PREC軟件的功能介紹及其在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

PREC軟件的功能介紹及其在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用 中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所 內(nèi)容提要 一 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計基本概念介紹 二 PREC軟件功能模塊介紹 三 PREC軟件計算分析的依據(jù)及其流程 四 用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題 五 結(jié)合具體工程介紹如何利用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計 一 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計基本概念介紹 一 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計基本概念介紹 1 預(yù)應(yīng)力混凝土三種不同概念的理解2 預(yù)應(yīng)力等效荷載相關(guān)概念的理解3 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力概念的理解4 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容 1 關(guān)于理解預(yù)應(yīng)力的三種概念 等效荷載概念預(yù)應(yīng)力筋對混凝土結(jié)構(gòu)的作用力可以將其分解和簡化后視為外荷載考慮 預(yù)應(yīng)力筋引起的等效豎向分布力和水平分力可由預(yù)應(yīng)力筋的曲率和傾角計算確定 預(yù)應(yīng)力筋引起的等效豎向分布力和水平分力一起使混凝土結(jié)構(gòu)保持靜力平衡 是自平衡的力系 將預(yù)應(yīng)力筋的作用力視為外荷載作用在結(jié)構(gòu)上進行分析的方法通常成為等效荷載法 它的概念明確易懂 是目前最常用的概念 1 關(guān)于理解預(yù)應(yīng)力的三種概念 強度概念預(yù)應(yīng)力鋼材的抗拉強度約為普通鋼筋的四倍 但一般來說價格則不到普通鋼筋的四倍 預(yù)應(yīng)力鋼材是更經(jīng)濟的材料 但高強鋼材不能有效地用于普通鋼筋混凝土中 因為鋼材的大應(yīng)變會引起混凝土過大的裂縫寬度 不能滿足正常使用狀態(tài)的要求 導(dǎo)致高強鋼材不能完全發(fā)揮其強度 而給混凝土施加預(yù)加力后 混凝土和高強預(yù)應(yīng)力鋼材可以協(xié)同工作至極限破壞狀態(tài) 從而充分發(fā)揮了高強混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼材的材料強度 1 關(guān)于理解預(yù)應(yīng)力的三種概念 彈性概念通過張拉預(yù)應(yīng)力筋的回彈擠壓 使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的截面受到某種量值與分布的內(nèi)壓力 以局部或全部抵消使用荷載應(yīng)力 在被張拉的預(yù)應(yīng)力筋中存在預(yù)拉應(yīng)力 這種概念把預(yù)應(yīng)力看出是預(yù)先施加的永久性內(nèi)應(yīng)力 鋼材中的拉應(yīng)力與混凝土中的壓應(yīng)力組成一個自平衡系統(tǒng) 這可以改善結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫和變形性能 從而使構(gòu)件更趨于一種彈性材料 提高了其耐久性和正常使用性能 2 預(yù)應(yīng)力等效荷載相關(guān)概念的理解 將預(yù)應(yīng)力筋的作用力視為外荷載作用在結(jié)構(gòu)上進行分析的方法通常稱為等效荷載法 不同的預(yù)應(yīng)力筋線型對應(yīng)不同的預(yù)應(yīng)力等效荷載形式 軟件會根據(jù)布置的預(yù)應(yīng)力筋線型自動計算預(yù)應(yīng)力等效荷載 這里以簡支梁的拋物線型預(yù)應(yīng)力筋為例來說明如何計算預(yù)應(yīng)力等效荷載 拋物線預(yù)應(yīng)力筋及其等效荷載簡圖如下圖所示 將坐標(biāo)原點設(shè)在二次拋物線預(yù)應(yīng)力筋的中點 則預(yù)應(yīng)力筋重心的曲線方程為 由此 得出任一點剪力由材料力學(xué)的概念可知 我們還可以從前面的圖形中推導(dǎo)出如下兩個有用的概念 保持預(yù)應(yīng)力筋的形狀不變 將其相對于梁的重心線上下平行移動 那么該預(yù)應(yīng)力筋對梁橫向作用的等效荷載不變 但兩端偏心力距將隨其偏心距的變動而變化 如果仍將預(yù)應(yīng)力筋的形狀保持不變 使其一端繞另一端轉(zhuǎn)動 這時我們?nèi)匀豢梢越频恼J(rèn)為橫向等效荷載不變 而僅在發(fā)生位移的一端產(chǎn)生偏心力矩的變化 我們將簡支梁得出的概念推廣到連續(xù)梁 可以看到連續(xù)梁中的預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的等效荷載與簡支梁是一樣的 但是產(chǎn)生了支座反力的變化 這里要注意不等跨連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力筋的調(diào)整問題 如果為了平衡相同的荷載 要保持各跨等效荷載p不變 可從兩個方面變更預(yù)應(yīng)力筋 一是調(diào)整矢高 二是調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量 