预应力混凝土结构的承载力设计方法技术

预应力混凝土结构的承载力设计方法。现有的超静定预应力混凝土结构的设计方法中，难以确定柱、墙、筒等侧限结构对预应力混凝土结构的传递影响以及对设计计算结果的影响的问题。一种预应力混凝土结构的承载力设计方法，区分出无限侧结构的混凝土结构和有限侧结构的混凝土结构，并引入侧限影响系数；计算受张拉区纵向预应力筋的截面面积；确定由张拉预应力筋引起的弯矩值和控制截面外荷载弯矩设计值之和；进行由张拉到预应力筋有效预应力的建立；预应力筋抗拉强度设计值中高于有效预应力的部分被动地提供抗力；计算无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力；引入侧限影响系数进行修正，得到有侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式。本发明专利技术应用于预应力混凝土结构的承载力设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种预应力混凝土结构的承载力设计方法。 
技术介绍
房屋建筑中的预应力混凝土结构很大部分为超静定预应力混凝土结构，而超静定预应力混凝土结构设计的已有方法中引入了主内力、综合内力及次内力等概念，存在计算理论抽象，不易为工程技术人员所掌握。这种基于连续梁工作原理建立起来的超静定预应力混凝土结构的设计方法，难以确定柱、墙、筒等侧限结构对预应力混凝土结构的传递影响和设计计算结果的影响，对施工工程造成安全隐患。 
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的超静定预应力混凝土结构的设计方法中，难以确定柱、墙、筒等侧限结构对预应力混凝土结构的传递影响以及对设计计算结果的影响的问题，而提出一种预应力混凝土结构的承载力设计方法。 一种预应力混凝土结构的承载力设计方法，所述预应力混凝土结构的承载力设计方法通过以下步骤实现： 步骤一：对所述混凝土结构进行判断，若所述混凝土结构确定为无限侧结构的混凝土结构，则执行步骤二至六的方法，若所述混凝土结构确定为有限侧结构的混凝土结构，则进行步骤二至步骤七的计算； 步骤二：计算受张拉区纵向预应力筋的截面面积Ap； 步骤三：确定由张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，并确定控制截面外荷载弯矩设计值Mload，从而计算控制截面的弯矩值与控制截面外荷载弯矩设计值之和Mload+Mp； 步骤四：将预应力筋作为能动的作用者，其张拉引起的端部预加力及跨内等效荷载作为外荷载，进行由张拉到预应力筋有效预应力σpe的建立，完成预应力筋工作的第一阶段； 步骤五：当步骤四所述第一阶段的预应力过程结束后，预应力筋抗拉强度设计值fpy中高于有效预应力σpe的部分fpy-σpe被动地提供抗力，完成预应力筋工作的第二阶段； 步骤六：由控制截面的外荷载弯矩设计值MLoad，及步骤四张拉预应力筋引起的端部 预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，利用无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式： MLoad+Mp=Asfy(hs-x2)+Apσpe(hp-ep-x2)+Ap(fpy-σpe)(hp-x2)α1fcbx=Asfy+Apσpe+Ap(fpy-σpe)---(1)]]>进行计算，式中： fc为混凝土轴心抗压强度设计值， fpy为预应力筋抗拉强度设计值， fy为非预应力筋抗拉强度设计值， σpe为预应力筋的有效预应力， b为矩形截面宽度， h为矩形截面高度， ep为预应力筋合力点至截面形心轴的距离， hs为非预应力筋合力点至截面受压边缘的距离， hp为预应力筋合力点至截面受压边缘的距离， x为混凝土受压区高度， As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积， Ap为受拉区纵向预应力筋的截面面积， α1为矩形应力图系数，当混凝土强度等级不超过C50时，α1取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94，其间按线性内插法确定； 步骤七：对步骤六的无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式引入侧限影响系数η进行修正，得到有侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式： MLoad+Mp=Asfy(hs-x2)+Ap(ησcon-σl)(hp-ep-x2)+Ap(fpy-σpe)(hp-x2)α1fcbx=Asfy+Ap(ησcon-σl)+Ap(fpy-σpe)---(2),]]>式中： η为侧限影响系数，具体为梁或板在具有侧限影响下的轴力计算值与不具有侧限影响下的轴力计算值的比值， σcon为预应力筋张拉控制应力， σl为预应力总损失。 