土木工程毕业设计文献综述实例.doc

动荷载作用下预应力混凝土的研究综述 摘 要: 采用预应力混凝土是改善结构使用性能、节约钢材和能源、满足建筑空间要求、提高综合经济效益的重要措施。本文主要是对预应力混凝土框架在动荷载作用下的的性能的探讨,并进而展望预应力混凝土新的应用前景。关键词: 预应力混凝土；框架；动荷载；地震引言刚构桥是世界上最广泛使用的一种高速公路桥梁。这种结构跟其他结构相比非常经济。一般来说，这种桥型，可减少主梁的高度和减少上部结构的材料。在地震地区的调查，预应力混凝土框架桥梁对循环荷载的反应是非常重要的。不幸的是，过去大部分对预应力混凝土桥梁研究工作专注于非弹性静态作用下。另一方面，人们普遍知道，预应力混凝土表现出比钢筋混凝土更加的脆。为了在抗耐结构中使用预应力混凝土并通过预应力使结构更加经济，最重要的是了解各种结构构件所表现出韧性的方式。对在不同一个部分的应力状态，混凝土可能也需要表现出大的延性和耗能性。所以研究预应力混凝土在动荷载作用下的性能非常重要。1 预应力混凝土结构在动荷载作用下的案例 淮北市某车间有2层地下室，地下1层有有粘结和无粘结预应力混凝土现浇板厚 。肋宽1.2m ，楼梁间距8m ，混凝土强度等 C40 。使用过程中发现楼盖平面位置中部附近有1条南北方向的直裂缝，因此全面检查大梁的裂缝情况。2根典型的大梁裂缝有以下特征：2根梁侧面共有裂缝28条,梁跨中附近裂缝数量较多，一般有48条，裂缝大多数从楼板底部延伸至梁底以上70100mm处，个别梁与板的裂缝连通； 裂缝中间宽，两端细，基本与梁底垂直；发现裂缝后连续观测1周，裂缝数量增加.2 预应力混凝土动荷载作用下的试验 在地震地区的调查，预应力混凝土框架桥梁对循环荷载反应是非常重要并且非常有意义。但是过去的试验都是在静态荷载作用下的模拟。为了在抗耐结构中使用并且通过预应力使结构更加经济。有些实验研究已经报告过受反复荷载作用下的钢筋混凝土结构所表现的性能。但预应力混凝土结构的数据测试很有限，尤其是在反复循环荷载作用下的记录。由于地震的能量通过非弹性受弯构件耗散较好，在严重的地震带中，动荷载的作用表现的更加强烈。要应用反复加载预应力混凝土框架结构的实用抗震设计测试数据，有必要研究各种循环载荷作用下影响。W.L.MO and R. H. Han从预应力混凝土框架结构的八个小规模上加入一系列循环荷载进行试验。W.L.MO and R. H. Han在混凝土框架结构上反复加载预应力抗震设计设计的作用力，研究各种循环载荷作用下对预应力混凝土的影响。绘制出了在各种荷载作用下的应力应变曲线。研究得到主要曲线预应力混凝土框架结构（应力应变关系）。在低周反复荷载下和单调荷载下试样的迟滞循环曲线相似。反复循环的负载过程对预应力混凝土框架结构性能的影响很重要，因为实验迟滞回圈按规定载荷流程相当密切。三种故障模式被确定，即在梁的弯曲破坏，在梁弯曲破坏后柱的剪切破坏，柱中的剪切破坏。有效预应力降低时延性和耗能增加。当武田规则用在迟滞循环，消耗的能量估计过高。实验结果表明武田的规则中没有考虑收缩效应的意义重大。因此，武田规则还需要进行修改，考虑收缩效应，从而改进预应力混凝土框架结构动力响应分析的准确性1。3 预应力混凝土动荷载作用下的设计3.1 预应力混凝土梁在各阶段的内力变化情况设计人员应注意在使用荷载作用下预应力混凝土梁截面各阶段的应力变化和梁裂缝开展的情况，下面以预应力简支梁的跨中截面为例加以简要说明。第一阶段：加载至混凝土上边由拉变压，下边压应力减小到零，钢筋拉应力略有增加，构件反拱减小，略有挠度。第二阶段：加载至裂缝即将出现，混凝土上边压应力增加，构件挠度增加。第三阶段：加载至破坏，截面下部裂缝开展，构件挠度剧增，预应力钢筋拉应力增加到极限拉应力，非预应力钢筋拉应力增加到屈服应力点,混凝土上面压应力增加到最大压应力。第四阶段：在破坏前，卸去荷载，裂缝将闭合，混凝土重新受压。由上述可知，预应力混凝土梁在各个阶段的内力变化情况与普通混凝土梁有所不同，我们在设计预应力框架时应考虑到这个因素2。3.1.1预应力框架的计算预应力框架梁在正常使用条件下一般不开裂，使得整个结构在使用阶段处于弹性工作状态，因此采用结构力学杆系模型的计算理论来计算预应力框架是切实可行的，换句话说，采用现有的TBSA、TAT、SATWE 等计算程序可以进行预应力框架的内力分析，其内力分析结果是安全可靠的。3.1.2 在计算梁的极限承载力时中是否需考虑次弯矩的不利影响。由于框架结构属于超静定结构，在预应力等效荷载作用下，会产生次弯矩。一般情况，次弯矩对梁支座是有利的，对梁跨中是不利的。在梁的极限承载力状态下是否需考虑次弯矩的影响，这个问题在工程界一直有争议，至今也没有一个定论，但从研究机构的大量试验研究证明，在极限承载力状态下仍然存在着次弯矩，所以在设计时要考虑次生弯矩对结构的影响。