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1、PREC软件的功能介绍及其在预应力混凝土结构设计中的应用邵光信中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所建筑工程软件研究所建筑工程软件研究所建筑工程软件研究所内容提要：一、预应力结构设计基本概念介绍；二、PREC软件功能模块介绍；三、PREC软件计算分析的依据及其流程；四、用PREC软件做预应力结构设计应注意的问题；五、结合具体工程介绍如何利用PREC软件做预应力结构设计。一、预应力结构设计基本概念介绍一、预应力结构设计基本概念介绍1、预应力混凝土三种不同概念的理解2、预应力等效荷载相关概念的理解3、预应力次内力概念的理解4、预应力结构设计的内容
2、1、关于理解预应力的三种概念、等效荷载概念 预应力筋对混凝土结构的作用力可以将其分解和简化后视为外荷载考虑。预应力筋引起的等效竖向分布力和水平分力可由预应力筋的曲率和倾角计算确定。预应力筋引起的等效竖向分布力和水平分力一起使混凝土结构保持静力平衡，是自平衡的力系。 将预应力筋的作用力视为外荷载作用在结构上进行分析的方法通常成为等效荷载法。它的概念明确易懂，是目前最常用的概念。1、关于理解预应力的三种概念、强度概念 预应力钢材的抗拉强度约为普通钢筋的四倍，但一般来说价格则不到普通钢筋的四倍。预应力钢材是更经济的材料。但高强钢材不能有效地用于普通钢筋混凝土中，因为钢材的大应变会引起混凝土过大的裂缝
3、宽度，不能满足正常使用状态的要求，导致高强钢材不能完全发挥其强度。 而给混凝土施加预加力后，混凝土和高强预应力钢材可以协同工作至极限破坏状态，从而充分发挥了高强混凝土和预应力钢材的材料强度。1、关于理解预应力的三种概念、弹性概念 通过张拉预应力筋的回弹挤压，使预应力混凝土构件的截面受到某种量值与分布的内压力，以局部或全部抵消使用荷载应力。在被张拉的预应力筋中存在预拉应力。 这种概念把预应力看出是预先施加的永久性内应力，钢材中的拉应力与混凝土中的压应力组成一个自平衡系统。这可以改善结构构件的裂缝和变形性能，从而使构件更趋于一种弹性材料，提高了其耐久性和正常使用性能。2、预应力等效荷载相关概念的理
4、解 将预应力筋的作用力视为外荷载作用在结构上进行分析的方法通常称为等效荷载法。 不同的预应力筋线型对应不同的预应力等效荷载形式。软件会根据布置的预应力筋线型自动计算预应力等效荷载。 这里以简支梁的抛物线型预应力筋为例来说明如何计算预应力等效荷载。 抛物线预应力筋及其等效荷载简图如下图所示。 将坐标原点设在二次抛物线预应力筋的中点，则预应力筋重心的曲线方程为： 由此，得出任一点剪力 由材料力学的概念可知， 我们还可以从前面的图形中推导出如下两个有用的概念：u 保持预应力筋的形状不变，将其相对于梁的重心线上下平行移动，那么该预应力筋对梁横向作用的等效荷载不变，但两端偏心力距将随其偏心距的变动而变化
5、。u 如果仍将预应力筋的形状保持不变，使其一端绕另一端转动。这时我们仍然可以近似的认为横向等效荷载不变，而仅在发生位移的一端产生偏心力矩的变化。我们将简支梁得出的概念推广到连续梁，可以看到连续梁中的预应力筋产生的等效荷载与简支梁是一样的，但是产生了支座反力的变化。这里要注意不等跨连续梁的预应力筋的调整问题。 如果为了平衡相同的荷载，要保持各跨等效荷载p不变，可从两个方面变更预应力筋：一是调整矢高；二是调整预应力筋的数量。 实际工程中的连续梁中的预应力筋曲线不可能是简单而理想化的抛物线尖角连接，而往往是增加一小段反向抛物线来平滑连接。如下图所示。线性变换定义：当连续梁的预应力筋在每一跨内的形状保
6、持不变而在各中间支座处被竖直地上下移动位置，称为线性变换。定理：连续梁的预应力筋重心线的线性变换不影响其等效荷载值。连续梁预应力筋变位前的等效荷载简图连续梁预应力筋变位后的等效荷载简图3、预应力次内力概念的理解 超静定预应力混凝土在预加力作用下，结构因受到强迫的挠曲变形或轴向伸缩变形，而在结构多余约束处产生多余的约束力，从而引起结构附加内力，这部分附加内力一般称为预应力次内力。主弯矩、次弯矩、吻合束、线性转换的概念 主弯矩：预加力在每个截面上对重心轴所产生的弯矩值称为主弯矩。 次弯矩：在超静定结构中，由于多余约束的存在，约束了结构的变形，产生了赘余反力，赘余反力在梁内引起的弯矩值称为次弯矩。
