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大跨度混凝土结构设计探析黄苗晖

发表时间：2021/5/19 来源：《基层建设》2020年第35期作者：黄苗晖

[导读] 摘要：与普通梁相比，大跨度预应力混凝土梁结构性能好，可以节省大量钢筋，满足结构的使用功能要求，同时综合经济指标也很好。

        宁波核力建筑设计有限公司
        摘要：与普通梁相比，大跨度预应力混凝土梁结构性能好，可以节省大量钢筋，满足结构的使用功能要求，同时综合经济指标也很好。本文基于大跨度预应力混凝土框架结构设计与分析展开论述。
        关键词：大跨度；预应力；混凝土；结构设计
        随着科技的不断发展和社会的不断发展，建筑结构已经在遥远的地方和广阔的空间里发展起来。预应力技术可提高结构或构件的受力性能，解决整个结构中混凝土梁的刚度问题，提供更小的截面和更少的钢筋使用、经济高效的性能以及良好的抗冲击能力。由于结构损坏是可以避免的，因此在连续的结构件结构中广泛使用。
        1预应力预制混凝土框架节点形式
        预制结构是实现建筑工业化的唯一途径。连接性是预制结构的关键技术。根据节点力性质，接合分为两类:刚性连结和弹性连结。刚性连结是使用现场浇筑的混凝土模拟的既有混凝土结构与节点区域中的营造测量之间的连结。节点的承载能力和延伸率也必须不低于现有支付结构。这些节点需要现场湿作业，施工过程复杂，地震效应吸收大量地震能量，地震后残留较多，修复费用高，无法修复。使用预应力筋连接预制构件是一种连续连接方法，其强度性能不同于滑动结构件结构，也就是说，在发生地震时，弹性塑性变形集中在梁和柱的连接节点上，梁和柱构件仍然是必不可少的节点具有较强的自复位能力，地震后残余变形容易修复。预应力混凝土结构的动力构件是研究的热点之一，顶部和底部框架在钢结构中广泛用作连接件，在自动预应力钢结构和自动预应力墙体结构中用作能耗构件。为了发展我们的预制装配系统，根据国内外现有的研究结果，提出了一个新的预应力混凝土框架节点，称为PTED节点，其较低的角度作为能耗系数。此节点中的梁构件和柱构件由预应力筋、底角和高强螺栓连接。预应力筋采取内通场无粘结形式，避免在罕见地震中死亡，节点具有良好的自复位功能，实施方便。框架的作用是在执行阶段未解除预应力筋时临时支撑预制梁，并在整个结构形成后为梁端点截面提供部分弯曲和剪力。更重要的是，在地震中，可以使用框架变形的弹性能量来消耗能量。
        2预制预应力混凝土拼装框架结构体系简介
        自20世纪90年代美日联合的PRESS研究计划以来，预制预应力混凝土拼装框架结构体系已经作为一种优良的结构体系得到了广泛的认可和应用。美国的ACI协会接受了该结构体系并颁布了ACIT1.2-03，对该连接节点进行了相关规定。日本在此体系发展的“压着工法”，已经成为该体系的一种广泛施工方法，得到了大量的工程实践和应用。但在我国现有的装配式结构体系中对本结构体系已有不少的相应研究，对预制预应力混凝土框架结构体系在世界以及国内的发展进行了梳理，对预制预应力混凝土框架结构的抗震性能进行了较为系统的研究（包括了节点、结构、设计方法等），对比了采用我国抗震规范和欧洲规范对预制混凝土框架设计的差异。但是实际工程项目应用还比较少见。目前发展较为成熟的预制装配式混凝土剪力墙结构和预制预应力混凝土装配整体式框架结构，其特点都是大部分结构构件预制，在结构的重要节点进行现场浇筑，这类结构涉及到大量的现场湿作业和钢筋绑扎，现场工作量较大，一定程度上降低了施工效率；同时现场浇筑都在节点区，作业面小、振捣难度大，对施工队伍的专业水平要求较高，施工质量也难以得到有效保障。和现浇混凝土结构一样，该类预制装配式结构体系在地震作用下都存在震后损伤明显、修复难度大的问题。

