地下室预应力混凝土顶板开洞改造相关问题的研究

摘要

室外地面的地下室结构顶板上一般都有一定厚度的覆土层，预应力可以有效地平衡上部覆土荷载，增强混凝土的抗裂性与耐久性，预应力混凝土在地下室结构中得到了广泛应用。因建筑使用功能改变，地下室预应力混凝土顶板开洞改造也越来越多。然而，在地下室顶板开洞改造过程中，覆土荷载变化大，预应力筋需要截断、放张与再张拉，致使结构发生较大的变形和内力重分布，施工难度大，甚至会危及结构的安全。本文以南京市北极阁广场改造工程为背景，对地下室预应力混凝土顶板开洞改造中相关问题进行了探讨，论文的主要工作和结论如下:
　　(1)为研究地下室顶板板内开洞对洞口所在板自身内力和变形的影响，采用荷载平衡法设计了一四周固支预应力混凝土板结构模型。分析了洞口的大小、位置和形状等参数对无粘结预应力混凝土开洞板受力性能的影响;同时分析了预应力混凝土板在开洞过程中预应力筋截断时结构的内力和变形，为结构的安全性保障提供依据。分析结果表明:当开洞较小或者较大时均无需加强板支座处的负弯矩钢筋;板在中部位置开设方形洞口对预应力混凝土板的位移和弯矩影响较小;当洞口较小和较大时，板开洞不用支撑就能保证安全;当洞口大小在中间一定范围时，板开洞需要支撑保证安全。
　　(2)概述了预应力混凝土框架设计方法并给出了相应的设计算例，基于一三层预应力混凝土框架基准模型，分析了1×1、1×3和3×3柱距三种整跨开洞对楼板、梁柱和其他层构件的受力性能的影响。得到如下结论:开洞对相邻跨构件的内力和变形有着明显的影响，而对远跨的影响较小;对地下室一层变形有着一定的影响，而对地下一层内力和地下二层的内力与变形则可以忽略;开洞会大幅度减小在开洞投影区域柱子的轴力，结构在开洞区域呈现开洞后整体位移上抬的现象;某方向开洞跨数会影响结构在另一方向的变形和内力大小。
　　(3)为保证结构在改造过程中的安全，基于3×3柱距开洞模型，分析了次梁无粘结预应力筋的截断对结构构件安全性的影响，结果表明预应力筋截断后需要在相应次梁下设置支撑。对比分析了支撑平面布置方案并探讨了支撑荷载竖向传递方案，分析表明:在次梁跨中下布置支撑方案更有效，支撑对地下室一层内力和变形的影响较大，提出采用竖向接龙或者体外预应力方案传递竖向支撑荷载。
　　最后，基于北极阁广场背景工程，介绍了地下室顶板开洞改造相关施工工艺，主要涉及构件加固、预应力筋放张与重新张拉和支撑系统的搭设等，验证了本文相关研究成果的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 预应力混凝土结构研究现状

1．2．2 楼板和地下室顶板开洞研究现状

1．2．3 预应力混凝土板开洞的研究现状

1．3 北极阁广场改造工程

1．4 存在问题和研究意义

1．5 本文主要研究内容

参考文献

第二章 预应力混凝土板开洞分析研究

2．1 数值模拟概述

2．1．1 ANSYS材料模型和单元类型介绍

2．1．2 ANSYS中预应力的模拟

2．2 等效荷载法

2．3 预应力混凝土板分析模型

2．3．1 基准模型

2．3．2 参数化分析工况

2．4 开洞大小对板性能的影响

2．5 开洞位置对板性能的影响

2．6 开洞形状对板性能的影响

2．7 预应力混凝土板开洞过程中结构安全性分析

2．8 本章小结

参考文献

第三章 地下室预应力混凝土顶板开洞分析研究

3．1 预应力混凝土楼盖设计方法

3．1．1 结构设计流程

3．1．2 预应力作用下内力分析

3．1．3 结构验算

3．1．4 算例

3．2 预应力混凝土地下室结构模型

3．2．1 基准模型

3．2．2 开洞工况

3．3 开洞对本层构件的影响

3．3．1 开洞对楼板性能的影响

3．3．2 开洞对次梁性能的影响

3．3．3 开洞对框架梁性能的影响

3．3．4 开洞对框架柱性能的影响

3．4 开洞对框架其他层的影响

3．4．1 开洞对变形的影响

3．4．2 开洞对内力的影响

3．5 本章小结

参考文献

第四章 地下室预应力混凝土顶板开洞施工安全性分析研究

4．1 预应力筋施工过程

4．2 预应力筋截断对本层构件性能的影响

4．2．1 对楼板性能的影响

4．2．2 对次梁性能的影响

4．2．3 对框架梁性能的影响

4．2．4 对框架柱性能的影响

4．3 预应力筋截断对其他层构件安全的影响

4．4 支撑平面布置方案对比分析

4．4．1 支撑平面布置方案

4．4．2 支撑响应

4．4．3 支撑对结构位移的影响

4．4．4 支撑对结构内力的影响

4．5 支撑荷载竖向传递方案探讨

4．6 本章小结

参考文献

第五章 地下室预应力混凝土顶板开洞施工工艺和应用

5．1 开洞施工流程

5．2 开洞准备

5．2．1 结构构件加固

5．2．2 支撑系统搭设

5．3 开洞过程

5．3．1 预应力筋的截断与放张

5．3．2 剔凿混凝土

5．3．3 预应力筋的重新张拉与锚固

5．4 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 主要工作总结

6．1．1 构件分析层次

6．1．2 结构分析层次

6．1．3 施工过程分析

6．1．4 施工工艺

6．2 展望

作者在攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