實際工程中的連續(xù)梁中的預(yù)應(yīng)力筋曲線不可能是簡單而理想化的拋物線尖角連接 而往往是增加一小段反向拋物線來平滑連接 如下圖所示 線性變換定義 當(dāng)連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力筋在每一跨內(nèi)的形狀保持不變而在各中間支座處被豎直地上下移動位置 稱為線性變換 定理 連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力筋重心線的線性變換不影響其等效荷載值 連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力筋變位前的等效荷載簡圖 連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力筋變位后的等效荷載簡圖 3 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力概念的理解 超靜定預(yù)應(yīng)力混凝土在預(yù)加力作用下 結(jié)構(gòu)因受到強迫的撓曲變形或軸向伸縮變形 而在結(jié)構(gòu)多余約束處產(chǎn)生多余的約束力 從而引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力 這部分附加內(nèi)力一般稱為預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力 主彎矩 次彎矩 吻合束 線性轉(zhuǎn)換的概念 主彎矩 預(yù)加力在每個截面上對重心軸所產(chǎn)生的彎矩值稱為主彎矩 次彎矩 在超靜定結(jié)構(gòu)中 由于多余約束的存在 約束了結(jié)構(gòu)的變形 產(chǎn)生了贅余反力 贅余反力在梁內(nèi)引起的彎矩值稱為次彎矩 主彎矩 次彎矩 吻合束 線性轉(zhuǎn)換的概念 吻合束 應(yīng)用線形原理 將預(yù)應(yīng)力束筋的重心線轉(zhuǎn)換至壓力線上 即把由于次力矩引起的壓力線和束筋重心線之間的偏離調(diào)整掉 此時可以使預(yù)加力的總力矩不變 而次力矩為零 稱這種次力矩為零的束筋位置為吻合束位置 吻合束與非吻合束 主彎矩 次彎矩 吻合束 線性轉(zhuǎn)換的概念 線性轉(zhuǎn)換 超靜定梁中 預(yù)加力產(chǎn)生的次彎矩是線形的 由此引起的混凝土壓力線和束筋重心線的偏離也是線形的 而混凝土梁的壓力線只與束筋的梁端偏心矩和束筋在跨內(nèi)的形狀有關(guān) 與束筋在中間支點上的偏心矩?zé)o關(guān) 由此可見 只要保持束筋在超靜定梁中的兩端位置不變 保持束筋在跨內(nèi)的形狀不變 只改變束筋在中間支點上的偏心矩 則梁內(nèi)混凝土壓力線不變 亦即主彎矩不變 這稱為超靜定梁中的預(yù)應(yīng)力束筋的線性轉(zhuǎn)換原則 線性轉(zhuǎn)換圖示 超靜定結(jié)構(gòu)次彎矩的工程意義 現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)設(shè)計需要準(zhǔn)確地考慮次彎矩的影響 確切一點講 抗裂計算時 應(yīng)考慮綜合彎矩Mp 它是主彎矩M1和次彎矩M2的綜合迭加值 強度計算時 應(yīng)將次彎矩M2作為特殊的 內(nèi)力 在荷載組合時迭加到設(shè)計彎矩中 4 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的內(nèi)容 1 計算模型及參數(shù)2 預(yù)加力效應(yīng)分析3 抗裂與承載力驗算4 局部承壓驗算 1 計算模型及參數(shù) 確定梁柱外形和截面尺寸 墻體厚度 層高等信息 選擇合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和預(yù)應(yīng)力參數(shù) 2 預(yù)加力效應(yīng)分析 選擇預(yù)應(yīng)力工藝類型 預(yù)應(yīng)力筋的形狀 張拉控制應(yīng)力 計算長短期預(yù)應(yīng)力損失 計算預(yù)應(yīng)力引起的等效荷載 計算綜合彎矩和次彎矩 3 抗裂與承載力驗算 采用荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合進行正常使用階段裂縫驗算 同時進行施工階段裂縫驗算 并驗算梁的抗彎極限承載力 計算以下三種工況下梁的控制彎矩 工況1 荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合 恒載 活載 預(yù)應(yīng)力等效荷載工況2 自重 預(yù)應(yīng)力等效荷載工況3 荷載設(shè)計值 3 抗裂與承載力驗算 a 預(yù)應(yīng)力梁正截面抗裂驗算b 預(yù)應(yīng)力梁斜截面抗裂驗算c 抗彎承載力驗算d 撓度驗算e 抗剪承載力驗算f 施工階段抗裂驗算 4 局部承壓驗算 選擇合適的錨具 確定錨固區(qū)的構(gòu)造配筋 進行局部承壓驗算 預(yù)應(yīng)力相關(guān)概念的總結(jié) 1 預(yù)應(yīng)力可以視作一對自平衡的外力 2 預(yù)應(yīng)力等效荷載是以材料彈性性質(zhì)為基礎(chǔ) 在截面不開裂的情況下是適用的 在不開裂的前提下 預(yù)應(yīng)力等效荷載的作用可與外荷載相疊加 但在承載能力階段 等效荷載的分析是不成立的 3 預(yù)應(yīng)力梁的抗彎承載力極限值的精確計算是以截面應(yīng)彎相容和截面上力平衡為基礎(chǔ) 通過反復(fù)迭代才能精確計算出來 4 從概念上講 預(yù)應(yīng)力梁的抗彎承載力可能會略大于普通梁 因為提高了高強鋼筋的利用率 但是如果想通過采用預(yù)應(yīng)力的方法來提高抗彎承載力就如同想通過加大梁寬而非梁高來提高抗彎承載力一樣 二 PREC軟件功能模塊介紹 