7、主弯矩、次弯矩、吻合束、线性转换的概念吻合束： 应用线形原理，将预应力束筋的重心线转换至压力线上（即把由于次力矩引起的压力线和束筋重心线之间的偏离调整掉），此时可以使预加力的总力矩不变，而次力矩为零。称这种次力矩为零的束筋位置为吻合束位置。吻合束与非吻合束主弯矩、次弯矩、吻合束、线性转换的概念线性转换： 超静定梁中，预加力产生的次弯矩是线形的，由此引起的混凝土压力线和束筋重心线的偏离也是线形的；而混凝土梁的压力线只与束筋的梁端偏心矩和束筋在跨内的形状有关，与束筋在中间支点上的偏心矩无关。由此可见，只要保持束筋在超静定梁中的两端位置不变，保持束筋在跨内的形状不变，只改变束筋在中间支点上的偏心矩，
8、则梁内混凝土压力线不变，亦即主弯矩不变，这称为超静定梁中的预应力束筋的线性转换原则。线性转换图示超静定结构次弯矩的工程意义现代预应力混凝土超静定结构设计需要准确地考虑次弯矩的影响；确切一点讲：、抗裂计算时，应考虑综合弯矩Mp，它是主弯矩M1和次弯矩M2的综合迭加值；、强度计算时，应将次弯矩M2作为特殊的“内力”，在荷载组合时迭加到设计弯矩中。4、预应力结构设计的内容1)计算模型及参数2)预加力效应分析3)抗裂与承载力验算4)局部承压验算1)计算模型及参数 确定梁柱外形和截面尺寸、墙体厚度、层高等信息，选择合适的结构设计参数和预应力参数。2)预加力效应分析 选择预应力工艺类型，预应力筋的形状，张
9、拉控制应力，计算长短期预应力损失； 计算预应力引起的等效荷载，计算综合弯矩和次弯矩。3)抗裂与承载力验算采用荷载效应标准组合进行正常使用阶段裂缝验算，同时进行施工阶段裂缝验算，并验算梁的抗弯极限承载力。计算以下三种工况下梁的控制弯矩：工况1：荷载效应标准组合（恒载活载）预应力等效荷载工况2：自重预应力等效荷载工况3：荷载设计值3)抗裂与承载力验算a预应力梁正截面抗裂验算b预应力梁斜截面抗裂验算c抗弯承载力验算d挠度验算e抗剪承载力验算f施工阶段抗裂验算4)局部承压验算 选择合适的锚具，确定锚固区的构造配筋，进行局部承压验算。预应力相关概念的总结1、预应力可以视作一对自平衡的外力。2、预应力等效
10、荷载是以材料弹性性质为基础，在截面不开裂的情况下是适用的，在不开裂的前提下，预应力等效荷载的作用可与外荷载相叠加。但在承载能力阶段，等效荷载的分析是不成立的。 3、预应力梁的抗弯承载力极限值的精确计算是以截面应弯相容和截面上力平衡为基础，通过反复迭代才能精确计算出来。 4、从概念上讲，预应力梁的抗弯承载力可能会略大于普通梁（因为提高了高强钢筋的利用率），但是如果想通过采用预应力的方法来提高抗弯承载力就如同想通过加大梁宽而非梁高来提高抗弯承载力一样。 二、PREC软件功能模块介绍预应力混凝土结构设计软件包括预应力混凝土结构设计软件包括: :三维整体预应力结构分析设计二维框架、连梁预应力结构分析设
11、计预应力混凝土楼板有限元分析设计各模块的预应力施工图绘制功能对普通的以梁为主的结构形式，对普通的以梁为主的结构形式，对普通的以梁为主的结构形式，对普通的以梁为主的结构形式，PRECPRECPRECPREC软件为用户提供了软件为用户提供了软件为用户提供了软件为用户提供了三维整体分析和二维框架连续梁计算两种计算分析模型，三维整体分析和二维框架连续梁计算两种计算分析模型，三维整体分析和二维框架连续梁计算两种计算分析模型，三维整体分析和二维框架连续梁计算两种计算分析模型，对不同的实际工程，可任意选择使用。对板柱结构体系，对不同的实际工程，可任意选择使用。对板柱结构体系，对不同的实际工程，可任意选择使用
12、。对板柱结构体系，对不同的实际工程，可任意选择使用。对板柱结构体系，PRECPRECPRECPREC软件为用户提供了先进的有限元分析方法。软件为用户提供了先进的有限元分析方法。软件为用户提供了先进的有限元分析方法。软件为用户提供了先进的有限元分析方法。1 1、二维预应力结构设计、二维预应力结构设计二维预应力计算提供了二维预应力框架和连续梁计算，可接续画出预应力梁的施工图。程序在PMCAD建模，并生成各榀框架和连续梁的预应力计算分析数据文件。程序可读取PK的数据文件，再补充输入预应力计算信息，或用交互方式直接输入一榀框架后，生成PRECPREC可计算的数据文件。对每一榀框架和连续梁分别执行二维计
