预应力作用影响的计算公式在混凝土结构中的应用

预应力混凝土框架结构设计通常有三种方法:一是以承载能力极限状态为基础,考虑预应力度的设计法,该方法首先依据恒载和活载的比值,选择合适的预应力度,然后由外弯距设计值分别求得承载力所需的预应力筋和非预应力筋;二是以荷载平衡法为基础的设计方法,该方法也是首先依据恒载和活载的比值,凭经验确定预应力筋所平衡荷载的多少,然后反算出所需的预应力筋;三是基于耐久性要求的设计方法,首先根据结构所处的工作环境,确定裂缝控制等级,然后按对应的计算公式进行配筋计算。如果该设计方法的验算公式与其相应的裂缝控制宽度是相辅相成的,则用该方法设计的预应力混凝土结构,能自动满足耐久性要求的裂缝控制宽度,属主动设计法。而前两种方法由于事先均未考虑环境因素的影响,需要在配筋完成后,对裂缝宽度加以验算,来检验裂缝宽度是否满足所处环境的控制要求,属被动验算法。目前预应力框架结构设计时,前两种方法用得较多,而基于耐久性要求的设计法因需要考虑预应力作用效应的影响,应用受到限制。本文推导了单跨及对称双跨框架结构考虑预应力作用影响的计算公式,使其方便地应用于这两种结构,最后对算例进行了计算分析。

1　基于耐久性要求的设计方法[1]基于耐久性要求的设计方法首先根据结构所处的工作环境,确定其裂缝控制等级,代写博士论文然后按荷载的短期组合和长期组合按下述公式计算控制截面所需的预应力筋。

1·1　荷载短期效应组合下裂缝控制应满足式(1)要求:

αsc———荷载短期效应组合环境条件拉应力限制系数,对低侵蚀工作环境αsc=2·5,中等侵蚀环境αsc=2·0,高侵蚀环境αsc=0·0;ep———预应力筋考虑预应力作用效应的综合偏心距,对于静定结构,ep等于预应力筋的实际偏心值。

1·2　荷载长期效应组合下裂缝控制应满足式(3)要求:

式中,σlc为荷载长期效应组合环境条件拉应力限制系数,对低侵蚀工作环境αlc=0·8,中等及高侵蚀环境αlc=0·0。预应力混凝土框架结构通常采取现浇形式,框架梁截面为T形,虽然跨中弯矩一般小于支座弯矩,但由于跨中截面抗弯模量小于支座截面,跨中及支座截面都有可能成为控制截面,因此,应按上述公式分别计算出每榀框架梁跨中及支座截面的ApⅠ及ApⅡ,然后取其中的最大值作为该榀框架大梁所需预应力筋的下限值,即Ap= max{ApⅠ,ApⅡ} (5)预应力筋确定后,再按承载力要求计算非预应力筋。

2　确定预应力筋综合偏心距ep由前述公式可知,确定预应力筋综合偏心距ep是配筋计算的关键,而ep与框架结构自身的特性及预应力筋的布置形状有关。下面就推导单跨及对称双跨预应力框架结构的综合偏心距,为预应力框架结构的设计奠定基础。

2·1　单跨预应力混凝土框架对于单跨预应力混凝土框架大梁,预应力筋通常为对称布置,即预应力筋在两端支座处的偏心距相等,见图1,预应力产生的等效荷载如图2。梁端等效弯矩:

2·2　对称双跨预应力混凝土框架对称双跨预应力混凝土框架可简化为图3形式,预应力作用下的等效荷载如图4。

按照前述推导方法,可得预应力作用下的固端弯矩:

3　算例分析用上述方法对某双层单跨框架[2](图5)及某两层对称双跨框架[3](图6)按处于低侵蚀环境进行配筋设计,并用《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)及《部分预应力混凝土结构设计建议》两种计算方法对裂缝宽度进行了计算,其中钢筋应力由截面分析方法求得,计算结果见表1。计算结果表明:跨中截面为控制截面,长期荷载组合控制预应力的配筋,且最大裂缝宽度均小于0·15 mm,满足所处环境的裂缝控制要求。

4　结　语

1)基于耐久性要求的设计方法应用于超静定结构时,需要考虑预应力作用效应的影响,而预应力作用效应只与框架结构的自身属性和预应力筋的形状及布置有关。2)如果基于耐久性要求的设计方法的验算公式与其相应的裂缝控制宽度是相辅相成的,则基于该方法所设计的预应力结构能自动满足所处环境的裂缝控制要求,不需对裂缝宽度进行验算,属主动设计法,算例分析表明该方法简单实用。代写本科毕业论文范文3)预应力混凝土框架结构通常采取现浇形式,框梁截面为T形,跨中截面抗弯模量小于支座截面,跨中及支座截面都有可能成为控制截面,应分别计算出跨中及支座截面所需的预应力筋,然后取其中的最大值作为实际配筋的下限值。4)本文仅推导了单跨及对称双跨框架情况考虑预应力作用影响的计算公式,对于其他情况,同样可以根据结构力学的原理推出。