預(yù)應(yīng)力設(shè)計注意問題

預(yù)應(yīng)力設(shè)計注意問題一、名義拉應(yīng)力掌握裂縫寬度的方法則簡便得多[2]:該方法一方面假設(shè)

混凝土截面未開裂,按均質(zhì)材料計算出混凝土受拉邊緣的名義拉應(yīng)力σct;另一方面,依據(jù)大量試驗數(shù)據(jù)建立起如表1所示的與允許最大裂縫寬度相對應(yīng)的混凝土受拉邊緣允許名義拉應(yīng)力[σct1]的關(guān)系。同時,考慮構(gòu)件截面高度及受拉區(qū)的一般鋼筋對掌握裂縫寬度的有利影響,最終得出公式(3)所示的與某一裂縫寬度相對應(yīng)的允許名義拉應(yīng)力表達(dá)式。

式中:[σct]為考慮截面高度和一般鋼筋影響后,與某一裂縫寬度相對應(yīng)的允許名義拉應(yīng)力;[σct1]為未考慮截面高度和拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力筋影響的允許名義拉應(yīng)力,由表1查得;σi為對后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)取4.0N/mm2;對先張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)取3.0N/mm2;β為截面高度對允許名義拉應(yīng)力的修正系數(shù),由表2查得;As為受拉一般鋼筋用量(mm2);A為構(gòu)件截面面積(mm2)。由式(3)計算確定的名義拉應(yīng)力不得超過混凝土特征立方體強度fcuk的1/4,即0.25fcuk。

在公式中消去了非預(yù)應(yīng)力筋用量As,并得出表3所示的簡潔名義拉應(yīng)力掌握裂縫寬度的方法。其中:σsc為荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下構(gòu)件混凝土受拉邊緣拉應(yīng)力;

σpc為預(yù)應(yīng)力作用下構(gòu)件邊緣的壓應(yīng)力;β為截面高度修正系數(shù),由表4確定。該方法簡潔明白,得到了眾多科技工的認(rèn)可,在工程設(shè)計中得到廣泛使用。

表3后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫掌握驗算建議

二、預(yù)應(yīng)力度

新的《抗震規(guī)范》規(guī)定:后張預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁中應(yīng)采納預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋混合配筋方式,按下式計算的預(yù)應(yīng)力強度比,一級不宜大于0.6,二、三級不宜大

于0.75。(1)

式中λ———預(yù)應(yīng)力強度比;

AP,As———受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力筋、非預(yù)應(yīng)力筋截面面積;fPy———預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強度設(shè)計值;fy———非預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強度設(shè)計值。

上述規(guī)定以及規(guī)范中對相對受壓區(qū)高度進行限定的目的是為了保證預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的抗震性能(延性、耗能和剛度退化等),在預(yù)應(yīng)力筋面積確定后,非預(yù)應(yīng)力筋面積即可由式(1)算出。比如,對于二、三級抗震的預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁,若fPy=1320N/mm2,fy=300N/mm2,通過設(shè)計計算確定AP后,由式(1)可推算出As=1.47AP,這個結(jié)果往往是非預(yù)應(yīng)力筋配筋面積的掌握條件。同時我們知道,在框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中,柱子抗彎力量必需比與它連接梁的抗彎力量的總和大,即梁應(yīng)先于柱子

消失塑性鉸;在梁柱節(jié)點中,連接節(jié)點與連接構(gòu)件相比必需等強或更強;為避開結(jié)構(gòu)產(chǎn)生脆性破壞,抗剪力量應(yīng)始終大于抗彎力量。對預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)也應(yīng)滿意上述要求,以使預(yù)應(yīng)力框架具有肯定的內(nèi)力重分布和能量耗散力量,獲得較好的抗震延性?；诖?《抗震規(guī)范》還規(guī)定:“預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁端縱向受拉鋼筋按非預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度設(shè)計值換算的配筋率不應(yīng)大于2·5%”,這是依據(jù)“強柱弱梁”的抗震原則提出的,以確保塑性鉸首先消失在梁端。但應(yīng)留意到,《混凝土規(guī)范》第11.8.3條與上述規(guī)定有所不同,其表述為:“縱向受拉鋼筋按非預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強度設(shè)計值折算的配筋率不應(yīng)大于2.5%(HRB400級鋼筋)或3·0%(HRB335級鋼筋)”。相比而言,《混凝土規(guī)范》考慮了不同鋼筋強度等級的因素,因此,這條規(guī)定比《抗震規(guī)范》更合理一些。

即對于二、三級抗震的預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁,預(yù)應(yīng)力筋的最大配筋率為

0.52%(HRB400級鋼筋)或0.51%(HRB335級鋼筋)。按此配筋率,對于500mm×1000mm的矩形截面,若非預(yù)應(yīng)力筋為HRB335級鋼筋,則預(yù)應(yīng)力筋的最大配筋量為2550mm2,即不能超過18根規(guī)格為s15.2、強度1860級的鋼絞線?？梢?欲保證構(gòu)件延性和耗能的要求,預(yù)應(yīng)力強度比λ不宜太高,然而,從結(jié)構(gòu)抗裂和掌握撓度的要求λ應(yīng)取大一些方能發(fā)揮預(yù)應(yīng)力的優(yōu)勢。所以,按一級抗裂和二級抗裂要求設(shè)計的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件若要滿意抗震要求,必定截面尺寸要很大。一般狀況下,對處于正常工作環(huán)境的預(yù)應(yīng)力框架,可以將荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合和荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合下的拉應(yīng)力限制系數(shù)αcts,αctl放寬,即按三級抗裂要求進行設(shè)計,為避開裂縫寬度的繁瑣計算,建議采納“名義拉應(yīng)力”方法進行抗裂驗算。

依據(jù)有關(guān)學(xué)者的討論[7]:(1)保證裂縫寬度ωmax≤0.1mm時:1≤αct≤1.5;(2)保證裂縫寬度ωmax≤0.2mm時:1≤αct≤3。

基于上述分析,假如要滿意新抗震規(guī)范的要求,抗震區(qū)的預(yù)應(yīng)力梁截面已不能按通常的高跨比取(1/14~1/18)L,依據(jù)的設(shè)計閱歷,建議取(1/12~1/16)L。

《抗