13、算程序，最终计算出梁的预应力和非预应力钢筋，经过适当的人工干预修改，再分别画出施工图。1 1、二维预应力结构设计、二维预应力结构设计二维结构计算可考虑预应力张拉次序对结构的影响可根据工程要求设置预应力张拉顺序，进行张拉模型的定义和张拉过程的分析可对张拉端的位置进行定义1 1、二维预应力结构设计、二维预应力结构设计用户可自己指定预应力筋的线形、布置和根数，也可由软件自动布置和估算根数现在软件新增了直接读取SATWE内力直接进行二维预应力设计的功能可以灵活定义张拉端的类型和位置 可以考虑预应力次轴力对预应力构件承载力的影响2 2、三维预应力结构设计、三维预应力结构设计PRECPREC软件利用PMC
14、AD进行全楼建模，输入结构布置信息和荷载信息，并输入预应力设计的有关信息，用户可根据结构布置和荷载状况进行预应力筋线型布置并可人工修改。预应力三维计算模型采用高层建筑结构空间有限元分析软件SATWE进行预应力结构整体分析，并针对预应力计算要求进行扩展程序在PMCAD建模后，通过人工或自动布置各层梁的预应力筋线型，自动生成供三维分析用的等效荷载2 2、三维预应力结构设计、三维预应力结构设计应用SATWE软件的核心计算模块对等效荷载进行计算分析，获得结构的综合内力和次内力，组合SATWE的恒、活、风、地震作用后，进而确定出预应力筋和非预应力筋的用量。三维分析计算完成后，可接续绘出预应力梁的施工图。
15、3 3、预应力楼板结构设计、预应力楼板结构设计 PRECPREC软件的预应力混凝土楼板设计根据用户输入的预应力筋的布筋形式及其数量，利用板壳有限元进行计算分析，用户可通过各种分析结果来判断该设计方案是否合适，并可参考软件提供的普通钢筋配筋结果来配置普通钢筋。3 3、预应力楼板结构设计、预应力楼板结构设计预应力混凝土楼板设计模块的功能和特点：可以处理复杂形状的预应力板和各种工况的荷载等；采用等效荷载法处理预应力作用，且逐束计算预应力筋等效荷载和节点力，采用弹性板壳有限元法进行分析计算，使结构分析模型与实际情况接近；3 3、预应力楼板结构设计、预应力楼板结构设计直接采用等效荷载计算的结果（综合内力
16、），按单位板宽进行抗裂、平均预压应力、挠度和抗冲切验算，以及普通钢筋的配筋设计；可以计算任意预应力筋线形，在不同张拉方式下的各种预应力损失和张拉伸长值；可自动统计锚具用量，并按实际线形统计预应力筋的下料长度和下料根数；可输出预应力筋布置平面图、线形定位图和铺放顺序图等。4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能施工图部分包括:梁的剖面图预应力筋束形图张拉端和固定端的构造详图局部承压验算普通钢筋配筋图及剖面图4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能4 4、预应力施
17、工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能4 4、预应力施工图的绘制功能、预应力施工图的绘制功能PRECPREC软件不同模块的适用范围软件不同模块的适用范围: :PREC1PREC1 体形复杂的多高层建筑或交叉梁体系PREC2PREC2 比较规则的框架结构、连续梁结构及其厂房结构SLABSLAB 预应力无梁楼盖结构、复杂板结构三、PREC软件计算分析的依据及其流程软件的编制依据软件的编制依据: :混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范GB500102002GB500102002建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB500112001GB500112
18、001预应力混凝土结构抗震设计规程预应力混凝土结构抗震设计规程JGJ 140JGJ 14020042004无粘结预应力混凝土结构技术规程无粘结预应力混凝土结构技术规程JGJ92JGJ9220042004上海市标准上海市标准预应力混凝土结构设计规程预应力混凝土结构设计规程DBJ086997DBJ086997用用PRECPREC软件软件做预应力结构设计的做预应力结构设计的流程流程四、用PREC软件做预应力结构设计应注意的问题在应用软件时要注意的问题在应用软件时要注意的问题: :预应力筋根数的估算问题预应力筋和非预应力筋的调整问题。预应力混凝土结构抗震设计问题如何考虑竖向构件的侧向约束问题如何考虑预
