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动力荷载作用下体外预应力结构设计若干问题分析
来源:    发布时间: 2015-02-12 16:03   743 次浏览   大小:  16px  14px  12px
本文对体外预应力混凝土结构在动力荷载作用下的相关问题进行初步分析,以便对其设计有所帮助。讨论了各种因素对体外预应力混凝土梁振动的影响,并根据国内外对无粘结预应力混凝土结构抗震的研究,尝试对体外预应力混凝土结构抗震性能进行剖析和把握,最后介绍了动力荷载作用下体外预应力结构设计的一些有效措施。
关键词  体外预应力;振动;频率;疲劳;抗震性能;结构设计

熊学玉 王寿生

同济大学预应力研究所



一、前言
  体外预应力作为后张预应力体系的重要分支之一,近年来成为预应力技术的热点。由于体外预应力结构与体内预应力结构在结构构造、设计施工和后期管理上有许多独特的优点,例如钢索在后期管理中容易检查和更换,预应力索布置较容易,混凝土质量容易控制和保证,预应力损失较小等许多体内预应力结构无法比拟的优点,因此在国外已有广泛的发展和运用趋势。如今关于体外预应力结构中各个方面的设计方法在国内也有了很好的成果 [7] ,但关于体外预应力钢束体系在动力荷载作用下的性能研究和评价国内却研究甚少,其中有很多问题尚未解决。本文对体外预应力混凝土结构在动力荷载作用下的相关问题进行初步分析,讨论了各种因素对体外预应力混凝土梁振动的影响,介绍了体外预应力钢筋和锚具的防振动和防疲劳的有效措施,同时根据国内外对无粘结预应力混凝土结构抗震的研究,尝试对体外预应力混凝土结构抗震性能进行剖析和把握,以期能够更好地进行动力荷载作用下体外预应力结构的设计。相信这是一个非常值得关注的课题。 
  体外和体内预应力结构在结构构造上的根本区别就是预应力筋位于混凝土结构的外部,仅在锚固及转向块处可能与结构相连,因此,体外索的应力是由结构的整体变形所决定的;而在体内有粘结预应力结构中,力筋位于混凝土结构的内部,与结构完全粘结,在任意截面处都与结构变形协调,因此力筋的应力是与某个混凝土截面息息相关的。传统上来说,体内预应力筋是不被看作一个单独构件的。而体外筋在混凝土体外,自然成为一个相对于组成结构整体的单独构件,其较体内筋要重要许多。所以在承受动力荷载的体外预应力结构设计中,必须考虑到体外筋与结构是独立振动的,应防止二者共振,而且当体外预应力筋在动力荷载(如车辆等)作用下发生共振时,就易发生锚具的疲劳破坏和转向构件处的预应力筋的弯折疲劳破坏。在地震区时设计还必须考虑采取相应措施,提高体外预应力结构的抗震性能。 

二、 体外预应力梁的振动 
  由于体外筋位于混凝土之外,体外筋通过转向装置和锚固端向混凝土施加预应力并传递加载过程中力的变化;体外线在转向块之间未受到约束,可产生独立于梁的变形和振动。梁和钢绞线的振动是体外预应力梁中一个重要的问题,对梁在承受动力荷载作用时的正常使用有影响,设计时应加以考虑。文献 [4] 采用理论计算、有限元数值计算以及试验研究等三种方法,对体外预应力梁的振动问题进行了研究并相互验证。
  预应力梁除自身振动外,体外钢筋也会产生独立的振动。因此,体外预应力梁的振动涉及两方面的问题:梁的振动和体外钢筋的振动。当二者的振动频率接近,又与外动力荷载频率相差不大时,在承受动力荷载作用时的正常使用过程中,可能会产生共振现象,从而对体外预应力梁的使用造成影响。研究体外预应力梁振动的目的,主要是在进行体外预应力结构设计时,要使梁和体外预应力钢筋的固有频率有一定的差异,同时与外动力荷载的频率不同,防止梁与体外钢筋产生共振,保证体外预应力梁的正常使用……

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