预应力混凝上结构论文

预应力混凝上结构论文（精选12篇）

预应力混凝上结构论文 篇1

1 钢管混凝土的工作缺陷

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.

[2]庄一舟, 吴建华, 谢醒悔.预应力钢管混凝土结构的应用研究[J].建筑技术, 2001.

预应力混凝上结构论文 篇2

(唐山市规划建筑设计研究院，河北唐山063000)

摘要：本文从施工角度阐述了无粘结预应力混凝土结构的施工质量控制及施工工艺，介绍了无粘结预应力混凝土结构的施工工艺及需重点注意的问题，从钢筋工程、混凝土工程和模板工程三方面介绍了无粘结预应力的施工技术，结合工程实例归纳了该技术的应用特点。关键词：预应力混凝土;无粘结;预应力筋;施工

l施工前的准备工作

图纸会审和技术交底：在施工前组织各级

技术人员审图对关键部位放出大样图，发现问

题及时与设计者协商解决。

严格拉制所用材料：钢绞线、锚具进场后

要检查与货同行的产品标牌、合格证、厂家出

具的物理性能证明书或产品质量检验报告。对

钢绞线进行外观检查，不得有接头或死弯，油

脂饱满均匀，不漏涂、护套圆整光滑，松紧适

当。预应力筋的表面如有破损，必须及时用塑

料胶带纸修补，外观检查必须逐盘进行。同时

钢绞线及水泥要进场后抽样送试。

张拉设备与压力表：使用前应由计量部门

配套检测是否合格，并提供相应拉力对照表。

2屋面大梁施工

该工程屋面结构层，纵向17轴、19轴的C

轴至J轴线段，横向G轴、E轴的15至2l轴

线段设计为无粘结预应力屋面大梁，共四根，

呈井字状布置。跨度24m，截面尺寸宽

500mm，高1350ram.C40砼。除配设普通钢筋

外，另配设8根单柬‘psl5.2钢铰线作为预应

力主筋，呈抛物线布置，一端作固定端，一端作

张拉端，大梁与柱为刚结点。

2.1施工顺序

施工中采用如下的施工顺序：搭设大梁、

板支撑架―铺大梁底模一绑扎大梁普通钢筋

和敷设无粘结预应力筋一固定端附加螺旋钢

筋、安装锚板及夹具一张拉端附加钢筋网片、

安装锚垫板一支www.unjs.cOm次梁底模、扎次梁钢筋一支大

梁侧模、次粱侧模、板底模一绑扎屋面板钢

筋一浇捣梁板砼一大梁砼达到75%设计强度

后，张拉钢铰线建立预应力一张拉端锚板、锚

具防腐处理、浇砼封闭一张拉端预留张拉口处

砼后浇封闭―模板拆除。

2.2屋面大梁支撑及模板施工

支模体系：双立杆钢管、双扣件支模架体

系。双立杆纵横间距不大于800mm，水平横杆

间距不大于1200ram，支撑架体纵、横向均开

设剪刀撑。梁底受力杆为8号槽钢。

模板材料：为确保模板自身刚度，梁底、侧

模均采用20ram厚钢框竹胶合板。

特殊措施：梁底模起拱3%oL，梁底中部加

设双立杆顶撑，梁两侧模板设置3道直径16、

同距600mm的对拉螺杆。立杆底部带钢垫板。

一、二层楼板顶撑保留不拆除并垂直对应，使

大梁梁板砼及支撑架的重量直接传至地面。屋

面梁板砼浇筑时，派专人看模，发现异常情况，

停止砼浇筑，待加固支撑体系后再施工。

2.3屋面大梁无牯结预应力钢铰线施工

采用挤塑涂层工艺生产的l×7，直径为

15.2的`标准型钢铰线，强度级别为1860Mpa。

钢铰线的下料长度及下料方法：下料长度按钢

铰线一端张拉L=I.m2(LI+100)+12+13公式计

算。L0为构件内孔道长度，Ll为夹片式工作锚

厚度，也为穿心式千斤顶长度，工3为夹片式工

一180一中国新技术新产品

预应力混凝上结构论文 篇3

关键词：大跨度 预应力混凝土 梁结构施工技术

前言

为了满足建筑工程建设的需要，研究出一套准确、简便、高效的大跨度、大截面预应力混凝土转换梁结构混凝土施工技术理论体系，是大跨度预应力混凝土梁结构工程施工急需解决的问题。转换梁混凝土施工质量的优劣与整个工程的质量品质和成本造价有很大的关系，如何保证转换梁的外形美观和混凝土施工质量是至关重要的，提高施工技术水平，改善施工工艺，是保证大跨度预应力混凝土转换梁结构中的混凝土施工质量的关键。

1混凝土工程施工及其技术质量控制要点

大跨度预应力混凝土转换梁结构中的混凝土工程施工的重点是如何有效避免以及减少有害裂缝的生成。因转换梁是大体积混凝土构件，其混凝土的温度应力变化及收缩变形容易生成的温度裂缝和收缩裂缝，所以混凝土工程施工中主要是有效控制温度裂缝和收缩裂缝。对此可通过控制混凝土绝热温升，延缓混凝土降温速率，减少混凝土收缩，提高混凝土极限拉伸值等措施来很好地避免以及减少混凝土中收缩裂缝和温度裂缝的产生。具体可从以下施工过程采取措施来防范裂缝的产生。

1.1混凝土的配合比与拌制

混凝土配合比是指混凝土中各组成材料（水泥、水、砂、石）之间的比例关系。有两种表示方法：一种是以1立方米混凝土中各种材料用量，如：水泥0.3吨，水0.18吨，砂0.69吨，石子1.26吨；另一种是用单位质量的水泥与各种材料用量的比值及混凝土的水灰比来表示，例如前例可写成：C:S:G=1:2.3:4.2,W/C=0.6。现浇碎石混凝土配合比见表1。

表1现浇碎石混凝土配合比

预应力转换梁混凝土设计标号为C50级，根据预应力现浇混凝土配合比的设计，水泥的投加量不宜超过0.456吨。一味地追求高强度并不能很好地保证梁体外观光滑、减少裂缝，而应该在保证适当强度的同时要留有足够的强度储备，因此，水泥用量的设计应小于0.45吨，中砂、最大粒径＜31.5的石子及水的投入量分别为0.344吨、0.913吨、0.190吨，而转换梁中布有密密麻麻的预应力管道和钢筋，使得交叉间距缩小，故混凝土配合比设计中坍落度为7～9cm，同时还要掺入一定量的缩水剂。

混凝土的拌制一般都是人工配合机械拌和，拌合机械采用500升强制式搅拌机，用电子计量设备称量砂和碎石，缩水剂、水泥则用袋装量配制，然后将混凝土原材料、砂、碎石、水泥添加剂等一起投入强制式搅拌机中进行拌合，4～6分钟即可充分将混凝土混合料拌和均匀。

1.2混凝土浇筑施工

（1）混凝土浇筑按层次来施工，每层连续浇筑约300～500mm厚的混凝土，同时要在上一层混凝土凝结之前将下一层浇筑完毕。

（2）注意要连续浇筑混凝土，其间中断不可超过6h，遇到不可抗拒因素时，超过4h仍不能进行浇筑时，则应采取必要的应急措施。在浇筑前对于施工缝应对其表面进行凿毛，并冲洗干净，在完全干透之前于其表面抹上一层10～15mm厚同强度的水泥砂浆。应将施工缝处的混凝土充分捣实。

（3）因混凝土坍落度为7～9cm，相对较大，这样会使表层钢筋上部的混凝土产生微小裂缝。对于此类情况可以在混凝土初次浇筑凝结前和混凝土预沉再进行一次抹面压实，通过这可以有效地防止这种裂缝的产生。

（4）控制混凝土的出机温度和浇筑温度。混凝土的浇筑温度T≤28℃，通过降低混凝土浇筑温度来缩小结构的内外温度梯度，这样可以适当的减缓混凝土的凝结速度。具体可以在混凝土拌合时加入掺有冰块的水，控制搅拌水温在4℃-8℃之间，这样便可以降低混凝土浇筑的温度。

