预应力型钢混凝土结构弯矩调幅研究综述

预应力型钢混凝土结构弯矩调幅研究综述摘要：介绍预应力型钢混凝土结构的工程应用、试验研究以及塑性设计现状。

综合现有预应力型钢混凝土结构试验研究，总结预应力型钢混凝土结构弯矩调幅的研究成果。

关键词：预应力；型钢混凝土；弯矩调幅系数；
中图分类号：TV331 文献标识码：A
预应力型钢混凝土(Prestressed Steel Reinforced Concrete，简称PSRC)结构是在预应力混凝土结构中配置轧制或焊接型钢的组合结构，作为一种新型组合结构多用于多层公用建筑、高层建筑的底部及顶部、车库等大开间大跨度的建筑中。

该新型组合结构具有预应力结构和型钢混凝土结构的双重优点，从而可为组合结构的推广应用开辟更广阔的前景，研究分析有待深入。

工程应用
南京金山大厦[1]，主楼32层，地下3层，高133.7m。

第7层为转换层兼做设备层，采用PSRC转换梁承受上面26层的剪力墙重量，梁跨度8m。

日本熊本县阿苏町建成了目前世界上跨长最大的PSRC简支梁桥[2]，该梁为跨长50．9 m、宽8.5 m的PSRC简支梁公路桥，该桥从距支点7m处设置型钢，预应力钢筋为超耐久、耐疲劳型KTB.SC钢绞线。

山西省晋中市榆次区文化中心[3]，剧场看台采用PSRC梁和斜梁及柱形成混凝土钢架结构。

PsRC梁规格为32.801.900.65，混凝土强度等级C50。

绥芬河青云市场套(扩)建改造工程[4]，套建一层顶框架梁采用内置预应力钢桁架—混凝土组合梁，跨度有28.8 m、25.2 m和23.6 m 3种。

济南铁道职业技术学院新校区教学主楼连廊框架结构[5]，共3层，主跨跨度10.8 m。

建筑要求一、二框架梁高度不超过550 mm，所以采用PSRC梁，满足了建筑净空要求。

山东体育学院综合训练馆为大跨度框架结构[5]，共2层，下部为游泳馆，上部为艺术体操馆。

游泳池顶主梁采用跨度为26.7m的预应力型钢混凝土梁，梁高l.3m，跨高比高达20。

PSRC结构已在工程中得到发展应用。

实际工程中所应用的绝大多数超静定梁、框架以承受竖向静载为主，可以考虑对其控制截面弹性弯矩计算值进行调幅，而我国所颁布的国家行业标准JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》[6]对型钢混凝土框架梁只给出了刚度、裂缝及截面承载力的计算方法，未涉及弯矩调幅计算问题。

涉及这方面的研究分析较少，主要通过预应力型钢混凝土连续梁、框架的试验研究，得到弯矩调幅系数的计算依据。

试验研究
目前，预应力型钢混凝土结构的试验研究已经有一些报导，主要集中在国内，但是关于预应力型钢混凝土超静定结构的研究还较少。

傅传国、李玉莹等[7]进行了6根普通型钢混凝土梁和7根预应力型钢混凝土梁的对比试验研究。

研究发现施加预应力后的型钢混凝土梁较普通的型钢混凝土梁的抗裂性能显著改善，裂缝宽度在正常使用阶段可以得到有效的控制。

并将传统的综合内力法和现行的相关规范建议公式结合起来，提出了“改进综合内力法”，对预应力型钢混凝土梁的受弯承载力计算和裂缝控制验算提出了一套新的方法。

郑文忠、王钧等[8]进行了3根两跨内置H 型钢预应力混凝土连续组合梁的试验，以
及对此类梁的非线性有限元全过程分析，获得了内置H 型钢预应力混凝土连续组合梁等效塑性铰区长度计算公式、塑性转角计算公式和以达到承载能力极限状态时支座控制截面的外载作用下弹性弯矩计算值与内置H 型钢实际承担的弯矩之差为调幅对象、以相对塑性转角为自变量的弯矩调幅系数计算公式。

熊学玉、高峰[9]进行了2榀预应力型钢混凝土框架的试验，在此基础上，采用有限元分析软件对试验框架进行仿真模拟，并对试验框架梁型钢截面尺寸、相对受压区高度的参数进行分析。

基于试验及有限元分析结果，提出了预应力型钢混凝土框架梁端塑性铰长度计算公式，给出了以梁端控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值与张拉引起的次弯矩之和为调幅对象，以相对受压区高度和塑性转角为自变量的调幅系数的计算公式。

塑性设计
一般房屋的框架梁和楼盖中的连续次梁可以考虑按塑性设计。

国内外在型钢混凝土、预应力混凝土以及预应力型钢混凝土超静定结构塑性设计方面的研究成果主要有：
(1) 哈尔滨工业大学建立的调幅系数计算公式
哈尔滨工业大学王钧完成了3根内置H型钢预应力混凝土连续组合梁试验，基于试验结果及仿真分析，分别提出了以塑性转角为和混凝土相对受压区高度为自变量的弯矩调幅系数计算公式[10]。

