无粘结预应力板柱结构施工阶段承载能力的探讨

无粘结预应力板柱结构施工阶段承载能力的探讨无粘结预应力板柱结构施工阶段承载能力的探讨 倪超斌 1 孙海群1 李亚文2 杨慧萍2 该论文由期刊天空推荐发表 摘摘 要要 通过对无粘结预应力混凝土板柱结构的传统计算方法与有限元计算方法的理论 分析与比较 讨论了施工阶段不同混凝土强度条件下 板柱结构能够承受的荷载 从而为 施工单位优化结构施工方案提供帮助 关键词关键词 板柱结构 混凝土强度 无粘结预应力 有限元 The Bearing Capacity of The Construction Stage of Unbonded Prestressed Slab column Structure NiNi ChaobinChaobin1 1 SunSun HaiqunHaiqun1 1 lili YawenYawen2 2 YangYang HuipingHuiping2 2 1 The construction of three construction projects in the Northwest Company Inc Shaanxi Xi an 710065 2 Beijing Building Research Institue Co Ltd of CSCEC Beijing 100076 Abstract By the analysis and comparison of slab column structure of the traditional method and the theory of finite element method of unbonded prestressed concrete to discuss the construction phase under the conditions of different strength of concrete slab column structure can withstand the load so as to optimize the structure construction unit construction program to help Key words slab column structure concrete strength unbonded prestress finite element 中图分类号 TU745 5 文献标识码 B 文章编号 1 工程概况 工程概况 鄂尔多斯星河湾一期工程地下车库位于鄂尔多斯市东胜区南部东康快速通道的东侧 北邻规划星河路 南依规划星河景观北路 本工程地下车库顶板采用后张法无粘结预应力 钢筋混凝土板柱结构体系 结构平面尺寸为约为 320m 220m 基本跨度为 8 6m 9 15m 板厚 400 450mm 为加强板的抗冲剪及抗弯性能 楼板设反向柱帽 由于荷载较大 为控 制板的挠度和裂缝 使其满足结构受力和建筑使用功能的需要 楼板采用后张无粘结预应 力技术 本工程地下室顶板采用无粘结预应力结构形式 地下室面积大 在施工过程中需要大 量使用模板 而且必须在预应力张拉施工完成后方能拆除 周转架料的需用量比较大 如 果可以在施工过程中调整施工方案 提前拆除模板 加快模板周转速度 提高模板使用效 率 则可以减少模板方面的费用 从而节约成本 提高单位面积效益 提早拆除模板 还 可以使工程提前进入下一步施工工序 加快施工进度 结构布置图见图 1 图 2 图 3 图 1 地下车库预应力图 图 2 地下车库非预应力配筋图 图 3 地下车库剖面图 以地下室沉降后浇带和膨胀加强带将地下室施工划分为 19 个施工段 2 研究内容 研究内容 不同混凝土强度条件下 结构能够承受多大的荷载 研究这个问题既为施工单位对施 工方案的调整提供参考 同时又为业主和施工单位提供工程质量控制的参考 为进一步优 化结构施工方案 调整施工工艺 降低施工成本 提高效益提供技术依据 本文将结合鄂尔多斯星河湾一期工程地下车库工程实际情况 对无粘结预应力混凝土 板柱结构在理论分析上就目前采用的传统计算方法与新兴的有限元计算方法进行比较 讨 论不同混凝土强度条件下 结构能够承受的荷载 从而为施工单位进一步优化结构施工方 案提供帮助 3 计算分析 计算分析 3 13 1 传统计算方法传统计算方法 由于鄂尔多斯星河湾工程一期工程地下车库整体工程为超长结构 结构跨数多 本文 取其中一部分作为计算模型进行计算 计算模型的平面布置图 见图 4 图 4 计算模型平面布置图 梁容重 25 00kN m3 计算时考虑梁自重 荷载按照均布荷载进行计算 根据设计人员要 求 预应力张拉时混凝土强度等级不低于 80 详见本案例图纸预应力设计总说明 即在 本案例中混凝土强度达到 80 后考虑预应力作用 根据 GB 50010 2010 混凝土结构设计规范 第 6 2 10 条 6 2 10 2 00001pppypssyc ahAfahAf x hbxfM 1 6 2 10 ppypppysysyc AfAfAfAfbxf 01 2 混凝土采用 C40 在混凝土不同 2 1 19mmNfc 2 71 1 mmNft mmh400 强度条件下 结构能够承受的弯矩如下 当强度为 60 时 设计弯矩mkNM 6 450 当强度为 70 时 设计弯矩mkNM 7 525 当强度为 80 时 设计弯矩mkNM 2 632 当强度为 90 时 设计弯矩 mkNM 3 708 当强度为 100 时 设计弯矩mNM 4 782 在混凝土不同强度条件下 结构的承载能力如下 表表1 1 结构计算结果结构计算结果 混凝土强度 