大跨預應力梁采用有粘結與無粘結混合配筋設計方法技術

本發明專利技術屬于建筑結構設計方法技術領域，具體涉及一種大跨預應力梁采用有粘結與無粘結混合配筋設計方法。具體步驟為：確定截面尺寸，預估有粘結筋的總面積Ａ↓［ｐ］，確定有粘結設計的非預應力筋的總面積Ａ↓［ｓ１］，有粘結預應力損失的計算σ↓［ｌｎ１］，有粘結設計正常使用狀態驗算，有粘結設計承載力驗算，確定無粘結筋的面積Ａ↓［ｐｎ２］，確定混合配筋的非預應力筋的總面積Ａ↓［ｓ２］，無粘結筋的預應力損失σ↓［ｌｎ２］的計算，混合配筋正常使用極限狀態驗算，混合配筋的承載力極限狀態驗算。本發明專利技術對于采用有粘結設計的大跨預應力梁，在滿足正常使用、抗震以及構造要求的情況下，承載力往往大量富余，將部分有粘結筋改用無粘結筋，在提高正常使用性能的情況下，減小承載力超強給結構帶來的不利影響，同時給施工帶來便利。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于建筑結構設計方法
，具體涉及一種。
技術介紹
大跨預應力框架結構在樓層平面內由于預應力雙向交叉，不同方向的預應力筋(或波紋管)在梁系交叉點處交錯疊放，甚至可能相交，這是設計與施工中面臨的一個突出問題，設計人員在初步設計階段就必須對此作詳盡的考慮。同樣，對于大跨預應力梁單向的有粘結配筋設計，由于預留孔道比較大，對矢高的影響比較大，使得預應力效應大大減小。在大跨預應力梁框架結構中，一般要求采用有粘結預應力混凝土(尤其是在地震區)，有粘結預應力束由多根預應力筋集中布置于孔道中，因此孔道直徑較大，很容易發生各向預應力束相交的問題。而無粘結預應力筋是單根獨立成束，即使發生相交，也容易調整，同時由于無粘結配筋設計無需預留孔道，使得矢高的調整比較方便，可以得到較好的預應力效應。所以，在保證承載力以及正常使用極限狀態的條件下，可以將一部分有粘結預應力束改為無粘結預應力筋，由于無粘結預應力筋可以單獨成束，在保持預應力束的形心線線形方程不變的條件下，非常便利的調整預應力束矢高，由于無粘結筋可以單獨成束、單根錨固，有利于減小混凝土的局部承壓。由此提出大跨預應力梁有粘結與無粘結混合配筋的方法。對于采用有粘結配筋設計的大跨預應力梁，滿足正常使用、抗震以及構造的配筋情況下，承載力往往大量富余，將一部分有粘結筋改用無粘結預應力筋可以在不減少正常使用性能要求下，緩解承載力超強對結構的不利影響，改善構件截面的延性，從而也改善結構的抗震性能要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種。本專利技術提出的，其具體步驟如下1、確定截面尺寸b，h對于預應力梁構件的截面尺寸寬度b，高度h，應考慮結構的高跨比h/l(l為梁的跨度)、所受荷載等因素，選定的截面尺寸應符合建筑的要求。2、預估有粘結筋的總面積Ap先按照有粘結設計，根據正常使用極限狀態的要求，按裂縫控制確定預應力筋總面積，預應力混凝土可按均質未開裂混凝土計算，設計荷載和預應力共同作用下，按最大受拉纖維混凝土拉應力(或名義拉應力)的限值確定預應力，然后根據有效預應力算出所需的預應力筋的總面積Ap。