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技术文章|盐城外国语学校综合楼桁架节点验算

1.     工程概况

    本工程为盐城外国语学校新建综合楼,建造地点为盐城外国语学校校园内。

    混凝土结构的安全等级为二级,设计使用年限50年。


图1.1 盐城外国语学校新建综合楼

    本工程设计单位为:盐城市建筑设计研究院有限公司,预应力部分的验算及施工单位为:江苏开来预应力工程有限公司。此次验算的节点位于工程结构图纸中2轴线与C~F轴线相交处的桁架上,此桁架有三跨,每跨跨度均为7.8m,地上三层,层高由下往上依次为5.35m,4.8m,4.25m。

2.     验算节点处情况

2.1验算目的

众所周知,在工程结构构件承受外荷载之前,对受拉构件中的钢筋施加预压,能有效提高构件的刚度,推迟裂缝出现的时间,增加构件的耐久性,节省大量材料和费用,所以本工程方案中考虑增加预应力筋。

由于配置了折线型预应力筋,如图2.1.1,在折线拐角处势必会出现一个预拉力的合力,该合力数值较大,会否对节点区域造成局部承压破坏,是本次验算的重要目的。

图2.1.1节点A周围构件受力情况假设

2.2  选取节点

本次验算的节点所在桁架立面图如图2.2.1,图中标示的节点A即为此次验算节点。

图2.2.1验算节点所在桁架截面图

注:图2.2.1仅表示需要附加的预应力筋信息,图中预应力形式为有粘结型,固定端锚具选用挤压锚具,张拉端选用夹片锚具。

2.3节点A周围构件概况

节点A周围的构件尺寸如图2.3.1,表2.3.1

图2.3.1节点A周围构件情况

 

表2.3.1 节点A周围构件尺寸


3.     验算思路、所遇问题及解决方案

3.1思路及过程

本次验算主要借助SAFE软件实现,在SAFE软件中建立模型,运行计算,得出结果。

为方便建模在同一平面,节点A所在的直立桁架在建模过程中令其“平躺”,所涉及到的梁、柱等构件在SAFE中均以壳体模型形式建立。

3.1.1构件建立

1).在CAD中绘制节点A所在桁架的DXF图纸,如图3.1.1.1

图3.1.1.1整体桁架DXF图形

2).将DXF文件导入SAFE软件,col图层导入按线导入,各种构件所在的slab图层按轴网导入,单位设为mm,如图3.1.1.2

图3.1.1.2 导入DXF文件

3).定义材料,混凝土采用C40,普通钢筋采用HRB400,如图3.1.1.3

图3.1.1.3 材料定义

4).定义构件:由于将模型平放,所以所设置的构件厚度参考构件尺寸设置,如:KL2尺寸为550×750,设置厚度为550,所有构件设置如图3.1.1.4

图3.1.1.4 构件定义

5).指定构件、预应力筋,如图3.1.1.5

图3.1.1.5 指定构件、预应力筋

3.1.2 荷载加载

在本模型中,除预应力筋产生的预应力,不考虑任何外部荷载,所有荷载均定义为0,如图3.1.2.1

图3.1.2.1 定义荷载

3.1.3指定预应力筋荷载

1).选定所有预应力钢筋并指定张拉应力为1395N/mm2,如图3.1.3.1

图3.1.3.1 指定预应力筋荷载

 

2).大网格运算,生成PT-FINAL-HP工况

3.2遇到的问题及解决方案

1)问题1 :在现实情况下,桁架下部是作为固定支座存在的,但在建立本模型时,“平躺”的模型如何实现将现实中的固定支座处也固定起来?

解决方案:如图3.2.1所示,定义一个弹性点,并将其移动及转动共六个方向的点弹性系数设置为极大值,以便模拟固定支座的情况。

图3.2.1 定义弹性点

在模型上的固定支座所处在位置指定有此系数的两弹性点,模拟固定支座的情况,如图3.2.2所示

图3.2.2 指定两点

2).问题2:本次只需要验算预应力的影响,不考虑别的荷载产生的影响,怎样排除干扰荷载因素?

解决方案:将除了预应力之外的其余所有荷载值均定义为0。

 

4.     运行结果与分析

4.1 运行结果

1)顶面S11组合受力情况如图4.1.1

图4.1.1顶面S11结果

2)顶面S22组合受力情况如图4.1.2

图4.1.2 顶面S22结果

 

3)底面S11组合受力情况如图4.1.3

 

图4.1.3 底面S11结果

4)底面S22组合受力情况如图4.1.4

图4.1.4 底面S22结果

 

 

4.2 结果分析

节点A周围构件中,构件1-5基本受压,构件6局部受拉,拉应力最大处达到约2500KN/m2如图4.2.1、4.2.2所示

                                  

图4.2.1 局部受拉处

图4.2.2 杆件6拉应力最大处

5.     结论

1、有限元分析结果表明,预应力筋弯折处,并未产生很大的拉应力,压应力也在可控范围之内,并未出现担心的局部承压破坏问题。综其原因,预应力局部承压,是由于端部局部压力在传递过程中会产生较大的劈裂拉应力,该拉应力如果不用配筋加强,会产生混凝土的局部破坏。但是在中间节点处,该拉应力与预应力的压应力相叠加,所以最终并未出现很大的拉应力。事实上,在预应力工况下,节点区域均处于压应力状态。

2、对于构件6局部受拉处可以额外配筋增强抗拉能力,弯折处可以加配箍筋进行局部加强,具体仍需设计方进行计算考量。

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