預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)計(jì)算理論與應(yīng)用研究

在普通鋼管空間結(jié)構(gòu)中，通過灌漿制成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)并施加預(yù)應(yīng)力，研究管徑與壁厚比，鋼材與混凝土強(qiáng)度比，節(jié)點(diǎn)聯(lián)接方式，預(yù)應(yīng)力施加方式及位置等因素對結(jié)構(gòu)受力變形性能，破壞形態(tài)，極限強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性的影響規(guī)律，建立預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)計(jì)算理論和分析方法。本項(xiàng)目研究對發(fā)展新型大空間組合結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力技術(shù)具有重要的理論應(yīng)用價(jià)值。 2100433B

結(jié)構(gòu)計(jì)算實(shí)用性

1．完成整體參數(shù)的正確設(shè)定計(jì)算開始以前，設(shè)計(jì)人員首先要根據(jù)新規(guī)范的具體規(guī)定和軟件手冊對參數(shù)意義的描述，以及工程的實(shí)際情況，對軟件初始參數(shù)和特殊構(gòu)件進(jìn)行正確設(shè)置。但有幾個(gè)參數(shù)是關(guān)系到整體計(jì)算結(jié)果的，必須首先確定其合理取值，才能保證后續(xù)計(jì)算結(jié)果的正確性。這些參數(shù)包括振型組合數(shù)、最大地震力作用方向和結(jié)構(gòu)基本周期等，在計(jì)算前很難估計(jì)，需要經(jīng)過試算才能得到。

（1）振型組合數(shù)是軟件在做抗震計(jì)算時(shí)考慮振型的數(shù)量。該值取值太小不能正確反映模型應(yīng)當(dāng)考慮的振型數(shù)量，使計(jì)算結(jié)果失真；取值太大，不僅浪費(fèi)時(shí)間，還可能使計(jì)算結(jié)果發(fā)生畸變?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》5.1.13-2條規(guī)定，抗震計(jì)算時(shí)，宜考慮平扭藕聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，振型數(shù)不宜小于15，對多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)不應(yīng)小于塔樓的9倍，且計(jì)算振型數(shù)應(yīng)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。一般而言，振型數(shù)的多少于結(jié)構(gòu)層數(shù)及結(jié)構(gòu)自由度有關(guān)，當(dāng)結(jié)構(gòu)層數(shù)較多或結(jié)構(gòu)層剛度突變較大時(shí)，振型數(shù)應(yīng)當(dāng)取得多些，如有彈性節(jié)點(diǎn)、多塔樓、轉(zhuǎn)換層等結(jié)構(gòu)形式。振型組合數(shù)是否取值合理，可以看軟件計(jì)算書中的x，y向的有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9.具體操作是，首先根據(jù)工程實(shí)際情況及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)一個(gè)振型數(shù)計(jì)算后考察有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9，若小于0.9，可逐步加大振型個(gè)數(shù)，直到x，y兩個(gè)方向的有效質(zhì)量系數(shù)都大于0.9為止。必須指出的是，結(jié)構(gòu)的振型組合數(shù)并不是越大越好，其最大值不能超過結(jié)構(gòu)得總自由度數(shù)。例如對采用剛性板假定得單塔結(jié)構(gòu)，考慮扭轉(zhuǎn)藕聯(lián)作用時(shí)，其振型不得超過結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍。如果選取的振型組合數(shù)已經(jīng)增加到結(jié)構(gòu)層數(shù)的3倍，其有效質(zhì)量系數(shù)仍不能滿足要求，也不能再增加振型數(shù)，而應(yīng)認(rèn)真分析原因，考慮結(jié)構(gòu)方案是否合理。

（2）最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結(jié)構(gòu)地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)值最大的最不利地震作用方向。設(shè)計(jì)軟件可以自動(dòng)計(jì)算出最大地震力作用方向并在計(jì)算書中輸出，設(shè)計(jì)人員如發(fā)祥該角度絕對值大于15度，應(yīng)將該數(shù)值回填到軟件的“水平力與整體坐標(biāo)夾角”選項(xiàng)里并重新計(jì)算，以體現(xiàn)最不利地震作用方向的影響。

（3）結(jié)構(gòu)基本周期是計(jì)算風(fēng)荷載的重要指標(biāo)。設(shè)計(jì)人員如果不能事先知道其準(zhǔn)確值，可以保留軟件的缺省值，待計(jì)算后從計(jì)算書中讀取其值，填入軟件的“結(jié)構(gòu)基本周期”選項(xiàng)，重新計(jì)算即可。

上述的計(jì)算目的是將這些對全局有控制作用的整體參數(shù)先行計(jì)算出來，正確設(shè)置，否則其后的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際差別很大。

結(jié)構(gòu)計(jì)算科學(xué)性

2.確定整體結(jié)構(gòu)的合理性整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性是新規(guī)范特別強(qiáng)調(diào)內(nèi)容。新規(guī)范用于控制結(jié)構(gòu)整體性的主要指標(biāo)主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。

