大跨预应力梁采用有粘结与无粘结混合配筋设计方法技术

本发明专利技术属于建筑结构设计方法技术领域，具体涉及一种大跨预应力梁采用有粘结与无粘结混合配筋设计方法。具体步骤为：确定截面尺寸，预估有粘结筋的总面积Ａ↓［ｐ］，确定有粘结设计的非预应力筋的总面积Ａ↓［ｓ１］，有粘结预应力损失的计算σ↓［ｌｎ１］，有粘结设计正常使用状态验算，有粘结设计承载力验算，确定无粘结筋的面积Ａ↓［ｐｎ２］，确定混合配筋的非预应力筋的总面积Ａ↓［ｓ２］，无粘结筋的预应力损失σ↓［ｌｎ２］的计算，混合配筋正常使用极限状态验算，混合配筋的承载力极限状态验算。本发明专利技术对于采用有粘结设计的大跨预应力梁，在满足正常使用、抗震以及构造要求的情况下，承载力往往大量富余，将部分有粘结筋改用无粘结筋，在提高正常使用性能的情况下，减小承载力超强给结构带来的不利影响，同时给施工带来便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于建筑结构设计方法
，具体涉及一种。
技术介绍
大跨预应力框架结构在楼层平面内由于预应力双向交叉，不同方向的预应力筋(或波纹管)在梁系交叉点处交错叠放，甚至可能相交，这是设计与施工中面临的一个突出问题，设计人员在初步设计阶段就必须对此作详尽的考虑。同样，对于大跨预应力梁单向的有粘结配筋设计，由于预留孔道比较大，对矢高的影响比较大，使得预应力效应大大减小。在大跨预应力梁框架结构中，一般要求采用有粘结预应力混凝土(尤其是在地震区)，有粘结预应力束由多根预应力筋集中布置于孔道中，因此孔道直径较大，很容易发生各向预应力束相交的问题。而无粘结预应力筋是单根独立成束，即使发生相交，也容易调整，同时由于无粘结配筋设计无需预留孔道，使得矢高的调整比较方便，可以得到较好的预应力效应。所以，在保证承载力以及正常使用极限状态的条件下，可以将一部分有粘结预应力束改为无粘结预应力筋，由于无粘结预应力筋可以单独成束，在保持预应力束的形心线线形方程不变的条件下，非常便利的调整预应力束矢高，由于无粘结筋可以单独成束、单根锚固，有利于减小混凝土的局部承压。由此提出大跨预应力梁有粘结与无粘结混合配筋的方法。对于采用有粘结配筋设计的大跨预应力梁，满足正常使用、抗震以及构造的配筋情况下，承载力往往大量富余，将一部分有粘结筋改用无粘结预应力筋可以在不减少正常使用性能要求下，缓解承载力超强对结构的不利影响，改善构件截面的延性，从而也改善结构的抗震性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种。本专利技术提出的，其具体步骤如下1、确定截面尺寸b，h对于预应力梁构件的截面尺寸宽度b，高度h，应考虑结构的高跨比h/l(l为梁的跨度)、所受荷载等因素，选定的截面尺寸应符合建筑的要求。2、预估有粘结筋的总面积Ap先按照有粘结设计，根据正常使用极限状态的要求，按裂缝控制确定预应力筋总面积，预应力混凝土可按均质未开裂混凝土计算，设计荷载和预应力共同作用下，按最大受拉纤维混凝土拉应力(或名义拉应力)的限值确定预应力，然后根据有效预应力算出所需的预应力筋的总面积Ap。根据结构类型和正截面裂缝控制验算要求，预应力筋的有效预加力Npe，可按下式进行估算，并取其结果的较大值，Npe=βMkW-1A+epW]]>或Npe=βMqW-1A+epW]]>其中Mk、Mq分别为按均布荷载的标准组合或准永久组合计算的弯矩设计值；、分别为荷载标准组合、准永久组合下的混凝土拉应力限值，参考相关规范取用；W为构件截面受拉边缘的弹性抵抗矩；A为构件截面面积；ep为预应力筋的重心对构件截面重心的偏心距；β为梁结构系数，如对简支结构，取β＝1.0，对连续结构的负弯矩截面，取β＝0.9，对连续结构的正弯矩截面，取β＝1.2；根据预应力筋的有效预加力Npe估算预应力筋的总面积Ap，可按下式进行估算Ap=Npeσcon-σl,tot,]]>其中σcon为预应力筋的张拉控制应力，σl，tot为预应力筋的总损失估计值，对梁一般取0.3σcon，Npe为预应力筋的有效预加力。3、确定按有粘结设计的非预应力筋的总面积As1由有粘结预应力筋的面积Ap，根据预应力度λ、最小配筋率ρmin以及构造要求确定非预应力筋的面积As1。有粘结预应力混凝土受弯构件中受拉区非预应力钢筋的配筋率不应小于表1的规定，以及预应力度λ的要求，预应力度λ根据构件的抗震等级加以确定，同时非预应力筋的配置应满足构造要求。表1有粘结预应力混凝土受弯构件非预应力筋最小配筋率 即有As1≥ρminbh，且As1≥1-λλ·fpyAphpfyhs]]>其中λ为预应力度；fpy预应力钢筋的抗拉强度设计值；hp为纵向预应力钢筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离；fy为普通钢筋的抗拉强度设计值；hs为纵向受拉非预应力钢筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离。4、有粘结预应力损失σln1的计算全部预应力损失由两部分组成，瞬时损失和长期损失。瞬时损失主要包括锚固损失σl1、摩擦损失σl2、弹性压缩损失σl3，长期损失主要包括预应力钢材的松弛损失σl4和混凝土收缩徐变损失σl5。