预应力型钢混凝土结构使用性能设计方法技术

本发明专利技术涉及预应力型钢混凝土结构设计，属于土木工程领域。一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于：考虑约束及其分布，在设计中建立结构时对使用性能的设计包括对框架梁在正常使用极限状态下的挠度计算和对框架梁验算最大裂缝宽度。考虑约束及其分布是次内力产生的本质，由于约束导致的次轴力的影响，使预应力框架梁由受弯构件变为拉弯构件，对其挠度及裂缝宽度产生影响，本发明专利技术提供的设计方法的计算公式考虑了次轴力的影响，用约束的观点定量的建立了预应力型钢混凝土结构设计理论。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及预应力型钢混凝土结构设计，尤其涉及预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法。
技术介绍
现代预应力结构体系是指用高强和高性能材料、现代设计方法和先进的施工工艺建设起来的预应力结构体系，是当今技术最先进、用途最广、最有发展前途的一种建筑结构型式之一。在大型公共建筑、大悬挑、大跨重载工业建筑、高层建筑、大中跨度桥梁、大型特种结构、电视塔、核电站安全壳、海洋平台等建筑物中得到广泛应用。预应力型钢混凝土(PSRC)结构作为一种新的现代预应力结构，能够非常有效的适应现代建筑发展的趋势，满足现代结构的需求。对型钢混凝土梁施加预应力，可以扩大材料的弹性范围，更加充分利用高强材料，发挥材料特性，减轻结构自重；提高极限承载力，减小结构变形；延迟负弯矩区 混凝土裂缝的出现；增强型钢混凝土梁的刚度，有效地降低应力幅，增强型钢混凝土梁的疲劳寿命。与普通预应力混凝土梁相比，预应力型钢混凝土梁具有以下特点(I)良好的抗震性能；(2)施工方便；(3)抗剪承载力大；(4)截面刚度大，挠度控制容易。相比型钢混凝土梁，PSRC梁则有以下特点(I)跨高比可适当放大；(2)延缓裂缝开展；(3)挠度控制更易满足；(4)用钢量减小；(5)施工复杂，技术含量高。预应力型钢混凝土结构的最早应用主要是高层建筑的转换层结构，后经多位学者及从业者的发展和完善，逐渐因为其优良的特性，应用逐渐扩大。但是从设计方法来看，当前有关预应力混凝土结构的内力计算方法主要是基于预应力混凝土连续梁结构的工作原理建立起来的，设计时实际上计算出的结构是基于忽略约束(侧限)的预应力混凝土结构，即没有考虑预应力混凝土框架结构、板柱结构、框剪结构、框筒结构等的柱、剪力墙及筒等竖向构件对预应力的影响，而事实上柱、剪力墙及筒等竖向构件对预应力的传递有很大影响。而经过本课题组长期研究表明，在上述有复杂约束的结构中，因为受柱抗侧移刚度的影响，预应力混凝土梁中的有效预应力有较大削减，如果按照现在设计中不考虑约束的设计，则实际预应力混凝土梁的正常使用与极限承载能力就无法满足结构要求，而且预应力型钢混凝土结构相对于普通预应力混凝土结构由于内置型钢的存在，在荷载作用下构件的刚度、裂缝发展与协同承载能力不同，按现行方法设计计算有复杂约束的预应力型钢混凝土结构时，将给工程带来安全隐患，因此合理的设计必须考虑约束以及内置型钢与混凝土的结构性能的影响。目前，预应力型钢混凝土结构在国外未见有理论研究和工程应用。在国内，仅有少量将预应力型钢混凝土结构的试验研究，而缺乏对预应力型钢混凝土结构体系设计理论系统的研究，对预应力型钢混凝土结构这种新兴的组合结构形式仅仅做了初步的尝试，还没有形成指导工程应用的理论依据、分析设计方法，更没有相应的规范规程可依照。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，解决现在的设计方法由于计算时忽略约束，造成实际预应力混凝土梁的正常使用性能无法满足结构要求，而给工程带来安全隐患的缺陷。技术方案一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于考虑约束及其分布，在设计中建立结构时对使用性能的设计包括对框架梁在正常使用极限状态下的挠度计算和对框架梁验算最大裂缝宽度，预应力型刚混凝土受弯构件的挠度由使用荷载产生的下挠度fl和预应力引起的上挠度即反拱挠度f2两部分组成，则预应力型钢混凝土框架跨中的总挠度为f = fl_f2，所述框架梁在正常使用极限状态下的挠度可根据构件的刚度用结构力学的方法计算； 所述最大裂缝宽度应按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行计算，考虑裂缝宽度分布的不均匀性和荷载长期效应组合影响的最大裂缝宽度应按下列公式计算wmax = ac, ^Hl.9c.+ 0.08^)其中，^、-4(4%，A+Ap+A +kAawPte=—^ibh—，上述公式中a cr—构件受力特征系数取a = I. 7，Ψ——考虑型钢翼缘作用的钢筋应变不均匀系数；当Ψ < 0.4时，取Ψ = 0.4 ;当 Ψ > I. O 时，取 Ψ = I. 0，c——纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度，σ sk—考虑型钢受拉翼缘与部分腹板及受拉钢筋的钢筋应力值，Es——钢筋弹性模量，deq、P te—考虑型钢受拉翼缘与部分腹板及受拉钢筋的有效直径、有效配筋率，Mk——按荷载短期效应组合计算的弯矩值，k——型钢腹板影响系数，其值取梁受拉侧1/4梁高范围中腹板高度与整个腹板高度的比值，As、Aaf——纵向受拉钢筋、型钢受拉翼缘面积，Aaw——型钢腹板面积，u——纵向受拉钢筋和型钢受拉翼缘与部分腹板周长之和，ep——预应力钢筋作用重心到截面重心轴的距离，M2, N2——框架次弯矩，次轴力，Np0——先张法构件、后张法构件的预应力钢筋及非预应力钢筋的合力，Ap-预应力钢筋的截面积，b，h——分别为框架梁断面的宽度，高度。