总第６３１期 科技前沿 预应力混凝土结构设计中几个问题的探讨 姜祖明 张玉红 摘（南京实佳基础设施建设开发有限责任公司，江苏省２１０００７） 要：提出对预应力筋的简化计算，分析在不同情况下考虑预应力筋作用的不同方法，建议在建筑利用抗弯预应力筋来承担 部分扭矩来提高材料利用率。 关键词：预应力钢筋混凝土；预应力钢筋； 等效荷栽；偏心距 中图分类号：ＴＵ３７８．０４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—３３１５（２０１０）９－１５５－００１ 现代预应力混凝土结构技术是提高结构的使用功能，节约 １．将预应力的作用全部作为荷栽 ｌ１计算构件在荷载短期（长期）效应组合作用下截面的名义 钢材的重要技术。近年来，预应力混凝土结构在房建、桥梁工程 中得到大力的推广和应用。但混凝土结构是一种较新的结构形 拉应力计算公式为： ６ ｃｔ・ｓ（１）＝Ｍ ｓ（１）／ｗ－（Ｎ Ａ—Ｍ／Ｗ）≤【６】 式，对它的应用时间不长，有些问题的解决还不够完善，因此预 ２）挠动计算公式为： 应力混凝土结构仍是目前土木工程学科中的重要研究对象。 一、等效荷载的简便计算 ｆ＿ｆ外＋ｆ综＜嗍 从以上计算公式可以看出，它们均将预应力的作用全部作 所谓等效荷载，就是用来代替预应力钢筋对结构件作用的 组荷载。等效荷载是预应力混凝土结构计算中一个非常重要 为荷载考虑（各参数带符号计算）。 的参数，它是使荷载平衡法进行初步设计和技术次弯矩的前提。 ２．将预应力全部作为抵抗能力 在进行抗冲切承载力计算时，就是将预应力的作用全部作 现对它们的计算方法加以证明。 一为抵抗能力，其计算表达式为： Ｆ ｌ≤（０．６￡＋Ｏ．１５ ６ｐｃ）ｕｍｈ０ １）预应力钢筋在锚具截面处对构件的作用 式中：Ｆ。——设计局部荷载或设计集中反力； 锚具作用于构件端部的偏心力可简化成沿纵轴方向的轴向 ￡——混凝土轴心抗拉强度设计值； 力Ｎｐ２＝Ｎｐ＂ｃｏｓＡ和横向力Ｎ ＝Ｎ ・ｓｉｎＡ及预加力矩Ｎ ・ｅ（Ｎ 为 ６ ｐｃ一预应力在混凝土中产生的综合平均压应力； 预应力钢筋的有效预拉力），如图１示。由于Ａ一般较小，可近 ｕＩｒｌ一冲切计算周长； 似Ｎｓｐ・ｅｏｓＡ＝Ｎｐ・ＮｐｓｉｎＡ＝Ｎｐ￣ｔｇＡ・Ｎｐ・ｃｏｎＡ・ｅ＝Ｎｐ・ｅ。 ｈｏ＿—啦ｌ的截面有效高度． ２）由预应力钢筋线形改变产生跨间等效荷载 将预应力作用的一部分作为荷载，另一部分作为抵抗能力 曲线形预应力钢筋的等效荷载是通过材料力学中构件在横 ３．向分布荷载作用下Ｍ・Ｖ・ｑ（ｘ１的相互关系求得。其表达式 Ｍ Ｒ＞Ｍ外一Ｍ次； ＶＩｌ＞Ｖ外一Ｖ次 （３） 为： 公式（３）为正截面和斜截面强度计算公式，式中抵抗力Ｍ Ｒ ｆｖＲ）中包括预应力钢筋作用产生的主效应，而次内力则作为荷载 ｄ２Ｍ／ｄｘ２＝ｄＶ／ｄｘ＝ｑ（ｘ） （１） 预应力筋的预拉力对截面重心产生的力矩称为主弯矩，常 效应。因此它们是将预应力作用分两部分分别进行考虑的。 用Ｍ主表示，既Ｍ主＝ＮＰ・ｅ（ｘ），其中ｅ（ｘ）为预应力筋对截面重 通过以上的分析可得，不管是那一种表达式，均应同时考虑 缺一不可。事实上，将预应力钢筋的作用从上 心的偏心矩。若设ＮＰ沿ｃ－ｇ・ｓ（预应力钢筋重心线）不变，则Ｍ 立效应和次效应，主只与线形有关系。因此（１）式又可表示为： 面各式的一侧移到另一侧，则预应力的作用即从荷载效应转为 抵抗能力或由抵抗能力转为荷载效应，但不会改变计算结果，只 ｑ＝ｄ２Ｍ／ｄｘ２＝ｄ２［Ｎｐ．ｅ（ｘ）］ｄｘ２＝Ｎｐ．ｄ２．ｅ（ｘ）ｄｘ￣ （２】 使用公式（２）计算等效荷载数值的前提是应先求出Ｃ・ｇ－ｓ 不过是表达式不同而已。方程，所得荷载的方向与曲线预应力筋开口方向相同。 三、抗扭构件预应力钢筋的布置 对折线形预应力钢筋，它的跨问等效荷载是在折点处的一集 建筑结构中的结件大多为弯、剪构件，因此所配预应力钢筋 中力，如图２所示。它可 的线形应尽可能与小弯距图类似。但有时亦存在弯、剪、扭构件， Ｐ＝Ｎｐ（ｔｇ，Ａｌ十ｔｇＡ２） 如梁、折梁等，当跨度较大时，梁内存在扭距可能还较大，这时若 构件内配有抗弯预应力钢筋，就可以借鉴桥梁中用预应力钢筋 来承担扭距做法。 施工中的具体做法是将粱中受弯预应力钢筋一侧向上移， （ｏ）翱啦力 侪 另一侧向下移，由此配置的预应力钢筋抗弯能力不变。又能抵抗 部分扭距，从而使构件设计更经济合理。至于预应力钢筋哪侧向 １．常用计算方法 Ｎｐ ｔ０＾Ｉ Ｎ口＾ＱＡＩ 一 — Ｉ上移，哪侧向下移，其原理则是使预应力产生的扭距与荷载产生 的扭距方向相反即可。 四、结束语 以上所讲的几点只是本人对预应力结构计算中部分理解， 图１锚具处的预加力和预加矩 图２折线预应力钢筋的等效荷载 有关预应力结构设计的合理性，特别是如何让其有良好的抗震 二、考虑预应力钢筋作用方式 性能及计算过程的简化还有待于进一步研究。 预应力对结构的作用效应，即等效荷载在结构中产生的综 参考文献： 合效应，可表示为主效应与次效应之和。当所作用的结构为静定 杨光明．预应力混凝土的当量的荷栽计算．建筑结构学报１９９７ 结构时，次效应为零。现用的计算方法在预应力进行计算时，不 （５）：２－ＩＩ 同的阶段考虑这一作用方式有所不同，可归纳为以下两种形式。 一１５５—