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件包括 三維整體預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析設(shè)計二維框架 連梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)分析設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土樓板有限元分析設(shè)計各模塊的預(yù)應(yīng)力施工圖繪制功能 對普通的以梁為主的結(jié)構(gòu)形式 PREC軟件為用戶提供了三維整體分析和二維框架連續(xù)梁計算兩種計算分析模型 對不同的實際工程 可任意選擇使用 對板柱結(jié)構(gòu)體系 PREC軟件為用戶提供了先進的有限元分析方法 1 二維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計二維預(yù)應(yīng)力計算提供了二維預(yù)應(yīng)力框架和連續(xù)梁計算 可接續(xù)畫出預(yù)應(yīng)力梁的施工圖 程序在PMCAD建模 并生成各榀框架和連續(xù)梁的預(yù)應(yīng)力計算分析數(shù)據(jù)文件 程序可讀取PK的數(shù)據(jù)文件 再補充輸入預(yù)應(yīng)力計算信息 或用交互方式直接輸入一榀框架后 生成PREC可計算的數(shù)據(jù)文件 對每一榀框架和連續(xù)梁分別執(zhí)行二維計算程序 最終計算出梁的預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋 經(jīng)過適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)修改 再分別畫出施工圖 1 二維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計二維結(jié)構(gòu)計算可考慮預(yù)應(yīng)力張拉次序?qū)Y(jié)構(gòu)的影響可根據(jù)工程要求設(shè)置預(yù)應(yīng)力張拉順序 進行張拉模型的定義和張拉過程的分析可對張拉端的位置進行定義 1 二維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計用戶可自己指定預(yù)應(yīng)力筋的線形 布置和根數(shù) 也可由軟件自動布置和估算根數(shù)現(xiàn)在軟件新增了直接讀取SATWE內(nèi)力直接進行二維預(yù)應(yīng)力設(shè)計的功能可以靈活定義張拉端的類型和位置可以考慮預(yù)應(yīng)力次軸力對預(yù)應(yīng)力構(gòu)件承載力的影響 2 三維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計PREC軟件利用PMCAD進行全樓建模 輸入結(jié)構(gòu)布置信息和荷載信息 并輸入預(yù)應(yīng)力設(shè)計的有關(guān)信息 用戶可根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和荷載狀況進行預(yù)應(yīng)力筋線型布置并可人工修改 預(yù)應(yīng)力三維計算模型采用高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE進行預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)整體分析 并針對預(yù)應(yīng)力計算要求進行擴展程序在PMCAD建模后 通過人工或自動布置各層梁的預(yù)應(yīng)力筋線型 自動生成供三維分析用的等效荷載 2 三維預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用SATWE軟件的核心計算模塊對等效荷載進行計算分析 獲得結(jié)構(gòu)的綜合內(nèi)力和次內(nèi)力 組合SATWE的恒 活 風(fēng) 地震作用后 進而確定出預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的用量 三維分析計算完成后 可接續(xù)繪出預(yù)應(yīng)力梁的施工圖 3 預(yù)應(yīng)力樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計PREC軟件的預(yù)應(yīng)力混凝土樓板設(shè)計根據(jù)用戶輸入的預(yù)應(yīng)力筋的布筋形式及其數(shù)量 利用板殼有限元進行計算分析 用戶可通過各種分析結(jié)果來判斷該設(shè)計方案是否合適 并可參考軟件提供的普通鋼筋配筋結(jié)果來配置普通鋼筋 3 預(yù)應(yīng)力樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土樓板設(shè)計模塊的功能和特點 可以處理復(fù)雜形狀的預(yù)應(yīng)力板和各種工況的荷載等 采用等效荷載法處理預(yù)應(yīng)力作用 且逐束計算預(yù)應(yīng)力筋等效荷載和節(jié)點力 采用彈性板殼有限元法進行分析計算 使結(jié)構(gòu)分析模型與實際情況接近 3 預(yù)應(yīng)力樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計直接采用等效荷載計算的結(jié)果 綜合內(nèi)力 按單位板寬進行抗裂 平均預(yù)壓應(yīng)力 撓度和抗沖切驗算 以及普通鋼筋的配筋設(shè)計 可以計算任意預(yù)應(yīng)力筋線形 在不同張拉方式下的各種預(yù)應(yīng)力損失和張拉伸長值 可自動統(tǒng)計錨具用量 并按實際線形統(tǒng)計預(yù)應(yīng)力筋的下料長度和下料根數(shù) 