大跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了某大型火力發(fā)電廠4層跨度為18米單跨部分預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁的設(shè)計(jì)計(jì)算情況。結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力度法進(jìn)行計(jì)算，概念明確，設(shè)計(jì)方便，適用于各類預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算，選擇預(yù)應(yīng)力度、確定預(yù)應(yīng)力配筋。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力框架，大跨度，預(yù)應(yīng)力度

1.引言

某火力發(fā)電廠主廠房除氧煤倉間單跨18米，四層總高為46米。一、三、四層有樓板，二層無樓板。根據(jù)工藝專業(yè)所提供的單框架參數(shù)，采用普通混凝土框架結(jié)構(gòu)在理論上是可行的。通過采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM系列分析與設(shè)計(jì)軟件的PK模塊進(jìn)行計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由于作用于梁上的荷載較大，二層梁采用截面尺寸為700mmx4000mm進(jìn)行承載力計(jì)算時(shí)，梁下部受力需筋33549mm2,需要33根直徑36的三級(jí)鋼筋，按照混凝土構(gòu)造要求，底部鋼筋的排數(shù)將達(dá)到7排以上；一層梁采用截面尺寸為700mmx3000mm，梁下部受力需配筋10248mm2,需要11根直徑36的三級(jí)鋼筋。在保證滿足裂縫寬度要求和考慮多層鋼筋的折減因素，需加大梁的截面高度和受力鋼筋面積，如此大的鋼筋用量在實(shí)際工程中是十分不合理的，因此采用常規(guī)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是不可取的。通過結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)主要是在框架梁的撓度、裂縫控制和受力鋼筋面積過大方面不能滿足要求。

在目前常用的混凝土結(jié)構(gòu)中，特別在大跨度混凝土結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)被廣泛地運(yùn)用。由于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)采用高強(qiáng)度鋼筋可以減小受力鋼筋面積；在混凝土梁上施加預(yù)應(yīng)力使受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，并使混凝土梁產(chǎn)生向上的反拱，從而改善混凝土梁的裂縫寬度和撓度。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)可以使大跨度框架梁的撓度、裂縫寬度得到較大的改善，受力鋼筋面積和梁截面尺寸可以大幅度減少，從而滿足工程實(shí)際的要求，因此本工程擬采用后張法有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力框架梁結(jié)構(gòu)，兩端張拉，裂縫等級(jí)按三級(jí)控制。一二層梁布預(yù)應(yīng)力筋，一三層梁截面尺寸為800mm×2500mm,二層為800mm×3400mm，四層為800mm×2000mm,一、二、三層柱截面尺寸為800mm×1800mm，四層截面尺寸為800mm×1400mm。圖1為框架立面圖：

2.設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1材料

2.2預(yù)應(yīng)力筋的布置

預(yù)應(yīng)力筋線形不宜采用折線形預(yù)應(yīng)力筋線[1]，主要是因?yàn)檩^多的折角使預(yù)應(yīng)力筋穿束施工困難，梁內(nèi)預(yù)應(yīng)力采用曲線布置：由三段拋物線組成，以盡可能減少預(yù)應(yīng)力筋的孔道摩擦損失，提高截面的有效應(yīng)力。采用sap2000計(jì)算出梁在各種荷載情況下的內(nèi)力，繪出彎矩圖，根據(jù)彎矩形狀，合理地布置預(yù)應(yīng)力筋曲線，見圖2：

2.3預(yù)應(yīng)力筋的估算

采用部分預(yù)應(yīng)力比為指標(biāo)的預(yù)應(yīng)力度法進(jìn)行計(jì)算，并在長期荷載下滿足抗裂要求。預(yù)應(yīng)力度法[2]即混凝土結(jié)構(gòu)由以往被動(dòng)的校核預(yù)應(yīng)力抗裂系數(shù)，發(fā)展為主動(dòng)根據(jù)性能要求設(shè)計(jì)并滿足承載能力，按預(yù)應(yīng)力度的大小設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

故上述各運(yùn)算均屬部分預(yù)應(yīng)力，在標(biāo)準(zhǔn)荷載下有發(fā)絲裂縫出現(xiàn)，無需計(jì)算裂縫。按預(yù)應(yīng)力度法計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋概念簡明，計(jì)算方便優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3.張拉方案[4]

1)現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)下的混凝土試塊達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%，且下達(dá)張拉通知單后方可張拉。兩端張拉，先張拉第一層，張拉完畢再張拉第二層。

2)張拉時(shí)按控制應(yīng)力值和變形伸長值進(jìn)行雙重控制，以應(yīng)力為主，復(fù)核伸長值。

4.結(jié)論

1)應(yīng)力比“預(yù)應(yīng)力度法”[1]通過大量的工程實(shí)踐，已反應(yīng)出按預(yù)應(yīng)力度法來計(jì)算各種高效有粘結(jié)或無粘結(jié)的全預(yù)應(yīng)力、有限預(yù)應(yīng)力或部分預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種概念簡明、計(jì)算方便，對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)也是一種應(yīng)力定量的荷載平衡法，即通過使用狀態(tài)所需預(yù)應(yīng)力度、應(yīng)力大小、荷載確定預(yù)應(yīng)力筋，通過預(yù)應(yīng)力度、拉應(yīng)力限制系數(shù)?？沽严禂?shù)和預(yù)應(yīng)力比的定量分析，可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2)配置部分非預(yù)應(yīng)力筋，即承擔(dān)了部分抗彎承載性能，又增加了結(jié)構(gòu)的延性，有較好的抗震性能。

3)采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)相比，減小了截面的尺寸，降低了層高，節(jié)省了鋼材，節(jié)約了工程造價(jià)。

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