（1）周期比是控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重要指標(biāo)。它的目的是使抗側(cè)力的構(gòu)件的平面布置更有效更合理，使結(jié)構(gòu)不至出現(xiàn)過大的扭轉(zhuǎn)。也就是說，周期比不是要求就構(gòu)足夠結(jié)實(shí)，而是要求結(jié)構(gòu)承載布局合理?！陡咭?guī)》第4.3.5條對結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規(guī)定。如果周期比不滿足規(guī)范的要求，說明該結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，設(shè)計(jì)人員需要增加結(jié)構(gòu)周邊構(gòu)件的剛度，降低結(jié)構(gòu)中間構(gòu)件的剛度，以增大結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度。

設(shè)計(jì)軟件通常不直接給出結(jié)構(gòu)的周期比，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)計(jì)算書中周期值自行判定第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期。以下介紹實(shí)用周期比計(jì)算方法：1）扭轉(zhuǎn)周期與平動(dòng)周期的判斷：從計(jì)算書中找出所有扭轉(zhuǎn)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動(dòng)系數(shù)大于0.5的平動(dòng)周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊(duì)中選出數(shù)值最大的扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，查看軟件的“結(jié)構(gòu)整體空間振動(dòng)簡圖”，看該周期值所對應(yīng)的振型的空間振動(dòng)是否為整體振動(dòng)，如果其僅僅引起局部振動(dòng)，則不能作為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期，要從隊(duì)列中取出下一個(gè)周期進(jìn)行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應(yīng)的振型為結(jié)構(gòu)整體振動(dòng)的值即為第一扭轉(zhuǎn)（平動(dòng)）周期；3）周期比計(jì)算：將第一扭轉(zhuǎn)周期值除以第一平動(dòng)周期即可。

（2）位移比（層間位移比）是控制結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性的重要指標(biāo)。其限值在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高規(guī)》中均有明確的規(guī)定，不再贅述。需要指出的是，新規(guī)范中規(guī)定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結(jié)構(gòu)模型中設(shè)定了彈性板，則必須在軟件參數(shù)設(shè)置時(shí)選擇“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定”，以便計(jì)算出正確的位移比。在位移比滿足要求后，再去掉“對所有樓層強(qiáng)制采用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設(shè)定進(jìn)行后續(xù)配筋計(jì)算。2100433B

內(nèi)容簡介

《工程荷載組合理論與應(yīng)用》分成上、下兩篇，共20章。上篇為工程荷載組合理論，包括工程荷載隨機(jī)過程基礎(chǔ)、工程荷載效應(yīng)分析、工程荷載隨機(jī)概率模型、工程荷載組合理論和工程荷載組合設(shè)計(jì)方法等；下篇為工程荷載分類及應(yīng)用，包括永久荷載、平面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載、溫度荷載、波浪荷載、海流荷載、潮汐荷載、冰荷載、車輛荷載、起重荷載、船舶荷載、沖擊荷載和土壓力等。

《工程荷載組合理論與應(yīng)用》以工程可靠度理論為主線，強(qiáng)調(diào)工程荷載組合理論與以現(xiàn)行國家設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)的工程荷載應(yīng)用相結(jié)合，可作為土木、水利、公路、鐵道、港口、船舶與海洋工程專業(yè)的本科生和研究生的教學(xué)參考書，也可以作為民用與工業(yè)建筑、市政設(shè)施、橋梁、道路(公路與鐵道)、港口和海洋工程專業(yè)技術(shù)人員的專業(yè)工具書。

全書分成上、下兩篇，共20章。上篇為工程荷載組合理論，包括工程荷載隨機(jī)過程基礎(chǔ)、工程荷載效應(yīng)分析、工程荷載隨機(jī)概率模型、工程荷載組合理論和工程荷載組合設(shè)計(jì)方法等章節(jié)，涉及到工程荷載隨機(jī)過程的基本性質(zhì)，土木工程結(jié)構(gòu)荷載效應(yīng)的分析方法，主要工程荷載的統(tǒng)計(jì)特性和隨機(jī)概率模型，荷載組合基本理論與分析方法，基于可靠度理論的工程結(jié)構(gòu)荷載組合設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)荷載分項(xiàng)系數(shù)、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)的確定方法，以及工程荷載組合設(shè)計(jì)方法的可靠度標(biāo)定等內(nèi)容。下篇為工程荷載分類及應(yīng)用，包括永久荷載、平面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用、溫度作用、波浪荷載、海流荷載、潮汐荷載、冰荷載、車輛荷載、起重荷載、船舶荷載、沖擊荷載和土壓力等章節(jié)，介紹了工程荷載設(shè)計(jì)代表值的選取，工程荷載的基本概念、性質(zhì)、計(jì)算方法和工程應(yīng)用等，便于土木工程技術(shù)人員直接使用。2100433B