谈谈大跨度无粘结预应力砼转换桁架的有限元分析|桁架式结构

来源:高等教育 发布时间:2019-04-06 06:21:41 点击:

  由于结构转换层承托着上部结构巨大垂直荷载,又处于内力状态与边界条件都很复杂的建筑物底部,是整个结构的关键受力部位,而且如何充分利用该层位的建筑空间,亦对结构转换层的形式选择与结构设计提出了更高要求。因此“转换层”这个课题已成为多高层建筑结构研究工作的重点之一。
  在优化结构设计的基础上采用有限元方法进行结构分析,这样就提出了选择无粘结预应力砼技术设计桁架杆件截面的问题。在施工中考虑分批择期张拉预应力筋工艺,在现场跟踪检测桁架杆件关键受力部位的应力状态,以便于与设计方案相互认证。目前,这两项研究成果在同类工程建设中尚未同时采用。所以,本文的研究是为实现建筑设计方案创造必要条件。其成果以现行建筑结构设计规范为准则,按照合理正确的方法对结构进行受力分析,应用于多、高层结构中的转换层,确保结构安全、可靠,经济、适用。从结构形式的确定到结构实现过程采用优选的技术与方法,针对多、高层建筑对底层大空间多使用功能越来越多的要求,本成果可为同类工程提供借鉴,具有广泛的推广前景。
  一、结构分析的有限元方法
  1.结构形式的确定。
  第一方案为钢结构桁架形式。
  该方案存在两个问题:其一,由于结构对称荷载不对称,桁架杆件受力不均匀,下弦杆最大轴力为4873KN,最小轴力为0,截面选择比较困难。其二,整个桁架受力后跨中最终挠度为53mm。在施工过程中其上部砼构件的变形不易控制,容易开裂,保证不了施工质量。
  第二方案为钢筋砼框桁架形式。
  该方案也是存在两个问题:其一为左端与三层框架相连增加了一根斜杆,虽然对结构有利,但建筑凸起的结构形式不好处理,影响美观。其二是上部框架中柱传给右端斜杆内力太大,杆件长度近10m,钢筋砼压杆按隐定设计截面较大,与整个桁架截面不协调,既浪费材料也影响整体结构的美观。
  第三方案为无粘结预应力砼桁架形式。
  该方案从根本上解决了前两个方案存在的问题。结构形式有利于建筑结构布局,桁架杆件受力明确、合理;特别是施加预应力后,构件传力途径清楚,结构可靠性有保证,采用这种转换桁架的结构形式既可节约建筑材料,还能保证整体结构的美观。
  2.梁模型的有限元分析。
  为了初步确定桁架的计算模型,我们可根据已完成的结构布置,仍选择同跨度,截面宽度与桁架杆件厚度相同的整根大梁为力学模型。采用PKPM系列软件中的PMSAP程序进行梁的有限元分析,采用桁架模型受力合理,而且节约材料,相当于从梁截面中挖掉基本处于零应力状态很大区域的砼。在此应力迹线分布的基础上,考虑结构布置,可初步确定桁架上、下弦杆的截面尺寸分别为1000*1000mm,1000*1350mm。斜杆与弦杆的形心线交点的位置分别定在上、下弦杆的上表面。这样的考虑也基于应力图,有利于缓解上弦上表面柱根处压应力集中,下弦下表面拉应力集中的现象。
  3.桁架模型的有限元分析。
  梁模型分析为桁架各杆件初定了截面尺寸之后,桁架模型的有限元分析主要解决各杆件的内力。桁架模型有限元分析结论为:
  (1)拉压杆件受力进一步明确,并验证由梁模型到桁架模型的分析方法正确。
  (2)选择斜杆与弦杆的交界位置确实缓解了应力集中问题。
  (3)下弦杆与斜杆交界处仍存在应力集中问题,尚待节点设计予以考虑。
  4.有限元分析过程由应力到内力的计算方法。
  如果已知某一截面上的几点应力,以截面上两点之间的直线来分析应力分布,显然截面分得越细精度就越高。有了应力分布,内力就可按下式求出,截面被划分了n段,对第i段有:
  Ni=1/2(σi+σi+1)tib(1)
  M1i=1/3(σi+1-σi)t2ib(2)
  考虑该段轴力Ni对截面形心的弯矩有:
  M2i=Ni[1/2h-(1/2ti+Σti)] (3)
  对截面上的剪力,可以同轴力一样求得:
  Vi=1/2(τi+τi+1)tib(4)
  最终求得截面上的内力为:
  N=ΣNi(5)
  M=Σ(M1i+ M2i) (6)
  V=ΣVi (7)
  5.结构分析提出的问题。
  (1)桁架下弦杆中间节间拉力最大,钢筋砼结构受拉构件很难保证抗裂要求。
  (2)桁架斜杆W形两边均为受拉杆件,其拉力也较大,同样采用钢筋砼构件设计困难。
  (3)桁架上、下弦杆分别承受三层与二层楼面板传来的荷截,杆件弯矩剪力都很大,应按拉弯构件设计。
  (4)由桁架变形曲线可知下弦对两边柱有水平推力,使两边柱产生侧移,因此要对下弦全长施加预应力。
  二、结构施工
  1.无粘结预应力钢绞线张拉工艺。
  (1)张拉顺序。
  转换桁架的下、上弦杆分别与二、三层楼面板相连,浇注砼的顺序显然是从下往上,由于不是连续浇注,下弦杆与上弦杆强度增长有两周左右的时间差,因此不能一次张拉完全部预应力筋,亦应按浇注砼的顺序确定张拉钢筋的顺序,即,先张拉下弦杆再张拉斜杆后张拉上弦杆。
  (2)张拉方法。
  对某一杆件采用对称张拉,为减少由于下弦杆反拱对斜杆产生附加应力,采取分批择期张拉的办法。转换桁架上部楼层施工到二层结束时张拉全部钢筋的1/3,此后每增加一层再张拉1/3。
  (3)锚固端处理。
  锚固端处于非预应力筋密集部位,不能做成群锚板的做成单锚板,这样有利于分散布置在合理部位。斜杆锚固端做在下弦杆预应力钢绞线的下部,上弦杆非预应力主受力筋的上部。为保证有足够的可靠传力,锚固端与张拉端锚板均与钢绞线垂直布放。
  2.其它有关技术措施。
  (1)模板支撑。
  由于桁架本身自重就比较大,上部框架梁板还要至少施工到四层时,才可考虑桁架拆模。这样在考虑下弦底模支撑时,就要根据计算决定支撑构件的截面。
  (2)桁架节点处施工技术要点。
  桁架节点处钢筋密集,浇注砼时采用小粒径骨料合理匹配,严控配比。节点部位砼强度等级为C45,其余部位为C40。下弦杆的体积较大,振捣时必须采用3根插入式振捣棒阶梯式前进振捣,以确保砼浇注质量与振捣质量。
  

推荐访问:桁架 预应力 粘结 谈谈
上一篇:[古城矿选煤厂技术改造设计简介]阳泉三矿选煤厂
下一篇:最后一页

Copyright @ 2013 - 2018 四八文档网-文档下载,办公室文档软件 All Rights Reserved

四八文档网-文档下载,办公室文档软件 版权所有 沪ICP备09019570号-4