本专利技术的有益效果为： 本专利技术是将预应力筋工作分成两个阶段建立的设计计算方法，实现了预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构在设计计算上的统一，通过无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式和对其引入侧限影响系数η修正得到的有侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式，实现静定与超静定预应力混凝土结构设计计算的统一，有侧限与无侧限预应力混凝土结构设计计算的统一，进而完成预应力混凝土结构两类极限状态设计计算的统一。实现了预应力混凝土结构设计统一方法，将柱、墙、筒等侧限对预应力传递及设计计算结果的影响通过本专利技术设计的计算公式进行计算，提高工程施工和使用安全，较传统预应力混凝土结构已有设计方法，将传统计算过程涉及的抽象概念通过实际数值的替代完成计算过程，具有计算方法清晰、简单，且降低计算所需步骤的好处，较传统设计计算方法其计算速率提高了30-40％。同时使预应力混凝土结构设计统一计算方法易于掌握和推广。 附图说明图1为本专利技术涉及的无侧限结构中预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算简图a； 图2为本专利技术涉及的无侧限结构中预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算简图b； 图3为本专利技术涉及的有侧限结构中预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算简图a； 图4为本专利技术涉及的有侧限结构中预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算简图b； 图5为本专利技术在单层单跨框架情况下，进行步骤七中侧限影响系数的计算简图a； 图6为本专利技术在单层单跨框架情况下，进行步骤七中侧限影响系数的计算简图b。 具体实施方式具体实施方式一： 本实施方式预应力混凝土结构的承载力设计方法，所述预应力混凝土结构的承载力设计方法通过以下步骤实现： 步骤一：对所述混凝土结构进行判断，若所述混凝土结构确定为无限侧结构的混凝土结构，则执行步骤二至六的方法，若所述混凝土结构确定为有限侧结构的混凝土结构，则进行步骤二至步骤七的计算； 步骤二：计算受张拉区纵向预应力筋的截面面积Ap； 步骤三：确定由张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，并确定控制截面外荷载弯矩设计值Mload，从而计算控制截面的弯矩值与控制截面外荷载弯矩设计值之和Mload+Mp； 步骤四：将预应力筋作为能动的作用者，其张拉引起的端部预加力及跨内等效荷载作为外荷载，进行由张拉到预应力筋有效预应力σpe的建立，完成预应力筋工作的第一阶段； 步骤五：当步骤四所述第一阶段的预应力过程结束后，预应力筋抗拉强度设计值fpy中高于有效预应力σpe的部分fpy-σpe被动地提供抗力，作为材料来对待，完成预应力筋工作的第二阶段； 步骤六：由控制截面的外荷载弯矩设计值MLoad，及步骤四张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，结合图1、图2，利用无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式： MLoad+Mp=Asfy(hs-x2)+Apσp本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力混凝土结构的承载力设计方法，其特征在于：所述预应力混凝土结构的承载力设计方法通过以下步骤实现：步骤一：对所述混凝土结构进行判断，若所述混凝土结构确定为无限侧结构的混凝土结构，则执行步骤二至六的方法，若所述混凝土结构确定为有限侧结构的混凝土结构，则进行步骤二至步骤七的计算；步骤二：计算受张拉区纵向预应力筋的截面面积Ap；步骤三：确定由张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，并确定控制截面外荷载弯矩设计值Mload，从而计算控制截面的弯矩值与控制截面外荷载弯矩设计值之和Mload+Mp；步骤四：将预应力筋作为