全面考虑次内力影响的预应力混凝土框架梁承载力计算.pdf
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1、第 3 8 卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 5 全面考虑次内力影响的预应力混凝土框架梁 承载力计算 熊学玉 , 李媛 , 程琛 ( 1 同济大学建筑工程系, 上海2 0 0 0 9 2 ; 2 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室, 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要: 为保证预应力混凝土结构正截面承载力的可靠性, 推导了全面考虑次内力影响的预应力混凝土框架梁承 载力计算公式, 并对在特定预应力筋线型下的单层单跨预应力混凝土框架梁的相关算例进行了讨论。得出了梁柱 线刚度比是影响
2、次轴力的一项重要指标, 当柱梁线刚度比达到 1 8时, 对框架梁跨中承载力影响达到5 6 7 , 不考 虑次轴力影响是不合理不安全的结论。 关键词: 预应力混凝土结构; 框架梁; 次内力; 承载力 中图分类号: T U 3 7 8 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 5 0 4 A me t h o d o f c a l c u l a t i n g b e a r i n g c a p a c i t y wh i l e c o ns i d e r i n g t he s e c o n d r y f o r c
3、e i n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e f r a me b e a m XI ONG Xu y ul | L I Yu a n CHENG Ch e n ( 1 D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g , T o n i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ; 2 K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d C i v i l E n gi
4、 n e e r i n g Ma t e ri a l s ( T o n i U n i v e rs i t y ) , Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n , S h a n g h m 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n o r d e r t o e n s u r e t h e r e l i b i t y o f n o r ma l s e c t i o n s t r e n g t h o f P RC s t r u c t u r e , a f u l l a c
5、c o u n t o f t h e i mp a c t o f s u b - i n t e r n a l f o r c e b e a r i n g c a p a c i ty o f p res t r e s s e d c o n c r e t e f r a me b e a m f o rm u l a s t h e m t h r o u g h t h e r e l e v ant e x a mp l e s u n d e r s p e c i a l c i r c u ms t a n c e s a r e d i s c u s s e d
6、C o n c l u d ed t h a t b e a m c o l u mn l i n e a r s t i ff n e s s o f t h e i mp a c t s u b a x i a l f o r c e r a t i o i s a n i mp o r t a n t i n d i c a t o r , w h e n t h e b e a m l i n e o f s t i ff n e s s r a t i o i s 1 8 , t h e i fl u e n c e o f t h e be a ri n g c a p a c i
7、 t y o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e fr a me b e an i s 5 6 7 , d o e s n o t c o n s i d e r s ub - a x i a l f o r c e e ff e c t s a r e n o t u n rea s o n a b l e a n d u n s a f e Ke y wo r d s : p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u r e ; f r a me b e a m; t h e s e c
8、o n d r y f o r c e ; b e a r i n g c a p a c i t y 0 引 言 预应力混凝土框架结构由于框架梁其受框架柱 的侧向约束而产生次轴力, 次轴力的产生也是其不 同于连续梁结构的受力特点 , 特别是在柱对梁 的约 束较强的情况下, 结构 的次轴力 更是 不容忽视 。 我国现行 的 G B 5 0 0 1 02 0 0 2 混凝 土结 构设 计规 范 中已经考虑 了次弯矩 和次剪力 的影响 , 而没有 考虑次轴力的作用, 仅适用于无侧向约束的预应力 混凝土结构的正截 面承载力的计算。然而, 没有全 面考虑在预应力混凝土超静定结构 中存在着次 内 力 ,
9、 规范公式对于现行 常规设计 存在着安全隐患。 因此 , 有必要对预应力混凝土正截面承载力进行 系 收稿 日期 : 2 0 1 0 1 2 - 2 1 作者简介: 熊学玉( 1 9 6 2一 ) , 男, 安徽合肥人 , 教授, 博士, 研究方向 为预应力混凝 土及结构鉴定加固。 基金项 目: 上 海市科委科技支撑计划 ( 0 9 2 3 1 2 0 1 1 0 2 ) Ema i l : tj l y 5 2 1 1 6 3 1 3 o m 统的研究和分析。本文对在特定线型下的预应力混 凝土框架 , 提出了全面考虑次内力的计算公式, 通过 变化不同的柱梁线刚度 比, 对截面承载力进行研究 ,
10、 讨论 了全面考虑次内力对于预应力混凝土正截面承 载力的影响。 1 预应力混凝土框架结构的次轴力 预应力混凝土结构由于冗余约束的作用, 张拉 预应力筋时, 构件变形受到与其相联系的其他构件 的约束 , 将会产生次反力。次反力在构件中作用 的 内力效应就是次内力, 包括: 次弯矩、 次剪力和次轴 力。侧向约束是指框架、 剪力墙等多、 高层预应力混 凝土结构中的竖 向构件 ( 柱 、 剪力墙 、 筒体和转换结 构中的柱及斜撑等) 。当支承构件抗侧刚度较大 时, 预应力梁张拉时的轴向压缩受到支承构件的约 束 , 预应力筋的有效预应力合力不能完全传递到预 应力构件上去 , 而是有一部分 以剪力 的方式
11、被柱所 吸收, 因而在梁中引起次轴力。 6 四川建筑科学研究 第 3 8卷 对于不同形式 的预应力混凝土超静定结构 , 次 轴力产生的原理有其不同之处。文献 5 针对单层 单跨框架结构 , 给出了次轴力计算方法。文献 5 - 6 对于单层多跨框架 由受力平衡可知, 不 动点两侧柱 对梁侧 向约束效应会逐跨累加 , 端部水平位移最大 , 靠近不动点处的综合轴力最小。文献 6 对于多高 层结构, 本楼层张拉会对其他楼层产生影响, 本层张 拉的预应力构件会产生表现为拉力的次轴力, 而在 其他楼层的构件中会产生表现为压力的次轴力。 已有的研究成果表明 4 。 , 超静定预应力混凝土 的次内力影响因素主
12、要有: 柱梁线刚度比、 有效预应 力分布、 预应力筋线型、 结构形式及施工方案等。本 文以一榀单层单跨预应力混凝土框架为研究对象 , 提出在全面考虑次 内力影响下的框架梁的承载力计 算公式。通过变化不同的柱梁线刚度比, 讨论了全 面考虑次内力对于预应力混凝土正截面承载力的影 响。 2 预应 力混凝土框架梁极限承载力 公式的建立 2 1 基本假定 预应力混凝土框架梁 , 其正截面受弯承载力应 按下列基本假定进行计算 : 1 ) 截面应变符合平截面假定。 2 ) 不考虑受拉区混凝土的工作 。 3 ) 受压边缘混凝土极限压应变 取 : = 0 0 0 3 3一( k 一 5 0 )1 0 一 ( 1
13、 ) 式中 为混凝土立方体抗压强度标准值。如计 算的E c u 值大于0 0 0 3 3 , 取为0 0 0 3 3 。 4 ) 受压边缘混凝土 的最大压应力取混凝土轴 心抗压强度设计值 , 受压 区应力 图形简化 为等效 的矩形应力图。 5 )钢筋应力取等于钢筋应变与其 弹性模量的 乘积, 但不大于其强度设计值厂 v 。 2 2 界 限受压区高度 预应力混凝土梁在外荷载作用下截面的界限受 压区高度 可根据以下原则确定 引: 由普通钢筋混凝土梁的正截面承载力可知, 界 限受压区高度是指拉区构件的受拉钢筋达到屈服的 同时混凝土受压区边缘纤维也恰好达到受弯时极限 压应变值。对于预应力混凝土梁 ,
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