1.3混凝土振捣施工

振捣应使混凝土密实为止，密实度越高，则混凝土强度就越好。混凝土宜连续浇筑，用插入式振动棒振捣时，应垂直快插慢拔，插点间距不大于振动棒作用半径的1.5倍；插入式振捣器不得碰撞予应力器材和模板，也不能利用钢筋激振砼。振捣时间以表面不出现气泡、混凝土下沉为止。在浇筑地点，按监理批准的试件留置计划，见证取样制作标准、同条件养护混凝土试块。同时，旁站监理人员要对混凝土坍落度进行检测，每个工作班不少于一次检测，并做好检测数据记录。还要注意模板在混凝土浇筑时产生的冲击力作用下，会导致其发生胀模、走位、漏浆的现象，从而使构件断面尺寸、轴线位置和表面标高等发生变化，易出现质量缺陷，影响混凝土外观质量。这时应当采取措施，及早处理，防患于未然。

1.4混凝土养护措施

在混凝土工程施工后，要采取有效的养护措施来控制混凝土内部与外表面的温差≤25℃；发现两者温度差值＞25℃或者温度下降速率过快时，要采取保温措施来避免收缩裂缝和温度裂缝的产生。对于此类情况具体可以采用蓄热保温法进行养护。

蓄热保温法是指在裸露于表面的转换梁混凝土覆蓋一层保温材料(如：草袋、锯末等)，这样可以减缓混凝土表面热扩散的速度，缩小混凝土表层与内部的温差，防止产生收缩裂缝和温度裂缝；同时适当延长了散热的时间，使混凝土的松弛特性得到充分的发挥。

1.5现场施工管理

随着大跨度预应力混凝土技术的发展，使得预应力混凝土在各项工程中得到广泛的应用，但因其施工工艺相对较复杂、要求施工技术高、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等，这些因素使得预应力混凝土现场施工管理异常重要。因此，混凝土现场施工必须

建立科学的技术管理体系、严格控制施工要点等来确保预应力混凝土工程的施工质量，才能满足现代建筑工程高载重的要求。

现场施工管理的内容有：

（1）检查混凝土浇筑与振捣工艺方案；（2）检查混凝土浇筑的准备工作；（3）检查本次混凝土浇筑作业计划，检查混凝土的夜间作业的条件；（4）审批首盘混凝土入模；（5）按批准混凝土的振捣工艺，检查混凝土的振捣；（6）指令承包人进行坍落度，集料含水量试验。集料含水量变化较大时，可批承包人调整水灰比；（7）检查混凝土二次抹面；（8）审查混凝土浇筑的收盘条件，审批本次混凝土浇筑的收工；（9）查混凝土浇筑的施工记录。

2结论

因预应力混凝土本身的优点使得它在现代建筑工程中得到的充分的应用，这也给混凝土施工企业带来巨大的挑战，混凝土施工企业必须提高自身预应力混凝土的施工技术水平，加强施工技术人员、质量管理人员与施工技术管理人员的技术培养，最大限度减少工程的质量隐患，这样也可以保障施工企业的经济利益及诚信度。同时，施工企业要在每项工程施工前针对工程特点在基本管理体系上有侧重的进行管理工作，提高预应力混凝土工程施工管理效果。

参考文献：

[1]韦亮.大跨度预应力混凝土转换梁结构施工技术研究[J].硕士学位,重庆大学,2004.

[2]张松林,舒赣平.预应力钢骨混凝土结构转换梁的设计和分析.工业建筑，19(7).

预应力混凝土结构配筋计算 篇4

关键词：预应力混凝土,配筋,预应力度,拉应力综合系数

预应力混凝土结构具有抗裂性能好、刚度大、耐久性好、综合经济效益高等优点,在工程中应用越来越广泛。在其设计理论中,合理选配预应力筋是关键。总结常用的配筋计算方法,可归纳为三种:内力比(应力比)预应力度法、荷载平衡法、强度比预应力度法。预应力筋数量计算公式可根据相应的预应力度定义推导。

1 以往常用方法

1.1 内力比(应力比)预应力度法

内力(弯矩或轴力)比预应力度λ,对受弯构件,定义为构件控制截面的消压弯矩与使用荷载作用下的弯矩之比;对轴心受拉构件,定义为构件控制截面的消压轴力与使用荷载作用下的轴力之比[5,6],表达式为:

式中,M0(N0)为消压弯矩(轴力),使受弯(轴心受拉)构件控制截面受拉边缘混凝土预压应力抵消至零时的弯矩(轴力),可按下式计算:

式中,σpc为由有效预应力引起的控制截面边缘预压应力;W0(A0)为换算截面的弹性抵抗矩(面积);M(N)为使用荷载(不包括预应力)标准组合下控制截面的弯矩(轴力)值。如果截面不开裂,可按下式计算:

式中,σck为使用荷载标准组合下控制截面边缘的混凝土拉应力。

由以上定义可知,如果在使用荷载作用下截面不开裂,可进行如下转化:

得到统一的应力比预应力度λ,定义为有效预压应力σpc与使用荷载产生的应力σck的比值[8],表达式为:

可见,两种预应力度都是基于消压状态定义的,本质上是一样的。

由该法求预应力筋数量时,须先求使用荷载产生的混凝土拉应力σck:

对受弯构件,σck=M/W0(4)

对轴心受拉构件,σck=N/A0(5)

对偏心受力构件,σck=N/+A0+M/W0(6)

式中的N和M均已带正负号。

然后根据结构的工作条件选择适当的预应力度λ:对全预应力混凝土λ≥1;对部分预应力混凝土0<λ<1,为使卸载后裂缝有一定的闭合性能,进而提高耐久性,文[5]建议对建筑结构取λ≥0.5,对桥梁结构取λ≥0.7。

最后根据σck和λ就可求有效预拉力Np和预应力筋面积Ap,

式中,σcom为张拉控制应力;σl为预应力总损失;ep为预应力筋中心对截面形心的偏心距。

1.2 荷载平衡法

预应力筋对结构的作用,可用一组等效荷载来代替。等效荷载有四种:在锚固端或张拉端产生的集中压力和集中弯矩,曲线预应力筋产生的横向均布荷载,折线预应力筋在转折点处产生的横向集中力,这是一组自平衡力系。

荷载平衡法就是让等效荷载部分或全部与外荷载平衡,根据这一条件去反求预应力筋的分布、弯曲形状以及预拉力的大小等。这样无论是静定还是超静定预应力结构,都可看作是受到外荷载和等效荷载作用的非预应力结构,非常便于分析和计算。

应用荷载平衡法有两个关键点:

第一是预应力筋束形的选择。要点是让预应力筋束形与外荷载弯矩图相似。在调整各控制点的偏心距时,可根据线性变换原理进行,即当预应力筋保持其形状(曲线的曲率和折线的转折角度)不变,并固定其在边支座上的位置,只改变其在中间支座上的位置时,预应力等效荷载完全一样,因此预应力综合弯距也相同,但预应力次弯矩不相同。这样,就可在综合弯矩满足使用性能的同时,使预应力次弯矩尽量对结构极限承载力有利。

第二是平衡荷载大小的选择,亦即让预应力等效荷载抵消多少外荷载。主要应考虑结构抗裂控制、挠度及反拱控制、延性控制等要求。当恒荷载与活荷载的比值较大时,可只平衡一部分恒载;当恒荷载与活荷载的比值较小时,文献[7]建议平衡全部恒荷载和活荷载的一半,这种处理对于分析计算都较方便,但当活荷载以短期为主时,就可能产生较严重的反拱。建议平衡荷载可取恒荷载加活荷载的准永久部分,这样的取值将使结构长期处于水平状态而无挠度和反拱,受力性能较好。

平衡荷载确定以后,就可按下式计算预应力筋面积Ap:

当需要平衡均布荷载q时,

当需要平衡集中荷载P时,

式中,κ为预应力筋曲线的曲率,若曲线为圆弧,则κ=1/R,若曲线为抛物线,由于工程中用到的抛物线都非常平缓,可取κ=8e/l2;θ为预应力筋折点处的转角,以弧度为单位。

1.3 强度比预应力度法

强度比预应力度PPR的定义为在承载能力极限状态下,预应力筋提供的抗弯承载力与预应力筋和非预应力筋提供的总抗弯承载力的比值,即

式中,(Mu)p为预应力筋抵抗弯距;(Mu)p+s为预应力筋和非预应力筋提供的总抵抗弯距;fpy(fy)为预应力筋(非预应力筋)的抗拉强度设计值,若为无黏接预应力结构,可用预应力筋的极限强度σpu代替fpy;hp(hs)为预应力筋(非预应力筋)合力点到截面受压区边缘的距离。

