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第 “卷 第 “期建筑结构 “ “年 “月 无粘结预应力开洞平板的配筋形式探讨 韦芳芳 （东南大学土木工程学院南京“ 8/ 8 9 , 4 2 / 6 / - , *1 3 - * - / 5 * / / 6 - * 6 * 6 * 6 5 . 2 * 0* , 0 6 57 , 0 - * ; 5 , 6 . 8 0 . 2 5 / . . 8 , 7/ 8 6 / / 8 . / 0 2 9 / 2 0 6 5 1 8 6 - , 0, 3 . 5 6 1 .7 - / 8/ * , * . 1 6 * 9 5 , . / , 9 , 5 2 * . / 0 - 46 * ; . , 3 8 , 5 - . 6 . ; , , 6 . / 8 6 /7 - / 8 / * , * . 2 * - 3 , 0 5 - . / 0 - 1 2 / A *6 - / - , *，. , 0 9 , * 6 / - , * . 3 , 0 9 8 , - 9 , 3 / 8 4 , . - / - , *, 38 , 5 6 0 4 0 . * / “ ’ 2 * 1 , * 4 0 . / 0 . . . 5 6 1；. 5 6 17 - / 88 , 5 ；/ * , * - . / 0 - 1 2 / - , *；4 0 . / 0 . . 9 , * 9 0 / 一、 预应力平板配筋形式的研究现状 文 ［］ ，［“］ 通过试验和有限元分析研究了无粘结 预应力平板双向分布布筋、 双向集中布筋和一向集中 一向均匀布筋的形式对平板结构性能的影响。 研究认 为， 一向集中一向均匀布筋的无粘结预应力平板设计 施工方便、 结构使用性能较好， 建议在工程中优先采 用； 对于双向集中布筋形式， 建议在跨度不是太大的预 应力板柱结构中采用， 可以扬长避短。 针对在正常使用 荷载下预应力开洞平板中的预应力筋应如何配置， 用 有限元软件分析和探讨了采用不同配筋形式的无粘结 预应力开洞板在张拉阶段和使用阶段的结构性能。 二、 弹性有限元分析 B有限元分析模型 预应力开洞平板的尺寸为“ C D“ C D E C ， 板内开洞的尺寸为 C D C ， 采取在板 的中心和偏心位置开洞。 预应力筋配置形式有’种 ） 一边均匀布置一边集中布置在柱上板带； “） 两边都在 柱上板带和洞边板带集中布置； ） 两边都集中布置在 柱上板带； ’） 两边都均匀分散布置。为了避免洞口混 凝土的严重开裂 ［］， 无粘结筋距离洞口侧边的距离必 须大于 C ， 所以在有限元模型中， 除了第种布置 方式外， 其余无粘结筋距离洞口侧边距离均在 C E 之间。 预应力筋采用多波曲线配筋， 采用 F C 钢绞线， 有效预应力为 “ G H 6， 模型示意图见图。 采用I J K L K有限元程序计算时， 考虑到无粘结预 应力筋的特性， 采用两种单元 ） 预应力筋布置处采用 M N IG O 三维梁单元， 以便在预应力筋处增加预应力 筋产生的等效荷载； “） 其它部分采用K P N Q Q 板壳单 元， 可以方便地施加均布荷载。混凝土强度等级取为 R ， 泊松比取为 C， 忽略板的剪切变形， 仅进行静 力分析。预应力采用等效荷载在相应位置施加。 图板的预应力筋配置图 有限元计算时分为两种荷载工况 ） 后张预应力 筋张拉完成， 除自重荷载外无其它任何附加荷载； “） 正 常使用阶段， 除了预应力作用外， 还承担均布外荷载 C J／ “。 “ B计算结果分析 （） 板的变形分析 “ 图板的预应力筋配置图 图“预应力筋曲线图 从表两种工况下板的最大挠度计算值可以看 出， 即使配置同样数量和形式的预应力筋， 洞口位置不 同， 板的挠度也不同。洞口的大小和位置不但改变了 板的抗弯强度， 而且还改变了预应力筋对板的作用。 工况， 中心开洞板的反拱大于偏心开洞板； 洞口位置 一样时， 第“种布筋形式产生的反拱最小， 约为反拱最 大值的一半。工况， 偏心开洞板的挠度稍大于中心 开洞板； 洞口布置一样的板在不同的预应力筋布置下， 最后挠度值相差很小， 最大与最小值之 间 相 差 只 有 左右。因此， 在外荷载作用下， 这种布筋方式的 变形都差不多。 板在两种荷载工况下的最大挠度值 （）表“ 板类型 ’ ’ ’ “’ ’ ’ ’ “’ 工况 “ * “ , “ , - “ . - 工况 * . * “ * * , , * - “ * , * * （） 板中心的应力分析 工况， 预应力作用在板中心线上方向的应力 分布情况如图所示。工况， 板中心线上方向的 应力分布情况如图*所示。 从图可以看出， 不管洞口位置如何， 都以第， 种布筋形式下产生的预压应力平均值较大， 而且这两 种方式的反拱都差不多， 所以这两种布筋形式产生的 预应力作用的效果都很好。 从图*可以看出， 不管洞口 位置如何， 也都以第， 种布筋形式下产生的拉应力 较小， 而且这两种方式的曲线几乎重合， 但是第， “种 布筋形式时， 柱轴线所在的位置的应力比第， 种布 筋形式下产生的应力小很多。