19、应力次内力对柱配筋的影响问题预应力的设计过程是和预应力施工紧密联系的，所以用户需要对软预应力的设计过程是和预应力施工紧密联系的，所以用户需要对软件的计算结果进行分析校核，并对配筋结果做适当地调整。在应用件的计算结果进行分析校核，并对配筋结果做适当地调整。在应用预应力混凝土结构设计软件预应力混凝土结构设计软件PRECPREC做预应力设计时，需要注意以上几做预应力设计时，需要注意以上几个方面的问题。个方面的问题。预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题对预应力筋根数初步估算，软件提供了两种方法。即由软件自动根据预应力构件的抗裂要求估算预应力筋的用量和由用户自己手工指定预应力筋的根数。当采用软件
20、自动估算的预应力筋根数时，用户需要根据荷载分布情况对预应力筋用量估算值进行确认修改。预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题软件首先根据截面的抗裂等级计算有效预加力Npe，按如下两个公式估算并取较大值。混凝土容许名义拉应力混凝土容许名义拉应力构件类别裂缝宽度mm混凝土强度等级C30C40C50后张构件0.103.24.15.00.153.54.65.60.203.85.16.2先张构件0.104.65.50.155.36.20.206.06.9容许名义拉应力尚应根据构件实际高度乘以表5.3规定的修正系数。 构件高度修正系数构件高度修正系数 构件高度mm2004006008001000修正系
21、数1.11.00.90.80.7预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题之后，软件会根据计算出的Npe和用户指定的有效预应力系数并按照下列公式来估算所需预应力钢筋的面积。为张拉控制应力预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题而当用户自己指定预应力筋的根数时，一般需要根据“平衡荷载法”估算预应力筋的用量。平衡荷载值的选取，在满足抗裂验算要求的前提下，在梁中不应产生过大的反拱或挠度。当预应力等效荷载的形式与外荷载形式相同时，可以利用预应力等效荷载平衡部分外荷载，因而可以避免烦琐的预应力超静定次内力的计算。理论上的平衡荷载值可通过截面抗裂控制条件精确确定。但由于实际预应力筋束形往往很难做到理
22、想曲线，预应力等效荷载往往无法与外荷载取得完全一样的分布。表1列出按二级抗裂等级控制时大致的平衡荷载值，仅供参考。预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题 平衡荷载值的选取预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题 用户根据工程实际情况选择适当的荷载后，可根据如下公式估算出预应力筋的根数n，并在软件中手工指定每根预应力梁的预应力筋用量。 式中， 平衡荷载值； 预应力筋的跨长； 单根预应力筋的有效预加力； 预应力筋的矢高。预应力筋根数的估算问题预应力筋根数的估算问题 用户根据上述方法估算出预应力筋的根数后并通过“指定根数”菜单来设定根数，如图所示。如果用户不指定预应力筋的根数，PREC软件
23、会自动根据用户指定的抗裂等级估算预应力筋的根数。软件并没有按照上述方法估算预应力筋根数，而是按抗裂等级估算预应力筋根数，按受弯承载能力计算普通钢筋的配筋面积，并验算正常使用极限状态下构件的应力和变形状态是否满足规范要求。预应力筋和非预应力筋的调整问题预应力筋和非预应力筋的调整问题用户可对软件计算出的预应力和非预应力钢筋的配筋面积进行适当调整，并选配实际钢筋。接下来根据实配钢筋面积进行预应力混凝土梁的各项验算，这包括极限承载力验算、正截面抗裂验算、预应力度验算、裂缝宽度验算和挠度验算等。如果以上任一项验算不满足设计要求，均要对预应力或非预应力配筋进行调整，直到满足设计要求。这里仅以抗裂验算为例来
