專利名稱：預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)使用性能設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尤其涉及預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系是指用高強(qiáng)和高性能材料、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)的施工工藝建設(shè)起來(lái)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，是當(dāng)今技術(shù)最先進(jìn)、用途最廣、最有發(fā)展前途的一種建筑結(jié)構(gòu)型式之一。在大型公共建筑、大懸挑、大跨重載工業(yè)建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結(jié)構(gòu)、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺(tái)等建筑物中得到廣泛應(yīng)用。預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土(PSRC)結(jié)構(gòu)作為一種新的現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，能夠非常有效的適應(yīng)現(xiàn)代建筑發(fā)展的趨勢(shì)，滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的需求。對(duì)型鋼混凝土梁施加預(yù)應(yīng)力，可以擴(kuò)大材料的彈性范圍，更加充分利用高強(qiáng)材料，發(fā)揮材料特性，減輕結(jié)構(gòu)自重；提高極限承載力，減小結(jié)構(gòu)變形；延遲負(fù)彎矩區(qū) 混凝土裂縫的出現(xiàn)；增強(qiáng)型鋼混凝土梁的剛度，有效地降低應(yīng)力幅，增強(qiáng)型鋼混凝土梁的疲勞壽命。與普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁相比，預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土梁具有以下特點(diǎn)(I)良好的抗震性能；(2)施工方便；(3)抗剪承載力大；(4)截面剛度大，撓度控制容易。相比型鋼混凝土梁，PSRC梁則有以下特點(diǎn)(I)跨高比可適當(dāng)放大；(2)延緩裂縫開展；(3)撓度控制更易滿足；(4)用鋼量減小；(5)施工復(fù)雜，技術(shù)含量高。預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的最早應(yīng)用主要是高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，后經(jīng)多位學(xué)者及從業(yè)者的發(fā)展和完善，逐漸因?yàn)槠鋬?yōu)良的特性，應(yīng)用逐漸擴(kuò)大。但是從設(shè)計(jì)方法來(lái)看，當(dāng)前有關(guān)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算方法主要是基于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的工作原理建立起來(lái)的，設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際上計(jì)算出的結(jié)構(gòu)是基于忽略約束(側(cè)限)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，即沒有考慮預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)、板柱結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、框筒結(jié)構(gòu)等的柱、剪力墻及筒等豎向構(gòu)件對(duì)預(yù)應(yīng)力的影響，而事實(shí)上柱、剪力墻及筒等豎向構(gòu)件對(duì)預(yù)應(yīng)力的傳遞有很大影響。而經(jīng)過(guò)本課題組長(zhǎng)期研究表明，在上述有復(fù)雜約束的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槭苤箓?cè)移剛度的影響，預(yù)應(yīng)力混凝土梁中的有效預(yù)應(yīng)力有較大削減，如果按照現(xiàn)在設(shè)計(jì)中不考慮約束的設(shè)計(jì)，則實(shí)際預(yù)應(yīng)力混凝土梁的正常使用與極限承載能力就無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)要求，而且預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)由于內(nèi)置型鋼的存在，在荷載作用下構(gòu)件的剛度、裂縫發(fā)展與協(xié)同承載能力不同，按現(xiàn)行方法設(shè)計(jì)計(jì)算有復(fù)雜約束的預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，將給工程帶來(lái)安全隱患，因此合理的設(shè)計(jì)必須考慮約束以及內(nèi)置型鋼與混凝土的結(jié)構(gòu)性能的影響。目前，預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外未見有理論研究和工程應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)，僅有少量將預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，而缺乏對(duì)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)的研究，對(duì)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)這種新興的組合結(jié)構(gòu)形式僅僅做了初步的嘗試，還沒有形成指導(dǎo)工程應(yīng)用的理論依據(jù)、分析設(shè)計(jì)方法，更沒有相應(yīng)的規(guī)范規(guī)程可依照。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，解決現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法由于計(jì)算時(shí)忽略約束，造成實(shí)際預(yù)應(yīng)力混凝土梁的正常使用性能無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)要求，而給工程帶來(lái)安全隱患的缺陷。技術(shù)方案一種預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，其特征在于考慮約束及其分布，在設(shè)計(jì)中建立結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)使用性能的設(shè)計(jì)包括對(duì)框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度計(jì)算和對(duì)框架梁驗(yàn)算最大裂縫寬度，預(yù)應(yīng)力型剛混凝土受彎構(gòu)件的撓度由使用荷載產(chǎn)生的下?lián)隙萬(wàn)l和預(yù)應(yīng)力引起的上撓度即反拱撓度f(wàn)2兩部分組成，則預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架跨中的總撓度為f = fl_f2，所述框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度可根據(jù)構(gòu)件的剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算； 所述最大裂縫寬度應(yīng)按荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響進(jìn)行計(jì)算，考慮裂縫寬度分布的不均勻性和荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合影響的最大裂縫寬度應(yīng)按下列公式計(jì)算wmax = ac, ^Hl.9c.+ 0.08^)其中，^、-4(4%，