对式(11)作了不同的简化就可得到文[1]、[3]定义的强度比。由于强度比预应力度是基于承载力极限状态定义,因此可根据不同的延性和耗能要求选择PPR级,对于一级抗震,一般要求PPR≤0.55～0.6,对于二级、三级抗震,一般要求PPR≤0.75。令(Mu)p+s等于弯矩设计值M,就可由式(12)求预应力筋截面积Ap:

式中,M为控制截面的弯矩设计值;x为截面受压区高度,可由截面弯矩平衡方程求得。

2 应力综合系数法

拉应力综合系数αc可定义为:

式中,ftk为混凝土抗拉强度标准值;σck,σpc意义同前。

首先需根据结构类型、工作环境以及使用要求,选择合适的αc。对于一级抗裂构件,αc≤0;对于二级抗裂构件,0<αc≤1;对于三级抗裂构件,αc>1。对矩形截面和T形截面,当αc>5时,最大裂缝宽度一般会超过0.2mm,建议对于三级抗裂构件取1<αc≤5。

然后初步估算预应力总损失σ1:对单跨支座和跨中截面可取σl=0.2σcon;对双跨边支座和跨中截面取σl=0.2σcon,内支座截面取σl=0.3σcon;对三跨或三跨以上的边支座、边跨跨中截面取σl=0.2σcon,与边跨相邻的内支座截面取σl=0.3σcon,内跨跨中和其它内支座截面取σl=0.4σcon。

确定了αc和σl后,先不考虑次弯矩影响,按式(14)估算预应力筋截面积Ap:

再根据有关规范或研究成果较准确地计算预应力损失值σl,并由弯矩—面积法或等效荷载法等求得预应力次弯矩M2,最后考虑次弯矩影响,按式(15)求预应力筋截面积Ap:

式(15)的推导如下:

由αc的定义式(13)得σck=σpc+αcftk

式(15)中的次弯矩M2是代数值,已带正负号,如不考虑M2,即可得到用于估算Ap的式(14)。

还可按本方法编制电算程序,在给定拉应力综合系数αc的前提下,对预应力总损失σl、次弯矩M2、预应力筋面积Ap循环计算,以求得最优的预应力筋截面积。

3 各方法的比较分析及结论

1)根据各方法的基本概念和所采用的公式,可将它们分为两大类,即基于正常使用极限状态或承载能力极限状态。其中,属于正常使用极限状态的有荷载平衡法、内力比(应力比)预应力度法、拉应力综合系数法,它们分别从荷载、内力、应力(宏观到微观)三个层面来求解问题。属于承载能力极限状态的有强度比预应力度法,它是从内力层面来求解问题的,而是否也存在能从荷载或应力层面来求解的方法,值得思考。任何结构都要满足安全、适用、耐久等功能要求,以上各求解方法都是把满足某一功能要求作为突破口,然后以点带面、逐个突破,最终达到满足正常使用和承载能力的各项要求。当然,一个结构之所以采用预应力技术,非常重要的一点是要提高结构的抗裂度和刚度,以满足使用性能,此时,从该点出发的求解方法更为主动。

2)强度比预应力度法计算简便,只要知道了预应力度PPR和设计弯矩值,就能方便的求出预应力筋和非预应力筋的数量,它还能直接保证构件达到极限状态后的延性和耗能能力,这同时也决定了它不能反映有效预应力对使用性能的影响。此外,用该法只能对同时配有预应力筋和普通钢筋的结构进行设计,无法求解全配预应力筋的混凝土结构。

3)荷载平衡法有较直观的物理概念,对超静定结构避开了预应力次弯矩这一难点,大大简化了计算,适用于初步估算和用来检验电算结果。预应力等效荷载是应用该法的关键概念,而等效荷载的推导是以弹性材料假设为基础的,在承载力极限状态,等效荷载的概念并不成立,因此,荷载平衡法是基于正常使用状态的。等效荷载也不能考虑沿构件长度的预应力摩擦损失。

4)如前所述,提高结构的抗裂度和刚度是采用预应力技术的重要原因。从这一角度看,由于事先一般无法准确知道取定的平衡荷载是否满足结构抗裂要求,因此,荷载平衡法只能被动地校核抗裂度,可能需要多次试算才能满足结构的使用性能要求,强度比预应力度法也是如此,只能被动验算。而拉应力综合系数法和从消压状态出发的内力比(应力比)预应力度法均可根据结构的使用性能选用合适的拉应力综合系数αc或预应力度λ,主动进行抗裂设计。因此,也可以说这两种方法是荷载定量的且满足使用性能的荷载平衡法,不必多次假设和试算平衡荷载。拉应力综合系数αc与内力比(应力比)预应力度λ还可以通过公式αc=(1-λ)σck/ftk相互转化。

5)当拉应力综合系数αc>1(严格说是αc>αctγ)时,在使用阶段构件截面将会开裂,此时αc与容许名义拉应力[σck]有如下关系:σct≤[σct]/ftk,因此可根据[σct]的相关结论来控制裂缝,当然也可由文[1]规定的最大裂缝宽度来校核。从这一角度来看,拉应力综合系数法对不同抗裂等级的表述及计算取得了一定程度的统一。

6)文献[1]较文献[2]对构件的抗裂要求作了适当放宽,体现在两方面:将某些构件的裂缝控制等级由二级改为三级或由一级改为二级;放松二级抗裂构件的抗裂度。这两种变化都可以通过改变拉应力综合系数αc来完成,对前者,只要放大αc并使αc>1或0<αc≤1;对后者分析如下:在文[2]中,二级抗裂的拉应力限制系数αct=0.5、0.3,而受弯构件的受拉区混凝土塑性影响系数γ=1.75、1.5、1.25、1.1,因此αctγ=0.875、0.75、0.625、0.55、0.525、0.45、0.375、0.33,轴拉构件的受拉区混凝土塑性影响系数γ=1.0,因此αctγ=0.5、0.3,由αc的定义及文献[2]对二级抗裂的要求可知αc≤αctγ,而根据文献[1]对二级抗裂的要求可知αc≤1,所以文献[1]、文献[2]对二级抗裂的不同要求可由αc来反映。文[4]也规定,对裂缝控制等级为二级的无黏结预应力混凝土受弯构件αct=0.6,相应于γ=1.75、1.5、1.25、1.1,可知αc≤αctγ=1.05、0.9、0.75、0.66,因此用拉应力综合系数法求预应力筋数量时,只须改变αc的上限就可适应不同的规范,改变αc的取值就可满足不同工程的要求。

参考文献

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[9]陶学康.无黏结预应力混凝土设计与施工[M].北京:地震出版社,1993.

预应力混凝上结构论文 篇5

【摘要】随着我国建筑业的快速发展，混凝土结构已经成为当今建筑结构的主流，大型建筑的日益增多，大跨度预应力混凝土应用也就越来越广泛。本文就对当前建筑中大跨度预应力混凝土为基础的转换梁结构施工出现的问题和解决措施进行分析和讨论。

【关键词】大跨度；预应力；混凝土；转换梁结构；施工技术

随着改革开放的不断深入，我国经济产生了快速的发展，我国的建筑行业发展突飞猛进，尤其是一些大型建筑完工，取得了让世界瞩目的成绩。而在一些大型建筑建设中，在大跨度建筑物的主体建设中预应力混凝土得到了普遍的应用，预应力混凝土凭借它巨大的粘合性和韧性，最大限度的推迟了建筑主体结构裂缝出现的时间，因此成为当前施工中首选。在建筑设计中,由于建筑平面布置、立面处理及功能转换的要求,经常会遇到大跨度的钢筋混凝土梁上承托多层框架的情况,这种大跨度的框架托梁往往会承受较大的上部传来的结构荷载,若仍依照通常的方式进行普通钢筋混凝土转换梁设计,不仅配筋过多,不便施工,而且在支座和跨中可能会产生裂缝。为了改善该类梁的受力性能和提高其抗裂性,工程中有必要将该类梁设计成预应力混凝土梁,即预应力混凝土转换梁。

1大跨度预应力混凝土转换梁结构施工力学问题

1.1 模板支撑系统的受力

一般情况下,在未施加预应力之前,转换梁结构的绝大部分混凝土自重、所承担的部分上部结构荷载以及施工荷载是非常大的,而这又是结构设计中未能考虑的附加荷载。为确保混凝土转换梁的变形不超过允许值,在施工当中,应根据工程的实际情况和转换梁结构的特点,明确转换梁模板支撑的荷载传递途径,并考虑其对结构楼板或梁的承载力的影响,从而合理选择转换梁结构的模板支撑方案,确定模板支撑的布置形式。

