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在小柱网结构中的优势---开来预应力专利技术介绍(五)

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  • 发布时间:2016-04-15 09:43
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【概要描述】根据江苏开来预应力工程有限公司的市场调研结果,有些结构工程师习惯认为,预应力技术仅适合在大跨度结构中使用。经过十多年的理论分析探索和工程实践,江苏开来预应力工程有限公司已经成功地将预应力技术推广应用到中小柱网的结构中,不少实例证明,在中小跨度结构中应用预应力技术,不仅是安全可靠的,可以取得较好的结构使用性能(裂缝和挠度),另外还可以获得良好的使用效果(不直接增加成本,间接降低造价)。  一、内力分

在小柱网结构中的优势---开来预应力专利技术介绍(五)

【概要描述】根据江苏开来预应力工程有限公司的市场调研结果,有些结构工程师习惯认为,预应力技术仅适合在大跨度结构中使用。经过十多年的理论分析探索和工程实践,江苏开来预应力工程有限公司已经成功地将预应力技术推广应用到中小柱网的结构中,不少实例证明,在中小跨度结构中应用预应力技术,不仅是安全可靠的,可以取得较好的结构使用性能(裂缝和挠度),另外还可以获得良好的使用效果(不直接增加成本,间接降低造价)。  一、内力分

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  根据江苏开来预应力工程有限公司的市场调研结果,有些结构工程师习惯认为,预应力技术仅适合在大跨度结构中使用。经过十多年的理论分析探索和工程实践,江苏开来预应力工程有限公司已经成功地将预应力技术推广应用到中小柱网的结构中,不少实例证明,在中小跨度结构中应用预应力技术,不仅是安全可靠的,可以取得较好的结构使用性能(裂缝和挠度),另外还可以获得良好的使用效果(不直接增加成本,间接降低造价)。

  一、内力分布改变的方式

  一般试图改变图1所示结构的内力分布,无非以下几种方式:

图1、简支梁

  (1)施加不动点支座,如图2所示:

图2、双跨梁

  (2)在跨中施加集中力,如图3所示:

图3、跨中施加反向力

  (3)施加弹性支座,如图4所示

图4、弹簧支座

  依据材料力学,依次求解各种情况下的内力。

  假设梁上承受了均布荷载q

  (1)简支梁:

  Mmax=1/8q(2L)2=0.5qL2

  (2)双跨梁:

  M支座=1/8qL2

  M中=9/128qL2

  较(1)弯矩减少了75%

  (3) 跨中施加反向力:

  Mmax=0.5qL2-0.5PL

  若要达到跨中弯矩为0,则P=ql

  若要达到不动点支座的效果,则P=1.25ql

  (4) 弹簧支座 P=1.25qL/(1+6EI/k)

  当K为无穷大时,P=1.25qL

  二、应用在板中的情形:

  1、不动点支座:

  严格意义上的不动点支座只有柱,即点支承

  在传统计算方法(PKPM)中,将梁看作板的不动点支座,即板的四边线支承为不动点。实际上这个简化在很多受力状态下,是不太符合板的实际受力情形的,尤其是忽略了梁的竖向变形不一致引起的板应力,会在板设计中导致不安全的结果。根据我公司的研究成果与现场监测数据,目前工程中现浇板容易产生裂缝与这个假设存在一定的关系。

  2、跨中施加集中力:

  这是在板跨中施加集束预应力筋的效果,也就是所谓的预应力暗梁。根据江苏开来预应力工程有限公司的分析,在板跨中利用集中布置的预应力筋来达到反向弯矩的效果比较困难,而且很不经济。

  3、弹簧支座:

  在板跨中位置添加次扁梁,该次扁梁的刚度不及常规梁刚度那么大,因此不可以作为不动点支承,而应该视作弹性支座来处理。如图4、图5所示。

图5、次扁梁结构(平面)

图5、次扁梁结构(三维)

  三、预应力次扁梁效应的分析

图7、次扁梁的弯矩

  1、尺寸效应:

  主扁梁与次扁梁将板的跨度降低,减少了板中的弯矩,板弯矩最大值集中到了扁梁中,有利于节省板中的钢筋。

  2、整体弯矩与局部弯矩:

  次扁梁相当于板的一个弹性支座,降低了板的整体弯矩。但是因为次扁梁刚度有限,对板的支承作用较弱(相对于常规梁),局部弯矩值还不能达到支座弯矩的效果。

  3、预应力筋的施加:

  次扁梁由于刚度低,对板中整体弯矩的降低效果有限,因此可以在次扁梁中施加集中预应力束,根据预应力等效荷载原理,实际上是在板跨中施加了一个线性反向力的作用,也就是有粘结预应力次扁梁技术可以将板中的弹性支座与反向力的施加完美结合起来,从而达到主动控制板变形与内力的目的。

图8、预应力次弯矩

  四、设计实例:

  这是江苏开来预应力工程有限公司在2015年设计施工的南京某六层办公楼方案图,柱网尺寸为8.4m×9m,设计扁梁尺寸为800*350mm。该方案在钢材价格很低(市场价1900元)的情况下,不增加结构成本(混凝土、钢筋、模板),每层较原设计(梁300*900)降低层高550mm,节省建筑总高度3.3m,据业主方测算,因为竖向构件的节省,节省间接造价达每平米42.7元,总造价节省110万元。正式投入使用后,每年节省的电费、空调费用更为可观。该工程目前使用良好。

图9、工程实例图

  五、设计建议:

  1、建议在办公、商业、教学楼、医院等公共建筑的小柱网框架结构中采用预应力主扁梁加预应力次扁梁方案,板中不需要施加预应力。这样设计的结构较钢筋混凝土框架结构的直接造价不增加(注:在钢材价格较高的情形下,直接造价会有较大幅度的节省),但是可以有效地降低间接造价(竖向构件减少),达到节能减排、绿色环保的经济效益。

  2、结构设计时应该考虑扁梁竖向变形对板的影响。

  3、结构设计时应该考虑预应力对板的强度与抗裂度的影响。

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