局部预应力筋加固混凝土框架梁的内力计算

煤炭　工程　２００８年第ｌ１期　局部预应力筋加固混凝土框架梁的内力计算　韩应军　（１．河南理工大学高职学院，河南焦作４５４０００；２．河南工程技术学校，河南焦作４５４０００）　摘要：针对局部预应力筋加固混凝土框架梁内力，可采用结构力学方法进行计算分析。通　过对单跨、双跨框架在不同部位张拉预应力筋时的内力计算，得出了加固结构不同截面时框架梁　支座截面产生的主、次弯矩及综合弯矩的计算表达式，在此基础上进一步分析了预应力筋位置和　支座负弯矩的关系，给出了优化布筋方案，所得出的结论可以作为局部预应力筋加固混凝土框架　梁内力计算的依据。　关键词：局部预应力筋；加固；框架　中图分类号：ＴＵ３７８　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０９５９（２００８）ｌ１—００８８－０３　钢筋混凝土框架是一种常见的结构类型，在使用的过　筋加固可有效避免全跨张拉所出现的不利情况。而且实际　程中，由于使用不当、年久失修、功能改变、设计缺陷或　工程中，大部分情况下，构件也只是局部裂缝较大，不满　施工质量低劣，引起承载力不足、变形过大等问题，需要　足功能要求。因此本文针对局部预应力筋加固单跨混凝土　对结构进行鉴定加固。体外预应力筋张拉常用于框架梁的　框架，内力进行了计算分析，其结果可直接用于实际工程　加固，以调整梁的变形和修复裂缝等。目前用的较为普遍　结构加固设计。　的是沿整个构件施加预应力，如沿框架梁布置直线或曲线　预应力筋　。Ｊ，但是采用全跨张拉方法加固跨中时，会使　１　内力分析及基本假定　支座负弯矩增大，加固支座时会对跨中弯矩产生不利影响，　局部施加预应力的方法和全跨施加预应力筋方法基本　尤其是折线筋的转折点处，易使构件产生应力集中，同时　相同。由于本文仅讨论其内力计算，其张拉方法和相应的　从经济的角度考虑，全跨张拉也不够经济　Ｊ。局部预应力　预应力损失不作为本文讨论的内容。　气的生成曲线形成一个波峰。并且随着恒温时间的延长，　煤泥水的氢气产量也有明显的增加。在相同的温度段内，　参考文献：　恒温时的氢气产量要比线性升温时的氢气产量有大幅度的　詹传鑫，舒新前，等．煤泥水热解制备氢气的研究［Ｊ］．　提高。　选煤技术，２００７，（３）：７～９．　２）恒温和线性升温条件下甲烷的产量都呈现出随着温　詹传鑫，舒新前，等．煤泥水高效资源化利用的研究［Ｊ］．　度的升高先升后降的趋势。线性升温甲烷的最高值向高温　中国煤炭，２００７，（８）：４５～４６，　端偏移，波型宽而平缓。而恒温条件下，甲烷的最高值相　Ｚｈａｎｇ　Ｌ，Ｚｈａｎｇ　Ｌ，Ｓｈｕ　ＸＱ，ｅｔ　ａ１．Ｌａｋｅｂｅｄ　ｓｌｕｄｇｅ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　比较恒温条件而言向低温端偏移，波峰尖而陡峭。并且随　ｔｏ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｖｉａ　ｃａｔａｌ　ｃ　ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　着恒温时间的增长，最大峰值越接近９００ｏＣ。这种差异体现　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｒｅｓｓ　了恒温时间长短对甲烷产量的影响。　Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，２００７：１３７８～１３８２．　