1.2 混凝土的温度及收缩应力

混凝土转换梁由于其几何尺寸较大,属大体积混凝土构件,混凝土在浇筑后硬化期间水泥水化过程释放的水化热所产生的温度变化与混凝土的收缩共同作用,由此产生的温度应力和收缩应力便成为导致转换梁结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝的出现对转换梁的耐久性及结构的安全性均造成不同程度的损害。因此在混凝土工程施工当中,应考虑温度应力的影响并设法降低混凝土内部的最高温升值,减小其内外温差和温度变化速率,采用最高温度和温度差双控制的方法确保温度应力不超过混凝土的抗拉强度;同时还要改善混凝土的性能,采用合理可行的浇筑方案、养护措施以及构造措施控制混凝土的收缩变形,降低收缩应力对构件的影响作用,从而减小裂缝产生的可能性。

1.3预应力对转换梁结构的受力影响

由于框架结构本身是一个超静定结构,在张拉转换梁预应力的同时会在结构中引起次内力。在进行主体结构施工时,若在转换梁梁体施工完混凝土强度达到指定要求后,与普通预应力混凝土梁相同将预应力进行一次完全施加,而此时上部结构的荷载由于施工进度的原因未施加完毕,在多余预应力的作用下将产生较大的反拱变形,造成上部结构也产生相应的变形和次内力;反之,若在上部结构较大荷载的作用下,未及时对转换梁施加预应力或施加的程度不够,结构也会产生较大的变形,对施工和使用期间的结构安全性造成较大的影响。

2混凝土裂缝产生的主要影响因素

转换大梁混凝土产生裂缝的主要影响因素有以下几点：

2.1 混凝土温升值的影响混凝土的温升值是浇筑温度、水化热的绝热温升等各种温度的叠加之和。转换大梁多使用高强混凝土，又多使用高标号水泥，高标号水泥易产生较高的水化热绝热温升，其收缩量较大。转换大梁一般断面较厚，水化热聚在结构内部不易散失，以上两因素共同作用的结果使转换大梁混凝土温升值过大，其内部最高温度经常达60℃以上。此外混凝土的浇筑温度较高，也相应增加混凝土的温升值。

2.2 混凝土温度变化的影响在混凝土温升值较高的情况下，由于转换梁混凝土内部和表面散热条件不同，因而形成温度梯度，使混凝土内产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝，属表层裂缝。表面裂缝的产生易引起梁体内钢筋的锈蚀，对转换梁的耐久性会产生影响；而贯穿裂缝会影响结构的整体性、耐久性和防水性。所以从控制裂缝的角度而言，应着重采取措施避免转换梁混凝土截面贯穿性裂缝的产生。

2.3混凝土收缩变形的影响混凝土的收缩变形指混凝土的干缩和碳化收缩。由于混凝土内部湿度的不均匀，其收缩变形也随之不均匀，这样就在混凝土内部产生较大的收缩应力；若混凝土的收缩变形受结构外部约束条件的反作用，从而产生约束收缩变形的应力，也视为收缩应力。当混凝土的收缩应力大于混凝土抗拉强度时，即产生收缩裂缝。混凝土施工时使用的泵送混凝土具有较高的流动性，水占的比重较大，增大了混凝土的收缩量，与抗裂的要求相互矛盾，故在满足混凝土泵送的坍落度下限条件下应尽可能降低水灰比。在混凝土工程施工中还应严格控制砂、石骨料的含水率，并通过计算机合理调整配料的水灰比，进一步减少用水量。

3大跨度预应力混凝土转换梁结构的施工技术改进措施

为了保证工程质量，降低混凝土裂缝的出现几率，就需要在施工技术措施方面进行改进，通过控制混凝土绝热温升，延缓混凝土降温速率等方法来减少或避免混凝土中温度裂缝和收缩裂缝的出现，这样才能从施工阶段杜绝质量问题的产生。

3.1由于转化梁结构多使用是高标号水泥，而高标号水泥产生的水化热较多，并且其中水泥使用量与产生的水化热温升大致呈正比关系。因此在水泥使用量方面注意进行控制，前提是保证符合施工技术要求，达到施工要求的质量，在此基础上优化混凝土的配合比设计，减少水泥用量，降低混凝土的温度，这样就会降低混凝土内部温度，降低内外部的温差，从而降低裂缝出现的情况。

3.2在混凝土搅拌的过程中加入一定量的减水剂，目的就是在保证混凝土质量的前提下，减少水泥用量，降低水化热的大量产生，降低水灰比，改善和易性，使得温升时间延长，使混凝土的表面温度梯度减小，这样就会使得内外温差不会相差较大，不会因为内部温度过高，产生裂缝。

3.3在混凝土搅拌过程中，必须要保障大跨度预应力混凝土转换梁结构的质量，所以采取的一些措施都应该围绕这个主题进行。现在施工中，有时候会选择在混凝土中掺入一定掺量具有优良性质的粉煤灰（不低于ⅱ级），受粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应的影响，混凝土强度还有所增加（包括早期强度）。这样的好处就是不影响混凝土质量，而且密实度增加，混凝土的收缩性降低，这样混凝土结构整体就比较均匀，不会出现塌落现象。如果煤灰和以上说到的减水剂共同使用，这样效果更佳，不仅降低水灰比，减少水泥使用量，还明显地延缓水化热峰值的出现，降低混凝土内部绝热温升峰值，其收缩变形也有所降低，即降低了裂缝出现几率，而且降低了成本，一举两得。

3.4在进行混凝土施工时，要根据施工场地天气和气候情况，进行相应措施，采用大体积混凝土结构三维有限元温度分析程序，对转换梁整个施工过程中的温度状况进行分析和计算，掌握混凝土在施工中和浇筑后一个月内各部位温度的变化规律，为转换梁的混凝土施工提供科学的依据。通过这些规律，在混凝土温度较高的情况下，可以在搅拌时加入冷水，目的是降低内部温度，减少了结构的内外温差，同时延长了混凝土的初凝时间。另外可以分层次浇筑，目的就是降低截面的厚度，可以顺利将内部温度及时降低，温度分布均匀，这样就不容易产生裂缝。

4大跨度预应力混凝土转换梁结构支撑施工技术

4.1常规支撑法 转换梁施工时,考虑采用常规的混凝土浇筑方法和模板支撑形式进行施工,即一次支模一次浇筑混凝土成形,使用目前应用较为普遍的钢管脚手架支撑体系来对梁体模板进行支撑。由于转换梁底模在一次浇筑混凝土成形的情况下施工荷载很大,其支撑往往需要从转换梁底一直撑到结构底层地面或地下室的底板。该方案需准备大量的模板支撑材料,材料的租赁费或一次购置费用较大。因此这种施工技术适用于施工现场可用的支撑材料较多,且转换梁在主体结构中位置较低的情况。

4.2叠合浇筑支撑法

叠合浇筑法即应用叠合梁原理将转换梁分两次或三次浇筑叠合成型的施工方法。该方法利用第一次浇筑混凝土形成的梁支承第二次浇筑混凝土的自重及施工荷载,首次浇筑混凝土的高度多为梁高的。再利用第二次浇筑混凝土与第一次浇筑混凝土形成的叠合梁支承第三次浇筑混凝土的自重及施工荷载。采用这种施工技术时,转换梁的钢管支撑系统脚手架只需考虑承受第一次浇筑层的混凝土自重和施工荷载,因而可大为减小其下部钢管支撑的负荷,减少支撑材料的使用数量,同时混凝土分层浇筑可缓解由于大体积混凝土水化热较高从而引起温度应力过大等对裂缝控制的不利影响。

4.3设立钢结构支撑法

建筑转换层结构中的转换梁具有跨度和截面高大化的趋势,若仍采用普通的钢管脚手架作为施工期间的临时支撑形式,则无法满足大跨度、大截面转换梁对支撑体系强度、刚度及稳定性的要求。因此在实际工程中,可采用设立钢结构支撑作为主要的临时支撑,钢管脚手架可作为辅助支撑形式与钢结构支撑共同工作。钢结构支撑可有钢格构柱、钢管柱和钢桁架等形式,均具有较强的强度、刚度和稳定性。

