起次反力, 由次反力产生的弯矩为次弯矩, 后张预应力混凝土超静定结构, 在进行正截面受弯承载力计算及抗裂验算时, 在弯矩设计值中次弯矩应参加组合。

按弹性分析计算时, 次弯矩宜按下列公式计算:

式中Np:预应力钢筋及非预应力钢筋的合力;epn:净截面重心至预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的距离;M1:预加力对净截面重心偏心引起的弯矩值;Mr:由预加力的等效荷载在结构构件截面上产生的弯矩值。

在进行正截面承载力计算时, 按下列公式计算:

式中M:计算截面上的弯矩设计值。

Mu:构件正截面受弯承载力设计值。

在对截面进行受弯承载力计算时, 当参与组合的次弯矩对结构不利时, 预应力分项系数取1.2;有利时取1.0。

2. 基本设计步骤

无粘结预应力楼板设计, 一般遵循下列步骤;a.确定混凝土强度等级及板厚;b.确定不同阶段混凝土拉应力允许值[σ];c.确定由等效荷载平衡掉的外荷载;d.根据所要平衡的荷载值及线形可确定预加力, 进而可确定预应力筋数量;e.计算在等效荷载及使用荷载作用下的板面应力设计值σd;f.抗裂验算应符合σd≤[σ], 当不符合时, 应增加预应力筋数量, 重新验算;g.受弯承载力计算应符合M≤Mu, 当不满足时, 应采用预应力筋补足, M为弯矩设计值, Mu为承载力设计值;h.按部分预应力概念进行楼板截面设计, 采用预应力筋和非预应力筋混合配筋, 以利于提高结构的延性和抗震性能。

3. 设计参数选择

3.1. 楼板厚度

由于预应力混凝土板的挠度比钢筋混凝土板的挠度小得多, 因此, 楼板的跨高比可尽量大些, 以使结构轻巧、美观、经济。根据国内外无粘结预应力平板的工程实践经验, 跨高比宜采用:单向连续板40~50、单向简支板35~40, 柱支撑双向板40~45, 周边支撑连续双向板40~50, 周边支撑简支双向板40~55, 双向密肋板30~35。

3.2. 荷载标准值

楼面:恒荷 (包括楼板自重、隔墙等效的均布荷载及楼面装修荷载) ;活荷载 (GB50009, 上人屋面2.0KN/m2, 不上人屋面取0.5KN/m2) 。

3.3. 材料力学指标

混凝土强度等级高于C30, 一般情况下, 采用C40;无粘结预应力筋一般采用高强度低松弛钢绞线, 其性能应符合国家现行标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224的规定。

3.4. 张拉控制应力及预应力损失

根据GB50010要求, 对采用钢丝, 钢绞线的后张结构, 其σcon应小于0.7fptk, 采用热处理钢筋的后张法构件其σcon应小于0.65fptk。

无粘结预应力筋的有效预应力按下列公式计算:

式中:σcon无粘结预应力筋张拉控制应力;σIn:第n项预应力损失。

各项预应力损失按"无粘结预应力混凝土结构技术规程"要求计算, 无粘结预应力筋损失不应小于80N/mm2。由于预应力损失值的计算十分繁琐, 同时也难以做到精确, 为简化起见, 参照国内外的工程实践经验, 总预应力损失有建议也可近似计算为:

4. 内力分析极其有关问题

4.1. 引起附加内力

4.1.1. 竖向构件的不均匀变形对预应力楼板内力的影响:

分析表明, 由于竖向构件间存在不均匀的轴向变形, 对楼板内力产生影响, 并且这种影响随建筑物高度的增加而增加, 尤其对于框筒结构, 由于外框架柱的轴压比要比内筒大得多, 因此两者变形差可能较大, 这时, 在预应力楼板设计应充分考虑到竖向构件间的沉降差对楼板内力的影响

4.1.2. 水平力对楼板内力的影响:

在高层建筑结构中, 水平荷载组合通常起控制作用。水平荷载的作用将在板内产生正负交变弯矩。一般情况下, 对楼板施加预应力主要是用于承受竖向荷载。因此, 楼盖结构采用预应力技术时, 整个结构应有较大的抗侧刚度抵抗水平荷载的作用以使板内预应力筋主要承受竖向荷载

4.1.3. 边缘构件的约束对预应力楼板内力的影响:

由于柱子或墙体的刚度很大, 对楼板施加预应力时, 一部分力将传给柱子或墙体, 因此在楼板设计中也应充分考虑到边缘构件的约束作用对边缘构件自身以及对楼板内力的影响

4.1.4. 预应力楼板对边缘的扭转作用:

传统小开间楼板, 对边梁的扭转可以忽略不计但大跨度的预应力楼板对边梁的扭转的影响却十分显著, 因此在预应力楼板设计时应同时考虑边梁的设计问题, 边梁设计时应按弯剪扭复合受力构件进行计算。

5. 设计中应注意的问题

预应力技术是一门综合的高新技术, 它包括科研、设计、施工、测试等几个方面, 设计时应全盘考虑, 一个好的设计应注意运用最新的科研成果。当然, 原材料的选择、施工方案的选择及测试要求等都应综合考虑。有效预应力的建立是设计过程中的一个关键性问题, 其中预应力总损失的计算甚为关键, 原则上预应力的各项损失应按规范计算, 当有丰富的施工经验时亦可估算。伸缩缝的设置。现代建筑的平面不断增大, 伸缩缝问题日益突出, 从理论上说只要预应力筋是连续的就可不设缝, 但要注意大吨位张拉可能带来的一系列问题及预应力损失过大等, 因此, 综合考虑长度在150m内的预应力混凝土楼板不设缝还是可行的。但这时要重点考虑混凝土开裂问题, 具体可采取以下措施:优化混凝土配合比;适量掺入混凝土膨胀剂;合理设置后浇带、膨胀带及伸缩缝;配置适量温度筋, 加强混凝土养护, 尤其需要蓄水养护。

6. 结束语

无粘结预应力混凝土采用高强材料、先进的预应力工艺和先进的设计方法, 节材效果大, 结构功能好, 最适合建造大柱网、大开间、大空间的建筑楼板。高层建筑楼、屋盖采用无粘结预应力技术, 不仅可以降低层高及建筑物的总高度, 减少结构在水平荷载作用下的反应, 而且能降低房屋的运行费用, 能产生显著的经济效果。

参考文献

[1]赵夕来.无粘结预应力楼板新规范设计方法[J].安徽建筑工业学院学报 (自然科学版) .2005年05期.

[2]张国庆.后张无粘结预应力混凝土结构的性能分析[J].安徽建筑工业学院学报 (自然科学版) .2005年06期.