3.1.3 用正常使用状态和极限承载力状态两种方法所计算出得预应力筋差别较大的原因浅析设计人员在进行预应力框架的设计时会发现这样一种现象：用正常使用状态下的计算公式计算的预应力筋数量比用极限承载力状态下的计算公式所计算的结果要大得多的原因是：（1）我国的规范所规定的裂缝宽度的限值要求过严，通过分析混凝土结构设计规范10中有关最大裂缝的控制规定可以发现，规范中对预应力结构的最大裂缝宽度的限值比普通混凝土要严。规范的出发点是对采用预应力钢丝、钢绞线及热处理钢筋的预应力混凝土构件，考虑到钢丝直径较小和热处理钢筋对锈蚀比较敏感，一旦出现裂缝，会严重影响结构耐久性，故规定在室内正常环境下采用二级裂缝控制，在露天环境下采用一级裂缝控制。但是在实际工程中用的最多的是后张法有粘结或无粘结预应力体系，一般情况下预应力筋是摆在普通钢筋里面，其保护层较厚，混凝土即使开裂对于无粘结预应力筋来说它的外面有油脂和塑料套管的保护，对于有粘结预应力筋来说，它的外面有砂浆和波纹管的保护。而且预应力筋在卸去荷载后其裂缝会自动闭合。因此，在实际工作中可根据具体情况作出适当调整。（2）我国的荷载规范中恒载的分项系数是1.2，活载的分项系数是1.4，而美国规范中恒载的分项系数是1.4，活载的分项系数是1.7，通过以上对比可以发现，与美国规范相比，用我国规范进行极限状态下的配筋计算结果偏低8。由上述分析可得出以下结论：当采用后张法无粘结或有粘结预应力体系的预应力梁，它的裂缝宽度可按同级的普通混凝土梁的要求来控制，在有经验的前提下还可进一步放松。4 框架柱在设计中应注意的问题4.1 框架柱在极限承载力计算时, 是否考虑梁中预应力等效荷载的有利影响框架在预应力等效荷载作用下，其所产生的综合弯矩对于框架柱来说是有利的，那么在计算框架柱的极限承载力时是否考虑这一有利因素呢？由于预应力在柱子上所产生的综合弯矩比起柱子本身在竖向荷载作用下所受的弯矩要小的多，可以偏安全的不考虑这种有利影响6。4.2 框架柱的轴压比限值框架柱在抗震时是否有足够的延性对于整个结构来说是至关重要的。决定框架延性的一个重要因素就是框架柱的轴压比，轴压比越低则柱子的延性越好，因此，在设计中除加强框架柱的配筋构造外，另一个重要的手段就是控制框架柱的轴压比。一般情况下，预应力结构的底层框架柱的轴压比宜控制在0.6 以内7。4.3 在进行框架柱的极限承载力计算时, 柱截面计算高度h0的取值由于预应力框架的跨度一般都比较大，因此框架柱所受的弯矩较大，计算所需配筋较多，同时在梁柱节点处还要给预应力锚具留出位置。这时，框架柱往往选用较粗的钢筋甚至要配双排钢筋。在利用TBSA 或PKPM的柱配筋计算结果时一定要慎重，因为程序内定的柱截面高度隐含值h0=h- 35（或40），计算出来的柱配筋会偏小，一定要将柱内力取出后用手工方法进行配筋验算复核。5 现代预制预应力混凝土的应用前景 预制预应力混凝土结构是建筑工业化发展的必然产物，在20世纪50年代初，预制预应力混凝土在发达国家的建筑结构体系中就已开始发展。7现在已广泛应用于住宅与写字楼建筑结构、停车场、体育场与剧院、桥梁及其它特种结构等。预制装配建筑技术是目前国际建筑工业化的潮流之一，能推动建筑产业化、降低建筑全寿命用能的消耗、提高建筑产品质量，也是国际公认的可持续发展技术，在发达国家及许多地区都获得了广泛推广与应用。发展低碳建筑，住宅产业化是其中一个重要途径，新型现代预制预应力混凝土结构体系的研发和应用技术可为住宅、车间、厂房等产业化结构来运用10。参考文献1 Wang,T. L., Huang, D. and Shahawy, M. Dynamic behavior of slant-legged rigid-frame without bond, ACIJ.1971,68,116-125 highway bridge, J. Struct.Engng, ASCE 1994, 120 (3),885-902 2 Lin,T.Y. Strength of ecmtinuous prestressed concrete beams under smile andrepeated loads,ACI J.1955,52,1037-1059 3 Mattock, A. H. et al. Comparative study of prestressed concrete beams 120 (3), 885-902 4 混凝土结构设计规范，GBJ10895 混凝土结构工程施工及验收规范，GB50204926 王赫建筑工程事故处理手册中国建筑工业出版社，19947 杨宗放.现代预应力混凝土施工M.中国建筑工业出版社,2002.8 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S.JTG D62-2004.9 周明华.预应力桥梁裂缝的成因之一预应