参考文献

预应力混凝上结构论文 篇6

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：

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预应力混凝上结构论文 篇7

预应力结构具有耐久性高、受力性能好、跨越能力大、轻巧美观等优点, 此外, 预应力结构经济、节材、节能, 但是, 预应力结构构件的几何尺寸厚大, 一般的预应力大梁的截面宽度在400~600mm, 梁高多在1000mm以上。预应力混凝土结构应用广泛, 目前, 已被应用到各个领域。但是, 已建成的预应力混凝土结构工程都或多或少地产生了裂缝, 混凝土裂缝对构件的耐久性和结构性能都有一定影响, 结合工程实际, 混凝土结构产生裂缝的原因主要有以下几个方面。

(1) 混凝土材料本身引起的收缩裂缝。现在的工程建设多采用商品混凝土, 而商品混凝土的水灰比比较小, 因此塌落度大, 增大了收缩裂缝的产生几率。此外, 混凝土是由水泥、石、砂、水所组成的一种混合型材料, 由于各种材料的物理化学性质不同, 并且在混凝土的硬化过程中掺杂了气体和水, 导致混凝土很容易产生微观裂缝和微孔。

(2) 预应力构件设计截面尺寸不合理。由于混凝土的截面尺寸一般较大, 如果截面尺寸设计不当, 在混凝土的硬化过程中, 就会引起较大的拉应力, 导致混凝土失水干缩, 最终形成裂缝, 此外, 外界的温度变化也会引起收缩裂缝。同时, 由于水泥的水热化, 会使混凝土构件的温度升高, 引起内部混凝土的膨胀, 导致构件产生裂缝。

(3) 预应力张拉工艺不当。在施工过程中, 要求对预应力钢筋施加的应力必须达到设计值, 否则容易在混凝土表面形成裂缝。此外, 在预应力钢筋的锚固区, 会有局部受压过大的现象, 因此, 在梁端非预应力区就容易产生拉剪裂缝和沿钢筋方向的纵向裂缝。

(4) 施工过程中支撑体系不当。在混凝土硬化前预应力结构的跨度较大, 加上构件的截面尺寸和施工荷载都比较大, 因此, 容易造成支撑体系的承载力不足, 导致脚手支架发生沉降, 使构件产生裂缝。此外, 保留的支撑承载力不足也会产生裂缝, 常见的有正截面受弯裂缝和斜向受剪裂缝, 这类裂缝一般位于跨中, 在垂直梁底的方向, 其特点是下宽上窄。同时, 应注意拆模时间, 不能过早的将模板拆除。

2 裂缝的处理措施

预应力构件裂缝的影响有:降低构件承载力, 破坏构件结构的整体性, 容易引起钢筋的锈蚀、降低其耐久性, 严重的甚至会发生渗漏。

在处理混凝土裂缝时, 应根据其对构件的影响程度, 采取合理的处理方法。一般来说, 对承载能力无影响的裂缝可采取以下三种处理方法:第一, 表面涂抹环氧胶泥或聚乙烯胶泥, 采用该方法应注意, 在处理裂缝之前要先将裂缝清洗干净, 烘烤干燥后再涂抹环氧胶泥;第二, 表面抹水泥砂浆, 如果对构件有防水要求, 应在水泥砂浆中加入一定量的氯化铁防水剂, 在修补裂缝时应先沿裂缝凿出一个凹槽, 并将其清洗干净, 涂抹水泥素浆, 最后用水泥砂浆涂抹;第三, 表面凿槽嵌补, 要求先把裂缝处凿成一条深槽, 然后将水泥砂浆或环氧胶泥嵌入槽内。而对承载力及整体性有影响的裂缝可采用结构加固法和内部修补法两种处理方法。采用结构加固法时, 可对构件加钢套箍或设置预应力拉杆;而内部修补法, 主要是用压浆泵对裂缝进行水泥灌浆或化学灌浆。

3 结构应力裂缝控制措施

对于混凝土结构应力产生的裂缝, 应采取以下措施进行控制:

(1) 张拉时应采用对称张拉的方法, 同时张拉箱梁腹板两侧的预应力钢绞线, 且对于同一束钢绞线, 其两端的压力应同值进行。此外, 施工时, 在锚下的位置应增加5层钢筋网, 以防止在张拉时拉裂混凝土, 同时要求必须将锚下混凝土振捣密实。由于孔道浆体达到强度后, 会减少预应力损失, 还能降低锚具负担, 因此, 在张拉结束后应及时进行孔道压浆工作, 一般应在24h内完成。

(2) 在浇筑新混凝土前, 为减少接搓面的干湿变化, 应对接搓面进行洒水, 使其保持湿润。此外, 为增加混凝土的连接性能, 当混凝土达到设计强度后, 应将交接处的混凝土表面凿毛, 并将浮浆和松散层清理干净。

4 预应力混凝土裂缝防治措施

4.1 控制集料含泥量及混凝土的配合比

在施工中应严格控制集料的含泥量, 应选用级配良好的大粒径集料, 以减少水泥用量, 进而减少水灰比, 此外, 应掺加防开裂材料和外加剂等。特别是在夏季, 环境干燥程度较高, 掺合料和外加剂可以明显减少混凝土的收缩, 提高混凝土的抗裂性能。

4.2 降低混凝土温度

(1) 降低混凝土各种组成材料的温度, 将混凝土新拌合物的温度控制在32℃以下;

(2) 由于夜间或早上的温度较低, 能有效降低混凝土表面水分的蒸发, 因此, 浇筑混凝土应尽量在夜间或早上进行;

(3) 为降低混凝土表面的环境温度, 可采取搭棚遮盖等措施, 以避免阳光直接照射新浇筑的混凝土。

4.3 增大空气相对湿度

为降低混凝土表面水分的蒸发率, 应增大空气的相对湿度。在工程中常采用的增大空气相对湿度的方法是喷水雾法, 这是一种简便易行、费用低廉的方法。其中, 简易喷雾法是将带针孔的塑料软管架设在新浇混凝土工地的四周或上方, 然后向内注入一定水压的水, 从而形成针孔喷雾。

4.4 选择适当的养护方法

混凝土的养护, 一方面可以使水泥得以充分的水化, 加速混凝土硬化, 另一方面能防止混凝土成型后出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。一般来说, 混凝土的养护包括自然养护与加热养护两类。混凝土的标准养护条件为温度 (20±3) ℃, 相对湿度保持90%以上, 时间28d。而在实际工程中很难达到标准养护的条件, 所以, 在经济实用条件下, 应采取措施, 使混凝土达到良好的养护效果。

5 结语

在混凝土结构进行抗裂设计时, 应根据工程实际采取适当的裂缝控制方法, 不仅要使计算简便、符合工程实际的精度要求, 还要能不断的发现一些更好的控制裂缝宽度的有效方法。在施工阶段, 应严格按国家规范施工, 并实行专人监督。由于预应力混凝土裂缝在工程中是普遍存在的, 并会对结构产生不利的影响, 因此, 我们要针对结构的特点采取相应的裂缝控制措施与处理方法, 合理解决预应力混凝土的裂缝问题。

参考文献

[1]郑文忠, 王英, 郝燕茹.对预应力混凝土结构的几点认识与建议[J].哈尔滨建筑大学学报, 2011, 02∶12-15.