伍天洪，关平．恒温时间对煤热解实验开放性的影响［Ｊ］．　３）线性升温的ＣＯ生成曲线是递增的，而恒温时间条　天然气地球科学，２００７，（２）：９３～９８．　件下，ＣＯ的生成曲线为波峰。两种条件下ＣＯ的生成曲线　谢克昌．煤的结构与反应性［Ｍ］．北京：科学出版社，　会产生这种差异主要是因为线性升温条件下恒温时间太短，　２０ｏ２．　煤泥水没有充分的反应，但是当恒温时间为５、１０、１５ｒａｉｎ　赵融芳，黄伟，常丽萍，等．三种不同煤阶煤的模拟热解实　时由于在每个温度点恒温的时间足够长，煤泥水已经充分　验研究（１）气态产物组成特性及其演化规律［Ｊ］．煤炭转　反应，基本上在到达更高温度点的过程中经过低温范围时　化，２０００，１０．　煤泥水不会再次产生ＣＯ，从而在高温度点得到的ＣＯ产量　郭崇涛．煤化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９２．　基本上代表了低温度点和高温度点之间产生的ＣＯ。　（责任编辑赵巧芝）　收稿日期：２００８—０７—０７　作者简介：韩应军（１９６４一），男，河南洛阳人，硕士、高级讲师、国家一级注册结构工程师，河南省学术技术带头　人，现从事建筑结构的教学与科研工作。　８８　２００８年第１　１期　煤Ａ炭工程　静定结构施加预应力时，梁产生一个外加弯矩，只影　则会引起附加支座反力即次反力，并在超静定结构中产生　３）使截面内部受拉的弯矩为正，外部受拉的弯矩　４）杆段轴线为直线。　５）框架的计算跨度取柱中心线之间的距离。　响梁本身截面应力变化，但对超静定结构施加预应力时，　为负。　］●●　－＿●一１　附加次弯矩。次弯矩（　）是指预应力主弯矩（　）所产生的　变形受到约束而引起的弯矩，因此在超静定预应力混凝土　结构中，由预加力在截面上引起的全部弯矩称为综合弯矩　（　），由主弯矩和次弯矩组成。在对该结构形式进行内力　分析时，为简化计算，作如下假定：　２局部张拉预应力筋加固单跨框架梁跨中截面的　次弯矩计算分析　２．１框架梁布筋图　局部张拉预应力筋加固框架梁跨中截面布筋如图１（ａ）　１）构件为等截面，且梁不考虑轴力影响，局部预应力　加固后，截面抗弯刚度均为　。　２）同一构件上预应力筋各点有效预应力值均为Ⅳｎ。　所示，预应力筋位置从边支座向跨中布置　Ｌ　到　Ｌ　，至　截面形心偏心距为ｅ　。　（ａ）布筋图　（ｂ）Ｍｔ图（加固跨中）　（ｃ）基本结构图　图１钢筋混凝土框架局部预应力筋加固内力分析图　２．２次弯矩计算分析　局部张拉预应力筋后的有效预压力ＮＰ在跨中截面产生　的主弯矩为Ｍ。＝一Ｎｐｅ　；此时在支座截面产生的次弯矩可　用结构力学的方法求得。图１（Ｃ）即为其力法计算简图，由　此可得固定端的次弯矩：　＝　将使支座负弯矩减小，所以其跨中预应力筋在不伸入　支座情况下，支座综合弯矩产生有利的正弯矩影响。　２）当　ｌ＝０，　２＝１时，由Ｍ。＝Ｍｔ＋　得：　一　Ⅳｐ　＜０　（４）　将使支座负弯矩增大，对支座不利，此即为全线预应　力筋加固方法。　Ⅳ。ｅｂ　（１）　¨一　二　！刍　ｎ＾ｓ一　！二　二　二竺！　（　＋　）（Ｌｌ＋１　）　３局部预应力筋加固两跨框架梁时的次弯矩计算　分析　Ⅳｐｅｂ　式中　、ｄ　——长度系数；　主弯矩，ｋＮ・ｍ；　次弯矩，ｋＮ・ｍ；　（２）　３．１跨中施加预应力时的弯矩分析　局部预应力筋加固两跨框架梁跨中截面布筋如图２（ａ）　ｅｂ——局部张拉预应力筋至截面形心偏心距，ｍ　．————所示为简化计算，两跨采用对称于中柱轴线布筋方式，局　部张拉预应力筋后的有效预压力Ⅳｎ在跨中截面产生的主弯　Ⅳ。