可輸出預(yù)應(yīng)力筋布置平面圖 線形定位圖和鋪放順序圖等 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 施工圖部分包括 梁的剖面圖預(yù)應(yīng)力筋束形圖張拉端和固定端的構(gòu)造詳圖局部承壓驗算普通鋼筋配筋圖及剖面圖 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 4 預(yù)應(yīng)力施工圖的繪制功能 PREC軟件不同模塊的適用范圍 PREC1體形復(fù)雜的多高層建筑或交叉梁體系PREC2比較規(guī)則的框架結(jié)構(gòu) 連續(xù)梁結(jié)構(gòu)及其廠房結(jié)構(gòu)SLAB預(yù)應(yīng)力無梁樓蓋結(jié)構(gòu) 復(fù)雜板結(jié)構(gòu) 三 PREC軟件計算分析的依據(jù)及其流程 軟件的編制依據(jù) 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50010 2002 建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50011 2001 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)程 JGJ140 2004 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ92 2004上海市標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程 DBJ08 69 97 用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計的流程 四 用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的問題 在應(yīng)用軟件時要注意的問題 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的調(diào)整問題 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題如何考慮豎向構(gòu)件的側(cè)向約束問題如何考慮預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱配筋的影響問題 預(yù)應(yīng)力的設(shè)計過程是和預(yù)應(yīng)力施工緊密聯(lián)系的 所以用戶需要對軟件的計算結(jié)果進行分析校核 并對配筋結(jié)果做適當(dāng)?shù)卣{(diào)整 在應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件PREC做預(yù)應(yīng)力設(shè)計時 需要注意以上幾個方面的問題 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題對預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)初步估算 軟件提供了兩種方法 即由軟件自動根據(jù)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的抗裂要求估算預(yù)應(yīng)力筋的用量和由用戶自己手工指定預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù) 當(dāng)采用軟件自動估算的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)時 用戶需要根據(jù)荷載分布情況對預(yù)應(yīng)力筋用量估算值進行確認(rèn)修改 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題軟件首先根據(jù)截面的抗裂等級計算有效預(yù)加力Npe 按如下兩個公式估算并取較大值 混凝土容許名義拉應(yīng)力 容許名義拉應(yīng)力尚應(yīng)根據(jù)構(gòu)件實際高度乘以表5 3規(guī)定的修正系數(shù) 構(gòu)件高度修正系數(shù) 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題之后 軟件會根據(jù)計算出的Npe和用戶指定的有效預(yù)應(yīng)力系數(shù) 并按照下列公式來估算所需預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積 為張拉控制應(yīng)力 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題而當(dāng)用戶自己指定預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù)時 一般需要根據(jù) 平衡荷載法 估算預(yù)應(yīng)力筋的用量 平衡荷載值的選取 在滿足抗裂驗算要求的前提下 在梁中不應(yīng)產(chǎn)生過大的反拱或撓度 當(dāng)預(yù)應(yīng)力等效荷載的形式與外荷載形式相同時 可以利用預(yù)應(yīng)力等效荷載平衡部分外荷載 因而可以避免煩瑣的預(yù)應(yīng)力超靜定次內(nèi)力的計算 理論上的平衡荷載值可通過截面抗裂控制條件精確確定 但由于實際預(yù)應(yīng)力筋束形往往很難做到理想曲線 預(yù)應(yīng)力等效荷載往往無法與外荷載取得完全一樣的分布 表1列出按二級抗裂等級控制時大致的平衡荷載值 僅供參考 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題平衡荷載值的選取 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題用戶根據(jù)工程實際情況選擇適當(dāng)?shù)暮奢d后 