24、说明在不满足设计要求时如何对梁的预应力和非预应力配筋进行调整。预应力筋和非预应力筋的调整措施预应力筋和非预应力筋的调整措施当梁跨中满足抗裂，而两端不满足抗裂时，可以通过加大预应力束在端部截面的偏心距、考虑梁的支座宽度或在梁端部加腋来满足抗裂要求。当裂缝宽度不满足设计要求时，可以通过调整普通钢筋的配筋面积来满足抗裂要求。当预应力梁的挠度不满足要求时，要优先考虑调整预应力筋根数或截面高度来满足设计要求。预应力混凝土结构抗震设计预应力混凝土结构抗震设计预应力混凝土框架应设计为具备良好的变形能力和消耗地震能量能力的延性框架，其组成构件应避免剪切先于弯曲破坏，节点不应先于其连接构件破坏。为此，预应力混凝
25、土结构抗震设计规程（JGJ 1402004）对预应力混凝土框架梁端部做了如下两条强制规定。预应力混凝土结构抗震设计预应力混凝土结构抗震设计1）预应力混凝土梁端部受压区高度和综合配筋率的规定；一级抗震等级 x0.25ho二、三级抗震等级 x0.35ho，且纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值换算的配筋率不应大于2.5（HRB400级钢筋）或3.0（HRB335级钢筋）。预应力混凝土结构抗震设计预应力混凝土结构抗震设计2）预应力混凝土梁端截面的底面和顶面纵向非预应力钢筋截面面积As和As的比值的规定： 一级抗震等级 二、三级抗震等级 且梁底面纵向非预应力钢筋配筋率不应小于0.2。预应力混凝土结
26、构抗震设计预应力混凝土结构抗震设计配置预应力筋未配置预应力筋由于考虑了由于考虑了As/AsAs/As的比值限的比值限制，受压钢筋面积制，受压钢筋面积增加了。增加了。预应力混凝土结构抗震设计预应力混凝土结构抗震设计 我们在用PREC软件做预应力混凝土结构设计时，要查看工程计算书中的以上指标是否满足相关规范的规定。如果不满足，则需要调整预应力钢筋和普通钢筋的配筋面积，直到满足要求为止。考虑竖向构件的侧向约束问题考虑竖向构件的侧向约束问题 PREC软件能够考虑竖向约束构件对预应力梁、板预加应力效果的不利影响。采用施工措施来减少该不利影响采用施工措施来减少该不利影响设计中宜根据结构类型、预应力钢筋类别
27、和工程经验，采取下列施工措施来减少柱和墙等约束构件对预应力梁、板预加应力效果的不利影响。将抗侧力构件布置在结构位移中心不动点附近；采用相对细将抗侧力构件布置在结构位移中心不动点附近；采用相对细长的柔性柱子；长的柔性柱子；板的长度超过板的长度超过60m时，可采用后浇带或临时施工缝对结构分时，可采用后浇带或临时施工缝对结构分段施加预应力；段施加预应力；将梁和支撑柱之间的节点设计成在张拉过程中可产生无约束将梁和支撑柱之间的节点设计成在张拉过程中可产生无约束滑动的滑动支座；滑动的滑动支座；当未能按上述措施考虑柱和墙对梁、板的侧向约束影响时，当未能按上述措施考虑柱和墙对梁、板的侧向约束影响时，在柱、墙中
28、可配置附加钢筋承担约束作用产生的附加弯矩，在柱、墙中可配置附加钢筋承担约束作用产生的附加弯矩，同时应考虑约束作用对梁、板中有效预应力的影响。同时应考虑约束作用对梁、板中有效预应力的影响。预应力次内力对柱子配筋的影响预应力次内力对柱子配筋的影响未考虑次内力对柱子配筋影响的配筋结果预应力次内力对柱子配筋的影响预应力次内力对柱子配筋的影响考虑次内力对柱子配筋影响的配筋结果预应力次内力对柱子配筋的影响预应力次内力对柱子配筋的影响未考虑次内力对柱子配筋影响的配筋结果预应力次内力对柱子配筋的影响预应力次内力对柱子配筋的影响考虑次内力对柱子配筋影响的配筋结果预应力次内力对柱子配筋的影响预应力次内力对柱子配筋
29、的影响由前面的两个工程实例可以看出，预应力由前面的两个工程实例可以看出，预应力次内力对柱子配筋面积的影响并没有特定次内力对柱子配筋面积的影响并没有特定的规律，需要用软件对具体工程进行具体的规律，需要用软件对具体工程进行具体分析后才能确定。分析后才能确定。采用采用PREC1PREC1模块中的菜单模块中的菜单4 4 接接SATWESATWE做预应力设计功能做预应力设计功能利用该菜单我们可以将位于整体结构中的某根预应力大梁单独取出来做预应力设计，此时软件会自动读取SATWE各工况下的内力并进行内力组合，并与计算出的预应力效应进行组合。也可从整体结构中抽取其中的一榀框架进行二维的预应力设计。五、结合具