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        3设计原则
        根据相关研究和工作结构设计的具体实践，我认为在设计大跨度预应力混凝土时，(1)预应力结构内力分析是最不利的组合，需要进一步研究施工应力、温差、作用的影响在三次裂缝检查条件下，应根据承载能力极限状态的要求进行裂缝宽度检查。(2)长期结构平面形状布置应简单规律，平面变化应平坦，高程不规则和刚度变化应尽可能减小。结构立面布局必须一致，结构刚度分布必须一致且连续，没有集中或多馀的间隙，内部刚度较高的构件(如剪力墙)必须放置在结构的中间。(3)承载能力极限状态分析可以使用理论上的弹塑性分析方法或弹塑性分析方法，但对于截面计算，可用于弹塑性分析。(4)长期荷载组合应控制梁底部周围的抗拉应力和梁截面的抗拉宽度。(5)预应力混凝土结构一般为超静态结构，在计算正截面承载力和裂缝试验时应考虑二次弯矩的影响。
        4大跨度预应力混凝土框架结构的设计方法
        (1)预应力法主要用于测量混凝土结构施加预应力的大小。根据预应力程度，混凝土结构可以分为全预应力混凝土结构、极限预应力混凝土结构、部分预应力混凝土结构和普通钢筋混凝土结构等。基于预应力法的大跨度预应力混凝土框架结构设计根据混凝土结构的抗裂要求和功能要求，选择预应力图，进行预应力钢设计。(2)载荷平衡方法、载荷平衡方法的应用原理是，预应力可以被视为根据混凝土结构的使用载荷力预先施加的相反载荷。通过该预应用的载荷，抵消了混凝土结构的工作载荷，使整个混凝土结构保持均匀压力状态。减少或避免出现混凝土结构裂缝等问题的可能性。(3)采用综合内力法、综合内力法设计预应力混凝土结构的原理是将预应力筋在结构设计过程中的作用分为两部分。一种是将有效预应力作用下的综合内力效果视为预应力效果，例如外部载荷效果。此部分属于预应力载荷效果。第二种是预应力筋达到极限载荷状态时的应力增加，用同代普通钢筋提供抗力，在正常使用阶段，应力增量为零，这部分属于材料抗力。(4)名义拉伸应力法、名义拉伸应力是虚拟拉伸应力，名义拉伸应力法使用弯曲裂纹宽度作为混凝土结构的名义拉伸应力，比较大量载荷和裂纹的实验数据，估算弯曲裂纹宽度和预应力之间的关系。
        5预应力装配式混凝土框架结构体系研究与应用
        目前我国现有的建筑中，特别是住宅建筑以现制混凝土结构为主，目前燃烧结构的施工效率低，能源损失高，限制多，越来越难以适应建筑工业化的发展要求。预制建筑具有施工效率高、整体质量好、能耗低、环境污染少等优点，成为建筑工业化的发展方向。(1)国内外学者的大量研究表明，预预应力预制预应力预制混凝土框架结构抗震性能好，预预应力结构一般采用普通钢筋和预应力筋混合连接方式，普通钢筋屈服可以提供能耗能力，预应力筋的弹性状态可以提高结构变形后的恢复力，减少残余变形。应进一步研究预应力值的设计和预应力筋布置对结构抗震性能的影响。(2)在有限元分析中，建立更真实、更准确的模型是研究结构抗震性能的必要条件，因此材料构成关系的研究非常重要。(3)目前研究中，叠合楼板对预应力预制混凝土框架结构的影响较小，在以后的研究中，应更多地考虑叠合楼板与预制构件和现场构件之间的滑移对框架抗震性能的影响。
        6结束语
        预制装配式结构在我国的快速发展和应用，主要得益于该结构体系及施工方法能带来的环境效益、经济效益等。现阶段我国现有的预制装配式混凝土结构体系最重要的概念为“等同现浇”，即认为按照规范做法的该类预制装配式混凝土结构体系和现浇混凝土结构体系具有相同的结构力学特性。
        参考文献：
        [1]谢桂林.大跨度钢筋混凝土结构设计分析[J].江西建材,2019(08):87+89.
        [2]段阳萍.大跨度预应力混凝土框架结构设计与分析[J].建材发展导向,2019,17(16):49-51.