可根據(jù)如下公式估算出預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù)n 并在軟件中手工指定每根預(yù)應(yīng)力梁的預(yù)應(yīng)力筋用量 式中 平衡荷載值 預(yù)應(yīng)力筋的跨長 單根預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)加力 預(yù)應(yīng)力筋的矢高 預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)的估算問題用戶根據(jù)上述方法估算出預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù)后并通過 指定根數(shù) 菜單來設(shè)定根數(shù) 如圖所示 如果用戶不指定預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù) PREC軟件會自動根據(jù)用戶指定的抗裂等級估算預(yù)應(yīng)力筋的根數(shù) 軟件并沒有按照上述方法估算預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 而是按抗裂等級估算預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 按受彎承載能力計算普通鋼筋的配筋面積 并驗算正常使用極限狀態(tài)下構(gòu)件的應(yīng)力和變形狀態(tài)是否滿足規(guī)范要求 預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的調(diào)整問題用戶可對軟件計算出的預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋面積進行適當(dāng)調(diào)整 并選配實際鋼筋 接下來根據(jù)實配鋼筋面積進行預(yù)應(yīng)力混凝土梁的各項驗算 這包括極限承載力驗算 正截面抗裂驗算 預(yù)應(yīng)力度驗算 裂縫寬度驗算和撓度驗算等 如果以上任一項驗算不滿足設(shè)計要求 均要對預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力配筋進行調(diào)整 直到滿足設(shè)計要求 這里僅以抗裂驗算為例來說明在不滿足設(shè)計要求時如何對梁的預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力配筋進行調(diào)整 預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的調(diào)整措施當(dāng)梁跨中滿足抗裂 而兩端不滿足抗裂時 可以通過加大預(yù)應(yīng)力束在端部截面的偏心距 考慮梁的支座寬度或在梁端部加腋來滿足抗裂要求 當(dāng)裂縫寬度不滿足設(shè)計要求時 可以通過調(diào)整普通鋼筋的配筋面積來滿足抗裂要求 當(dāng)預(yù)應(yīng)力梁的撓度不滿足要求時 要優(yōu)先考慮調(diào)整預(yù)應(yīng)力筋根數(shù)或截面高度來滿足設(shè)計要求 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土框架應(yīng)設(shè)計為具備良好的變形能力和消耗地震能量能力的延性框架 其組成構(gòu)件應(yīng)避免剪切先于彎曲破壞 節(jié)點不應(yīng)先于其連接構(gòu)件破壞 為此 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)程 JGJ140 2004 對預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁端部做了如下兩條強制規(guī)定 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計1 預(yù)應(yīng)力混凝土梁端部受壓區(qū)高度和綜合配筋率的規(guī)定 一級抗震等級x 0 25ho二 三級抗震等級x 0 35ho 且縱向受拉鋼筋按非預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度設(shè)計值換算的配筋率不應(yīng)大于2 5 HRB400級鋼筋 或3 0 HRB335級鋼筋 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁端截面的底面和頂面縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積As和As 的比值的規(guī)定 一級抗震等級二 三級抗震等級且梁底面縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率不應(yīng)小于0 2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 配置預(yù)應(yīng)力筋 未配置預(yù)應(yīng)力筋 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計我們在用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時 要查看工程計算書中的以上指標(biāo)是否滿足相關(guān)規(guī)范的規(guī)定 如果不滿足 則需要調(diào)整預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋的配筋面積 直到滿足要求為止 考慮豎向構(gòu)件的側(cè)向約束問題PREC軟件能夠考慮豎向約束構(gòu)件對預(yù)應(yīng)力梁 板預(yù)加應(yīng)力效果的不利影響 