从两种工况下的曲线变 化趋势看， 不管洞口的位置如何， 第， “种布筋形式时 柱轴线位置应力均有突变， 表明柱轴线部位因为集中 布筋而起暗梁的支撑作用， 而第， 种布筋形式几乎 没有这种很大的突变。虽然第种布筋形式在柱上板 带和洞口板带分别集中布筋， 但因为数量只有第， “ 种形式柱板带上的一半， 所以可以得出结论 只有集中 预应力筋数量达到一定程度时才能起暗梁的作用。 （“） 洞口角部的应力分析 从表可以看出 工况， 中心开洞第“种布筋时 的集中拉应力最小， 因为洞口板带没有预应力筋通过， 第， 种布筋形式因为洞口板带均布置预应力筋， 所 以集中应力都比较大。但是在工况， 因为预应力筋 的约束， 洞口的集中应力反而比较小。 板洞口角部向最大应力值 （/ 0 1）表 板类型 ’ ’ ’ “’ ’ ’ ’ “’ 工况 * “ - - “ , * “ - - * , “ “ “ “ . “ 工况 “ “ - , * “ . * “ “ * “ . * , “ “ * , - , 注 以上集中应力值是在相同的单元划分的基础上求得。 三、 结论 （） 两边都均匀分散布筋和两边都分别在柱上板 带和洞边板带集中布筋的预应力效果和使用阶段的性 能都很接近， 而且比其它两种布筋形式好。在两边柱 上板带和洞边板带集中布筋不但结构性能较好， 且施 工方便， 建议在工程中优先采用。 （1） 板’ （2） 板’ 图工况板中线底面3分布 （1） 板’ （2） 板’ 图*工况板中线底面3分布 （下转第 ,页） 图层“纵向、 横向框架梁配筋图 。拱形桁架由三根主杆及腹杆组成， 上面两根主 杆为“ ’ “， 下 面 一 根 主 杆 为“ * *， 腹 杆 为 * ， 所有杆件连接节点均为空间相贯节点， 钢材 为, - “ ’ .。下 弦 采 用 一 根- - 钢 索， 抗 拉 强 度 为 ’ / 0 1， 下弦索与上弦拱架之间用- ’*撑杆连 接。张弦梁两支座节点采用铸钢节点， 一端为固定铰 支座， 一端为水平滑动支座， 支承于混凝土柱上。檩条 跨度 ’ ， 截面为2 ’ ， 水平投影檩 距为’ 。为了增强整个屋盖的刚度， 在檩条所在平 面内满堂布置支撑， 支撑采用 3 ’钢管。应用 分析设计软件- 4 - 5和5 6 7 8 9 4 对钢屋盖进行分 析计算 ［］。 珠江散步道上钢屋盖设计 珠江散步道上钢屋盖跨度为“ 3 * ， 一端支承于 混凝土柱上， 另一端用钢柱支承， 采用钢管桁架 （见图 3） ， 桁架间距为 ’ ， 桁架宽- ， 高 ， 上弦两 图*张弦梁平立面图 图3散步道钢桁架平立面图 根钢管为“ ， 下弦一根钢管为“ ’ “， 上弦 平面内腹杆为 *， 连接上下弦的腹杆为 * 及 33， 腹杆与弦杆连接节点采用相贯节点， 钢材 为, - “ ’ .。檩条为2 ’ ， 水平投影檩 距为’ 。由于建筑功能要求， 钢柱之间不能设置支 撑， 为保证屋盖的整体稳定及可靠地传递水平荷载， 在 屋盖檩条平面内满堂布置支撑， 在桁架靠近混凝土柱 的端部设置了竖向支撑， 靠钢柱端部设置了刚性系杆。 系杆截面为2 ’ 。应用分析设计软件 - 4 - 5和5 6 7 8 9 4 对其进行了分析计算。由于在 屋盖檩条平面内满堂布置了支撑， 故屋盖平面内的刚 度很大 （振动台试验结果也证实了这一点） 。所以， 在 水平荷载作用下， 整体计算时， 将整个屋盖视作一刚 片， 一端支承于混凝土柱上， 一端支承于钢柱上进行计 算。 在水平地震作用下， 钢柱顶点位移为 。 四、 结语 在广州国际会议展览中心结构设计中处理了两种 不同桩型的桩的同时应用， 大面积混凝土楼盖温度应 力计算及裂缝控制， 大跨度楼盖柱抗弯能力， 大跨度有 粘结预应力混凝土梁， 大跨度张弦梁 （桁架） 等复杂的 结构设计问题， 并取得了成功。目前， 该工程主体结构 及钢屋架、 钢屋面板的施工已经完成， 正在进行室内外 的装修工作。作者将本工程结构设计成果介绍给各位 同行， 希望对类似工程设计有一定的参考价值。 参加本工程结构设计工作的还有 杨叔庸、 程志 辉、 曾萌、 孙文波、 龚模松、 梁密勤、 陆兢。 参考文献 韦宏， 周汉香广州国际会展中心混凝土楼盖温度应力计算与控 制建筑结构， ，- （ ） 孙文波广州国际会展中心大跨度张弦梁的设计探讨建筑结构， ，- （） （上接第 页） （） 如果在洞边板带布置预应力筋， 设计时必须特 别注意预应力筋张拉阶段洞口的集中应力， 洞口应该 有相应的加强措施。 （-） 在预应力筋数量和布筋方式相同时， 中心开洞 和偏心开洞板在预应力作用和正常使用荷载作用下的 力学性能差不多， 所以无梁平板对洞口的位置不是很 敏感， 这与四边支撑的板不同， 所以可以根据需要开 洞， 开洞板的设计可以和中心开洞板的设计一样。 参考文献 赵羽习无粘结预应力平板的内力分析和极限承载力的研究硕 士学位论文， 东南大学， 3 3 * 戴雅萍预应力平板的配筋形式及结构性能的试验研究硕士学 位论文， 东南大学， 3 * * -赵冬梅无粘结预应力混凝土开洞平板的受力性能研究施工技 术， 3 3 3， （ ） 3