30、体工程实例介绍如何利用PREC软件做预应力结构设计1 1、框架预应力梁的设计实例、框架预应力梁的设计实例设计目标： 设计适当的梁截面、普通钢筋配筋面积、预应力钢筋的束形和根数以满足规范对预应力混凝土梁的承载力、预应力度、抗裂和挠度等要求。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整 用户在做预应力工程时经常会遇到多孔道预应力筋同时布置的情况，我们在PREC软件中对应地定义多种预应力线形即可解决此问题。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整 在实际工程中预应力筋线形选择的适当与否会在很大程在实际工程中预应力筋线形选择的适当与否会在很大程度上影响预应力筋的配筋
31、量和截面的抗裂能力，在进行度上影响预应力筋的配筋量和截面的抗裂能力，在进行预应力筋束形设计时可以遵循以下几个原则：预应力筋束形设计时可以遵循以下几个原则：当梁上荷载以线荷载为主时，可布置抛物线形预应力筋；当梁上荷载以集中荷载为主时，可布置折线形预应力筋；且折点应布置在集中荷载下方；在边跨梁的端部，尤其是顶层的边跨梁，预应力筋的偏心距应尽量的小，以减小预应力筋在梁端部产生的弯矩，从而减小边跨柱的受力。当支座处的负弯矩较大时，需将预应力筋的反弯点向远离支座的方向调整，即反弯点系数应取较大值，其取值范围通常为0.10.3之间。当梁上线荷载和集中荷载都占有较大的比例时，应采用折线形和抛物线形相结合的布
32、筋方式。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整 下面结合下面结合PREC软件中的线形对如何布置预应力筋做详细说明。框软件中的线形对如何布置预应力筋做详细说明。框架梁预应力筋的布置应尽可能与外弯矩相一致，并应尽量减少孔架梁预应力筋的布置应尽可能与外弯矩相一致，并应尽量减少孔道摩擦损失及锚具数量，预应力筋的形状和布置方式主要可分为道摩擦损失及锚具数量，预应力筋的形状和布置方式主要可分为四种，四种，PREC软件共提供了八种线形软件共提供了八种线形预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整正反抛物线布置（线形1、5、6）通常用于支座弯矩与跨中弯矩基本相等的单跨框
33、架梁或多跨框架梁，反弯点的位置距梁端的距离一般取为（0.10.2）L。直线与抛物线相切布置（线形7）宜用于支座弯矩较小的单跨框架梁或多跨框架梁的边跨梁外端，其优点是可减小框架梁跨中及内支座处的摩擦损失。预应力钢筋的外形在梁端区段为直线而在跨中区段为抛物线。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整折线形布置（线形2、3、4）宜用于集中荷载作用下的框架梁或开洞梁，其优点是可使预应力引起的等效荷载直接抵消部分垂直荷载和方便在梁腹中开洞。但是不宜用于三跨以上的预应力混凝土框架，因为较多的折角使预应力筋穿筋施工困难，而且中间跨跨中处由于摩擦引起的预应力损失也较大，一般情况折点距梁端的
34、距离取为（0.250.33）。正反抛物线与直线混合布置（线形8）适用于需要减小边柱弯矩的情况。梁内除布置有正反抛物线形的预应力筋外，还配有直线形的预应力钢筋，这种混合布置方式可使预应力筋产生的次弯矩对边柱造成有利的影响。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整此外，在荷载作用下若梁端弯矩比跨中弯矩大得多，这时采用梁端加腋是有效的。如果屋面梁的梁端弯矩比跨中弯矩小很多时，则可采用结构找坡，以增加梁跨中截面的高度使成为变截面梁；或在梁端处的预应力筋满足抵抗负弯矩的前提下，使预应力筋整体下移或将一部分预应力筋下移，以增加跨中截面预应力的矢高。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束
35、形的选取、布置及其调整在双跨和三跨框架中，预应力筋的布置可用上述基本的预应力筋形状和布置方式进行组合。等双跨或三跨预应力混凝土框架，在垂直荷载作用下，由于内支座截面处的弯矩比跨中截面及边支座截面处的弯矩明显大得多，约为其它控制截面处弯矩的二倍，因此此截面是抗裂与受弯承载力的控制截面，在设计中可在支座处进行加腋，以提高此截面处的承载能力及抗裂能力。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整当预应力混凝土梁在使用阶段所承受的荷载很大时（如预应力转换梁），预应力筋配置往往较多。如果预应力筋不是合理地分批张拉，当张拉预应力筋引起的等效荷载远远大于梁在张拉时所承受的外荷载时，将在预应力
