预应力混凝土构件收缩徐变损失及裂缝控制设计研究

论文摘要

预应力混凝土结构应用于建筑工程中已有近100年的历史,已成为当今应用最广泛、最有发展前途的现代结构之一。近年来预应力材料技术,设计计算理论以及施工工艺不断发展,预应力混凝土结构设计计算理论和方法也需要与时俱进。本文主要是对预应力混凝土结构设计中,由于混凝土收缩徐变引起的预应力损失值的计算、预应力混凝土结构正常使用极限状态下的裂缝控制验算方法两个问题进行了研究,并提出了相应的设计建议。主要做了以下几个方面的工作:1)基于线性徐变理论和叠加原理,比较分析收集到的国内外的几种混凝土收缩徐变的通用预测模型,选取精度较高,且适合于设计的EN 1992模型计算混凝土收缩应变和徐变系数终极值,并分别与ACI 209模型的计算结果以及我国交通部新版规范采用MC 90模型的相关计算结果进行比较讨论。根据计算所得混凝土收缩徐变终极值,推导计算混凝土收缩徐变损失值的简化公式。2)结合混凝土结构耐久性设计要求和国内外规范的规定,对保护层厚度较大的情况,讨论并建议了裂缝宽度限值的取值。基于规范裂缝宽度计算公式与开裂截面分析原理,编制程序对各种形式的有粘结部分预应力混凝土梁截面进行计算分析,通过近1000个截面的计算结果,建立名义拉应力限值表,用以简化裂缝控制验算。3)在参考国外文献及相关规范的基础上,分析研究了对应于不同钢筋应力及裂缝宽度限值的钢筋允许最大直径及允许最大间距。提出不直接计算裂缝宽度的裂缝控制验算设计方法。4)以预应力混凝土转换桁架设计方案及所收集的7项工程预应力混凝土截面为例,分析研究了本文研究成果的适用性和效果。5)提出混凝土收缩徐变引起的预应力损失值计算及预应力混凝土结构正常使用极限状态下的裂缝控制验算的设计建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 预应力混凝土结构的发展
• 1.2 预应力混凝土结构的设计理论与方法
• 1.2.1 全预应力混凝土结构与部分预应力混凝土结构
• 1.2.2 预应力混凝土结构的设计
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 混凝土收缩徐变预应力损失值计算现状
• 2.1 引言
• 2.2 混凝土的收缩徐变性能概述
• 2.2.1 收缩
• 2.2.2 徐变
• 2.3 混凝土收缩徐变引起预应力损失的计算理论
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 基于弹性徐变理论的预应力损失值理论计算公式
• 2.3.3 国内外规范简化公式
• 2.3.3.1 国家标准《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2002）
• 2.3.3.2 铁道部规范（TB 10002.3—2005）
• 2.3.3.3 交通部规范（JTG D62—2004）
• 2.3.3.4 美国混凝土学会建议公式
• 2.4 混凝土收缩徐变预测模型
• 2.4.1 影响混凝土收缩徐变的因素
• 2.4.2 混凝土收缩徐变主要预测模型
• 2.4.2.1 概述
• 2.4.2.2 美国混凝土学会（ACI 209R-92）模型
• 2.4.2.3 欧洲规范2（EN 1992）模型
• 2.4.2.4 B-P系列模型
• 2.4.2.5 G-Z模型与GL2000模型
• 2.4.2.6 我国建研院1986模型
• 2.5 现有模型的比较与评述
• 2.6 我国的应用情况
• 2.7 本章小结
• 第3章 混凝土收缩徐变预应力损失值计算的改进
• 3.1 引言
• 3.2 按国外模型计算混凝土收缩徐变终极值
• 3.2.1 按EN 1992模型计算
• 3.2.1.1 EN 1992模型适用条件
• 3.2.1.2 计算条件探讨
• 3.2.1.3 主要计算结果
• 3.2.2 按ACI 209模型计算
• 3.2.3 计算结果的分析与比较
• 3.2.3.1 混凝土收缩徐变随时间发展的分析
• 3.2.3.2 计算结果比较
• 3.3 简化公式推导
