预应力混凝土框架梁设计研究

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1、预应力混凝土框架梁设计研究　　摘要：随着经济迅速的发展，高层、超高层、大跨度建筑的迅速涌现，预应力混凝土结构因其承载能力高、截面高度小等优点，在大跨结构和高层建筑中广泛应用。本文主要结合工程实际对预应力框架梁设计进行分析。关键词:预应力预应力损失计算次内力中图分类号：TU378文献标识码：A文章编号：工程概况与结构选型某建筑工程3层和4层的大型空间结构，选择有粘结预应力混凝土框架和单向肋梁结构体系，采用横向框架。截面取700mm×1200mm，楼板厚度150mm，柱截面1000mm×1500mm。8度抗震设防框架，混凝土强度为C40，地面加速度0.2g。见图1：图1

2、空间结构示意图2.1框架外荷载作用的内力计算1)框架的几何特征见表1。表1框架的几何特征2)荷载效应组合见表2。表2荷载效应组合72．2梁中预应力筋估算框架梁预应力筋布置尽可能与外弯矩相一致。该工程采用如图1所示的正反抛物线预应力筋布置形式。预应力筋采用低松弛预应力钢绞线，fptk=1860MPa，fpy=1320MPa，预应力的有效应力取为张拉控制应力的70%。为考虑次弯矩对支座截面的有利影响，近似取0.9的系数将外荷载作用下的弯矩减小(支座为控制截面)。现以楼面框架梁为例，因为作用在梁上的活荷载值相对恒载较小，且梁跨度较大，结合以往类似工程经验，裂缝控制应从严要

3、求，按荷载短期效应组合下构件边缘混凝土拉应力满足下述限值要求的估算预应力筋:将上述相应数据代入计算得:AP≥2094mm2。考虑本工程较常规预应力设计跨度大，取2束915.2(200，150，200)(AP=2502mm2)。2．3预应力损失计算1)张拉控制应力σcon=0.7fptk=0.7×1860=1302MPa，预埋波纹管κ=0.0015，μ=0.25;孔道摩擦损失σL2(采用两端张拉———对于每跨梁，相当于一端张拉)，计算结果见表3。a=(1400－200－150)×0.15/0.5=315mm;b=(a/0.15)×0.35=(315/0.15)×0.3

4、5=735mm。表3预应力损失计算结果72)锚具内缩损失σL1，采用夹片式锚具，其回缩值为5mm(有顶压)，根据公式得:i1=(1302－1239.5)/3.6=17.35N/mm2/m;i2=(1329.5－1171.64)/8.4=18.8N/mm2/m;L0=0.6m;L1=4.2m。所以,端部支座：σL1=2×17.35×3.6+2×18.8×(7.31－4.2)=241.9N/mm2;跨中:σL1=0N/mm2。3)第一批预应力损失汇总如下:端部:σL1=241.9N/mm2，跨中:σL1=1302×10%=130.3N/mm2。4)钢筋应力松弛损失σL4

5、:σL4=0.125(σcon/fptk－0.5)σcon=32.6N/mm2。5)混凝土收缩徐变引起的预应力损失σL5(考虑自重影响，近似取恒载的全部):支座处:NP=2652.4kN，σPC=1.33N/mm2。跨中处:NP=2931.6kN，σPC=5.10N/mm2。假设非预应力配筋面积，取预应力度:λ=0.6。As=［APfpy(1－λ)/(fyλ)=6116mm2。支座处:取As=6874mm2(1425，Ⅲ级钢);ρ=0.798%。7跨中处:取As=6383mm2(1325，Ⅲ级钢);ρ=0.756%。则收缩徐变损失:支座处:σL5=(35+280σP

6、C/fcuˊ)/(1+15ρ)=(35+280×1.33/30)/(1+15×0.798%)=42.3N/mm2。跨中处:σL5=(35+280σPC/fcuˊ)/(1+15ρ)=(35+280×5.10/30)/(1+15×0.756%)=74.2N/mm2。6)总预应力损失σL及有效预加力Np汇总见表4。表4总预应力损失σL及有效预加力Np汇总2．4预应力引起的次弯矩和次剪力计算2．4．1等效荷载取支座和跨中截面有效预应力的平均值作为跨间的预应力值计算等效荷载(简化计算)，楼面梁预加力值Np=(2174.2+2190.8)/2=2182.5kN。该工程等效荷载为

7、:Mp=2182.5×0.396=864.3kN·m。q1=(8×182.5×0.735)/16.82=45.5kN/m;q2=(8×2182.5×0.315)/(2×3.6)2=106.1kN/m。综合弯矩、次弯矩及次剪力的计算次弯矩等于综合弯矩减去主弯矩，主弯矩为框架梁中预应力值对截面的偏心距乘积(见表5)7。因梁中次弯矩接近常数，故梁中的次剪力可忽略。表5综合弯矩、次弯矩及次剪力计算结果2．5结论经正截面、斜截面承载力验算、截面抗裂、施工阶段的抗裂验算以及梁端局部承压验算，构件截面及配筋满足规范要求。计算过程从略。经过上述计算分析可知，在预应力结构计算中，