以型钢受拉翼缘屈服为塑性铰出现标志的中支座相对塑性转角为自变量的弯矩调幅系数计算公式为：
（3.1）
以混凝土相对受压区高度为自变量的弯矩调幅系数计算公式为：
（3.2）
(2) 同济大学建立的调幅系数计算公式
同济大学熊学玉、高峰在完成2榀预应力型钢混凝土框架静力试验基础上，基于试验结果及仿真分析，分别提出了以塑性转角和混凝土相对受压区高度为自变量的弯矩调幅系数计算公式[9]。

以预应力型钢混凝土框架梁受拉翼缘屈服为塑性铰出现标志的框架梁端相对塑性转角为自变量的弯矩调幅系数计算公式为：
（3.3）
以预应力型钢混凝土框架梁梁端相对受压区高度为自变量的预应力型钢混凝土框架的弯矩调幅系数计算公式为：
（3.4）
预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅系数大于10%时混凝土截面相对受压区高度不小于0.32。

（3）CEB-FIP 模式规范MC90
CEB-FIP模式规范MC90给出了以支座混凝土相对受压区高度为自变量的预应力混凝土构件调幅系数的计算公式[11]。

混凝土强度等级在C15—C45之间，且时：
（3.5）
混凝土强度等级在C50—C70之间，且时：
（3.6）
对B级钢筋，混凝土强度等级在C15—C70 之间，且ξ≤0.25时：
（3.7）
(4) 构件弹塑性计算专题研究组
构件弹塑性计算专题研究组在试验的基础上给出以支座混凝土相对受压区高度为自变量的钢筋混凝土连续梁弯矩调幅的限值建议[12]。

当混凝土强度小于C30时：
（3.8）
当混凝土强度在C30至C60之间时：
（3.9）
(5) 东南大学
东南大学吕志涛、石平府等学者给出以支座混凝土相对受压区高度为自变量的预应力混凝土超静定结构弯矩调幅系数取用值为[13]：
（3.10）
由以上预应力型钢混凝土结构的塑性设计研究成果可见，通常以支座塑性转角为自变量和以支座混凝土相对受压区高度为自变量来计算控制截面的弯矩调幅系数。

4、结束语
本文总结了现有预应力以及预应力型钢混凝土结构关于弯矩调幅系数方面的试验以及理论分析。

可以看出，现阶段对预应力型钢混凝土结构弯矩调幅系数的分析还比较少，主要以相对受压区高度和塑性转角为自变量，得出相应的弯矩调幅系数计算公式。

实际工程中，预应力型钢混凝土框架的内力重分布和弯矩调幅受梁柱线刚度比、柱的侧向约束、水平荷载、柱轴压比、次弯矩等的影响比连续梁更为复杂[9]。

并且现阶段的研究主要集中于有粘结预应力型钢混凝土结构，关于无粘结预应力型钢混凝土超静定结构的研究还未见报导。

因此要全面了解预应力超静定结构的内力重分布和弯矩调幅规律，就要对预应力型钢混凝土结构进行更深入的研究。

参考文献
[1] 刘军进，吕志涛. 金山大厦转换梁的实测及分析[J]. 建筑结构. 2002(03): 35-37.
[2] 孟庆伶. 跨度50.9m的型钢预应力混凝土简支梁桥[J]. 铁道建筑. 2003(02): 30.
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[5] 徐杰，傅传国，周晓娜. 预应力型钢混凝土结构研究与应用[C]. 中国天津: 2008.
[6] JGJ138-2001型钢混凝土组合结构技术规程[S].
[7] 傅传国，李玉莹，梁书亭. 预应力型钢混凝土简支梁受弯性能试验研究[J]. 建筑结构学报. 2007, 28(3): 62-73.
[8] 郑文忠，王钧，韩宝权，等. 内置H型钢预应力混凝土连续组合梁受力性能试验研究[J]. 建筑结构学报. 2010, 31(7): 23-31.
[9] 熊学玉，高峰. 预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅试验研究[J]. 华中科技大学学报：自然科学版. 2012, 40(11): 48-52.
[10] 王钧. 内置H型钢预应力混凝土组合梁受力性能与设计方法研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2010.
[11] CEB 欧洲国际混凝土委员会.1990CEB-FIP 模式规范.北京:中国建筑科学研究院结构所规范室译. 1991:244~259
[12] 构件弹塑性计算专题研究组. 钢筋混凝土连续梁弯矩调幅限值的研究[Z]. 198237-42.
[13] 石平府. 部分预应力混凝土超静定结构的内力重分布和弯矩调幅[D]. 东南大学, 1995.
作者简介：汤晨曦（1989-），男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向：钢筋混凝土结构与预应力混凝土结构。