5、按有粘结设计正常使用状态验算有粘结预应力钢筋的有效预应力σpeσpe1＝σcon-σln1预应力钢筋及非预应力钢筋的合力NpNp＝σpe1Ap-σpe’Ap’-σl5Asn1-ρl5’As’净截面重心至预应力筋与非预应力筋合力点的距离epnepn=σpeApypn-σpe′Ap′yps′-σl5Asysn+σl5′As′ysn′σpeAp+σpe′Ap′-σl5As-σl5′As′]]>扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力σpcσpc=Np+N2An+Npepn-M2In/yn]]>其中σpe1为扣除全部预应力损失后，受拉区预应力筋中的有粘结筋的有效预应力；σpe’为为扣除全部预应力损失后，受压区预应力筋中的有粘结筋的有效预应力；Ap’为受压区预应力筋的面积；σl5’为受压区预应力筋由于混凝土收缩徐变引起的预应力损失；As’为受压区非预应力筋的面积；ypn，ypn’分别为受拉区、受压区预应力筋合力点到净截面重心的距离；ysn，ysn’分别为非预应力筋合力点到净截面重心的距离；σpc为扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力；M2、N2为由预加力在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次弯矩、次轴力设计值，先张法预应力混凝土结构中M2＝0，N2＝0，在对截面进行受弯及受剪承载力计算时，当参与组合的次内力对结构不利时，预应力分项系数应取1.2，有利时应取1.0，M2的方向和M设相同时为正，否则为负，N2与Np方向相同时为正，否则为负；Np为预应力钢筋及非预应力钢筋的合力。结构构件的裂缝控制等级以及最大裂缝控制宽度限值ωlim如下表所示表2结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值ωlim 注若次内力(次轴力、次弯矩)的影响不能忽略时，裂缝宽度的计算时，应考虑其影响，可参考相关规范计算。若按裂缝控制等级按二级I类计算，控制条件为荷载效应标准组合下 σck-σpc≤ftk，荷载效应准永久组合下σcq-σpc≤0其中σck、σcq分别为荷载效应的标准组合、准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力；ftk为混凝土轴心抗拉强度标准值。若满足正常使用要求，即可确定有粘结预应力筋的总面积Ap；6、按有粘结设计承载力验算竖向荷载作用包括恒载和活载，水平荷载包括风荷载和地震作用。对各种荷载进行不同组合，进行承载能力极限状态计算。x=fyAs-fy本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大跨预应力梁采用有粘结与无粘结混合配筋的设计方法，其特征在于具体步骤如下：（１）确定截面尺寸ｂ，ｈ对于预应力梁构件的截面尺寸宽度ｂ，高度ｈ，考虑结构的高跨比ｈ／ｌ、所受荷载因素，选定的截面尺寸符合建筑的要求；（２ ）预估有粘结筋的总面积Ａ↓［ｐ］先按照有粘结设计，根据正常使用极限状态的要求，按裂缝控制确定预应力筋总面积，预应力混凝土按均质未开裂混凝土计算，设计荷载和预应力共同作用下，按最大受拉纤维混凝土拉应力或名义拉应力的限值确定预应力，然后 根据有效预应力算出所需的预应力筋的总面积Ａ↓［ｐ］；根据结构类型和正截面裂缝控制验算要求，预应力筋的有效预加力Ｎ↓［ｐｅ］，按下式进行估算，并取其结果的较大值，＊＊＊其中：Ｍ↓［ｋ］、Ｍ↓［ｑ］分别为按均布荷载的标准 组合或准永久组合计算的弯矩设计值；［σ↓［ｃｔｋ，ｌｉｍ］］、［σ↓［ｃｔｑ，ｌｉｍ］］分别为荷载标准组合、准永久组合下的混凝土拉应力限值，参考相关规范取用；Ｗ为构件截面受拉边缘的弹性抵抗矩；Ａ为构件截面面积；ｅ↓［ｐ］为预应力筋的重心对构件截面重心的偏心距；β为梁结构系数；预应力筋的总面积Ａ↓［ｐ］，按下式进行估算：＊＊＊其中：σ↓［ｃｏｎ］为预应力筋的张拉控制应力，σ↓［ｌ，ｔｏｔ］为预应力筋的总损失估计值，Ｎ↓［ｐｅ］为预应力筋的有效预加力； （３）确定有粘结设计的非预应力筋的总面积Ａ↓［ｓ１］由有粘结预应力筋的总面积Ａ↓［ｐ］，根据预应力度λ、最小配筋率ρ↓［ｍｉｎ］以及构造要求确定非预应力筋的总面积Ａ↓［ｓ１］；预应力度λ根据构件的抗震等级加以确定；即有： Ａ↓［ｓ１］≥ρ↓［ｍｉｎ］ｂｈ，且＊＊＊其中：λ为预应力度；ｆ↓［ｐｙ］为预应力钢筋的抗拉强度设计值；ｈ↓［ｐ］为纵向预应力钢筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离；ｆ↓［ｙ］为普通钢筋的抗拉强度设计值；ｈ↓［ｓ］为纵向受拉非 预应力钢筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离；（４）有粘结预应力损失的计算σ↓［ｌｎ１］全部预应力损失由瞬时损失和长期损失组成，瞬时损失包括锚固损失σ↓［ｌ１］、摩擦损失σ↓［ｌ２］、弹性压缩损失σ↓［ｌ３］，长期损失包括预应 力钢材的松弛损失σ↓［ｌ４］和混凝土收缩徐变损失σ↓［ｌ５］；（５）有粘结设计正常使用状态验算有粘结预应力钢筋的有效预应力σ↓...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊学玉，冯传山，王斌，
申请(专利权)人：同济大学，上海同吉建筑工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]