两跨预应力混凝土框架次内力及内力重分布规律研究
|
摘要
本文编制了变刚度分析程序，重点研究了后张有粘结部分预应力混凝土框架的塑性内力重分布的规律。主要分析了中支座截面相对受压区高度、张拉控制应力、加载方式对预应力混凝土框架的塑性内力重分布的影响。并且探讨了各影响因素对框架梁截面延性的影响和由于柱的抗侧刚度在预应力钢筋张拉时约束梁的轴向变形，从而影响预应力在梁中的建立所造成的梁中轴向预压力的损失。得出了以下主要结论：
(1) 截面相对受压区高度、截面所受轴力显著地影响预应力框架梁截面的延性。截面相对受压区高度越大或者截面所受轴力越大，截面延性越差。
(2) 预应力筋用量的增加、张拉控制应力的增大使预应力框架梁、柱的开裂荷载提高。并且预应力筋的用量和张拉控制应力对梁开裂荷载的影响要比对柱开裂荷载的影响要大得多。梁、柱开裂荷载在既受水平荷载又受竖向荷载情况下都比相应的只受竖向荷载的情况下要小。
(3) 中支座截面相对受压区高度显著地影响单层两跨预应力混凝土框架的塑性内力重分布。随着中支座截面相对受压区高度的增大，次弯矩增大，次弯矩调幅增大，但荷载弯矩调幅以更大的幅度下降，导致总的弯矩调幅下降。因此，中支座截面相对受压区高度越大，弯矩调幅越小。
(4) 约束条件的不同使单层两跨预应力混凝土框架梁中的次弯矩要远小于两跨的预应力连续梁。同时，次弯矩调幅占总调幅的比重在框架中要远小于连续梁。因此，次弯矩协助调幅的作用在框架中也弱于在连续梁中。
(5) 在中支座截面相对受压区高度较小时，水平荷载在框架梁中产生轴力，提高截面的承载力，极限荷载也随之提高。在截面相对受压区高度较大时，水平荷载产生的轴力降低截面的承载力、延性，从而使极限荷载降低。
(6) 在中支座截面相对受压区高度较小时，有水平荷载的框架其弯矩调幅系数要大于只有竖向荷载的框架。在截面相对受压区高度较大时，水平荷载降低截面的延性，使有水平荷载的框架其弯矩调幅系数要小于只有竖向荷载的框架。
A historical analysis in theory is carried on studying redistribution of internal force in the bonded post-tensioned partially prestressed concrete framesin this paper. The main causes, which have effects on redistribution of internal force in the prestressed frame, including the relative height compressive zone of section, secondary moment and types of load applying are taken into account. The horizontal braces force which results from the tension of the prestressing steel, reduces the pre-compress stress is analyzed. The following conclusions are reached.
(1) The relative height compressive zone of section or the axial force is bigger, the rotational capacity of the section is weaker.
(2) The crack load increases with the increase of the amount of the prestressing steel or the tensioning stress. Influence of the amount of the prestressing steel and the tensioning stress to the crack load of the beam is greater than that to the crack of the column. The crack load of the frame applied horizontal load and vertical load is larger than that of the same frame applied vertical load only.
(3) The relative height compressive zone of section greatly influences the redistribution of internal force of the prestressed frames. The total modulation of moment decreases according as the increase of relative height compressive zone of section.
(4) The difference of the constraint conditions makes the second moment in prestressed frames less than that in the prestressed beams. Then the proportion of the modulation of moment taken by the second moment in the total modulation in prestressed frame is less than that in prestressed beam.
(5) Horizontal load can increase the bearing ability of the section and the limiting load of the frame when value of is little. However, horizontal load can generates axial force and then deceases the ductility and bearing ability when is large. Then Limiting load is decreased.
(6) Horizontal load can increase the coefficients of the modulation of moment when value of is little while decrease it when is large.