A+Ap+A +kAawPte=—^ibh—，上述公式中a cr—構(gòu)件受力特征系數(shù)取a = I. 7，Ψ——考慮型鋼翼緣作用的鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)；當(dāng)Ψ < 0.4時(shí)，取Ψ = 0.4 ;當(dāng) Ψ > I. O 時(shí)，取 Ψ = I. 0，c——縱向受拉鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，σ sk—考慮型鋼受拉翼緣與部分腹板及受拉鋼筋的鋼筋應(yīng)力值，Es——鋼筋彈性模量，deq、P te—考慮型鋼受拉翼緣與部分腹板及受拉鋼筋的有效直徑、有效配筋率，Mk——按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值，k——型鋼腹板影響系數(shù)，其值取梁受拉側(cè)1/4梁高范圍中腹板高度與整個(gè)腹板高度的比值，As、Aaf——縱向受拉鋼筋、型鋼受拉翼緣面積，Aaw——型鋼腹板面積，u——縱向受拉鋼筋和型鋼受拉翼緣與部分腹板周長(zhǎng)之和，ep——預(yù)應(yīng)力鋼筋作用重心到截面重心軸的距離，M2, N2——框架次彎矩，次軸力，Np0——先張法構(gòu)件、后張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力，Ap-預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面積，b，h——分別為框架梁斷面的寬度，高度。進(jìn)一步，所述框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度可根據(jù)構(gòu)件的剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算，當(dāng)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率為O. 3% -I. 5%范圍時(shí)，其荷載短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下的短期剛度Bs計(jì)算公式如下(I)要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件的剛度，Bs = O. 85EcI0+EaIa,(2)允許出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的剛度，
權(quán)利要求
1.一種預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，其特征在于考慮約束及其分布，在設(shè)計(jì)中建立結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)使用性能的設(shè)計(jì)包括對(duì)框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度計(jì)算和對(duì)框架梁驗(yàn)算最大裂縫寬度， 預(yù)應(yīng)力型剛混凝土受彎構(gòu)件的撓度由使用荷載產(chǎn)生的下?lián)隙萬(wàn)l和預(yù)應(yīng)力引起的上撓度即反拱撓度f(wàn)2兩部分組成，則預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架跨中的總撓度為f = fl_f2，所述框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度可根據(jù)構(gòu)件的剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算； 所述最大裂縫寬度應(yīng)按荷載的短期效應(yīng)組合并考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響進(jìn)行計(jì)算，考慮裂縫寬度分布的不均勻性和荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合影響的最大裂縫寬度應(yīng)按下列公式計(jì)算
2.如權(quán)利要求I所述的預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度可根據(jù)構(gòu)件的剛度用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法計(jì)算，當(dāng)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架梁的縱向受拉鋼筋配筋率為0. 3% -I. 5%范圍時(shí)，其荷載短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下的短期剛度Bs計(jì)算公式如下 (I)要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件的剛度， Bs = 0. 85EcI0+EaIa,(2)允許出現(xiàn)裂縫構(gòu)件的剛度，
3.如權(quán)利要求I或2所述的預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述最大裂縫寬度計(jì)算后，所求得的最大裂縫寬度不應(yīng)大于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)定的限值。
全文摘要
本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，屬于土木工程領(lǐng)域。一種預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能設(shè)計(jì)方法，其特征在于考慮約束及其分布，在設(shè)計(jì)中建立結(jié)構(gòu)時(shí)對(duì)使用性能的設(shè)計(jì)包括對(duì)框架梁在正常使用極限狀態(tài)下的撓度計(jì)算和對(duì)框架梁驗(yàn)算最大裂縫寬度?？紤]約束及其分布是次內(nèi)力產(chǎn)生的本質(zhì)，由于約束導(dǎo)致的次軸力的影響，使預(yù)應(yīng)力框架梁由受彎構(gòu)件變?yōu)槔瓘潣?gòu)件，對(duì)其撓度及裂縫寬度產(chǎn)生影響，本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法的計(jì)算公式考慮了次軸力的影響，用約束的觀點(diǎn)定量的建立了預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。
文檔編號(hào)E04C3/293GK102749246SQ201110436659
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者李明, 熊學(xué)玉, 熊斌, 高峰 申請(qǐng)人:上海同吉建筑工程設(shè)計(jì)有限公司, 同濟(jì)大學(xué)