条件 可承担荷 载 项目左支座跨中右支座 弯矩 439 8750 000 439 875 弯矩 0 000219 9390 00060 65 自重 剪力 306 890 000 306 89 弯矩 507 5480 000 507 548 弯矩 0 000253 7750 00070 75 自重 剪力 354 1040 000 354 104 弯矩 609 0570 000 609 057 弯矩 0 000304 530 00080 90 自重 剪力 424 9250 000 424 925 弯矩 687 824 0 000 687 824 弯矩 0 000343 914 0 00090 自重 1 5 剪力 479 879 0 000 479 879 弯矩 735 898 0 000 735 898 弯矩 0 000367 951 0 000100 自重 8 剪力 513 419 0 000 513 419 单位说明 弯矩 kN m剪力 kN 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 60 时 可以承担结构 65 自重 当混凝 土强度达到 70 时 可以承担结构 75 自重 当混凝土强度达到 80 时 开始考虑预应力作 用 可以承担结构 90 自重 当混凝土强度达到 90 时 可以在承担结构自重的基础上 再 承担 1 5kN m2的均布荷载 当混凝土强度达到 100 时 可以在承担结构自重的基础上 再 承担 8 00kN m2的均布荷载 在工程实际施工过程中 当混凝土强度达到 90 时 可以拆除 模板 当混凝土强度达到 100 时 可以拆除模板 并可在板上堆积不超过 8 00kN m2的重 物 3 2 有限元分析有限元分析 本案例采用 ansys 软件进行计算分析 根据图 3 所示计算模型建立模型 单元类型为 solid65 单元 分别在不同强度条件下进行分析 计算结构如下 不同强度条件下 ansys 分析结果如下 3 2 1 60 混凝土强度条件下结构在 65 自重作用下各向应力与位移如下 图 5 X 向应力图 图 6 Y 向应力图 图 7 Z 向应力图 图 8 位移图 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 60 时 可以承担结构 65 自重 3 2 2 70 混凝土强度条件下结构在 75 自重作用下各向应力与位移如下 图 9 X 向应力图 图 10 Y 向应力图 图 11 Z 向应力图 图 12 位移图 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 70 时 可以承担结构 75 自重 3 2 3 80 混凝土强度条件下结构在 90 自重作用下各向应力与位移如下 图 13 X 向应力图 图 14 Y 向应力图 图 15 Z 向应力图 图 16 位移图 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 80 时 开始考虑预应力作用 可以承 担结构 90 自重 3 2 4 90 混凝土强度条件下结构在自重 1 5kN m2的均布荷载作用下各向应力与位移如下 图 17 X 向应力图 图 18 Y 向应力图 图 19 Z 向应力图 图 20 位移图 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 90 时 可以在承担结构自重的基础上 再承担 1 5kN m2的均布荷载 在工程实际施工过程中 当混凝土强度达到 90 时 可以拆 除模板 3 2 5 100 混凝土强度条件下结构在自重 8 00kN m2的均布荷载作用下各向应力与位移如 下 图 21 X 向应力图 图 22 Y 向应力图 图 23 Z 向应力图 图 24 位移图 从以上计算中 可以看出 当混凝土强度达到 100 时 可以在承担结构自重的基础上 再承担 8 00kN m2 的均布荷载 在工程实际施工过程中 当混凝土强度达到 100 时 可以 拆除模板 并可在板上堆积不超过 8 00kN m2 的重物 4 传统计算方法与有限元计算方法的比较 传统计算方法与有限元计算方法的比较 从以上的计算中 可以看出传统计算方法与有限元计算方法在计算结果上基本一致 传统计算方法是简化的计算方法 着眼于整体的计算 方便设计人员进行计算 有限元计 算方法从细部的着眼 能反映结构的应力情况 更接近于实际情况 5 结论与建议 结论与建议 1 当混凝土强度达到 60 时 可以承担结构 65 自重 当混凝土强度达到 70 时 可 以承担结构 75 自重 当混凝土强度达到 80 时 开始考虑预应力作用 可以承担结构 90 自重 当混凝土强度达到 90 时 可以在承担结构自重的基础上 再承担 1 5kN m2的均布 荷载 当混凝土强度达到 100 时 可以在承担结构自重的基础上 再承担 8 00kN m2的均 布荷载 2 在工程实际施工过程中 当混凝土强度达到 90 时 可以拆除模板 当混凝土强度 达到 100 时 可以拆除模板 并可在板上堆积不超过 8 00kN m2的重物 3 在施工过程中可调整施工方案 在强度达到 90 时可拆除模板 加快模板周转速度 提高模板使用效率 优化了施工过程 在施工工程中需要大量使用模板 木模板的购买费 用大致是在 45 元 m2左右 提早拆除模板 加快模板周转 可以减少模板购买费用 从而 节约成本 提高单位效益 提早拆除模板 提前进入下一步施工工序 加快了施工步骤 对整体施工时间的控制提供有利的帮助 参考文献参考文献 1 GB 50010 201