(1) 截面相对受压区高度、截面所受轴力显著地影响预应力框架梁截面的延性。截面相对受压区高度越大或者截面所受轴力越大，截面延性越差。
(2) 预应力筋用量的增加、张拉控制应力的增大使预应力框架梁、柱的开裂荷载提高。并且预应力筋的用量和张拉控制应力对梁开裂荷载的影响要比对柱开裂荷载的影响要大得多。梁、柱开裂荷载在既受水平荷载又受竖向荷载情况下都比相应的只受竖向荷载的情况下要小。
(3) 中支座截面相对受压区高度显著地影响单层两跨预应力混凝土框架的塑性内力重分布。随着中支座截面相对受压区高度的增大，次弯矩增大，次弯矩调幅增大，但荷载弯矩调幅以更大的幅度下降，导致总的弯矩调幅下降。因此，中支座截面相对受压区高度越大，弯矩调幅越小。
(4) 约束条件的不同使单层两跨预应力混凝土框架梁中的次弯矩要远小于两跨的预应力连续梁。同时，次弯矩调幅占总调幅的比重在框架中要远小于连续梁。因此，次弯矩协助调幅的作用在框架中也弱于在连续梁中。
(5) 在中支座截面相对受压区高度较小时，水平荷载在框架梁中产生轴力，提高截面的承载力，极限荷载也随之提高。在截面相对受压区高度较大时，水平荷载产生的轴力降低截面的承载力、延性，从而使极限荷载降低。
(6) 在中支座截面相对受压区高度较小时，有水平荷载的框架其弯矩调幅系数要大于只有竖向荷载的框架。在截面相对受压区高度较大时，水平荷载降低截面的延性，使有水平荷载的框架其弯矩调幅系数要小于只有竖向荷载的框架。
A historical analysis in theory is carried on studying redistribution of internal force in the bonded post-tensioned partially prestressed concrete framesin this paper. The main causes, which have effects on redistribution of internal force in the prestressed frame, including the relative height compressive zone of section, secondary moment and types of load applying are taken into account. The horizontal braces force which results from the tension of the prestressing steel, reduces the pre-compress stress is analyzed. The following conclusions are reached.
(1) The relative height compressive zone of section or the axial force is bigger, the rotational capacity of the section is weaker.
(2) The crack load increases with the increase of the amount of the prestressing steel or the tensioning stress. Influence of the amount of the prestressing steel and the tensioning stress to the crack load of the beam is greater than that to the crack of the column. The crack load of the frame applied horizontal load and vertical load is larger than that of the same frame applied vertical load only.
(3) The relative height compressive zone of section greatly influences the redistribution of internal force of the prestressed frames. The total modulation of moment decreases according as the increase of relative height compressive zone of section.
(4) The difference of the constraint conditions makes the second moment in prestressed frames less than that in the prestressed beams. Then the proportion of the modulation of moment taken by the second moment in the total modulation in prestressed frame is less than that in prestressed beam.
(5) Horizontal load can increase the bearing ability of the section and the limiting load of the frame when value of is little. However, horizontal load can generates axial force and then deceases the ductility and bearing ability when is large. Then Limiting load is decreased.
(6) Horizontal load can increase the coefficients of the modulation of moment when value of is little while decrease it when is large.
引文
[1] H. 尼尔森，姚玲森、沈莲芬译，预应力混凝土设计，北京，人民交通出版社，1984.
[2] 天津大学、同济大学、东南大学主编，混凝土结构·上册，北京，中国建筑工业出版社，1994.
[3] 吕志涛、孟少平，现代预应力设计，北京，中国建筑工业出版社，1998.
[4] 杜拱辰，现代预应力混凝土结构，北京，中国建筑工业出版社，1988.
[5] [苏联]戈略诺夫著，马嗣昭、杨锦礼，预应力钢筋混凝土超静定结构计算，中国工业出版社，1965.
[6] 天津大学、同济大学等主编，钢筋混凝土结构，中国建筑工业出版社，1980.
