施建日 卢伟煌 张善庆 (福建省建筑设计研究院 福州350001)
提要:本文针对福建会堂工程设计实例,介绍了35米跨预应力钢与混凝土组合箱梁的结构设计,同时也简要介绍了其模型试验等情况。实践表明,对大跨度、重载荷之钢与混凝土组合梁施加预应力,是提高其承载能力、刚度、改善其受力性能和降低钢材消耗的有效方法。
关键词:大跨度 预应力 钢与混凝土组合箱梁 设计
Structural design of 35m span PRESTRESSED COMPOSITE STEEL-CONCRETE GIRDERS
Shi Jianri Lu Weihuang Zhang Shanqing (Fujian Architecture Design Institute 350001)
Abstract:Based on the sample of FUJIAN HALL project,the structural design of 35m span prestressed composite steel-concrete girders is introduced in this paper. At the some time, such subjects as ITS model examination etc are briefly discussed. The practice shows that composite steel-concrete girders with long span, over loading are prestressed is to improve its load-carrying capacity, stiffness, mechanical behaviors and to reduce the cost of steel section
Keywords:Long span Prestreesing Composite steel-concrete girder Design
一、前言
钢与混凝土组合梁(本文简称组合梁)是指由钢筋混凝土板和钢梁通过剪力连接件结合成一个整体的受弯构件,它具有强度高、塑性好、刚度大、耐久性和抗疲劳性能好,施工方便,经济适用等优点。近二、三十年来,组合梁已在国外广泛应用于工业与民用建筑中,并取得了很好的效益。而预应力钢与混凝土组合梁(本文简称预应力组合梁)则是在组合梁的基础上发展起来,它以更加良好的受力性能和经济性能受到工程设计人员和业主的重视。这项技术在国外研究、应用已有几十年历史,但我国对预应力组合梁的研究工作才刚刚起步,在工程中的应用,尤其是民用建筑中的应用还很少。
二、工程概况
福建会堂位于福州西湖湖畔,西湖宾馆地界内,环境优美,是我省重点工程项目。本工程总建筑面积为三万七千多平方米,设两层地下室,地上部分由主会堂和五层裙房组成。在主会堂池座上空高22.8米处设有32×35平方米的国际会议厅,该会议厅纵向柱距8米,横向跨度达35米。对35米大跨度框架梁,如采用预制预应力钢筋混凝土箱形梁,经试算,每根梁将达到130多吨,无法吊装施工;如采用普通现浇预应力梁板结构,除不能满足工期要求外,其高空模板支撑费用较大;因此,为保证建筑使用功能,解决施工困难,并满足工程进度要求,经多方设计比较分析,最后选用预应力钢与混凝土组合箱梁,国际会议厅的结构布置如图一。
三、预应力组合箱梁的结构设计
(一)基本原理
预应力组合梁的基本原理是在一般组合梁的受力基础上,进一步在钢梁的受拉侧配置高强度钢索,并施以较大的预拉力,使梁在受荷前产生反向的弯矩与反向挠度,因此对
图一 国际会议厅楼面结构布置图 外荷载所产生的弯矩与挠度起抵消作用,从而进一步提高了组合梁承受外荷载的能力,并减少了组合梁在外荷载作用下的挠度,使预应力组合梁的强度、刚度与经济性等均较一般组合梁有较大提高。 |
图二 钢梁截面示意图 图三 钢梁组合截面示意图
表1:钢梁不同受力方式的比较 |
比较项目 钢梁受力方式 | 使用阶段钢梁 跨中挠度(mm) | 使用阶段钢梁跨中截面 上(下)翼缘应力(N/mm2) |
普通钢梁 | 99.68 | -227.08(227.08) |
预应力钢梁 | 83.07 | -218.19(177.75) |
普通钢与混凝土组合梁 | 79.91 | -156.49(205.17) |
预应力钢与混凝土组合梁 | 63.30 | -147.60(155.85) |
由表中计算可知:由于施加了预应力,不仅大大减少使用阶段梁的挠度,而且由于高强预应力索参与共同工作,因而提高了承载能力。其中,以预应力组合梁的受力性能为最佳。 四、模型梁试验简介 由于目前我国尚无有关预应力组合梁的规范,国外资料也只是针对某些问题的著述,而35米大跨度预应力组合梁在我省建筑工程中的应用尚属首次,因此,为验证这一新结构的设计理论,保证施工质量,并为该结构设计、施工提供更充分的技术参数,省建委还成立了专项课题攻关项目,由我院与福州大学土建系联合承担了本工程35米跨预应力组合箱梁的模型试验。 模型梁按实际结构的1:5设计,为便于单梁的实验,没有考虑次梁的有利作用;混凝土翼板比例略大,宽400mm(两边出钢梁上翼缘钢板各100mm),厚34mm;配4束7?5钢铰线预应力筋。加载试验采用两三分点集中力加载,使模型梁产生的弯矩形状最接近于均布荷载产生的弯矩图,同时又获得最大剪应力。加载装置见照片一。 |
照片一 模型梁加载装置 |
照片二 模型梁钢筋混凝土翼板被压碎的情形
参考文献
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