本發明涉及一種間接預應力復雜單層混凝土殼體及其設計方法。

背景技術：

1、近年來，隨著我國建造技術的提升，相應的建設水平也越來越高。單層混凝土殼體也越來越多樣化。從受力特性上區分：有些混凝土殼體的受力既有混凝土柱的受壓受力特性，也有懸挑梁的受拉受力特性；從形式上區分：殼體的中心線既不是傳統的斜線也不是二次拋物線，而是以復雜曲線的形式出現。另外殼體的懸挑過大，構件的抗裂變形較難保證。

技術實現思路

1、本發明旨在提供一種間接預應力復雜單層混凝土殼體及其設計方法，并引入間接預應力結構這一創新理念。水平閉合預應力梁與復雜殼體相互支撐，改變了復雜殼體的約束邊界條件，改變了復雜殼體的內力分布和大小，從而提高復雜殼體的受力性能和極限承載力能力。水平閉合預應力梁的這一作用稱為間接預應力作用。

2、閉合梁可以是圓環，也可以是任意曲線的閉合梁。閉合梁數量可以是多個，也可以是多個，經優化預應力閉合梁的位置和數量、及其閉合梁剛度大小和預應力筋數量，可以調整和改善復雜殼體的分布及其約束分布，進而減小應力分布，達到控制復雜殼體的變形。采用有粘結和無粘結筋結合，可以實現預應力的調控，并實現后期的無粘筋的調整和更換。緩粘結和無粘結筋結合，可以實現預應力的包括施工階段、使用階段的全壽命可調可控可換，并保持更高的耐久性。

3、本發明中的復雜殼體底部豎直向上，末端懸挑部分接近水平，中部和水平預應力混凝土閉合梁相接形成空間結構。這種帶有水平閉合預應力梁的復雜殼體既提升了構件的抗裂抗彎性能，又提高了構件的變形性能。因此特別適合用于對變形和承載力較高的大懸挑結構。

4、為達到上述目的，本發明采用了以下方案：

5、一種間接預應力復雜單層混凝土殼體及其設計方法，包括上層殼體、下層殼體、肋板和閉合梁。所述上層殼體、下層殼體在底部固定，靠近固定端接近垂直，末端接近水平，中間和水平的預應力混凝土閉合梁相接。所述中部閉合梁在梁頂底均設置無粘結預應力鋼筋，閉合梁中心線用方程用z＝f(x)描述。

6、進一步的，復雜殼體的設計方法通過以下步驟實現：

7、步驟一：確定預應力筋曲線的曲率k；

8、步驟二：計算預應力筋引起的法向力qn＝npk；式中：np為預應力筋的拉力；

9、步驟三：計算預應力筋引起的切向力qτ，qτ＝μnpk；式中：μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數；

10、步驟四：確定由預應力筋引起的法向力qn、切向力qτ和外荷載引起的總彎矩值m；由m得到殼體的應力σ。(步驟一～四也可有有限元程序實現)。

11、步驟五：殼體鋼筋計算；

12、進一步的，步驟一所述的預應力筋曲線為z＝f(x)，曲率k的具體確定方法：

13、首先，求出曲線的一階導數z'和二階導數z"，然后得到曲線的曲率得到預應力筋曲線的曲率k；

14、進一步的，步驟二所述的預應力法向力計算如下：qn＝npk；式中：np為預應力筋的拉力；

15、進一步的，步驟二所述的預應力切向力計算如下：qτ＝μnpk；式中：μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數；

16、進一步的，步驟五所述具體如下：利用混凝土有效應力圖形計算復雜殼體的配筋。：

17、as＝(ab-0.6atbft)/fy

18、式中：as是受拉普通鋼筋的截面面積為；a主拉應力圖形總面積；at為主拉應力值小于混凝土軸線抗拉強度設計值的圖形面積；b為計算截面寬度；fy為非預應力鋼筋抗拉強度設計值。

19、本發明是通過對預應力筋曲線的分析，將計算出來的切向和法向力做為外荷載施加到復雜單層混凝土殼體上，得到復雜單層混凝土殼體(有粘結、無粘結、緩粘結筋)混凝土正截面受彎承載力計算公式。

20、采用這一體系后，結構的材料使用量減少了約20％，更具經濟優勢。

技術特征：

1.一種間接預應力復雜單層混凝土殼體及其設計方法，包括復雜殼體(1)、中部閉合梁(2)。所述復雜殼體(1)在底部固定，靠近固定端部分接近垂直，末端懸挑部分接近水平，中間和水平的預應力混凝土閉合梁相接。所述中部閉合梁(2)在梁頂部和底部均設置預應力鋼筋(有粘結、無粘結、緩粘結筋)，閉合梁預應力筋用曲線方程z＝f(x)描述。

2.根據權利要求1所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：所述復雜殼體的設計方法通過以下步驟實現：

3.根據權利要求2所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：步驟一所述的預應力筋曲線為z＝f(x)，曲率k的具體確定方法：

4.根據權利要求3所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：步驟二所述的預應力法向力計算如下：qn＝npk；式中：np為預應力筋的拉力。

5.根據權利要求4所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：步驟三所述的預應力切向力計算如下：qτ＝μnpk；式中：μ為預應力筋與孔道壁的摩擦系數。

6.根據權利要求5所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：步驟四所述具體如下：確定由預應力筋引起的法向力qn、切向力qτ和外荷載引起的總彎矩值m；由m得到殼體的應力σ。

7.根據權利要求6所述的復雜殼體的預應力設計方法，其特征在于：步驟五所述具體如下：殼體的普通鋼筋計算如下公式：

技術總結
本發明涉及一種間接預應力復雜單層混凝土殼體及其設計方法。該復雜殼體底部豎直向上，末端懸挑部分接近水平，中部和水平預應力混凝土閉合梁相接形成空間結構。水平閉合預應力梁與復雜殼體相互支撐，改變了復雜殼體的約束邊界條件，改變了復雜殼體的內力分布和大小。這種帶有水平閉合預應力梁的復雜殼體既提升了構件的抗裂抗彎性能，又提高了構件的變形性能。因此特別適合用于對變形和承載力較高的大懸挑結構。

技術研發人員：黃永強,熊學玉,馮傳山,閆澤升,黃明超
受保護的技術使用者：上海同吉建筑工程設計有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24