[7] 杨建明，部分预应力混凝土框架结构设计和非线性分析，东南大学博士学位论文，1990.
[8] 石平府，部分预应力混凝土超静定结构的内力重分布和弯矩调幅，东南大学硕士学位论文，1990.
[9] 简斌，对后张有粘结部分预应力混凝土连续梁次内力及内力重分布规律的试验及研究，重庆建筑大学博士学位论文，1999.
[10] 孙新敏，跨间竖向荷载作用下预应力框架内力重分布的试验研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[11] 屈凯锋，竖向及水平荷载作用下后张预应力框架的试验研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[12] 房贞政，无粘结预应力混凝土连续梁的试验研究，福州大学.
[13] 白生翔，后张法预应力混凝土结构构件设计方法中的几个问题，中国建筑科学研究院结构研究所，1998.4.
[14] ACI Committee 318, Building Code Requirement for Structural Concrete(318-95) and Commentary(318R-95)
[15] T.Y. Lin and K. Thornton, Secondary Moment Redistribution in Continuous Prestressed Concrete Beams, PCI Journal, 1972, Vol.17, No.1, p8-20.
[16] M.Z.Cohn、F.ASCE and Y.Frostig, Inelastic Behavior of Continuous Prestressed Concrete Beams, Journal of structural Engineering, Vol.109, No.10, October, 1983.
[17] Peter J. Wyche、Judith G. Uren and Grame C. Reynolds, Interaction Between Prestress Secondary Moments, Moment Redistribution, and Ductility. Atreatise on the Australian Concrete Codes, ACI Structural Journal, 1992, Vol.89, No.1, p57-70.
[18] Alex C.Scordells,Computer Models for Nonliner Analysis of Reinforced and Prestressed Concrete Structures, PCI Journal, November-December 1992.
[19] T.I. Campbell and A.Moucession, Prediction of the Load Capacity of Two-span Continuous Prestressed Concrete Beams, PCI Journal, 1988, Vol.33, No.2, p130-151.
[20] T.I. Campbell and Venkatesh Kumar R.Kodur, Deformation Controlled Nonliner Analysis of Prestressed Concrete Continuous Beams, PCI Journal, September-Octorber 1990.
[21] Venkatesh Kumar R. Kodur and T.I. Campbell, Evaluation of Moment Redistribution in A Two-span Continuous Prestressed Concrete Beam, ACI Structural Journal, 1996, Vol.93, No.6, p721-728.
[22] 孙海、黄鼎业，预应力混凝土非线性有限元分析，住宅科技，1999.9.
[23] 周朝阳、罗小勇、余志武，无粘结预应力混凝土框架非线性分析，建筑结构学报,1999.8，Vol.20, No.4.
[24] 胡文发、黄鼎业，预应力混凝土框架结构的非线性分析，山东建筑工程学院学报,1999.12，Vol.14, No.4.
[25] 吴晓涵、吕西林，外张预应力钢筋混凝土结构非线性有限元分析，建筑结构学报,2001.10，Vol.22, No.5.
[26] 方德平、林雨生，部分预应力混凝土连续梁的弯矩-曲率分析法，华侨大学学报,1996.7，Vol.17, No.3.
[27] M.Z.Cohn，《Partial Prestressing，From Theory to Practice》，Vol.1，Survey Reports.
[28] CEB欧洲国际混凝土委员会, 中国建筑科学研究院结构所规范室译，1990CEB-FIP模式规范（混凝土结构），1991.
[29] 中华人民共和国国家标准, 混凝土结构设计规范（GBJ 10-89），中国建筑工业出版社，1989.
[30] 中华人民共和国国家标准, 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002），中国建筑工业出版社，2002.
[31] 中国土木工程学会等编, 部分预应力混凝土结构设计建议，中国铁道出版社，1985.
[32] 中华人民共和国行业标准, 无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ/T 92-93），中国计划出版社，1993.
