考虑次轴力影响的预应力混凝土框架设计方法初步研究

摘要

预应力混凝土框架结构在国内外工程中得到了广泛的应用，但对次内力及内力重分布的研究仍有些遗留问题有待进一步解决，对我国规范考虑次弯矩的调幅公式进行验证，特别是对次轴力问题展开研究具有及其重要的意义。
　　本文的主要研究内容为依据我国《混凝土结构设计规范》GB50010-2010规定的预应力梁端弯矩调幅公式设计预应力混凝土框架，应用有限元分析软件OpenSEES进行非线性分析。基于上述算例分析，验证我国规范调幅公式的合理性；研究次内力对预应力混凝土框架受力性能的影响；分析预应力混凝土框架设计中是否需要考虑次轴力的作用，以及如何考虑的问题；初步提出考虑次轴力影响的截面承载力计算公式。最后得出以下主要结论：
　　①基于我国规范调幅公式设计的预应力混凝土框架，其极限荷载、梁端弯矩实际调幅能力、相对受压区高度以及延性均能满足要求，验证了我国规范关于预应力混凝土框架梁端弯矩调幅公式的合理性。
　　②对比有次内力与人为消除次内力的单层多跨预应力框架受力性能，结果表明其在极限荷载和弯矩调幅能力存在较明显的差异，有次内力模型能够承受更大的极限荷载，具有更大的弯矩调幅能力。对比两模型的荷载轴力曲线，表明在施加外荷载之前，有次内力模型与消除次内力模型梁轴力分别以次轴力和零为起点，随外荷载的增加，荷载轴力曲线逐步靠拢，在极限状态时，两者差值大幅度减小。对比两模型支座截面荷载弯矩和弯矩曲率关系曲线，表明在施加外荷载之前，有次内力模型与消除次内力模型支座截面弯矩分别以次弯矩和零为起点，对于同一曲率值，前者支座截面弯矩大于后者，且在极限状态时，前者支座截面极限弯矩大于后者支座截面极限弯矩。
　　③对于柱梁线刚度比小于10的普通多层多跨预应力混凝土框架，当轴压比受压大于-0.1，受拉小于0.05时，轴力对预应力梁承载力的影响可忽略不计。
　　④本文算例都表现为底层支座截面破坏，经计算分析，初步得出在极限状态时梁中轴力调幅范围：单层框架破坏时，梁轴力表现为压力，若次轴力与弹性轴力的比值在-0.2到-0.35之间，则其极限状态时的轴力为弹性计算轴力的1.0到1.1倍；多层框架破坏时，底层梁轴力表现为拉力，若次轴力与弹性轴力的比值在0.05到0.15之间，则其极限状态时的轴力为弹性计算轴力的0.12到0.36倍。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 研究现状

1.3 考虑次内力的预应力设计方法探讨

1.4 本文的研究目的及主要研究内容

2 预应力混凝土框架设计

2.1 引言

2.2 基本概况

2.3 预应力混凝土框架配筋设计

2.4 预应力混凝土框架配筋结果

2.5 本章小结

3 预应力框架弯矩调幅规范公式的验证

3.1 引言

3.2 OpenSEES程序简介及参数选取

3.3 破坏准则

3.4 计算结果及分析

3.5 考虑次剪力的斜截面受剪承载力设计方法初步探讨

3.6 本章小结

4 次内力对预应力混凝土框架受力性能影响分析

4.1 引言

4.2 预应力次轴力影响因素分析

4.3 预应力框架受力的第二阶段分析

4.4 次内力对预应力框架梁的影响分析

4.5 本章小结

5 预应力梁轴力对截面承载力影响分析及轴力调幅计算

5.1 预应力梁轴力对截面承载力的影响分析

5.2 轴力调幅初步探讨

5.3 截面承载力计算公式

5.4 本章小结

6 结 语

6.1 本文完成的主要工作

6.2 后续研究工作的展望

致谢

参考文献