• 3.4 本章小结与设计建议
• 3.4.1 本章小结
• 3.4.2 设计建议
• 第4章 国内外规范裂缝控制验算规定的对比研究
• 4.1 引言
• 4.2 国内外规范的裂缝控制规定
• 4.2.1 裂缝控制验算的荷载效应组合
• 4.2.2 混凝土结构设计规范（GB 50010—2002）
• 4.2.3 美国混凝土学会规范（ACI318-95及ACI318-05）
• 4.2.4 欧洲规范2（EN 1992）
• 4.2.5 英国混凝土结构规范（BS 8110）
• 4.3 裂缝宽度计算公式
• 4.3.1 裂缝宽度计算理论
• 4.3.1.1 半理论、半经验公式
• 4.3.1.2 数理统计公式
• 4.3.2 混凝土结构设计规范（GB 50010—2002）
• 4.3.3 国内其他行业规范
• 4.3.4 欧洲规范2（EN 1992）
• 4.3.5 英国混凝土结构规范（BS 8110）
• 4.4 国内外规范裂缝控制验算方法的比较分析
• 4.4.1 裂缝控制验算的内容
• 4.4.2 裂缝控制验算方法的比较
• 4.4.2.1 裂缝宽度限值
• 4.4.2.2 裂缝宽度计算公式
• 4.4.3 各国规范裂缝控制方法的特点和我国规范可能存在的问题
• 4.5 现行规范裂缝控制验算规定修改建议
• 4.5.1 裂缝宽度对混凝土结构耐久性的影响
• 4.5.2 根据保护层厚度调整裂缝宽度限值
• 4.5.3 高强钢筋的应用与裂缝宽度计算公式
• 4.5.4 修改建议
• 第5章 不直接计算裂缝宽度的裂缝控制方法
• 5.1 引言
• 5.2 基于规范裂缝宽度计算公式与开裂截面分析的名义拉应力限值
• 5.2.1 名义拉应力法
• 5.2.2 基于规范公式与开裂截面分析计算名义拉应力限值
• 5.2.2.1 计算原理
• 5.2.2.2 计算示例
• 5.2.3 计算参数
• 5.2.4 计算结果整理
• 5.3 采用构造配筋控制裂缝方法的研究
• 5.3.1 钢筋允许最大直径
• 5.3.2 钢筋允许最大间距
• 5.3.2.1 裂缝宽度与裂缝间距
• 5.3.2.2 ACI规范公式的理论基础
• 5.3.2.3 推导钢筋允许最大间距
• 5.3.3 钢筋构造规定的应用条件
• 5.4 本章小结与设计建议
• 5.4.1 本章小结
• 5.4.2 设计建议
• 5.4.2.1 名义拉应力法
• 5.4.2.2 构造配筋法
• 第6章 北京大厦预应力转换桁架方案设计研究
• 6.1 引言
• 6.2 工程概况和主要设计条件
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 结构设计技术条件
• 6.3 转换结构方案
• 6.4 内力分析与预应力设计
• 6.4.1 计算与分析
• 6.4.1.1 计算模型
• 6.4.1.2 设计难点分析
• 6.4.2 主要设计计算结果
• 6.4.2.1 预应力损失值估算
• 6.4.2.2 裂缝控制验算与预应力配筋
• 6.4.2.3 承载力验算
• 6.4.2.4 挠度验算
• 6.4.2.5 设计结果
• 6.5 方案比较与分析
• 6.5.1 结构性能方面
• 6.5.1.1 结构受力性能
• 6.5.1.2 框架柱约束对预应力构件的影响
• 6.5.1.3 结构的抗裂性能与耐久性
• 6.5.2 经济指标方面
• 6.5.3 施工方面
• 6.5.4 建筑功能方面
• 6.6 本章小结
• 第7章 工程应用分析
• 7.1 北京大厦转换层按允许开裂设计
• 7.2 工程实例验证
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 设计建议
• 8.2.1 收缩徐变预应力损失值计算
• 8.2.2 裂缝控制验算
• 8.2.2.1 名义拉应力法
• 8.2.2.2 构造配筋法
• 8.3 展望
• 参考文献
• 附录A EN 1992、MC 90及ACI 209模型的具体介绍
• 附录B 我国主要城市年平均气温与平均相对湿度
• 附录C 有粘结部分预应力混凝土梁的开裂截面分析方法
• 致谢