[33] 中华人民共和国行业标准, 预应力混凝土结构抗震设计规程（2001征求意见稿），北京，2001.
[34] 陈平友，后张有粘结预应力混凝土框架次弯矩和内力重分布的研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[35] 荣维生，浅谈支撑体系对预应力建立的影响，世纪之交的预应力新技术，专利文献出版社，1998．
[36] Naaman、A.E.、Harajli、M.H.、Wight、J.K.，Analysis of Ductility in Partially Prestressed Concrete Flexural Members，PCI Journal, Vol.31，No.3，May-June 1986.
[37] 中国工程建设标准化协会标准, 钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程
（CECS 51:93），中国计划出版社，1994.
[38] 顾祥林、孙飞飞, 混凝土结构的计算机仿真，同济大学出版社，2002.
[39] 方德平，预应力混凝土梁截面的预应力度与弯曲延性分析，华侨大学学报,1995.7，Vol.16, No.3.
[40] 朱伯龙、董振祥，钢筋混凝土非线性分析，上海，同济大学出版社,1985.
[41] 吕西林、金国芳、吴晓涵，钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用，同济大学出版社,1997.
[42] Carl Berwanger，Effect of axial load on the moment-curvature relationship of reinforced concrete members，Reinforced Concrete Columns American Concrete Institute Publication SP-50，1975.
[43] University of Waterloo，Symposium on Inelasticity and Non-Linearity In Structural Concrete，1972.
[44] 陶学康主编，后张预应力混凝土设计手册，中国建筑工业出版社,1996.
[45] 吴德伦主编，结构力学·上册，重庆大学出版社,1994.
[2] 天津大学、同济大学、东南大学主编，混凝土结构·上册，北京，中国建筑工业出版社，1994.
[3] 吕志涛、孟少平，现代预应力设计，北京，中国建筑工业出版社，1998.
[4] 杜拱辰，现代预应力混凝土结构，北京，中国建筑工业出版社，1988.
[5] [苏联]戈略诺夫著，马嗣昭、杨锦礼，预应力钢筋混凝土超静定结构计算，中国工业出版社，1965.
[6] 天津大学、同济大学等主编，钢筋混凝土结构，中国建筑工业出版社，1980.
[7] 杨建明，部分预应力混凝土框架结构设计和非线性分析，东南大学博士学位论文，1990.
[8] 石平府，部分预应力混凝土超静定结构的内力重分布和弯矩调幅，东南大学硕士学位论文，1990.
[9] 简斌，对后张有粘结部分预应力混凝土连续梁次内力及内力重分布规律的试验及研究，重庆建筑大学博士学位论文，1999.
[10] 孙新敏，跨间竖向荷载作用下预应力框架内力重分布的试验研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[11] 屈凯锋，竖向及水平荷载作用下后张预应力框架的试验研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[12] 房贞政，无粘结预应力混凝土连续梁的试验研究，福州大学.
[13] 白生翔，后张法预应力混凝土结构构件设计方法中的几个问题，中国建筑科学研究院结构研究所，1998.4.
[14] ACI Committee 318, Building Code Requirement for Structural Concrete(318-95) and Commentary(318R-95)
[15] T.Y. Lin and K. Thornton, Secondary Moment Redistribution in Continuous Prestressed Concrete Beams, PCI Journal, 1972, Vol.17, No.1, p8-20.
[16] M.Z.Cohn、F.ASCE and Y.Frostig, Inelastic Behavior of Continuous Prestressed Concrete Beams, Journal of structural Engineering, Vol.109, No.10, October, 1983.
[17] Peter J. Wyche、Judith G. Uren and Grame C. Reynolds, Interaction Between Prestress Secondary Moments, Moment Redistribution, and Ductility. Atreatise on the Australian Concrete Codes, ACI Structural Journal, 1992, Vol.89, No.1, p57-70.
[18] Alex C.Scordells,Computer Models for Nonliner Analysis of Reinforced and Prestressed Concrete Structures, PCI Journal, November-December 1992.