采用施工措施來減少該不利影響設(shè)計中宜根據(jù)結(jié)構(gòu)類型 預(yù)應(yīng)力鋼筋類別和工程經(jīng)驗 采取下列施工措施來減少柱和墻等約束構(gòu)件對預(yù)應(yīng)力梁 板預(yù)加應(yīng)力效果的不利影響 將抗側(cè)力構(gòu)件布置在結(jié)構(gòu)位移中心不動點附近 采用相對細(xì)長的柔性柱子 板的長度超過60m時 可采用后澆帶或臨時施工縫對結(jié)構(gòu)分段施加預(yù)應(yīng)力 將梁和支撐柱之間的節(jié)點設(shè)計成在張拉過程中可產(chǎn)生無約束滑動的滑動支座 當(dāng)未能按上述措施考慮柱和墻對梁 板的側(cè)向約束影響時 在柱 墻中可配置附加鋼筋承擔(dān)約束作用產(chǎn)生的附加彎矩 同時應(yīng)考慮約束作用對梁 板中有效預(yù)應(yīng)力的影響 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋的影響 未考慮次內(nèi)力對柱子配筋影響的配筋結(jié)果 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋的影響 考慮次內(nèi)力對柱子配筋影響的配筋結(jié)果 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋的影響 未考慮次內(nèi)力對柱子配筋影響的配筋結(jié)果 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋的影響 考慮次內(nèi)力對柱子配筋影響的配筋結(jié)果 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋的影響由前面的兩個工程實例可以看出 預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對柱子配筋面積的影響并沒有特定的規(guī)律 需要用軟件對具體工程進行具體分析后才能確定 采用PREC1模塊中的菜單4 接SATWE做預(yù)應(yīng)力設(shè)計功能利用該菜單我們可以將位于整體結(jié)構(gòu)中的某根預(yù)應(yīng)力大梁單獨取出來做預(yù)應(yīng)力設(shè)計 此時軟件會自動讀取SATWE各工況下的內(nèi)力并進行內(nèi)力組合 并與計算出的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)進行組合 也可從整體結(jié)構(gòu)中抽取其中的一榀框架進行二維的預(yù)應(yīng)力設(shè)計 五 結(jié)合具體工程實例介紹如何利用PREC軟件做預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 框架預(yù)應(yīng)力梁的設(shè)計實例設(shè)計目標(biāo) 設(shè)計適當(dāng)?shù)牧航孛?普通鋼筋配筋面積 預(yù)應(yīng)力鋼筋的束形和根數(shù)以滿足規(guī)范對預(yù)應(yīng)力混凝土梁的承載力 預(yù)應(yīng)力度 抗裂和撓度等要求 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整用戶在做預(yù)應(yīng)力工程時經(jīng)常會遇到多孔道預(yù)應(yīng)力筋同時布置的情況 我們在PREC軟件中對應(yīng)地定義多種預(yù)應(yīng)力線形即可解決此問題 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整在實際工程中預(yù)應(yīng)力筋線形選擇的適當(dāng)與否會在很大程度上影響預(yù)應(yīng)力筋的配筋量和截面的抗裂能力 在進行預(yù)應(yīng)力筋束形設(shè)計時可以遵循以下幾個原則 當(dāng)梁上荷載以線荷載為主時 可布置拋物線形預(yù)應(yīng)力筋 當(dāng)梁上荷載以集中荷載為主時 可布置折線形預(yù)應(yīng)力筋 且折點應(yīng)布置在集中荷載下方 在邊跨梁的端部 尤其是頂層的邊跨梁 預(yù)應(yīng)力筋的偏心距應(yīng)盡量的小 以減小預(yù)應(yīng)力筋在梁端部產(chǎn)生的彎矩 從而減小邊跨柱的受力 當(dāng)支座處的負(fù)彎矩較大時 需將預(yù)應(yīng)力筋的反彎點向遠離支座的方向調(diào)整 即反彎點系數(shù)應(yīng)取較大值 其取值范圍通常為0 1 0 3之間 當(dāng)梁上線荷載和集中荷載都占有較大的比例時 應(yīng)采用折線形和拋物線形相結(jié)合的布筋方式 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整下面結(jié)合PREC軟件中的線形對如何布置預(yù)應(yīng)力筋做詳細(xì)說明 框架梁預(yù)應(yīng)力筋的布置應(yīng)盡可能與外彎矩相一致 并應(yīng)盡量減少孔道摩擦損失及錨具數(shù)量 預(yù)應(yīng)力筋的形狀和布置方式主要可分為四種 PREC軟件共提供了八種線形 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整正反拋物線布置 線形1 5 6 通常用于支座彎矩與跨中彎矩基本相等的單跨框架梁或多跨框架梁 反彎點的位置距梁端的距離一般取為 0 1 0 2 L 直線與拋物線相切布置 線形7 宜用于支座彎矩較小的單跨框架梁或多跨框架梁的邊跨梁外端 其優(yōu)點是可減小框架梁跨中及內(nèi)支座處的摩擦損失 預(yù)應(yīng)力鋼筋的外形在梁端區(qū)段為直線而在跨中區(qū)段為拋物線 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整折線形布置 線形2 3 4 宜用于集中荷載作用下的框架梁或開洞梁 