大跨度空间结构中预应力拉杆基础设计方法

摘要

本发明涉及大跨度空间结构中预应力拉杆基础的设计，属于土木工程领域。本发明大跨度空间结构中预应力拉杆基础设计方法改变目前大跨度空间结构基础、上部分别设计的现状，建立考虑上部结构——基础间相互作用的大跨度空间结构预应力混凝土基础拉梁的简化设计方法，填补了大跨度空间结构基础设计方面的空白，发展了大跨度空间结构基础——上部结构共同作用分析方法。在此基础上，设计的结构将因为充分考虑大跨度空间结构在建造、正常使用、承载能力各阶段上部结构与基础之间的相互机理，也详细区分不同阶段的结构分析模型及计算方法，更符合实际的结构的要求，安全性能更出众。

主权项

一种大跨度空间结构中预应力拉杆基础设计方法，其特征是包括如下步骤：(1)根据预应力混凝土拉梁基础不同的设计使用年限及相应的极限状态下和不同的环境类别及其作用等级进行耐久性设计；(2)根据使用要求和拟订的整体方案和结构形式，参照已有设计和相关数据，初步确定预应力混凝土基础梁截面形式和截面尺寸；(3)根据大跨度空间结构的结构体系和荷载特征，采用内力分析模型，计算荷载效应组合及控制截面的最大设计拉力；(4)根据控制截面在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计内力和初步拟订的截面尺寸，估算预应力筋的数量，并进行合理布置；如果预应力筋无法合理布置，则应返回第(2)步，修改截面尺寸；其中，预应力钢筋截面面积$A_p=\frac{N-f_y{A}_s}{f_{py}};$张拉预应力筋时，预应力筋的拉应力为σ_con，预应力筋的总预拉力为${\sigma }_{con}=\frac{N_{con}}{A_p};$(5)计算截面几何特性；(6)确定预应力筋的张拉控制应力，计算预应力损失及各阶段相应的有效应力，在预应力损失的计算过程中考虑上下部结构共同作用进行有效应力的分配；(7)验算施工阶段、运送和安装阶段及使用阶段的截面应力，在截面应力的计算过程中考虑上下部结构共同作用采用刚度分配原则：预应力混凝土基础梁施工阶段，在预加力、自重及施工荷载作用下，其截面边缘的混凝土法相应力应符合下列要求：σ_cc≤0.8f′_ck；当预应力混凝土基础梁架空施工：当预应力混凝土基础梁地面施工：σ_cc＝σ_pcΙ；对于后张法的预应力混凝土基础拉梁同样在刚度分配原则下按不考虑损失值计算σ_pcⅠ：当预应力混凝土基础拉梁架空施工：当预应力混凝土基础拉梁地面施工：式中σ_cc为相应施工阶段计算截面边缘纤维的混凝土拉应力、压应力；f’_ck为张拉完毕时混凝土的轴心抗压强度标准值；M₀为基础梁自重在计算截面产生的弯矩值；(8)验算截面抗裂度或裂缝宽度，如果达不到要求，则返回第(2)步修改截面尺寸或返回第(4)步修改预应力筋的数量并重新布置，验算方法根据土体开挖的具体施工过程而定，其中预压应力的计算需考虑上下部结构的共同作用；(9)验算施工阶段、使用阶段基础的水平承载力和水平位移，并与结构的各项控制指标进行对比，指导施工、引导制定上部结构分级落架方案，如果达不到要求，则返回第(2)步修改截面尺寸或返回第(4)步修改预应力筋的数量并重新布置；(10)验算锚固部位局部承压；(11)根据上述计算结果，进行相关的构造设计。