预应力损失计算(3)

2019-03-29 11:43

5) 可通过设置后浇带的方法减小张拉长度,以减少钢筋与孔道壁的摩擦而引起的预应力损失。

5 多跨连续梁的预应力损失计算

在实际工程中,预应力连续梁结构应用非常广泛。其施工多采用后张拉工艺。具有跨度和总长度大、预应力钢筋张拉距离长的特点。预应力钢筋的布筋一般采用曲线方式布筋,这是由于大多数情况下作用在连续梁上的荷载为线性荷载,而采用曲线配筋可获得与使用荷载反向的等效线荷载,使预应力作用得到合理和充分的利用。当连续梁作用有较大的集中荷载情况下,也可选用折线形式。因此,为了满足结构的使用要求,连续梁各跨间的布筋形式可尽相同,也可不尽相同,主要根据外荷载的情况而定。在进行连续梁预应力损失分析时,关键是要清楚认识预应力连续梁结构本身所具有的特性。预应力连续梁中预应力钢筋一般很长,张拉距离比较大,所以由预应力筋与孔道壁之间产生的总摩擦损失也大。就某一计算截面来说,该截面离张拉端愈远的预应力损失就愈多,预应力钢筋的有效应力愈小。摩擦损失是造成连续梁结构中预应力钢筋有效预应力下降的主要因素。因此,在本节着重分析多跨连续梁预应力钢筋与孔道壁之间摩擦损失的计算。其它各项预应力损失参考上一节讨论的相关公式计算(略)。

关于由预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失计算方法,在上节中也作了详尽的分析。其方法对多跨连续梁的摩擦损失计算同样是适用的,但计算量大而繁锁。本文将采用一种改进的方法进行计算,先计算出不利截面的有效应力,然后再用控制应力减去该截面的有效应力即可得到该截面由于摩擦引起的预应力损失。

设有一榀后张拉三跨连续梁预应力钢筋的布置如图3-4。预应力钢筋采用三段抛物线,如图3-4所示。在预应力钢筋反弯点处将每跨梁分成4段,每段梁的长度为li,每跨梁取4个计算截面,截面编号如图3-4。并设?pei为截面i处的有效应力。取微段预应力钢筋,受力分析如图3-5所示。

在图3-5中

???y/(x)

??d???y/(x)?dy/(x)

由力的平衡关系可得

dN??d???dx??dy?(x)??dx N导出

dNdy?(x)??dx??dx??y??(x)dx??dx Ndx对于第1段抛物线,上式两边积分简化可得:

?pe(x)??cone?(???y??)x

从而有 ?pe(1)??cone?(???y??)L1 (其中y??是常数) 令e?(???y??)L1??1 则有 ?pe(1)??1?con

在实际工程中预应力钢筋布置形式所采用的二次抛物线形方程为:设抛物线的矢高为?,则根据曲线几何关系可确定:a?y?ax2?bx?c,

ffb??,,2LLc?e(其中L为半抛物线长度)。对于一定的结构,当布筋形式确定后,对应每一

段抛线的κ、μ、L 、f为常数,则y???2a?2f为常数。因此可得 2L?(?L1??2f1)L1?1?e?(???y??)L1?e,

显然?1只与预应力钢筋线形的矢高和抛物线形跨度的有关。只要确定了L1和

f1就很容易求出?1,从而简单求得1截面的有效应力?pe(1)。

对于第2段抛物线钢筋初始应力为第1段抛物线钢筋末的有效应力,即?pe(1)。所以,第2截面的有效应力为:

2f2)L22f2)L2?pe(2)??pe(1)e令e?(?L2??2f2)L2?(?L2????1?cone?(?L2??。

??2,则?pe(2)??1?2?con

n依此类推可得 ?pe(n)??n?pe(n?1)??1?2...?n?con??con??j ---(3-1)

1显然上式(3-1)中?i?1,因此距离张拉端越远的截面预应力钢筋的有效应力越小,即因摩擦引起的预应力损越大。对应最不利截面i的预应力钢筋的摩擦损失为:

?l2??con??pe(n)?(1???j)?con ---(3-2)

1n连续梁预应力摩擦损失变化如图3-6。

从上图我们可以看出连续梁各截面预应力摩擦损失变化曲线接近直线,因此连续梁摩擦损失的变化曲线也可用起始点A与最不利点B所连成的直线AB近似代替,即

nn?l2?Kx,其中K?(1???j)?con/?Lj ---(3-3)

11x---任意截面至张拉端的距离,

由上式可近似求出任意截面处的摩擦损失。

对于一个给定的结构,当预应力钢筋布置形式确定后,式(3-2)、(3-3)中?i的计算是比较简单的,特别对于等跨或跨度相差不大的连续梁其优势就更加突出。另外其最大的特点还在于可以通过简单的编程来完成计算。因此,相对于规范公式直接计算连续梁预应力摩擦损失来说计算量大大减少,复杂程也度降低了。

5.1多跨连续梁的预应力损失控制:

前面已经分析过,对于张拉长度较长的连续梁结构的预应力损失,钢筋与孔道壁的摩擦而引起的预应力损失是主要的。对梁控制截的有效应力形响较大。减少多跨连续梁摩擦损失的有效措施是采用超张技术。本文以图3-4所示的的连续梁为例进行分析,其预应力钢筋与孔道壁的摩擦产生的预应力损失变化曲线如图3-7所示。图中ABCD为预应力摩擦损失的趋势线。从中可以看出,由于预应力钢筋与孔道之间摩擦力作用,预应力钢筋的有效应力随着截面离张拉端距离的增加而下降。而预应力钢筋有效应力理想的分布应是直线ECF。为了使预应力钢筋的有效预应力接近理想,可采用超张拉后再放松锚固的方法来增加远离张拉端截面预应力钢筋的有效预应力,其预应力钢筋的有效预应力分布如图3-7的曲线EBCD。远端截面的有效应力由原来的(?con??l)提高到(??con??l),间接减少了由摩擦所造成的损失,获得较理想的有效应力。

应用超张拉的另一个好处是把张拉端锚具内缩变形所造成预应力损失的不利因素转化为有利因素。它使预应力钢筋实施超张拉后在张拉端形成的高应力得到缓解,使结构端部不至于长期处于高压状态。从这个意义上讲锚具的变形对结构是有利的。因此,本文认为可以通过调节超张拉系数和张拉端锚具的变形量来获得预期的有效应力,提高预应力钢筋的效能。

6 小结:

本文介绍了混凝土结构预应力损失理论,分析了各种预应力损失及其影响因素

和计算公式。着重分析了预应力多跨连续梁预应力损失的特点,对连续梁预应力摩擦损失计算方法进行了改进,导出较为简单元计算公式。并提出减少多跨连续梁预应力损失的措施和控制方法。


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