预应力混凝土超静定结构设计方法研究

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1、预应力混凝土超静定结构设计方法研宄预应力混凝土超静定结构设计计算理论与设计方法是理论界和工程界十分关注的问题之一。国内外许多著名专家学者对这一问题开展了研宄工作，积累了十分宝贵的试验数据，并提出了大量有关设计的建议和方法。本文就国内外预应力混凝土超静定结构设计方法的有关研宄文献进行概述。一、预应力混凝土超静定结构设计方法1、预应力混凝土结构设计方法综述(1)预应力度法[1]预应力度定义为有效预应力所产生的混凝土边缘预压应力Opc。与外荷短期效应下产生的边缘拉应力OSC。的比值。预应力度的计算公式为

2、???crO??fO??pc?sc(l.l.l)预应力度估算预应力筋截面面积的基本公式为：Ap?nAp????sclepO?l(?)??conA0W0(1.1.2)式中，？为预应力损失折减系数；对于曲线预应力筋一般单跨与边跨、二〜三跨的内支座和第三跨的跨中可分别取刀?=0.75—0.8、0.7、0.6;估算时要先根据经验先选取合适的预应力度，从结构延性要求和经济角度出发考虑，通常取?=0.5〜0.75,当抗裂验算要求较高或静载比重大时，取上限值。(1)荷载平衡法[1][2]“荷载平衡法”，该方法为

3、工程界设计人员在进行预应力结构的计算中提供了一个有效的辅助工具。首先，不同形状的预应力筋在结构屮将会产生可被设定使之与外荷相反的等效荷载。基于这一思想，设计过程中可以根据给定外载的形式和大小选择相应的预应力筋形状和有效预应力的大小，以产生一个大小与外载相等但方向相反的作用力，从而使得整个结构处于均匀受压状态。这就是“荷载平衡法”的基本思路。用荷载平衡法进行设计,第一步要选定需要被平衡的荷载。为了使结构长期处于预压应力状态而不发生较大反拱与挠曲变形，平衡荷载一般选用恒荷载加活荷载的准永久部分。第二步

4、，根裾荷载特点选定抛物线、折线等束形。第三步，根据每跨需要被平衡的荷载求出各跨要求的预应力（初始张拉力Neo,约等于1.2〜1.5Np）,取各跨中求得的最大预应力值作为整根连续梁的预加力即可得出预应力筋的用量。（3）综合内力法[1][3]综合内力法的主要思想是在设计中预应力筋的作用分为两个部分：（1）预应力荷载作用效应，即将有效预应力，o用效应一样的预应力作用效应，ooP—oPe作用下的综、合内力效应看作与外荷载作Pe作用下的综合内力效应包括次内力效应和主内力效应之和；（2）材料抗力，即把预应力筋

5、在承载力极限状态时的应力增量并认为在正常使用阶段oP—oPe=O。Pe用来作为等代普通钢筋提供抗力，(4)名义拉应力法［1］“名义拉应力”是英国阿比列斯提出的，后经Steven、Beeby、Taylor等人使用并加以推广，如今己在世界范围内采用。名义拉应力是当混凝土己开裂时，仍假定混凝土未开裂而以均质截面所计算得出的截面最大的假想拉应力。名义拉应力法进行预应力混凝土梁的设计时，将巧曲裂缝宽度近似地看作混凝土名义拉应力的单因数函数，然后把构件的允许弯曲裂缝宽度与通过试验得出的综合性的混凝土允许拉应力

6、相对比，由此用来建立允许弯曲裂缝宽度值与预应力的关系。其基本过程为：先依据大量的试验数据建立起最大裂缝宽度与其相对应的混凝土受拉边缘允许名义拉应力的关系，在进行裂缝控制验算时，假设混凝土截面未开裂，按均质截面计算出混凝土的名义拉应力ohl，然后验算ohl<［ohl］。对预应力混凝土构件，受拉边缘混凝土的名义拉应力的计算公式为:M?NyNyey?????W?AW??hl??sc??pc?(1.1.3)上式中，Ny、ey分别为扣除预应力损失后的有效预加力及预应力筋偏心距；A、W分别为不考虑开裂及

7、钢筋影响不的混凝土截面面积和弹性抗拉抵抗矩。显然式中没有考虑次内力的影响。名义拉应力法的关键在于允许名义拉应力［ohl］和名义拉应力o与hl的取值。弯曲裂缝宽度控制值相应的混凝土允许名义拉应力［ohl］是通过荷载一裂缝的实验关系推算出来的，综合了各种影响开裂因素的虚拟值，因而具有较大的统计性质。由于裂缝问题相当复杂，所以混凝土拉应力不能拟值。名义拉应力法显得有些粗糙，其局限性和不准确性必然存在。然而名义拉应力法简化设计计算的优点，从裂缝控制方法上，使三级裂缝控制与一、二级的控制方法一致，即均采用了

8、“应力”控制的方法。大量的工程实践己表明，采用该方法可以满足工程精度的基本要求。2、两类极限状态下的控制方程(1)正常使用极限状态的控制方程[4][5]现代预应力混凝土结构设计中，裂缝控制是正常使用极限状态下必须验算的一种设计控制，其通常会制约设计。对预应力混凝土结构裂缝控制的要求，各国规范不尽相同。大量的工程实践表明，要满足我国规范对裂缝控制的耍求，需配置过多的预应力筋。但过多的预应筋，从承载力上看是多余的，不利于充分发挥高强钢丝及钢绞线在预应力混凝土结构中的作用，因此，在一定程