根據結構類型和正截面裂縫控制驗算要求，預應力筋的有效預加力Npe，可按下式進行估算，并取其結果的較大值，Npe=βMkW-1A+epW]]>或Npe=βMqW-1A+epW]]>其中Mk、Mq分別為按均布荷載的標準組合或準永久組合計算的彎矩設計值；、分別為荷載標準組合、準永久組合下的混凝土拉應力限值，參考相關規范取用；W為構件截面受拉邊緣的彈性抵抗矩；A為構件截面面積；ep為預應力筋的重心對構件截面重心的偏心距；β為梁結構系數，如對簡支結構，取β＝1.0，對連續結構的負彎矩截面，取β＝0.9，對連續結構的正彎矩截面，取β＝1.2；根據預應力筋的有效預加力Npe估算預應力筋的總面積Ap，可按下式進行估算Ap=Npeσcon-σl,tot,]]>其中σcon為預應力筋的張拉控制應力，σl，tot為預應力筋的總損失估計值，對梁一般取0.3σcon，Npe為預應力筋的有效預加力。3、確定按有粘結設計的非預應力筋的總面積As1由有粘結預應力筋的面積Ap，根據預應力度λ、最小配筋率ρmin以及構造要求確定非預應力筋的面積As1。有粘結預應力混凝土受彎構件中受拉區非預應力鋼筋的配筋率不應小于表1的規定，以及預應力度λ的要求，預應力度λ根據構件的抗震等級加以確定，同時非預應力筋的配置應滿足構造要求。表1有粘結預應力混凝土受彎構件非預應力筋最小配筋率 即有As1≥ρminbh，且As1≥1-λλ·fpyAphpfyhs]]>其中λ為預應力度；fpy預應力鋼筋的抗拉強度設計值；hp為縱向預應力鋼筋合力點至梁截面受壓邊緣的有效距離；fy為普通鋼筋的抗拉強度設計值；hs為縱向受拉非預應力鋼筋合力點至梁截面受壓邊緣的有效距離。4、有粘結預應力損失σln1的計算全部預應力損失由兩部分組成，瞬時損失和長期損失。瞬時損失主要包括錨固損失σl1、摩擦損失σl2、彈性壓縮損失σl3，長期損失主要包括預應力鋼材的松弛損失σl4和混凝土收縮徐變損失σl5。5、按有粘結設計正常使用狀態驗算有粘結預應力鋼筋的有效預應力σpeσpe1＝σcon-σln1預應力鋼筋及非預應力鋼筋的合力NpNp＝σpe1Ap-σpe’Ap’-σl5Asn1-ρl5’As’凈截面重心至預應力筋與非預應力筋合力點的距離epnepn=σpeApypn-σpe′Ap′yps′-σl5Asysn+σl5′As′ysn′σpeAp+σpe′Ap′-σl5As-σl5′As′]]>扣除全部預應力損失后在抗裂驗算邊緣混凝土的預壓應力σpcσpc=Np+N2An+Npepn-M2In/yn]]>其中σpe1為扣除全部預應力損失后，受拉區預應力筋中的有粘結筋的有效預應力；σpe’為為扣除全部預應力損失后，受壓區預應力筋中的有粘結筋的有效預應力；Ap’為受壓區預應力筋的面積；σl5’為受壓區預應力筋由于混凝土收縮徐變引起的預應力損失；As’為受壓區非預應力筋的面積；ypn，ypn’分別為受拉區、受壓區預應力筋合力點到凈截面重心的距離；ysn，ysn’分別為非預應力筋合力點到凈截面重心的距離；σpc為扣除全部預應力損失后在抗裂驗算邊緣混凝土的預壓應力；M2、N2為由預加力在后張法預應力混凝土超靜定結構中產生的次彎矩、次軸力設計值，先張法預應力混凝土結構中M2＝0，N2＝0，在對截面進行受彎及受剪承載力計算時，當參與組合的次內力對結構不利時，預應力分項系數應取1.2，有利時應取1.0，M2的方向和M設相同時為正，否則為負，N2與Np方向相同時為正，否則為負；Np為預應力鋼筋及非預應力鋼筋的合力。結構構件的裂縫控制等級以及最大裂縫控制寬度限值ωlim如下表所示表2結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度限值ωlim 注若次內力(次軸力、次彎矩)的影響不能忽略時，裂縫寬度的計算時，應考慮其影響，可參考相關規范計算。