建筑物表面預應力材料設計分析

摘 要:文章針對當前建筑物表面的預應力材料的設計，提出一套對預應力筋的簡化運算方法，主要分析了在不同情況下如何考慮建筑預應力材料的設計，最后建議設計師在建筑設計中要充分利用抗彎的預應力筋去承擔一些扭矩進一步提高材料的利用率。

關鍵詞:預應力等效荷栽鋼筋混凝土

中圖分類號:TU756文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(b)-0036-01

當前預應力材料的結構技術是為了進一步提高材料結構使用的具體功能，是為節約建筑鋼材的一種關鍵技術。這兩年來，預應力材料的結構在橋梁工程、房建建筑中都得到了廣泛的應用與推廣。但材料結構中的混凝土結構屬于此范圍內的一種新型結構形式，在建筑方面對此項技術的使用時間還不算很長，所以就有很多的問題還不能夠完善的得以解決，所以說預應力材料中的混凝土結構在目前乃至今后土木工程學科中仍將是一個重要的研究對象。

1 等效荷載的簡便計算

等效荷載簡單地說就是用來為了完全代替預應力鋼筋對結構，而設計的一組荷載。預應力混凝土結構的運算中等效荷載是一個比較關鍵和重要的參數，因此等效荷載是使荷載平衡法進行技術次彎矩和初步設計的唯一保障。下面筆者結合自己的工作實際，對等效荷載的運算方法加以證明。

常用計算方法如下。

(1)預應力混凝土鋼筋結構在錨具的截面處對構件所起的作用分析。

錨具作用在構件端部所有偏心力可簡化成為兩個方向即橫向力Np1=Np·sinA和沿縱軸方向的軸向力Np2=Np·cosA以及預加力力矩Np2·e(Np代表預應力混凝土鋼筋結構的有效預拉力)。

通常情況下因為A都比較小，所以經常在運算中可以近似為

Np·NpsinA=Nsp·cosA=Np·e =Np·tgA·Np·conA·e。

(2)因為預應力混凝土鋼筋結構線形的改變所產生的跨間等效荷載的分析。

曲線形預應力混凝土鋼筋結構的等效荷載屬于材料力學中其主要構件在橫向方向所分布的荷載作用下M·V·q(x)的相互關系所求得。具體表達式是:

d2M／dx2=q(x)=dV／dx(1)

主彎矩就是預拉力對其截面的重心所產生的唯一力矩稱，一般情況下都是用M主來表示的，既M主=NP·e(x)，公式中的e(x)代表的是預應力筋對截面重心的偏心矩。如果設NP沿c·g·s(預應力鋼筋重心線)方向不會改變，那么M主就只有和線形有一定的依賴關系。所以(1)式還可用下是來表示:

q=Np·d2·e(x)dx2=d2M／dx2=d2[Np·e(x)]dx2 (2)

如果要用公式(2)來運算等效荷載數值，那么就首先要先求出c·g·s的方程，從中所得曲線預應力筋開口方向與荷載的方向相同。對于折線形的預應力混凝土鋼筋，它的跨間等效荷載就是在折點處的唯一一個集中力。它可依據預應力筋本身的平衡方程去求解:

P=Np(tgAl十tgA2)

2 考慮預應力鋼筋作用方式

等效荷載在結構中產生的綜合效應，即預應力對結構的作用效應，可標注為次效應與主效應之和。在所作用的所有結構是靜定結構的時候，次效通常情況都為零。用上述運算方法在進行預應力的運算時，在不同的時機就會出現不同的作用方式，主要分下列兩種情況。

2.1 將預應力的作用全部作為荷栽

(1)撓動計算公式為:

f=f外+f綜<[ f]

(2)運算構件在荷載長期(短期)效應的組合作用下截面拉應力公式是:

Ms(1)／w-(NPF/A-M／W)=6ct·s(1)≤[6]

從運算的公式中不難看出，它們都是將預應力的作用作為荷載考慮(所有的參數都是帶符號運算的)。

2.2 將預應力全部作為抵抗能力

在抗沖切承載力的運算過程中，主要還是把預應力的作用作為抵抗能力，具體公式如下:

Fl≤(0.6f1+O.15 6pc)umh0

式中:h0為板截面的有效高度;

um為沖切運算的周長;

6pc為混凝土中預應力所產生的綜合平均壓應力;

f1為混凝土軸心的抗拉強度設計值;

F1為設計集中或設計部分的荷載反力。

2.3 將預應力作用的一部分作為荷載

將預應力的作用一分為二，其一作為抵抗能力，其二作為荷載VR>V外一V次;MR>M-M次(3)

公式(3)為斜截面強度和正截面運計算公式，式中抵抗力MR(VR)中涵蓋了預應力混凝土鋼筋結構作用所產生的主效應，荷載效應主要是由次內力所產生的。所以才將預應力的作用分成了兩個部分進行分別設計。

綜上所述，無論是那一種的表達式，都是應該同時考慮次效應和立效應，這兩者是缺一不可的。如果把預應力混凝土鋼筋結構的作用從上述每式的一側移動到其他一側，預應力的作用就會從荷載效應轉化成抵抗能力，也有可能由抵抗能力轉化成為荷載效應，不過無論如何的轉化都是不能改變結果，只屬于兩種不同的表達方式。

3 抗扭構件預應力鋼筋的布置

建筑結構中的結件很多都屬于彎、剪構件，所以說在所配的預應力鋼筋的線形，就要盡可能的和小彎距圖相一致。不過很多時候還是會存在剪、彎、扭構件，比如在梁、折梁等構件中，如果跨度達到一定數值，梁內所存在扭距也會隨之加大，這時如果構件內配有抗彎預應力鋼筋，通常會采用和借鑒橋梁中用預應力鋼筋去承擔其扭距具體做法。

通常情況下，具體施工中的做法就是把粱中所受彎預應力鋼筋的一端向上移動，另一端向下移動，因此配置的預應力鋼筋抗彎能力就會保持不變，從而使構件設計更經濟合理。

4 結語

以上幾點是筆者對預應力結構運算中的一點理解，有關預應力結構設計的合理性，特別是如何讓其有良好的抗震性能及計算過程的簡化還有待于進一步研究。

參考文獻

[1] 楊光明．預應力混凝土的當量的荷栽計算[J].建筑結構學報，2009(5):2～11.

[2]姜祖明，張玉紅.建筑物表面預應力材料設計分析[J].科技前沿，2010.