大跨预应力混凝土结构的设计

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1、http://www.paper.edu.cn大跨预应力混凝土结构的设计龙炳煌，李腾飞武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉（430070）E-mail:ltfsupper@163.com摘要：介绍了某大型火力发电厂4层跨度为18米单跨部分预应力混凝土框架梁的设计计算情况。结构采用预应力度法进行计算，概念明确，设计方便，适用于各类预应力混凝土框架结构的计算，选择预应力度、确定预应力配筋。关键词：预应力框架，大跨度，预应力度中图分类号：1.引言某火力发电厂主厂房除氧煤仓间单跨18米，四层总高为46米。一、三、四层有楼板，二层无楼板。根据工艺专业

2、所提供的单框架参数，采用普通混凝土框架结构在理论上是可行的。通过采用中国建筑科学研究院PKPM系列分析与设计软件的PK模块进行计算，分析计算结果发现：由于作用于梁上的荷载较大，二层梁采用截面尺寸为700mmx4000mm进行承2载力计算时，梁下部受力需配筋33549mm,需要33根直径36的三级钢筋，按照混凝土构造要求，底部钢筋的排数将达到7排以上；一层梁采用截面尺寸为700mmx3000mm，梁下部2受力需配筋10248mm,需要11根直径36的三级钢筋。在保证满足裂缝宽度要求和考虑多层钢筋的折减因素，需加大梁的截面高度和受力钢筋面积，如

3、此大的钢筋用量在实际工程中是十分不合理的（钢筋的配筋率达到将近2.3％），因此采用常规的现浇钢筋混凝土框架结构是不可取的。通过结构分析发现，采用常规现浇框架结构主要是在框架梁的挠度、裂缝控制和受力钢筋面积过大方面不能满足要求。在目前常用的混凝土结构中，特别在大跨度混凝土结构，预应力结构被广泛地运用。由于预应力结构采用高强度钢筋可以减小受力钢筋面积；在混凝土梁上施加预应力使受拉区混凝土产生预压应力，并使混凝土梁产生向上的反拱，从而改善混凝土梁的裂缝宽度和挠度。预应力结构可以使大跨度框架梁的挠度、裂缝宽度得到较大的改善，受力钢筋面积和梁截面尺寸

4、可以大幅度减少，从而满足工程实际的要求，因此本工程拟采用后张法有粘结部分预应力框架梁结构，两端张拉，裂缝等级按三级控制。一二层梁布预应力筋，一三层梁截面尺寸为800mm×2500mm,二层为800mm×3400mm，四层为800mm×2000mm,一、二、三层柱截面尺寸为800mm×1800mm，四层截面尺寸为800mm×1400mm。图1为框架立面图：2.设计计算2.1材料33混凝土：C50，密度ρ=2.403×10kg/m，弹性模量4222E=×3.4510Nmm,f=2.65Nmm，f=32.4Nmm，泊松比＝0.167。ctkcks

5、22钢筋：预应力筋为φ15.2钢绞线，f=1860Nmm，设计强度f=1320Nmm，ptkpy252σ==0.75f1395Nmm，EN=×1.9510mm；非预应力钢筋为Ш级钢筋，conptkp2524f=360Nmm,EN=×2.010mm,泊松比为0.3，剪切模量为1.478×10MPa，热ys-1-http://www.paper.edu.cn图1框架立面图-62膨胀系数＝9.9×10，箍筋梁采用Π级钢筋，f=300Nmm，柱子箍筋采用I级钢y2筋，f=210Nmm。预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数μ=0.25，局部偏差系数yκ=

6、0.0015/m。OVM锚具预应力筋回缩值a=5mm。2.2预应力筋的布置[1]预应力筋线形不宜采用折线形预应力筋线，主要是因为较多的折角使预应力筋穿束施工困难，梁内预应力采用曲线布置：由三段抛物线组成，以尽可能减少预应力筋的孔道摩擦损失，提高截面的有效应力。采用sap2000计算出梁在各种荷载情况下的内力，绘出弯矩图，根据弯矩形状，合理地布置预应力筋曲线，见图2：反弯点二层预应力筋布置反弯点一层预应力筋布置图2预应力筋的布置图-2-http://www.paper.edu.cn2.3预应力筋的估算采用部分预应力比为指标的预应力度法进行计算

7、，并在长期荷载下满足抗裂要求。预应[2]力度法即混凝土结构由以往被动的校核预应力抗裂系数，发展为主动根据性能要求设计并满足承载能力，按预应力度的大小设计结构。[2]（1）选择预应力度γftkλγ==−0.9croσscMs二层σ==12.7，预应力度λ=γ=0.65sccroM0Ms一层σ==6.2，预应力度λ=γ=0.4sccroM0（2）预应力筋的计算γM1cros二层梁的有效预应力Nk==()6453NpWA1+eyI000002所需的预应力筋面积A==Nm(0.75σ)6448mppconγM1cros一层梁的有效预应力Nk==()

8、1996NpWA1+eyI000002所需的预应力筋面积A==Nm(0.7σ)1908mppcons2综上可知，一层框架梁配置1415.2φ钢绞线，分为2束每束7根，A=1946