体外预应力混凝土结构的性能研究 篇8

体外预应力结构体系是后张预应力结构体系的重要分支之一,它与传统的把预应力筋布置于混凝土构件内的预应力结构体系相对应,是指对布置于承载结构构件体外的钢索施加预应力而形成的预应力结构体系。体外预应力的概念和方法提出较早,但在工程中的大量应用则是从20世纪70年代才开始的。当前,体外预应力技术的应用日益广泛,在预应力混凝土桥梁、特种结构和建筑工程结构等新建结构中都有应用。同时,体外预应力技术还用于旧有的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构的重建、加固和维修,此外,体外预应力技术还可用于临时性预应力混凝土结构和施工临时性钢索。体外预应力结构体系有着诸多的优点:1)能够控制和调校钢绞线的应力,检查腐蚀性情况,保证必要时能够替换钢绞线;2)在箱梁的壁内不存在预应力管道,使得混凝土容易浇筑,不会因为预留孔的存在而减低承压能力,因此可尽可能减小箱梁壁厚,这样就可减轻结构自重;3)简化了预应力筋曲线,减小了摩阻损失;4)施工工艺简便,由于预应力筋与混凝土分离,提高了混凝土的施工质量和耐久性。体外预应力结构由于预应力筋位于混凝土截面之外,其受力性能显然不同于传统的体内预应力结构。因此,其设计方法和施工工艺也与传统的体内预应力结构体系有着明显的不同。

2 无粘结预应力结构和体外预应力结构极限应力的研究

在无粘结预应力结构中,无粘结预应力筋应力的改变是沿预应力筋全长范围内混凝土应变变化的平均值,当结构受压混凝土达到极限应变时,无粘结预应力筋中的应变增加要比有粘结预应力筋小,影响无粘结预应力筋Δσpu的因素较多[2],如预应力筋的有效应力大小、综合配筋指标、跨高比、荷载种类与形式等。无粘结预应力结构与体外预应力结构在正常使用状态下,可采用弹性分析方法设计,在荷载极限状态下,无粘结预应力筋的极限应力σpu=σpe+Δσpu,σpu的计算方法的有关规范公式有许多,它们都表明了一个共同的观点:无粘结预应力结构与体外预应力结构中预应力筋极限应力增量Δσpu主要取决于结构体系的变形能力,所有影响结构整体变形的因素都将影响无粘结筋的应力增量。采用部分预应力和混合配筋的设计方法,可有效地提高Δσpu值。

3 无粘结预应力结构与体外预应力结构设计要点

无粘结预应力结构与体外预应力结构的设计中有着许多相似之处,其中一般来说,它们都应遵循以下要求:1)无粘结预应力结构与体外预应力结构必须配置合理的最小非预应力筋量,以改善结构受力特性,保证结构在极限状态下产生塑性变形特征;2)结构体系应具有足够的延性,避免小体系变形情况下结构发生脆性破坏;3)结构体系在荷载极限状态时,预应力钢材的极限应力不应大于其屈服强度,混凝土应变的上限控制值为2%,跨中最大挠度不超过跨径的1%[2];4)结构体系在正常使用状态下,应具有良好的抗裂性能;5)无粘结与体外预应力结构的极限应力增量Δσpu一般应小于同类简支结构的Δσpu;6)对于体外预应力结构,在活荷载作用下,体外束在弯折点处的滑移量应较小。

4 体外预应力在加固工程中的应用

体外预应力结构与体内预应力结构本质的区别在于体外预应力结构的预应力筋布置在主体结构之外。因体外预应力索通常为由多根钢绞线组合成的集中钢索,故称为体外预应力索。体外预应力加固通常是在梁底或梁侧下部增设预应力加劲钢丝索或预应力粗钢筋补强并分别锚固在梁的两端,通过设置一定的连接构件使预应力拉杆(钢丝索或粗钢筋)与梁体构成一个桁架体系,成为一次超静定结构,施加体外预应力,抵消部分恒载应力,起到卸载的作用,从而较大的提高桥梁结构的承载能力。

4.1 体外预应力加固体系的力学分析

用力法求解体外预应力加固体系内力时,以活载引起的水平钢筋拉力增量为变量,切断水平筋而得到基本结构,计算得到水平钢筋承担的力之后,可进行体外索的配置,由水平钢筋的张力估算出预应力筋的用量,最后校核计算结果。

4.2 求解加固体系的预应力损失

预应力损失的计算主要包括[3]:摩阻力引起的预应力损失、锚具变形引起的预应力损失、温差引起的预应力损失、分批张拉由于混凝土弹性收缩引起的预应力损失、钢筋松弛引起的预应力损失、混凝土收缩与徐变引起的预应力损失。

4.3 加固体系正常使用阶段验算[3]

1)钢筋应力验算:

根据应力控制条件来判断是否满足要求。

2)裂缝验算:

采用直接控制裂缝宽度的方式计算,求最大裂缝宽度。

3)挠度验算:

根据JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[3],控制的活载挠度为:fk=fa+fXp≤L/600。

5 结语

通过以上的分析,可以得到以下结论和建议:

1)体外预应力结构受力情况与无粘结部分预应力混凝土结构相类似,它是无粘结预应力混凝土结构的一种特例,也可以采用等效荷载法和约束次内力等进行计算与分析;

2)对于超静定的无粘结预应力和体外预应力结构,在正常使用状态和极限状态下都必须考虑次内力的作用;

3)无粘结预应力和体外预应力结构中宜配置非预应力筋,预应力筋和非预应力筋相结合以便使结构具有较好的延性

4)对于B类部分预应力混凝土结构,可适当放宽抗裂的设计要求;

5)对于体外预应力,在跨中控制截面处要增加转向块的数量,这种转向块虽然不起转向作用,但可使体外预应力筋与混凝土更好地结合起来共同工作。

参考文献

[1]黄东法,徐飞鸿.体外预应力混凝土梁有限元数值建模分析[J].山西建筑,2007,33(26):96-97.

[2]JGJ 92-2004,无粘结预应力混凝土结构技术规程[S].

[3]熊学玉.体外预应力设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

预应力混凝上结构论文 篇9

1 大跨度预应力混凝土框架的设计要点

(1) 现在的建筑工程设计中, 采用大跨度预应力混凝土框架结构, 它的结构形式也是根据工程建筑的类型需要, 有设计成网架结构的, 有设计成网壳结构的, 还有设计成膜结构和薄壳结构的, 尽管设计形式不同, 但是他们的设计要点都是相同的, 那就是要科学合理地按混凝土各项指标和结构的力度要求来设计, 无论是使用钢一混凝土还是预应力混凝土都得这样做。如果一旦背离了技术要求, 那么就会给框架造成危害, 后果不堪设想。由于预应力技术由于能解决大跨度结构中混凝土梁的刚度问题, 很好的控制结构的裂缝和挠度, 具有良好的经济性能, 所以, 我们还要进行正确的钢筋布置。在大跨度的建筑区域中, 我们通常用到的钢筋是不弯气的, 而在在靠近柱的地方是让预应力钢筋弯起。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, 才能对板柱体系结构有帮助, 在遇到荷载打的时候, 我们需要用暗梁或者是把它的横向加宽, 这样就解决了荷载问题。预应力扁梁结构抗剪承载力并不小于普通梁柱结构。在这里, 我们必须明确, 在大跨度预应力混凝土钢筋结构设计的过程中, 首先应设计好钢筋的布置方案。这是最重要的。钢筋布置的形式有很多样: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。柱宽尚应满足梁的预应力筋和柱纵筋的布置要求。为了使预应力锚具不和局部承压钢筋网发生冲突, 必须把梁顶纵筋伸至柱边后应向上弯折。

(2) 在平面布置钢筋的时候, 要让柱子较长的一边宜垂直于梁的轴线方向, 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。这里要求我们对要先计算出结构构件竖向作用力和横向作用力的数据承载情况, 然后把支座和跨中的截面面积进行调整和调幅计算。有时轴由于压缩的力大而变了形, 它对柱就产生了加大的附加弯矩这是大梁被施加预应力的原因, 应采用对大梁进行多跨连续布置的方法, 解决钢筋布设问题。让很多排柱一起参与工作, 作用力自然会减轻下来了。在实际运用当中, 我们常常发现预应力对柱子产生的弯矩要比柱子本身的竖向荷载弯矩小。所以我们考虑到它的影响并不大。另外, 在工程施工中, 要想提高混凝土结构的抗震性能, 我们应该选用“竖向预应力加固普通钢筋混凝土的结构”来增强它的抗震性能, 进而提高结构抵抗水平荷载的能力, 同时在地震之后又能很快地复原。设计预应力钢筋张拉与锚固区域时, 最好是在梁和柱的侧面和底部, 并以加腋的形式呈现出来, 以此达到预设的效果。

2 大跨度预应力混凝土框架设计的问题

(1) 涉及到板的受力状况时, 我们应注意, 预应力在框架的正弯矩区域弯起, 那么负弯矩区域就集中在了柱的附近, 这时, 对半的受力极为不利。这是应该在设计中考虑到的问题。我们许多企业, 都是把预应力筋的设计与施工全部交给施工单位处理, 而工程设计人员都是按普通混凝土梁、柱的设计方法来设计预应力框架的梁和柱, 这样一来就会给施工带来许多麻烦, 使预应力框架的质量难以保证。特别是, 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。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。大多设计人员对预应力混凝土的基本概念、对不同阶段荷载作用下预应力筋及非预应力筋的应力变化情况和裂缝的开展等情况并不清楚。

