预应力等效荷载_无粘结预应力等效荷载的力学特性
时间：2019-03-30 03:19:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 利用脱离体的方法说明无粘结预应力筋的等效荷载并对其特性进行论述、确定其荷载数值；分析该预应力技术在工程应用中可能遇到的问题。 关键词： 无粘结预应力筋；等效荷载
中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）06-0079-01
0 引言
我国相关规范及论著对预应力混凝土结构设计方法存在很多需要完善的问题，这影响了无粘结预应力结构的推广和应用。本文结合工程实践，参考国际上先进的设计理念和方法，对无粘结预应力等效荷载的应用进行了有益的探索。
1 定义等效荷载
等效荷载的作用与预应力钢筋对结构作用完全一致。它的作用原理是将混凝土结构中的预应力筋与结构分离，用等效荷载代替预应力筋的作用。由于构件上所受的力必须取得平衡，作用在预应力筋上的力就直接作用于混凝土结构上，这个反向的作用力就是预应力筋的等效荷载，将预应力筋与结构分离的方法称为脱离体法。由于预应力筋线形不同时，在构件上会产生水平、垂直等集中或分布荷载，下面通过不同形式预应力筋的单跨构件来说明等效荷载的计算方法。有效预加作用取常数E。
1.1 普通配筋 普通配置的预应力筋一般为直线型。首先从构件中脱离预应力筋，分析预应力筋的受力情况，再依据平衡原理将作用在预应力筋上的力，直接反作用于构件上，就得到了该预应力筋构件的等效荷载，这个构件的等效荷载是作用在构件端部的一对集中力E。
1.2 弯起配筋 将构件中的预应力筋弯起一定的角度，即形成弯起配筋，也称折线型配筋。对于这种预应力构件，由平衡力原理， 在预应力筋的转折处加一集中力。该集中力可分解为水平和垂直方向的两个分力。将这两个作用力反向施加在构件上，就得到弯起预应力筋构件的等效荷载。
通过上面的分析可以得到该类构件的等效荷载。在锚固点处作用一集中力E，其方向与预应力弯起筋方向一致；在折点处也作用一集中力，即等效荷载，它与在该折点处与预应力筋水平、垂直方向的有效预压力平衡。该等效荷载在两个方向分别为E（1-cosα）和Esinα（α是等效集中力与垂直方向的夹角）。
1.3 弯曲配筋 构件中配置的弯曲预应力筋一般采用圆弧型或抛物线型。进行受力分析时，将预应力筋从构件中脱离出来，选择弯曲预应力筋的任意截面处的微段，分析平衡力，得到任意截面处作用在预应力筋上的线荷载e=E/r。式中:r为曲率半径，即预应力数学表达式二阶导数的倒数。对于圆弧型预应力筋和二次抛物线型预应力筋，曲率半径是常数，故e为常数，e又称为荷载集度。将预应力筋所受的作用力直接反向作用于构件上得到该构件的等效荷载。通过分析可知，弯曲预应力筋构件的等效荷载为：锚固点处作用一集中力E与预应力筋方向一致。在预应力筋的弯曲段作用有与其伸展方向垂直的分布荷载，分布荷载的荷载集度是有效预拉力E除以计算点处的预应力筋的曲率半径r。圆弧型和二次抛物型的预应力筋的等效均布荷载为常量e=E/r。
2 等效荷载的性质
①对于预加力大小确定的某一形式的预应力筋，其等效荷载的作用相同。②一个自平衡力系。由于预应力作用不产生外部荷载，采用脱离法计算的预应力筋处于静平衡状态，预应力筋受到平衡力系的作用，则作用在构件上的等效荷载就是一个自平衡力系。③在用脱离法计算的预应力筋平衡体上截取任意位置上的截面，截面的右侧预应力钢筋对左脱离体的作用力为E；若截取右侧的脱离体，截面左侧的预应力筋等效荷载为一集中力E，两个方面获得的等效荷载的合力均为集中力E。对于任意形式的预应力构件，该力作用在预应力筋的重心上，方向与该点预应力筋切线方向重合。④当等效荷载确定的预应力筋布置在同一构件的不同位置时，由于偏心距不同，得到的弯矩效应也不同，故位置会影响等效荷载的作用。
3 在特殊构件中的应用问题
3.1 在构件中应用预应力技术的空间巨大 在实际工程设计中，经常遇到一些特殊形状的混凝土构件，如果这些构件都是轴心受压构件，只要预应力筋重心与构件的截面形心重合，在预应力的作用下，预应力筋的等效荷载在构件内只产生轴心压力。在混凝土的强度等方面均满足的前提下，在混凝土构件的横截面上预先引入均匀的压应力，可以提高构件的正截面抗弯承载力、刚度和抗裂度。
3.2 预应力的扩展效应 在工程计算中，预应力不仅可以产生弯矩效应，根据实际需要还可以用来产生平衡荷载产生的剪力和扭矩。当结构构件任意截面的预应力钢筋重心相对于的其截面形心产生偏心距时，预应力在该截面产生弯矩，其值为预应力沿构件纵向的分力与偏心距的乘积；若该预应力钢筋的作用方向与构件纵向存在夹角，预应力在该截面就会产生剪力，其值为预应力与该夹角的正弦的乘积；若该预应力钢筋重心与构件的截面形心重合，预应力筋的作用方向与构件的纵向各有一数值相等的夹角，加载预应力后，在该截面会产生轴力和扭矩，则作用在该截面上的轴力的数值是预应力与其夹角的余弦的乘积，扭矩的数值是预应力与其夹角的正弦及其偏心距的乘积。通过以上分析，对于工程需要产生的任意荷载效应，都可以通过选择预应力筋的形式来获得相应的荷载效应。
3.3 应用举例 现代建筑的造型和功能日趋复杂，相应的在结构设计中常需采用一些特别的构件。以楼梯间为例，为了提高楼梯间的使用效率，设计师希望将楼梯的平台梁去掉，以提高楼梯平台处的净高。此时就需要使用三折梁来保证楼梯的安全使用。
4 结论
①通过对等效荷载的分析，说明其本身是一种荷载。基于这一基本原理，得出了几个重要的性质，提出了等效荷载可以扩展的可能，为研究预应力混凝土的变形提供了一种途径。②通过对工程中特殊构件应用等效荷载的分析，说明采用脱离体法计算出的等效荷载，其过程很简便，平衡力法理论在应用上也很完善。③随着预应力混凝土在工程中的应用，大型、特型建筑的建造日益增多，这就势必要加强预应力混凝土结构基础理论的研究，随着预应力混凝土结构跨度的增大，构件截面面积的减小，预应力混凝土结构变形的研究将成为建筑工程界预应力结构设计的核心。
参考文献：
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