其優(yōu)點是可使預(yù)應(yīng)力引起的等效荷載直接抵消部分垂直荷載和方便在梁腹中開洞 但是不宜用于三跨以上的預(yù)應(yīng)力混凝土框架 因為較多的折角使預(yù)應(yīng)力筋穿筋施工困難 而且中間跨跨中處由于摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失也較大 一般情況折點距梁端的距離取為 0 25 0 33 正反拋物線與直線混合布置 線形8 適用于需要減小邊柱彎矩的情況 梁內(nèi)除布置有正反拋物線形的預(yù)應(yīng)力筋外 還配有直線形的預(yù)應(yīng)力鋼筋 這種混合布置方式可使預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的次彎矩對邊柱造成有利的影響 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整此外 在荷載作用下若梁端彎矩比跨中彎矩大得多 這時采用梁端加腋是有效的 如果屋面梁的梁端彎矩比跨中彎矩小很多時 則可采用結(jié)構(gòu)找坡 以增加梁跨中截面的高度使成為變截面梁 或在梁端處的預(yù)應(yīng)力筋滿足抵抗負(fù)彎矩的前提下 使預(yù)應(yīng)力筋整體下移或?qū)⒁徊糠诸A(yù)應(yīng)力筋下移 以增加跨中截面預(yù)應(yīng)力的矢高 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整在雙跨和三跨框架中 預(yù)應(yīng)力筋的布置可用上述基本的預(yù)應(yīng)力筋形狀和布置方式進行組合 等雙跨或三跨預(yù)應(yīng)力混凝土框架 在垂直荷載作用下 由于內(nèi)支座截面處的彎矩比跨中截面及邊支座截面處的彎矩明顯大得多 約為其它控制截面處彎矩的二倍 因此此截面是抗裂與受彎承載力的控制截面 在設(shè)計中可在支座處進行加腋 以提高此截面處的承載能力及抗裂能力 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土梁在使用階段所承受的荷載很大時 如預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換梁 預(yù)應(yīng)力筋配置往往較多 如果預(yù)應(yīng)力筋不是合理地分批張拉 當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力筋引起的等效荷載遠遠大于梁在張拉時所承受的外荷載時 將在預(yù)應(yīng)力筋線形反彎點附近 尤其是大小跨相鄰的情況 出現(xiàn)平行于預(yù)應(yīng)力筋的斜裂縫 即發(fā)生反向剪切破壞 如下圖所示 為避免這種破壞 可將小跨梁的預(yù)應(yīng)力筋一部分按拋物線線形布置 一部分按直線布置 小跨預(yù)應(yīng)力筋線形布置的原則是張拉預(yù)應(yīng)力筋引起的等效荷載與該跨所承擔(dān)外荷載的比值與大跨梁相同 預(yù)應(yīng)力束形的選取 布置及其調(diào)整 工程概況 某站房框架體系結(jié)構(gòu) 預(yù)應(yīng)力梁最大跨度為36m 主跨梁截面采用1000 2500 抗震等級為3級 采用拋物線和直線型相結(jié)合的預(yù)應(yīng)力束型 工程概況 在結(jié)構(gòu)的1 3 4層布置預(yù)應(yīng)力混凝土梁 如果配筋不滿足 如何調(diào)整 下圖為第1層由軟件分析得出預(yù)應(yīng)力連梁上布置的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 縱向受拉鋼筋按非預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度設(shè)計值換算的配筋率不應(yīng)大于2 5 HRB400級鋼筋 或3 0 HRB335級鋼筋 如果配筋不滿足 如何調(diào)整 下圖為第1層由軟件分析得出預(yù)應(yīng)力連梁上布置的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 如果配筋不滿足 如何調(diào)整 下圖為第1層由軟件分析得出預(yù)應(yīng)力連梁上布置的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 如果配筋不滿足 如何調(diào)整 下圖為第4層由軟件分析得出預(yù)應(yīng)力連梁上布置的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 如果配筋不滿足 如何調(diào)整 下圖為第4層手工修改后的預(yù)應(yīng)力連梁上布置的預(yù)應(yīng)力筋根數(shù) 如果線形設(shè)計不合理 軟件會給出提示 用戶可以根據(jù)提示對線形進行修改 對預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)力的控制 一級 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下 二級 一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下 在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合作用下 三級 允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度 應(yīng)滿足 對預(yù)應(yīng)力梁應(yīng)力的控制 圖中綠線為混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強度 對一 二級抗裂等級 或名義拉應(yīng)力 三級抗裂等級 對超過綠線的截面需要重新修改預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量 