[19] T.I. Campbell and A.Moucession, Prediction of the Load Capacity of Two-span Continuous Prestressed Concrete Beams, PCI Journal, 1988, Vol.33, No.2, p130-151.
[20] T.I. Campbell and Venkatesh Kumar R.Kodur, Deformation Controlled Nonliner Analysis of Prestressed Concrete Continuous Beams, PCI Journal, September-Octorber 1990.
[21] Venkatesh Kumar R. Kodur and T.I. Campbell, Evaluation of Moment Redistribution in A Two-span Continuous Prestressed Concrete Beam, ACI Structural Journal, 1996, Vol.93, No.6, p721-728.
[22] 孙海、黄鼎业，预应力混凝土非线性有限元分析，住宅科技，1999.9.
[23] 周朝阳、罗小勇、余志武，无粘结预应力混凝土框架非线性分析，建筑结构学报,1999.8，Vol.20, No.4.
[24] 胡文发、黄鼎业，预应力混凝土框架结构的非线性分析，山东建筑工程学院学报,1999.12，Vol.14, No.4.
[25] 吴晓涵、吕西林，外张预应力钢筋混凝土结构非线性有限元分析，建筑结构学报,2001.10，Vol.22, No.5.
[26] 方德平、林雨生，部分预应力混凝土连续梁的弯矩-曲率分析法，华侨大学学报,1996.7，Vol.17, No.3.
[27] M.Z.Cohn，《Partial Prestressing，From Theory to Practice》，Vol.1，Survey Reports.
[28] CEB欧洲国际混凝土委员会, 中国建筑科学研究院结构所规范室译，1990CEB-FIP模式规范（混凝土结构），1991.
[29] 中华人民共和国国家标准, 混凝土结构设计规范（GBJ 10-89），中国建筑工业出版社，1989.
[30] 中华人民共和国国家标准, 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002），中国建筑工业出版社，2002.
[31] 中国土木工程学会等编, 部分预应力混凝土结构设计建议，中国铁道出版社，1985.
[32] 中华人民共和国行业标准, 无粘结预应力混凝土结构技术规程（JGJ/T 92-93），中国计划出版社，1993.
[33] 中华人民共和国行业标准, 预应力混凝土结构抗震设计规程（2001征求意见稿），北京，2001.
[34] 陈平友，后张有粘结预应力混凝土框架次弯矩和内力重分布的研究，重庆大学硕士学位论文，2002.
[35] 荣维生，浅谈支撑体系对预应力建立的影响，世纪之交的预应力新技术，专利文献出版社，1998．
[36] Naaman、A.E.、Harajli、M.H.、Wight、J.K.，Analysis of Ductility in Partially Prestressed Concrete Flexural Members，PCI Journal, Vol.31，No.3，May-June 1986.
[37] 中国工程建设标准化协会标准, 钢筋混凝土连续梁和框架考虑内力重分布设计规程
（CECS 51:93），中国计划出版社，1994.
[38] 顾祥林、孙飞飞, 混凝土结构的计算机仿真，同济大学出版社，2002.
[39] 方德平，预应力混凝土梁截面的预应力度与弯曲延性分析，华侨大学学报,1995.7，Vol.16, No.3.
[40] 朱伯龙、董振祥，钢筋混凝土非线性分析，上海，同济大学出版社,1985.
[41] 吕西林、金国芳、吴晓涵，钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用，同济大学出版社,1997.
[42] Carl Berwanger，Effect of axial load on the moment-curvature relationship of reinforced concrete members，Reinforced Concrete Columns American Concrete Institute Publication SP-50，1975.
[43] University of Waterloo，Symposium on Inelasticity and Non-Linearity In Structural Concrete，1972.
[44] 陶学康主编，后张预应力混凝土设计手册，中国建筑工业出版社,1996.
[45] 吴德伦主编，结构力学·上册，重庆大学出版社,1994.