大跨預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計

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

　　關(guān)鍵詞：預應(yīng)力框架，大跨度，預應(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研究院PKPM 系列分析與設(shè)計軟件的PK 模塊進行計算，分析計算結(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 進行承載力計算時，梁下部受力需筋33549mm2,需要33 根直徑36 的三級鋼筋，按照混凝土構(gòu)造要求，底部鋼筋的排數(shù)將達到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際工程中是十分不合理的（鋼筋的配筋率達到將近2.3％），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)，預應(yīng)力結(jié)構(gòu)被廣泛地運用。由于預應(yīng)力結(jié)構(gòu)采用高強度鋼筋可以減小受力鋼筋面積；在混凝土梁上施加預應(yīng)力使受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生預壓應(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，從而滿足工程實際的要求，因此本工程擬采用后張法有粘結(jié)部分預應(yīng)力框架梁結(jié)構(gòu)，兩端張拉，裂縫等級按三級控制。一二層梁布預應(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)計計算

　　2.1 材料

　　2.2 預應(yīng)力筋的布置

　　預應(yīng)力筋線形不宜采用折線形預應(yīng)力筋線[1]，主要是因為較多的折角使預應(yīng)力筋穿束施工困難，梁內(nèi)預應(yīng)力采用曲線布置：由三段拋物線組成，以盡可能減少預應(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，合理地布置預應(yīng)力筋曲線，見圖2：

　　2.3 預應(yīng)力筋的估算

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

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

　　3. 張拉方案[4]

　　1)現(xiàn)場同條件養(yǎng)護下的混凝土試塊達到設(shè)計強度的100%，且下達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)張拉時按控制應(yīng)力值和變形伸長值進行雙重控制，以應(yīng)力為主，復核伸長值。

　　4. 結(jié)論

　　1)應(yīng)力比“預應(yīng)力度法”[1]通過大量的工程實踐，已反應(yīng)出按預應(yīng)力度法來計算各種高效有粘結(jié)或無粘結(jié)的全預應(yīng)力、有限預應(yīng)力或部分預應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種概念簡明、計算方便，對于超靜定結(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)所需預應(yīng)力度、應(yīng)力大小、荷載確定預應(yīng)力筋，通過預應(yīng)力度、拉應(yīng)力限制系數(shù)。抗裂系數(shù)和預應(yīng)力比的定量分析，可對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

　　2)配置部分非預應(yīng)力筋，即承擔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。

　　參考文獻

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