36、筋线形反弯点附近（尤其是大小跨相邻的情况）出现平行于预应力筋的斜裂缝，即发生反向剪切破坏，如下图所示。为避免这种破坏，可将小跨梁的预应力筋一部分按抛物线线形布置，一部分按直线布置。小跨预应力筋线形布置的原则是张拉预应力筋引起的等效荷载与该跨所承担外荷载的比值与大跨梁相同。预应力预应力束形的选取、布置及其调整束形的选取、布置及其调整工程概况：某站房框架体系结构,预应力梁最大跨度为36m，主跨梁截面采用10002500，抗震等级为3级，采用抛物线和直线型相结合的预应力束型。工程概况： 在结构的1、3、4层布置预应力混凝土梁。如果配筋不满足，如何调整？下图为第1层由软件分析得出预应力连梁上布置的预应
37、力筋根数。纵向受拉钢筋按非预应力钢筋抗拉强度设计值换算的配筋率不应大于2.5%（HRB400级钢筋）或3.0%（HRB335级钢筋）。如果配筋不满足，如何调整？下图为第1层由软件分析得出预应力连梁上布置的预应力筋根数。如果配筋不满足，如何调整？下图为第1层由软件分析得出预应力连梁上布置的预应力筋根数。如果配筋不满足，如何调整？下图为第4层由软件分析得出预应力连梁上布置的预应力筋根数。如果配筋不满足，如何调整？下图为第4层手工修改后的预应力连梁上布置的预应力筋根数。 如果线形设计不合理，软件会给出提示。用户可以根据提示对线形进行修改。对预应力梁应力的控制一级严格要求不出现裂缝的构件在荷载效应的标
38、准组合作用下二级一般要求不出现裂缝的构件在荷载效应的标准组合作用下在荷载效应的准永久组合作用下三级允许出现裂缝的构件按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度，应满足对预应力梁应力的控制图中绿线为混凝土标准抗拉强度（对一、二级抗裂等级）或名义拉应力（三级抗裂等级）。对超过绿线的截面需要重新修改预应力或非预应力钢筋的数量，直到绿线能包住所有白线为止。对预应力梁变形的控制 目前，国内外有关标准和文献对预应力混凝土受弯构件的变形控制目标都是总变形值，即控制按荷载效应的标准组合并考虑荷载长期作用影响的挠度减去两倍张拉预应力筋引起的弹性反拱值不超过规定限值。 在控制总变形的基础上，应对反向
39、变形进行合理的控制。反向变形的控制原则为：在结构自重及张拉预应力筋引起的等效荷载共同作用下，预应力混凝土受弯构件的反向变形值应不影响地面找平。基于这一原则，推荐设计人员将预应力混凝土受弯构件反向变形限制在下列范围内。 规范规定的挠度限值 施工阶段反向变形建议 Lo9m Lo/300(Lo/400) Lo/700(50mm)对预应力梁变形的控制标准组合作用下：64.5/36000 = 1/558 1/300不满足变形限值对预应力梁变形的控制反拱：31.6/36000 = 1/11391/700 (且50mm)满足变形限值对预应力梁预应力度的控制一级抗震等级二、三级抗震等级 对预应力混凝土框架梁，
40、应采用预应力筋和非预应力筋混合配筋的方式，框架结构梁端截面应满足下列关于预应力强度比的要求：对预应力梁预应力度的控制对二级抗震，预应力强度比：0.517 0.75满足要求对预应力梁极限承载力的控制 PREC软件的普通钢筋配筋面积是以满足极限承载力为前提条件计算出来的，所以如果用户不修改普通钢筋或预应力钢筋的面积，承载力是自动满足的。如果用户对普通钢筋或预应力钢筋的面积做过调整，软件会自动对承载力进行验算。用户还可以用预应力计算工具箱对构件的承载力进行验算。2 2、预应力板柱体系的设计实例、预应力板柱体系的设计实例设计目标： 设计适当的预应力钢筋的束形和根数以满足规范对预应力混凝土楼板的承载力、
41、抗裂和挠度的要求。工程概况：一、地下车库的设计 工程概况：某一层地下车库顶板,标准柱网8.4m8.4m，无粘结预应力板厚450mm，不计算水平荷载作用。PM结构平面图如下所示。板预应力筋的布置原则板预应力筋的布置原则对无粘结预应力混凝土板柱结构的计算，应按板的纵横两个方向进行，且在计算中每个方向均应取全部作用荷载。在均布荷载作用下，现浇平板结构中无粘结预应力筋的布置和分配宜满足下列要求：无粘结预应力筋的布置方式可按划分柱上板带和跨中板带设置。这时，无粘结预应力筋分配在柱上板带的的数量可占6075，其余2540则分配在跨中板带上；无粘结预应力筋也可取一向集中布置，另一向均匀布置。对集中布置的无粘