能动的作用者，其张拉引起的端部预加力及跨内等效荷载作为外荷载，进行由张拉到预应力筋有效预应力σpe的建立，完成预应力筋工作的第一阶段；步骤五：当步骤四所述第一阶段的预应力过程结束后，预应力筋抗拉强度设计值fpy中高于有效预应力σpe的部分fpy‑σpe被动地提供抗力，完成预应力筋工作的第二阶段；步骤六：由控制截面的外荷载弯矩设计值MLoad，及步骤四张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，利用无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式：Mload+Mp=Asfy(hs-x2)+Apσpe(hp-ep-x2)+Ap(fpy-σpe)(hp-x2)α1fcbx=Asfy+Apσpe+Ap(fpy-σpe)---(1)]]>进行计算，式中：fc为混凝土轴心抗压强度设计值，fpy为预应力筋抗拉强度设计值，fy为非预应力筋抗拉强度设计值，σpe为预应力筋的有效预应力，b为矩形截面宽度，h为矩形截面高度，ep为预应力筋合力点至截面形心轴的距离，hs为非预应力筋合力点至截面受压边缘的距离，hp为预应力筋合力点至截面受压边缘的距离，x为混凝土受压区高度，As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积，Ap为受拉区纵向预应力筋的截面面积，α1为矩形应力图系数，当混凝土强度等级不超过C50时，α1取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94，其间按线性内插法确定；步骤七：对步骤六的无侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式引入侧限影响系数η进行修正，得到有侧限结构中矩形截面预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算公式：Mload+Mp=Asfy(hs-x2)+Ap(ησcon-σl)(hp-ep-x2)+Ap(fpy-σpe)(hp-x2)α1fcbx=Asfy+Ap(ησcon-σl)+Ap(fpy-σpe)---(2),]]>式中：η为侧限影响系数，具体为梁或板在具有侧限影响下的轴力计算值与不具有侧限影响下的轴力计算值的比值，σcon为预应力筋张拉控制应力，σl为预应力总损失。...

【技术特征摘要】
1.一种预应力混凝土结构的承载力设计方法，其特征在于：所述预应力混凝土结构的
承载力设计方法通过以下步骤实现：
步骤一：对所述混凝土结构进行判断，若所述混凝土结构确定为无限侧结构的混凝土
结构，则执行步骤二至六的方法，若所述混凝土结构确定为有限侧结构的混凝土结构，则
进行步骤二至步骤七的计算；
步骤二：计算受张拉区纵向预应力筋的截面面积Ap；
步骤三：确定由张拉预应力筋引起的端部预加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯
矩值Mp，并确定控制截面外荷载弯矩设计值Mload，从而计算控制截面的弯矩值与控制截
面外荷载弯矩设计值之和Mload+Mp；
步骤四：将预应力筋作为能动的作用者，其张拉引起的端部预加力及跨内等效荷载作
为外荷载，进行由张拉到预应力筋有效预应力σpe的建立，完成预应力筋工作的第一阶段；
步骤五：当步骤四所述第一阶段的预应力过程结束后，预应力筋抗拉强度设计值fpy中
高于有效预应力σpe的部分fpy-σpe被动地提供抗力，完成预应力筋工作的第二阶段；
步骤六：由控制截面的外荷载弯矩设计值MLoad，及步骤四张拉预应力筋引起的端部预
加力及跨内等效荷载作用下控制截面的弯矩值Mp，利用无侧限结构中矩形截面预应力混
凝土受弯构件正截面承载力计算公式：Mload+Mp=Asfy(hs-x2)+Apσpe(hp-ep-x2)+Ap(fpy-σpe)(hp-x2)α1fcbx=Asfy+Apσpe+Ap(fpy-σpe)---(1)]]>进行计算，式中：
fc为混凝土轴心抗压强度设计值，
fpy为预应力筋抗拉强度设计值，
fy为非预应力筋抗拉强度设计值，
σpe为预应力筋的有效预应力，
b为矩形截面宽度，
h为矩形截面高度，
ep为预应力筋合力点至截面形心轴的距离，
hs为非预应力筋合力点至截面受压边缘的距离，
hp为预应力筋合力点至截面受压边缘的距离，
x为混凝土受压区高度，
As为受拉区...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文忠，王英，周威，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23