若按裂縫控制等級按二級I類計算，控制條件為荷載效應標準組合下 σck-σpc≤ftk，荷載效應準永久組合下σcq-σpc≤0其中σck、σcq分別為荷載效應的標準組合、準永久組合下抗裂驗算邊緣的混凝土法向應力；ftk為混凝土軸心抗拉強度標準值。若滿足正常使用要求，即可確定有粘結預應力筋的總面積Ap；6、按有粘結設計承載力驗算豎向荷載作用包括恒載和活載，水平荷載包括風荷載和地震作用。對各種荷載進行不同組合，進行承載能力極限狀態計算。x=fyAs-fy本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大跨預應力梁采用有粘結與無粘結混合配筋的設計方法，其特征在于具體步驟如下：（１）確定截面尺寸ｂ，ｈ對于預應力梁構件的截面尺寸寬度ｂ，高度ｈ，考慮結構的高跨比ｈ／ｌ、所受荷載因素，選定的截面尺寸符合建筑的要求；（２ ）預估有粘結筋的總面積Ａ↓［ｐ］先按照有粘結設計，根據正常使用極限狀態的要求，按裂縫控制確定預應力筋總面積，預應力混凝土按均質未開裂混凝土計算，設計荷載和預應力共同作用下，按最大受拉纖維混凝土拉應力或名義拉應力的限值確定預應力，然后 根據有效預應力算出所需的預應力筋的總面積Ａ↓［ｐ］；根據結構類型和正截面裂縫控制驗算要求，預應力筋的有效預加力Ｎ↓［ｐｅ］，按下式進行估算，并取其結果的較大值，＊＊＊其中：Ｍ↓［ｋ］、Ｍ↓［ｑ］分別為按均布荷載的標準 組合或準永久組合計算的彎矩設計值；［σ↓［ｃｔｋ，ｌｉｍ］］、［σ↓［ｃｔｑ，ｌｉｍ］］分別為荷載標準組合、準永久組合下的混凝土拉應力限值，參考相關規范取用；Ｗ為構件截面受拉邊緣的彈性抵抗矩；Ａ為構件截面面積；ｅ↓［ｐ］為預應力筋的重心對構件截面重心的偏心距；β為梁結構系數；預應力筋的總面積Ａ↓［ｐ］，按下式進行估算：＊＊＊其中：σ↓［ｃｏｎ］為預應力筋的張拉控制應力，σ↓［ｌ，ｔｏｔ］為預應力筋的總損失估計值，Ｎ↓［ｐｅ］為預應力筋的有效預加力； （３）確定有粘結設計的非預應力筋的總面積Ａ↓［ｓ１］由有粘結預應力筋的總面積Ａ↓［ｐ］，根據預應力度λ、最小配筋率ρ↓［ｍｉｎ］以及構造要求確定非預應力筋的總面積Ａ↓［ｓ１］；預應力度λ根據構件的抗震等級加以確定；即有： Ａ↓［ｓ１］≥ρ↓［ｍｉｎ］ｂｈ，且＊＊＊其中：λ為預應力度；ｆ↓［ｐｙ］為預應力鋼筋的抗拉強度設計值；ｈ↓［ｐ］為縱向預應力鋼筋合力點至梁截面受壓邊緣的有效距離；ｆ↓［ｙ］為普通鋼筋的抗拉強度設計值；ｈ↓［ｓ］為縱向受拉非 預應力鋼筋合力點至梁截面受壓邊緣的有效距離；（４）有粘結預應力損失的計算σ↓［ｌｎ１］全部預應力損失由瞬時損失和長期損失組成，瞬時損失包括錨固損失σ↓［ｌ１］、摩擦損失σ↓［ｌ２］、彈性壓縮損失σ↓［ｌ３］，長期損失包括預應 力鋼材的松弛損失σ↓［ｌ４］和混凝土收縮徐變損失σ↓［ｌ５］；（５）有粘結設計正常使用狀態驗算有粘結預應力鋼筋的有效預應力σ↓...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：熊學玉，馮傳山，王斌，
申請(專利權)人：同濟大學，上海同吉建筑工程設計有限公司，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]