双向预应力结构设计施工.doc

李伟兴(同济大学建筑设计研究院上海200092)[提要]针对双向预应力混凝土结构中各向预应力筋交叉问题,建议了判别相交的方法,提出有粘结筋与无粘结筋混合布筋方案,并对施工工艺和构造处理提出了合理建议,可供工程技术人员参考。[关键词]双向结构,预应力混凝土,设计施工双向预应力混凝土结构在平面内由于预应力构件双向交叉,不同方向的预应力筋(或波纹管)在梁系交叉点处交错叠放,甚至可能相交,这是设计与施工中面临的一个突出问题,设计人员应该在初步设计阶段对此作详尽的考虑。本文针对此问题进行了专门探讨。1判断是否相交的方法在结构设计阶段,设计人员往往注重于结构的力学分析,而可能忽视施工中存在的一些困难。双向预应力混凝土结构中的预应力束通常为双向曲线束,有时同一根梁中就有多排预应力束,因此不同方向的预应力筋(或波纹管)在梁系交叉点处可能发生相交的情况,这个问题在设计阶段如果未能详尽考虑,将导致随后的预应力施工无法实现。文献[1]给出了一种判断双向结构的预应力筋在梁系交叉点处是否相交的实用方法,并根据这一方法编制了计算程序,在此对其基本思路及计算方法做一简单介绍。图1双向结构平面示意图2平面交叉梁系(1)给梁和各预应力索编号(如图1),编号原则:先从左到右然后再从下到上;确定梁的两端坐标,梁上的索数及索号,预应力索的类型数、各类型的定位参数以及各类型包括的索数和索号,相交条件参数等。(2)计算直线梁的方程及总体坐标下梁系交叉点的坐标(i)两端坐标为的直线梁方程可以表述为:(1)若,,否则,;(ii)如图2所示,不平行的两直线梁的交点坐标为:,(2)(3)如图2所示,在各梁的局部坐标下x向坐标可以通过下面的公式求得:(3)(4)其中,()为第i号梁端的坐标,()为第j号梁端的坐标。(4)由梁上索号推算出索的交点、各向索的索号及计算各梁系交叉点上各索的局部坐标yi和yj,并判断是否真正相交。(i)由已知的xi和xj,计算yi和yj;(ii)根据下式判断两预应力索是否在梁系交叉点处是否相交:(5)其中,为第k个梁系交叉点上两预应力索的相交判断条件,如对于波纹管为两波纹管的半径之和加上一个工作间隙。如果式(5)成立则相交,否则不相交。(5)在上面给出的双向井字梁判断方法的基础上,经过多重循环即可判断多向预应力构件的预应力筋在梁系交叉点处是否相交。文献[1]给出的线形相交判断方法,仅是解决了一个预应力筋几何线形问题,而对于如何调整预应力筋线形在以避免其相交的同时获得最大的预应力效应,则是一个非常复杂的但又值得进一步研究的问题。2有粘结与无粘结混合配筋的布筋方案在判断各方向梁之间的相交情况后,设计者必须对预应力筋线形和数量进行调整,再进行试算。但对于双向结构在网格数较多的情况下,调整布筋方案有时只能减少相交情况发生,却很难保证每个交叉点都不相交。这是因为预应力筋的线形方程随着某一点的矢高调整而整体改变,随之又可能发生新的相交情况。针对这一突出问题,结合目前已有的一些研究资料,笔者提出有粘结与无粘结混合配筋的方法。我们知道,在部分预应力混凝土结构中,有粘结部分预应力结构已在地震区逐步推广应用,无粘结预应力结构在地震区主要用于多、高层建筑分散配筋的楼盖和屋盖,而对集中配筋的主要承重构件(例如框架梁、转换大梁等)采用无粘结预应力结构一般持谨慎的态度。但是,无粘结预应力结构具有施工方便、