方形预应力板开方形洞口.pdf

WWW ZHULONG COM 方形预应力板开方形洞口 加固估算公式的推导 王德禹 李佩勋 曾 滨 冶金工业部建筑研究总院 北京 摘 要 通过建立有限元模型进行计算 总结出了方形板开方形洞口粘钢加固的估算公式 关键词 预应力板 洞口 加固 第一作者 王德禹 男 年 月出生 硕士 收稿日期 随着市场经济的发展 建筑物更换业主越来越频繁 预 应力板开洞改造的工程也越来越多 而且 通常情况下 由 于预应力板的形状 支座条件 孔洞的大小和位置 开洞的多 少 预应力筋的布置等因素不尽相同 每个工程都有其自身 的特点 只能针对某个具体工程进行有限元建模计算 这种 设计方法相当繁琐 本文针对方形预应力开洞板这一具体 条件 进行加固估算公式的推导 这样 对于满足这种条件 的开洞改造工程就不用有限元建模 可以直接套用公式 因 此是有一定实际意义的 计算模型概述 未开洞的方形板的设计弯矩可以很方便的在静力计算 手册中查到 而方形板开洞后内力分布有所变化 板内的最 大弯矩常会移到洞边附近 且当 较小时 为洞口边长和 板边长的比值 开洞后板内最大弯矩会有所增大 为探讨 这一规律 利用有限元模型进行计算 图 计算模型尺寸 预应力筋 本文采用的是 有限元软件 预应力开洞楼 板的单元划分是个复杂的问题 考虑到无粘结预应力筋的特 性 将此板划分为二种类型单元 其一是将板四周及预应力 筋布置处作为三维梁单元 以利于在四周梁单元处增加边界 条件及在预应力筋梁单元上增加外载 有限元分析过程中 利用等效荷载法将预应力筋对板产生的作用转换为等效的 外力施加于梁单元上 其二是将此开洞板作为板壳单元进行 有限元划分 在此板上施加均布外力 然后 运用软件 中的粘合模块 将二类单元粘合为一个整体 共同进行 受力性能分析 模型参数 板单元 弹性模量 泊松比取 同时忽略了板的剪切变形 仅对板进行静力分析 板 厚为 板一般承受自重 及正常使用状态下的 均布荷载 共计 梁单元 梁截面面积 截面惯性矩 抗弯截面模量 抗扭惯性矩 剪切 面积 预应力筋布置模型 模型板的计算尺寸见图 所示 板中预应力钢筋采用单 根 的高强冷拉钢丝 张拉控制应力 非预应 力钢筋的影响可通过增大板的弹性模量来实现 根据上述模 型参数制作的预应力板经过试验证明能较好的模拟实际板 工业建筑 年第 卷第 期 WWW ZHULONG COM 的受力情况 详见文献 板截面情况见图 中 剖面 在正常使用阶段的荷载为均布荷载 若包括自 重则为 考虑预应力筋的等效荷载有两种方法 一种 是把等效荷载作为线荷载加在预应力筋布置处的单元上 另 一种是把等效荷载作为面荷载加在整个板面上 实际计算结 果说明 这两种方法得到数据差别不大 极值应力 挠度等完 全相同 为方便起见 本文主要采用后一种分析方法 方形板开方形洞口后弯矩的估算 无粘预应力板的类型见图 将计算结果整理成表 表 无粘结预应力板开不同洞口时弯矩分布的比较 无粘预应力板的类型不开洞板 中心开洞板边部开洞板角部开洞 洞口 洞口 洞口 洞口 洞口 洞口 板内最大 弯矩 固支板心 支座 简支板心 弯矩的增加 幅度 固支板心 支座 简支板心 注 使板底受拉为正弯矩 图 无粘结预应力板开洞的类型 板中心开矩形洞 板中心开方洞 分别为 板角部开洞 板边部开洞 文献 指出 对简支方形板 当 至 时 洞口板心处的弯矩最多增加约 而当 或更大时 却并不增加 为洞口边长和板边长的比值 而对固定边 的板 这种增加比简支板小 由表 知 无粘结预应力方形板也基本符合上述规律 当 左右时 简支板洞口板心处的弯矩增加最多 约为 当 或更大时 却并不增加 对固支边的板 这 种增加较小 约为 洞口位置对板心处的弯矩也有一定 影响 中心开洞最不利 其次为角部开洞 再次为边部开洞 洞口形状也有一定影响 面积相等时 矩形洞口比方形洞口 更加不利 此外 开洞对板心弯矩的影响要比支座弯矩的影 响大得多 中心开洞情况下 支座弯矩有一定的降低 而边 部开洞和角部开洞情况下 支座弯矩略有增加 为计算简便 偏保守的得到方形洞口板的弯矩 如 下 式中 按静力计算手册查到的未开洞板的跨中弯矩 值 取值如下 估算板心弯矩 固支 简支 无论固支或简支 估算支座弯矩 固支 角部开洞 边部开洞 其它情况 方形预应力板开方形洞口加固钢板的确定 开洞产生的不利影响主要有两方面 