——同一构件上预应力筋各点有效预应力值，ｋＮ。　矩为Ｍ　＝一Ⅳｎｅ　，同样用力法可计算Ａ、Ｂ支座次弯矩　如下：　２．３预应力筋位置的影响分析　竖向荷载作用下的框架梁截面承受负弯矩（截面上部受　肘懈＝　［４—３（　ｚ—　）］（　ｚ—　－）Ⅳ　ｅ　（５）　［。（　）（２三　＋　）一４　］　（６）　拉），采用跨中局部张拉预应力方法时，可做到对固定端梁　截面不产生不利影响，即综合弯矩为正（Ｍ。＞０）。实际工　程中应用更多的是对称布筋，即　＋　：＝１，现就对称布筋　做如下讨论：　ｓ　（ｄ２一ａ１）Ｎｐｅｂ　１）若　＞０，　＜１时，支座处综合弯矩等于次弯矩：　＝３．２预应力筋位置的影响分析　１）若跨内对称布筋，　ｌ＋　２＝１，　１＝１一　２　①　＞０，ａ：＜１时，支座处综合弯矩等于次弯矩：　８９　＾，　＝｜）ｌｆ　＝　Ⅳ　ｅ　＞０（３）　煤ＭＡ　＝　ｃ　＝　，　＝　炭工程　Ｍ　＝　＝　２００８年第１　１期　［３（２　ｚ一１）（２，Ｊ－＋　ｚ）一４　－］　（２ａｚ—１）Ｎｐｅｂ　（８）　Ｌｌ［４～３（２ｃＹ：一１）］　（７）　（２ａ　一１）Ｎｐｅ　匝　区互『＿—］　Ｂ　广　ｒ—　互口　Ｂ　￡１　。　ｌ　（ａ）布筋图　（ｂ）汁算简图　匦　Ｌ＿＿１　Ｂ　（ｃ）Ｍｔ　（ｄ）基本结构　图２钢筋混凝土框架局部预应力筋加固布筋图　由式（７）可得，当　：＞÷时ＭＡＢＰ＝　＞０，即预应力　筋从边支座向内延伸长度大于０．５Ｌ时将产生有利于边支座　负弯矩的影响。　ＡＢＰ＝　ＡＢｓ＝一寺，ｖＤｅｂ＜０　１　ＢＡ５　寺Ｎｐｅｂ＞０　由式（８）可得，当　：＞　ＭＢＡＰ＞０，可减小内支座负弯矩，对内支座有利。　＋吉或　＜÷时　４（９）　预应力筋伸入支座对边支座不利，而对内支座有利。　结语　②　＝０，　：＝１时，支座处综合弯矩等于次弯矩：　＝　＝一　文章推导了局部预应力筋加固单、双跨混凝土框架梁　情况下截面的次弯矩问题，分析了局部张拉预应力筋位置　＿Ⅳｐｅ　＜０　与支座弯矩的关系。给出了使支座截面产生的综合弯矩为　正弯矩时的预应力筋优化布置方案。文章所得出的结论可　以作为局部预应力筋加固单、双跨混凝土框架梁内力计算　的依据。局部预应力筋加固构件的计算方法也可以推广到　全跨张拉，因而弥补了原计算方法的缺陷（即没有考虑可能　需要的局部张拉），完善了体外预应力筋加固构件的计算方　法。　寺　ｅ　＞０利。　（１０）　所以预应力筋伸入支座对边支座不利，对中间支座有　２）若Ｌｌ＝Ｌ２　①　．＞０，　：＜１时，支座处综合弯矩等于次弯矩：　ＭＡＢＰ＝ＭｃＢｐ＝ＭＡＢｓ＝－￣－［４—３（　２一　１）］　（　２一ｄ１）Ｎｐｅｂ＞０　（１１）　参考文献：　［１］　刘航，李晨光．体外预应力加固混凝土框架梁的试验研究　［Ｊ］．建筑技术，１９９９，３０（１２）：８５５～８５７．　［２］　李晨光，刘航．体外预应力技术在工程加固改造中的应用　［Ｊ］．施工技术，１９９９，２８（２）：３Ｏ～３２．　只要预应力筋不深入支座，预应力局部加固均能产生　有利于端支座负弯矩的影响。　ＭＢ　＝　一［９（　ｚ—　）一４］（　ｚ一　－）Ⅳｐ　（１２）　［３］　熊学玉．体外预应力结构设计［Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社，２ｏ０５．　由式（１２）可知，当　：＞—｝＋　时，ＭＢＡＰ＞０将产生有　利于内支座负弯矩影响。　②　ｌ＝０，　２＝１时：　９０　［４］　王新玲，曹双寅．局部张拉预应力筋加固混凝土超静定梁的　内力计算［ｊ］．东南大学学报，２００３，３４（１）：８９～９１．　（责任编辑章新敏）