预应力框架梁反拱值计算

预应力框架梁反拱值计算

张拉后，预应力框架梁应密封，以弥补负荷影响下的张力。考虑梁中有效预加力和自重作用,可求得施工阶段反拱值。影响预应力混凝土梁拱度的因素有很多,其中主要因素有混凝土强度、混凝土的弹性模量、混凝土收缩和徐变等。由于外荷载和约束条件的不同,预应力筋的布置也有所不同,计算反拱值的理论方法也略有差异。对于直线布筋的预应力混凝土简支梁,张拉后在混凝土简支梁中产生沿梁均布的弯矩,其产生的挠度易于计算。对于曲线张拉的框架梁,所得到的弯矩图形为连续抛物线,目前尚未有成熟的计算方法。本文针对江淮汽车股份有限公司研发大楼预应力框架梁,通过弯矩—面积法计算了梁的反拱值;利用Ansys应用软件进行有限元分析方法求得了梁的反拱值,将理论计算值与实测值进行了比较,并对结果的差异进行了分析。1混凝土砌块反拱理论的计算1.1预应力锚索框架梁安徽江淮汽车股份有限公司研发中心大楼建筑面积35980m2,钢筋混凝土框架—剪力墙结构,地面以上16层,层高4.8m。5层以上为满足大空间要求,框架梁跨度19.2m,两端各挑出2.9m悬臂梁,总长达25.0m,采用后张法有粘结预应力混凝土框架梁,混凝土强度等级C40。预应力筋采用Φj15低松弛钢绞线,抗拉强度标准值fptk=1860N/mm2,截面面积Apk=140mm2;张拉控制应力σcon=0.75fptk,为减少应力松弛损失和摩擦损失,采用超张拉。预应力钢绞线采用OVM15-9锚具,预应力孔道采用Φ80型波纹管成孔,两端同时张拉。16层框架大梁YL5,梁截面尺寸h×b=1200mm×500mm,柱截面尺寸h×b=1400mm×1000mm,梁内配置了4束钢绞线,每束9Φj15。预应力筋束形布置,如图1所示。1.2框架梁的弯矩与弯矩对于曲线张拉的框架梁,目前计算尚未有成熟的方法。规范的算法是用结构力学的方法,通过弯矩—面积法求得反拱值。但对于框架连续梁来说,所得到的弯矩图形为连续抛物线,图乘起来比较麻烦。本文的算法是取反弯点内跨中正弯矩梁段,将其简化为简支梁,根据预加力和偏心距的乘积得各截面由预加力产生的弯距,由弯矩—面积法可算得反拱值。结合实际工程,进行曲线布筋框架梁施工阶段挠度计算。张拉控制应力σcon=0.75fptk=1395N/mm2,有效预应力Np=(σcon-σl)Ap,其中σl为预应力损失,本文考虑的预应力损失有:①锚具变形及钢筋内缩损失σl1。②预应力筋与孔道壁之间摩擦损失σl2。③预应力松弛引起的应力损失σl3。④混凝土收缩和徐变引起的预应力损失σl4。梁YL5支座及跨中处各预应力损失设计值,见表1所列。假设整根梁的弹性模量不变且取为C40混凝土的弹性模量E=3.25×104N/mm2,根据文献提出的方法,T形梁翼缘宽度取为b′f=b+12h′f=2300mm,换算截面惯性矩I=1.72×1011mm4。由等效荷载法得等效荷载图如图2所示,等效荷载作用下框架梁的弯矩图如图3所示。反弯点位置在距支座4.43m处,仅考虑反弯点内跨中正弯矩段由弯矩—面积法可求得施工阶段框架梁YL5挠度值为fp1=5M1l248EI=10.49mmfp2=5M2l248EI=0.97mmfP=fp1−fp2=9.52mmfp1=5Μ1l248EΙ=10.49mmfp2=5Μ2l248EΙ=0.97mmfΡ=fp1-fp2=9.52mm其中,fp1为由预加力在梁中产生的拱度;fp2为梁自重产生的挠度;fP为梁在自重和预加力共同作用下的挠度;M1为梁在预应力筋压力作用下的跨中弯矩;M2为梁在自重荷载作用下的跨中弯矩。2有限元模型建立在用Ansys进行有限元分析时,模拟预应力混凝土最常见有以下两种建模方式:建立整体式模型,直接利用solid65提供的实参数建模,预应力通过等效荷载法加上去,其缺点是无法得到钢筋内力;位移协调的分离式建模,利用link8建立钢筋单元和用solid65建立混凝土单元共用节点。本文采用位移协调的分离式建模对江汽研发楼框架梁YL5进行有限元分析,用solid65模拟混凝土,link8模拟预应力钢筋,通过降温法施加预应力,其中钢铰线的温度膨胀系数取1.0-5。在施工阶段,仅考虑施加的预应力和框架梁LY5自重的影响,得到跨中最大反拱值为8.20mm。有限元计算反拱结果,如图4所示。3预应力梁张拉检测利用马克辛挠度计测得江汽框架梁YL5张拉预应力筋时的反拱值,框架梁YL5为顶层大梁,配置4束预应力筋,张拉时上部无施工荷载,仅有梁板自重作用,为了量测预应力梁张拉过程中的反拱值,在跨中安装了马克辛挠度计,由梁底下垂钢丝与挠度计上重锤相连,读数表在下端固定,张拉时在千分表上直接读数。张拉锚固后最终反拱值为5mm。4梁板弯矩—结束语有限元分析得框架YL5跨中最大反拱值为8.20mm,弯矩—面积法计算结果跨中最大值为9.52mm。由此可见弯矩—面积法计算与有限元分析结果基本吻合。框架梁YL5为顶层大梁,张拉时梁面