一是使板的几何性 质发生变化 在板心附近及支座处可能产生一定的弯矩增 大 二是跨越洞口的预应力筋被截断 估算时 偏安全地认为 这部分钢筋不再发挥作用 这减小了预应力筋的平衡荷载 实际上相当于增加了板内弯矩 这两部分的弯矩增加主要 靠粘结的钢板提供抗力 设洞边长为 板边长为 若为均布无粘结非 预应力筋 则断筋的比例为 原布筋的预应力度为 取预应力筋和非预应力筋的矢高相同 则上式 变为 为预应力筋产生的抗力 为非预 应力筋产生的抗力 因此 断筋后预应力筋的抗力减少了 近似取为 其中 为板的 抗力 近似等于板的设计内力 式中 开洞后板心增加的总弯矩 式中 钢板的厚度 由于在预应力板中混凝土等级常 大于 通常取 钢板的宽度 下转第 页 方形预应力板开方形洞口加固估算公式的推导 王德禹等 WWW ZHULONG COM 音室室内声级以 为好 可以正常听清电话和对话 噪声的正确处理途径 首选对策应当是综合治理 即从 设备生产厂到矿山生产厂齐抓共管 特别是设备生产改进设 备设计性能 减轻振动 缓解摩擦 可以有效的降低声源噪 声 如球磨机 噪声主要由内部钢球和块料撞击 摩擦钢筒 外壳引起 如果加上耐磨减振内衬情况就会好得多 因此 从设备制造源头抓起技术经济效果最好 其次是采用控制 噪声的技术措施 对于允许封闭运转的点声源最好的办法 是利用隔音罩 将噪声设备罩起来 使噪声控制在声源之内 对于有管路相连的如抽风机 必须对管路进行可靠的隔声包 扎 经过精心设计的隔音罩可以有效的降低噪声 对于声 源的高噪声隔音罩应按噪声特性曲线采用吸声 隔音 阻尼 防钢壳振动等综合措施制成复合结构的隔音罩 对于声源 方向比较明确和固定的噪声 可在噪声传播的通路上 适宜 的岗位 设备隔音屏 由于主要噪声的峰值都在中高频 屏 障可大量反射高频噪声波 余下通过部分的声波可以形成衍 射影区 利用声影区避噪也是一个简单易行的办法 以上所 述办法不适宜使用的车间可采用隔音室方法 利用隔音室 创造一个理想的闹中取静环境 隔音室的位置应选在既不 影响生活操作又方便看管设备的位置 为确切达到隔音室 内理想的声级值 应按插入损失的方法先求得 或测得 预建 隔音室位置的实有噪声值 在确定隔音室内允许的声级标准 后 以其声级差进行隔声结构的设计 应该注意的是计算点 的噪声值绝不是车间内任一点的噪声 它是设计具体点的实 际计算值或实测值 除了计算的墙体隔声结构外 应该处理 好门 窗的隔声 空气声的传播除了墙壁的透入和振动 还 有逢隙和孔洞的传入 这些如果处理不好 往往因声波的衍 射作用事倍功半 所以构造上应密封好 并以双层或三层玻 璃变间层厚度的构造进行窗的隔声和防止共振 处在高噪 声车间的隔音室除了做隔音门外还应设置声闸 此外 在噪 声设备的上方周围悬挂吸声体或吸声板等吸声结构也是减 低声源噪声能量的有效办法 最后 应该强调的问题是加强使用管理 使已经采用的 噪声处理措施 保持完好的设计使用状态 才能充分发挥作 用 另外 工作人员的劳动保健用品如耳罩 耳塞等都应当 纳入管理中解决 上接第 页 开洞板的厚度 钢板的屈服强度 由 式得 若开洞后 设计外载有所增加 则只需在 式中加入增 加的外载所引起的弯矩 上述主要是针对弥补抗弯承载 力的损失而进行的加固设计计算 一般情况下 这样设计是 会满足抗裂要求的 这是因为粘结的钢板使开洞板的混凝 土表面得到了加强 有效地阻止了混凝土裂缝的开展 再者 洞边被截断预应力筋的锚固会产生一定的压力效应 也能起 到阻止裂缝扩展的作用 估算公式 综上 对于均布无粘结筋的开方洞的方形板 粘钢加固 的估算公式如下 取值如下 估算板心弯矩 固支 简支 无论固支或简支 估算支座弯矩 固支 角部开洞 边部开洞 其它情况 式中 粘钢的宽度 洞口边长和方形板的边长的比值 预应力度 按静力手册查到的原设计中未开洞板的弯矩 值 改变设计后 增加的设计荷载所引起的弯矩 值 钢板的屈服强度 开洞板的厚度 上式对洞边板底处及支座板顶处的粘钢量进行了估算 考虑到开洞后 洞边相当于一个弹性支撑 有可能产生较小 的负弯矩 为防止洞边板顶开裂 在板顶可按最小配筋率 来配置钢板 结 语 本文通过计算软件模拟板受力 讨论了方形预应力板开 方形洞口时板中内力的变化规律 得出了粘钢加固情况下的 估算公式 在实际工程中 若遇到相同的前提条件 可以直 接套用公式