(2) 由于温度的应力和不均匀的沉降等方面的影响, 造成了预应力拉张后, 沿着梁的方向上又出现了许多条细小的垂裂的缝隙。而且排列还很均匀。这是常出现的问题之一。容易出现的第二个问题是:布设当中的“四段抛物线结构形式”, 极易造成边跨梁附近应力过大, 出现梁的承载隐患。

3 大跨度预应力混凝土框架结构设计方法

(1) 对于大跨度预应力混凝土框架结构的材料选择而言。我们是这样认为的, 柱的纵向钢筋应尽量选用直径较粗的, 用以减少钢筋的根数, 这样还便于施工。如果要选用直径在28mm以上的钢筋时, 应在设计中特别注明要采用机械连接, 以保证施工质量。其次, 我们现在的建筑中, 像影剧院、体育馆、展览馆这样的大型公共建筑和工业建筑中的大厂房、大型仓库等才涉及到用大跨度工程设计。这样就要求我们的设计人员, 在设计出现预应力筋合理布置时, 要强调指出预应力钢筋布设的要求。第三, 施工设计时, 应综合考虑预应力钢筋的弯矩、剪力、扭矩和轴力的共同作用, 以及构造及施工上的可行性。将预应力钢筋伸过节点区域, 在梁中进行锚固与张拉。

(2) 由于施工进度的不同, 我们还会遇到预应力混凝土梁框架结构的变化现象, 主要是在不同的施工阶段, 它的内力变化情况与普通混凝土梁是有区别的, 我们在设计预应力框架时应该注意这一点。同时还要掌握好框架柱伸出屋面要与女儿墙一样高, 这是为了梁顶纵筋和柱纵筋的锚固更方便些。如果遇到预应力钢筋布设特别多时, 我们的施工人员要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1000 mm, 预留斜槽在张拉时需利用变角器进行张拉。预应力梁的裂缝宽度也应按照同级的普通混凝土梁的要求来控制。如果一旦遇到有些建筑的框架结构跨度较大时, 我们就应在楼梯之间框架结构的设计过程中把支柱和平台梁的连接用柱箍加密, 保证其性能, 使它即坚固又安全。

(3) 我们的设计者, 在设计中, 还要严格控制框架的轴压比。这也是设计中比较重要的地方。我们把单跨预应力梁截面延伸到连续结构的效果, 将其设计成连续结构, 这种设计的优势还是很大的。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。正因如此, 在设计时, 我们的设计者就应该根据预应力筋连续布置的特点进行这样的设计。设计人员应注意在使用荷载作用下预应力混凝土梁截面各阶段的应力变化和梁裂缝开展的情况。采用有粘结预应力技术解决大跨度混凝土梁的挠度和抗裂问题。我们清楚, 是反用到预应力混凝土框架结构施工的工程建筑物, 他们的跨度都是比较大的。所以所用到的钢筋也多, 在接筋处要给锚具留出一定的位置。这样的工程的框架柱往往应选用较粗的钢筋甚至要配双排钢筋, 否则就达不到工程质量的要求。随着高效预应力技术在我国建筑行业的迅速发展, 我们已制定了专门的预应力结构设计、施工规程, 工程中应用的预应力结构体系也越来越丰富, 在很大程度上, 满足了我们的建筑工程的需要。

4 结束语

建筑企业要想增加其效益, 就得在大跨度预应力混凝土设计中遵循设计原则, 科学地掌控这种技术的自身特点。同时广泛的应用大跨度预应力混凝土结构进行建筑施工, 会显著增加建筑企业的经济效益。预应力混凝土结构现在以其大跨度、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主流趋势。这一点是有目共睹的。

参考文献

[1]沈倩倩.大跨度预应力混凝土框架结构的设计分析[D].合肥工业大学, 2014.

预应力混凝上结构论文 篇10

1 箱涵预应力筋形状及布置方法

预应力筋布置及外形应尽可能与弯矩图一致。当承受均布荷载时,用正反抛物线形式;当承受集中荷载时,预应力筋在集中力处弯折,按折线形布置,折线形布置方案不宜用于三跨以上的箱涵,施工困难,预应力损失较大;侧墙端部弯矩较小的单跨或多跨预应力箱涵,顶、底板外端采用直线与抛物线相切的布筋方式,可减少预应力损失;通过箱涵板和墙交界处的预应力筋,应尽量使核心区混凝土均匀受压,采用正反抛物线与直线的混合布置方式;顶、底厚度较小的箱涵,当满足设计要求时,采用直线预应力筋,施工方便,预应力损失小;多跨箱涵布筋可采用上述形式进行组合;必要时可在侧墙设置预应力,当侧墙较厚时采用侧抛物线与直线混合布置的形式,当墙体较薄时采用直线预应力。

2 箱涵预应力筋线形公式

箱涵顶、底板预应力筋的布置,应使预应力筋的外形尽可能与外力作用下顶、底板的弯矩图形一致,对于板端弯矩与板跨中弯矩基本相近的单孔箱涵,预应力筋布置成正、反抛物线是一种被广泛采用的形式,如图1所示。正、反抛物线在反弯点C(或E)处相切,且C(或E)点位于B(F)与D的抛物线上,其抛物线方程为

式中:fi和l分别为抛物线的矢高和跨度;图1中f1和f2为BC(EF)段和CE段抛物线矢高。

f=f1+f2.(2)

f根据预应力筋的排列而定,宜取最大值。

连接BD,根据得到的两个直角三角形对应边成比例的关系,得

$f{}_1=2\alpha f‚f{}_2=(1-2\alpha )f.$

将f1和f2代入式(1)得板端BC(或EF)段抛物线方程为

跨中CE段抛物线方程为

α在0.1～0.2取值为宜,其他预应力筋的布置形式类似。

当箱涵侧墙预应力筋的布置形式尽量接近荷载弯矩图形,在侧墙顶、中截面偏心距e应取最大值,如图1所示。对于板端弯矩较小的单孔或多孔箱涵的侧墙,侧墙预应力筋布置成直线与抛物线相切的形式。

3箱涵顶、底板正截面承载力计算

预应力箱涵顶、底板承载力计算公式,预应力筋有效预应力为σpe,预应力以等效荷载的形式作用于结构,箱涵板弯矩为Mp、轴力为Np,孔道灌浆后,由变形协调原理,在极限荷载时应力增大至极限强度fpy,预应力筋的应力增量为fpy-σpe。设外荷载作用下控制截面的弯矩设计值为Ms,等效荷载作用下的弯矩值为Mp,轴力Np(压力为正),设预应力荷载分项系数为1.0,取控制截面隔离体,如图2所示,由平衡方程∑M=0及∑X=0得

式中:ep为预应力筋合力点距截面形心轴的距离,Ap为预应力筋面积,As为非预应力筋面积,hp为预应力筋形心至混凝土受压边缘距离,hs为非预应力筋形心至混土受压边缘距离。

Np与Apσpe关系,对于轴向无约束的梁板,二者相等;对轴向有约束的梁板,Np小于Apσpe。如果侧墙抗侧刚度较大,则顶、底板均张拉预应力,否则侧墙将发生顶、底板的轴向变形,阻止预应力向顶、底板中传递,产生次拉力,其值为Np-Apσpe,降低顶、底板的承载力。

4箱涵承压计算

4.1端部承压的截面尺寸计算

Fl≤1.35βcβlfcAln. (6)

式中:Fl为混凝土的局部承压的预应力,Fl+1.2σconAp;fc为混凝土的轴心抗压强度,在后张法预应力混凝土构件的张拉阶段的验算中,应根据相应阶段的混凝土立方体抗压强度值以线性内插法确定;βc为混凝土强度影响系数;βl为混凝土局部承压时的强度提高系数$\beta {}_l=\sqrt{A{}_b/A{}_l}$;Ab为局部承压状态下计算底面积;Al为混凝土局部承压状态面积;Aln为混凝土局部受压状态净面积。

4.2局部承压承载力验算

Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfy)Aln. (7)

当间接钢筋为方格时

当间接钢筋为螺旋筋时

式中:βcor为局部承压强度的提高系数;ρv为间接钢筋的配筋率;α为间接钢筋约束作用的折减系数;n1,As1为钢筋网在梁截面宽度的根数及单根钢筋截面积;n2,As2为钢筋网在梁截面高度的根数及单根钢筋截面积;As3为螺旋钢筋截面积;dcor为螺旋式间接钢筋内表面的截面面积;s为钢筋间距。