42、结预应力筋，宜分布在各离柱边1.5h的范围内；对均布方向的无粘结预应力筋，最大间距不得超过板厚度的6倍，且不宜大于1.0m。各种布筋方式每一方向穿过柱子的无粘结预应力筋的数量不得少于2根。 板预应力筋的布置原则板预应力筋的布置原则以上布置原则对应于PREC软件中的各参数如图所示板预应力筋的布置原则板预应力筋的布置原则以上布置原则对应于PREC软件中的各参数如图所示板预应力筋的布置原则板预应力筋的布置原则以上布置原则对应于PREC软件中的各参数如图所示板预应力筋的布置原则板预应力筋的布置原则以上布置原则对应于PREC软件中的各参数如图所示预应力板柱体系普通钢筋的配筋计算预应力板柱体系普通钢筋的配
43、筋计算存在问题：1、运用SATWE软件可以进行梁、柱、墙等构件的设计，板按照虚梁或等代框架梁建模，但对于板不能直接给出其配筋结果。2、运用楼板有限元软件SlabCAD可以对板进行竖向荷载作用下的有限元分析，但不易考虑水平荷载，而且有限元分析结果也不易直接用来计算配筋。配筋结果等值线图1、PM建模时在柱上板带位置输入等代梁，用SATWE进行整体计算分析2、对无梁板用SlabCAD对板进行恒载、活载及预应力荷载作用下的有限元分析。3、借鉴板柱体系常用的等代框架(柱上板带、跨中板带)的思路:对第对第2 2步得到步得到的有限元结果积分，得到柱上板带、跨中板带的弯矩，的有限元结果积分，得到柱上板带、跨中
44、板带的弯矩，柱上板带位置就是柱上板带位置就是PM建模时等代梁位置。4、读取读取SATWESATWE等代梁水平荷载作用下的内力并与柱上板带竖向荷载作用下的内等代梁水平荷载作用下的内力并与柱上板带竖向荷载作用下的内力组合，得到柱上板带弯矩包络。跨中板带直接取竖向荷载作用下的积分结力组合，得到柱上板带弯矩包络。跨中板带直接取竖向荷载作用下的积分结果。果。5、根据弯矩包络对柱上板带、跨中板带进行配筋根据弯矩包络对柱上板带、跨中板带进行配筋( (数量和范围）数量和范围）解决方案：该方案的结构设计流程该方案的结构设计流程该方案的结构设计流程该方案的结构设计流程该方案的结构设计流程该方案的结构设计流程板柱体
45、系结构设计板柱体系结构设计板柱体系结构设计板柱体系结构设计水平荷载作用下竖向荷载作用下PM建模（柱间输虚梁）PM建模（板按等代梁输入）预应力筋布置SATWE整体分析SlabCAD有限元分析等代梁在水平荷载作用下的内力积分形成柱上板带内力积分形成跨中板带内力内力组合配筋计算及验算配筋计算及验算施工图及施工资料输出输入等代梁的结构平面布置图等代梁宽度宜按柱上板带规则取，即高规规定的水平力计算下的板带宽度取值(梁自重计算时扣除重叠部分)整个结构先在SATWE计算 接着在预应力楼板有限元分析程序SLABCAD中作板计算 X向预应力筋数量、线型布置图 Y向预应力筋数量、线型布置图预应力荷载作用下板部分区
46、域X向弯矩等值线图有限元计算应力等值线图（恒、活、等效预应力荷载）恒载、活载、预应力等效荷载结构积分成柱上板带弯矩图读入SATWE地震作用下等代梁弯矩，参与组合柱上板带弯矩包络图和配筋图( (直接得到配筋数量和布置范围）直接得到配筋数量和布置范围）二、地上板柱体系结构的设计 工程概况：某4层板柱体系结构，柱网8.1m 8.1m, 无粘结预应力混凝土现浇板厚400mm，抗震等级为二级。1、水平荷载作用下内力计算时，结构布置如下图所示（板按等代梁输入）2、首层X方向地震、风作用下梁弯矩图X向地震作用下梁弯矩图X向风作用下梁弯矩图3、竖向荷载作用时的结构布置图（柱间输虚梁）及预应力筋线型布置图结构平面布置图预应力筋线型布置图4、各计算结果图首层板底X向设计弯矩等值线图首层预应力板挠度等值线图 板底X向配筋结果等值线图首层X向柱上板带内力积分结果首都国际机场停车楼中华世纪坛中华世纪坛主坛体主坛体1515米跨米跨PCPC环板环板3333米跨米跨PCPC过街桥过街桥2222米跨地下剧场米跨地下剧场杭州城站杭州城站3333米跨巨型预应力框架米跨巨型预应力框架2424米跨售票大厅和人字形屋面拉梁米跨售票大厅和人字形屋面拉梁周口电信大楼11米跨平板