进一步，所述框架梁在正常使用极限状态下的挠度可根据构件的刚度用结构力学的方法计算，当预应力型钢混凝土框架梁的纵向受拉钢筋配筋率为O. 3% -I. 5%范围时，其荷载短期效应和长期效应组合作用下的短期刚度Bs计算公式如下(I)要求不出现裂缝的构件的刚度，Bs = O. 85EcI0+EaIa,(2)允许出现裂缝构件的刚度，权利要求1.一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于考虑约束及其分布，在设计中建立结构时对使用性能的设计包括对框架梁在正常使用极限状态下的挠度计算和对框架梁验算最大裂缝宽度， 预应力型刚混凝土受弯构件的挠度由使用荷载产生的下挠度fl和预应力引起的上挠度即反拱挠度f2两部分组成，则预应力型钢混凝土框架跨中的总挠度为f = fl_f2，所述框架梁在正常使用极限状态下的挠度可根据构件的刚度用结构力学的方法计算； 所述最大裂缝宽度应按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行计算，考虑裂缝宽度分布的不均匀性和荷载长期效应组合影响的最大裂缝宽度应按下列公式计算2.如权利要求I所述的预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于所述框架梁在正常使用极限状态下的挠度可根据构件的刚度用结构力学的方法计算，当预应力型钢混凝土框架梁的纵向受拉钢筋配筋率为0. 3% -I. 5%范围时，其荷载短期效应和长期效应组合作用下的短期刚度Bs计算公式如下 (I)要求不出现裂缝的构件的刚度， Bs = 0. 85EcI0+EaIa,(2)允许出现裂缝构件的刚度，3.如权利要求I或2所述的预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于所述最大裂缝宽度计算后，所求得的最大裂缝宽度不应大于预应力混凝土结构规定的限值。全文摘要本专利技术涉及预应力型钢混凝土结构设计，属于土木工程领域。一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于考虑约束及其分布，在设计中建立结构时对使用性能的设计包括对框架梁在正常使用极限状态下的挠度计算和对框架梁验算最大裂缝宽度。考虑约束及其分布是次内力产生的本质，由于约束导致的次轴力的影响，使预应力框架梁由受弯构件变为拉弯构件，对其挠度及裂缝宽度产生影响，本专利技术提供的设计方法的计算公式考虑了次轴力的影响，用约束的观点定量的建立了预应力型钢混凝土结构设计理论。文档编号E04C3/293本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预应力型钢混凝土结构的使用性能设计方法，其特征在于：考虑约束及其分布，在设计中建立结构时对使用性能的设计包括对框架梁在正常使用极限状态下的挠度计算和对框架梁验算最大裂缝宽度，预应力型刚混凝土受弯构件的挠度由使用荷载产生的下挠度f1和预应力引起的上挠度即反拱挠度f2两部分组成，则预应力型钢混凝土框架跨中的总挠度为：f＝f1？f2，所述框架梁在正常使用极限状态下的挠度可根据构件的刚度用结构力学的方法计算；所述最大裂缝宽度应按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行计算，考虑裂缝宽度分布的不均匀性和荷载长期效应组合影响的最大裂缝宽度应按下列公式计算：wmax=αcrψσskEs(1.9c+0.08deqρte)其中，σsk=Mk±M2-Np0(z-ep)+N2(a+z-h/2)z(As+AP+Aaf+kAaw),deq=4(As+Ap+Aaf+kAaw)u,ρte=As+Ap+Aaf+kAaw0.5bh,上述公式中：αcr——构件受力特征系数取αcr＝1.7，Ψ——考虑型钢翼缘作用的钢筋应变不均匀系数；当Ψ＜0.4时，取Ψ＝0.4；当Ψ＞1.0时，取Ψ＝1.0，c——纵向受拉钢筋的混凝土保护层厚度，σsk——考虑型钢受拉翼缘与部分腹板及受拉钢筋的钢筋应力值，Es——钢筋弹性模量，deq、ρte——考虑型钢受拉翼缘与部分腹板及受拉钢筋的有效直径、有效配筋率，Mk——按荷载短期效应组合计算的弯矩值，k——型钢腹板影响系数，其值取梁受拉侧1/4梁高范围中腹板高度与整个腹板高度的比值，As、Aaf——纵向受拉钢筋、型钢受拉翼缘面积，Aaw——型钢腹板面积，u——纵向受拉钢筋和型钢受拉翼缘与部分腹板周长之和，ep——预应力钢筋作用重心到截面重心轴的距离，M2，N2——框架次弯矩，次轴力，Np0——先张法构件、后张法构件的预应力钢筋及非预应力钢筋的合力，Ap——预应力钢筋的截面积，b，h——分别为框架梁断面的宽度，高度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊学玉，高峰，熊斌，李明，
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：