5箱涵挠度验算

5.1刚度计算

受弯构件的刚度B可按下式计算为

式中:Mk为按荷载效应的标准组合计算的弯矩取计算区段内的最大弯矩值,Mq为按荷载效应的准永久组合计算的弯矩取计算区段内的最大弯矩值,Bs为荷载效应的标准组合作用下受弯构件的短期刚度,θ考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数。

5.2挠度验算

短期荷载作用下挠度和预应力引起的反拱值,由弯矩图形相乘法,得梁板挠度为

预应力引起的梁板反拱值为

式中:k为箱涵顶、底板与边侧墙的线刚度之比;

式中:a为预应力筋的回缩量。

挠度验算为

6箱涵结构设计

6.1工程实例

计算荷载:公路Ⅰ级;净跨径:l0=8.6 m ;净高h0=8.8 m;填土厚度:H=8 m;材料:砼C30,主钢HRB335;材料容重:填土r1=19 kN/m3;钢筋砼r2=26 kN/m3;土的内摩擦角φ=30°;基底置于卵石土上,[σ]=400 kPa。

6.2预应力箱涵结构设计

原设计为混凝土箱涵,其截面尺寸如图3所示。现对箱涵的顶、底板施加预应力,计算所用尺寸参数与原箱涵相同,两种曲线预应力布置方式及MIDAS有限元计算模型如图4所示。其中,(a)种布束方式的钢束末端偏离顶、底板中心进行锚固定,(b)种布束方式在顶、底板的中心进行锚固定。

计算结果表明,在布置相同数量预应力筋的情况下,短期及长期效应组合下的应力,两种布束方式应力相差不大,箱涵顶、底板混凝土单元没有拉应力出现,均为压应力,(b)种布束方式较好,且施工更方便。

为达到与原设计相同的效果,并体现出预应力在合适截面下的优势,在保持混凝土箱涵其他尺寸不变的情况下,仅把顶、底板厚度减为30 cm进行计算(原箱涵顶、底板厚100 cm),采用直线预应力钢束,计算采用单位宽度计算时,顶、底板分别用了8根φ15.2的预应力钢筋,预应力布置和计算模型如图5所示。

计算结果表明,在短、长期效应组合下,箱涵的顶、底没有拉应力的出现,不会有裂缝的产生,混凝土的耐久性得到了保证。与原设计相比,顶、底板可节约混凝土70%,其配筋仅为构造配筋。

7结束语

通过对预应力混凝土箱涵的理论分析,得出了预应力筋的几种布置形式、布置方法及计算公式。并对预应力混凝土箱涵的顶、底板正截面承载力、预应力荷载的分项系数、端部承压的截面尺寸、局部承压承载力进行理论分析,给出挠度验算公式及方法。最后,对预应力混凝土箱涵进行对比设计计算,结果表明,构件没有拉应力的出现,因此不会有裂缝的产生,混凝土耐久性有保证。采用单位宽度计算比较,顶、底板分别用8根φ15.2的预应力钢筋,与原设计相比,顶、底板可节约混凝土约70%,其配筋仅为构造配筋,可明显降低成本。

摘要：通过对预应力混凝土箱涵的理论分析,得出预应力筋的布置形式及计算公式,并对预应力箱涵的顶、底板正截面承载力、预应力荷载的分项系数、端部承压的截面尺寸、局部承压承载力进行理论分析,给出挠度验算公式及方法,最后对预应力混凝土箱涵进行对比设计计算,结果表明,预应力能有效防止混凝土出现拉应力,并可节省混凝土用量约70%。

关键词：箱涵,预应力混凝土,理论分析,结构设计,有限元

参考文献

[1]熊学玉.预应力混凝土结构荷载效应组合及正截面承载力设计计算的建议[J].工业建筑,1998(2):1-5.

[2]GB5001022002混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[3]中华人民共和国交通部标准.JTG D60-2004公路桥涵通用设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[4]中华人民共和国交通部标准.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[5]聂利英,吴鸿庆.钢筋混凝土地道桥力学特性的研究[J].兰州铁道学院学报,2001,20(3):19-24.

[6]周家新.下穿铁路斜交框架桥的空间结构分析[J].铁道建筑,2005(7):31-33.

[7]陈锐,朱尔玉.施加预应力对框架式混凝土地道桥的影响[J].铁道建筑,2007(11):16-17.

[8]李家稳,张海燕.四孔连续框构桥设计技术的研究[J].北京交通大学学报,2008,32(1):12-19.

预应力混凝上结构论文 篇11

关键词：变截面;箱梁大桥;钢管桩;结构计算

1、前言

据统计，每年都有桥梁因为支架的倒塌而产生人员伤亡[1]，通常发生事故原因有两个，一是设计荷载不足，安全失效，二是施工管理不到位，工作人员蛮干，导致施工安全事故。桥梁施工支架的施工方法和技术对于工程建设的顺利进行以及结构的安全至关重要。

随着桥梁技术不断发展，变截面大体积预应力混凝土箱梁得到越来越广泛的应用，其设计及施工单位更加重视施工计算和脚手架培训工作。例如李明星[2]结合某市政变截面曲线匝道桥满堂门式支架施工，详细介绍了满堂门式支架的构架方法和稳定性计算。文瑜 谢玮[1].对桥梁施工临时支架倒塌的常见原因进行了分析，对影响支架稳定性的因素和支架稳定性计算方法进行了总结。刘明军，林志军[3]介绍田安大桥主桥拱面部分的梁段安装支架钢管桩的设计计算与施工。希文峰，黄羚[4]根据满堂支架的结构及受力特征，分析了满堂支架荷载计算方法以及立杆、底模、纵向方木、横向方木等主要组成构件的计算模型。

2、工程概况

某桥工程桩号分别为K0+000，终点桩号K2+300，全长2.3km。主桥上部构造：混凝土C55：16293.6m3Ⅰ钢筋606t，Ⅱ钢筋2747t，预应力钢绞线841t。该桥左幅设计为：（4×32m）等截面预应力砼连续箱梁+（58+3×96+58）变截面预应力砼连续箱梁+（3×24）等截面预应力砼连续箱梁+（4×32）等截面预应力砼连续箱梁+（3×32）等截面预应力砼连续箱梁;右幅设计为：（3×32m +24.175m）等截面预应力砼连续箱梁+（58+3×96+58）变截面预应力砼连续箱梁+（25.825+2×27）等截面预应力砼连续箱梁+（4×32）等截面预应力砼连续箱梁+（3×32）等截面预应力砼连续箱梁。

该桥主桥设计为58m+3×96m+58m五跨变截面预应力混凝土连续箱梁。主跨箱梁单“T”共分12段悬臂浇筑，0号梁段长12m，其余1-12号梁分段长为7×300+5×400cm，邊跨、次边跨、中跨合拢段都为2m，边跨现浇段长10m。0号梁段和边跨现浇段采用钢管桩支架现浇施工，主跨T构采用对称挂篮悬臂现浇施工，悬浇最重梁段为1794kN。

3、钢管桩支架计算

主要临时支架破坏形式为失稳破坏，即支架倒塌。倒塌主要是由于支架承受的施工临时荷载时位移变形过大而造成，即几何非线性的影响十分明显。为保证临时支架结构体系，整体稳定性满足要求是设计过程的首要问题。支架现浇方案，采用布架灵活、搭拆方便、承载力大。如图2所示，取单根钢管桩受力进行分析。

慣性半径;柔度系数;

极限柔度;

λ<λ2，屬于短粗杆（小柔度杆），用经验公式计算F=σcr×A;

F=cr×A=200×=3480KN;安全系数为：;

中间钢管桩满足施工要求。

4.2两侧钢管桩计算

平均横断面积A=5.81m2。方法同中间钢管桩计算方法，最终得出，安全系数，中间钢管桩满足施工要求。

4.3縱向分配梁受力计算

通过分析，纵向分配梁最不利位置为中腹板，荷载由六根Ⅰ25b工字钢承担，工字钢间距1.2m。

计算得出恒载：（q1+q2）×1.2=328KN;活载：（q3+q4）×1.4=23.5KN;

荷载：恒载+活载=351.5KN;荷载：q=125.5KN/m

分配梁结构计算：Ⅰ25b悬臂长度2.8m。

惯性矩：6×5280cm4=3.168×108mm4;截面抵抗弯矩：W=÷ymax=6×423×cm3=2.54×106mm3

弹性模量：E=206000N/mm2 容许应力：fm=200N/mm2

无粘结预应力混凝土结构设计研究 篇12

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.