直到綠線能包住所有白線為止 對預(yù)應(yīng)力梁變形的控制 目前 國內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻對預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的變形控制目標(biāo)都是總變形值 即控制按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮荷載長期作用影響的撓度減去兩倍張拉預(yù)應(yīng)力筋引起的彈性反拱值不超過規(guī)定限值 在控制總變形的基礎(chǔ)上 應(yīng)對反向變形進行合理的控制 反向變形的控制原則為 在結(jié)構(gòu)自重及張拉預(yù)應(yīng)力筋引起的等效荷載共同作用下 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的反向變形值應(yīng)不影響地面找平 基于這一原則 推薦設(shè)計人員將預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件反向變形限制在下列范圍內(nèi) 規(guī)范規(guī)定的撓度限值施工階段反向變形建議Lo9mLo 300 Lo 400 Lo 700 50mm 對預(yù)應(yīng)力梁變形的控制 標(biāo)準(zhǔn)組合作用下 64 5 36000 1 558 1 300滿足變形限值 對預(yù)應(yīng)力梁變形的控制 準(zhǔn)永久組合作用下 128 36000 1 281 1 300不滿足變形限值 對預(yù)應(yīng)力梁變形的控制 反拱 31 6 36000 1 1139 1 700 且 50mm 滿足變形限值 對預(yù)應(yīng)力梁預(yù)應(yīng)力度的控制 一級抗震等級 二 三級抗震等級 對預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁 應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋混合配筋的方式 框架結(jié)構(gòu)梁端截面應(yīng)滿足下列關(guān)于預(yù)應(yīng)力強度比 的要求 對預(yù)應(yīng)力梁預(yù)應(yīng)力度的控制 對二級抗震 預(yù)應(yīng)力強度比 0 517 0 75滿足要求 對預(yù)應(yīng)力梁極限承載力的控制 PREC軟件的普通鋼筋配筋面積是以滿足極限承載力為前提條件計算出來的 所以如果用戶不修改普通鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積 承載力是自動滿足的 如果用戶對普通鋼筋或預(yù)應(yīng)力鋼筋的面積做過調(diào)整 軟件會自動對承載力進行驗算 用戶還可以用預(yù)應(yīng)力計算工具箱對構(gòu)件的承載力進行驗算 2 預(yù)應(yīng)力板柱體系的設(shè)計實例設(shè)計目標(biāo) 設(shè)計適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼筋的束形和根數(shù)以滿足規(guī)范對預(yù)應(yīng)力混凝土樓板的承載力 抗裂和撓度的要求 工程概況 一 地下車庫的設(shè)計工程概況 某一層地下車庫頂板 標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)8 4m 8 4m 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力板厚450mm 不計算水平荷載作用 PM結(jié)構(gòu)平面圖如下所示 板預(yù)應(yīng)力筋的布置原則對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土板柱結(jié)構(gòu)的計算 應(yīng)按板的縱橫兩個方向進行 且在計算中每個方向均應(yīng)取全部作用荷載 在均布荷載作用下 現(xiàn)澆平板結(jié)構(gòu)中無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的布置和分配宜滿足下列要求 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的布置方式可按劃分柱上板帶和跨中板帶設(shè)置 這時 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋分配在柱上板帶的的數(shù)量可占60 75 其余25 40 則分配在跨中板帶上 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋也可取一向集中布置 另一向均勻布置 對集中布置的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋 宜分布在各離柱邊1 5h的范圍內(nèi) 對均布方向的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋 最大間距不得超過板厚度的6倍 且不宜大于1 0m 各種布筋方式每一方向穿過柱子的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量不得少于2根 板預(yù)應(yīng)力筋的布置原則以上布置原則對應(yīng)于PREC軟件中的各參數(shù)如圖所示 板預(yù)應(yīng)力筋的布置原則以上布置原則對應(yīng)于PREC軟件中的各參數(shù)如圖所示 板預(yù)應(yīng)力筋的布置原則以上布置原則對應(yīng)于PREC軟件中的各參數(shù)如圖所示 板預(yù)應(yīng)力筋的布置原則以上布置原則對應(yīng)于PREC軟件中的各參數(shù)如圖所示