Test and Finite Element Analysis of Prestressed Concrete Frame Structure with Long Span

摘要

当今的建筑业,随着开发商和业主对大跨度空间结构的高层办公楼和住宅建筑受到的需求的增多,大跨度预应力混凝土梁结构也越来越多。这种混凝土的结构形式因为较低的材料费用、取材方便、无柱空间结构的跨度布置灵活、施工进度快以及噪音和相关振动性能的良好表现使得它成为一种高效优质的选择。
　　 当预应力混凝土梁的跨度超过40米,其正常使用极限状态变得非常重要。在许多情况下,它会成为极限控制状态,不同于通常设计的以承载力极限状态情况作为控制状态。随着预应力混凝土结构在满足建筑正常使用功能时,结构开间和梁的跨度更大的情况变得越来越普遍,准确地计算分析的结构的反拱和挠度曲线及就变得非常重要。
　　 本文以两个长达40米跨度预应力混凝土框架结构的武汉东湖会议中心大楼为的工程背景,对结构反拱和挠度进行了全面的分析研究。在施加预应力阶段进行了预应力损失的测试,以及沿梁长度的方向多个点位的挠度监测。对预应力梁的拉伸值、预加力作用下的变形和纵向收缩开裂进行了监测,并进行了挠度的测量。为获得准确的挠度值,采用了应变传感器进行了相应的挠度测试。在梁下部设有脚手架支撑钢柱的传感器,用于监测其应变的主要仪器是振弦式应变传感器。应变测试的主要目的是在数量上间接确定应力及其变化。应力的改变由应变的改变量乘以它对应的弹性模量。
　　 本文采用SAP2000,这是一个被高度认可,且可靠的商用有限元建模软件。采用该软件对两榀框架梁在施加预应力和正常使用阶段的性能进行了模拟。在每一个测点上,结构的变形曲线(短期的反拱效应)和测试结果符合较好,也证实了有限元建模方法的可行性。考虑预应力混凝土框架梁的长期损失参数比如:徐变、收缩和应力松弛,还包括板和梁上方墙上的恒载,两个梁在正常使用状态下分别分析得出2＃梁上的跨中挠度是77mm;6号梁上的跨中挠度是92mm。分析结果表明这两根框架梁,其预应力筋的张力的减少分别导致2＃号梁挠度增加28.2％,对于6＃梁挠度则增加23%。有限单元法所获得的框架梁挠度也符合规范对梁挠度的限制要求。
　　 最后,本文论述了现场施工过程相关的一些影响因素,例如;对预应力筋束线形的偏差、浇筑、振捣和混凝土的养护情况均可能影响到反拱和挠度曲线,从而得出了一些有效的结论,同时也指出了将来有待解决的一些问题。