混凝土结构预应力混凝土构件.pptx

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1、第第10章章 预应力混凝土的原理及计算规定预应力混凝土的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念一、钢筋混凝土的缺欠跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第1页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第2页/共133页 产生上述问题原因主要是因为产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低混凝土的抗拉强度太低，导致，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度

2、显著降低。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。成浪费。采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制挠度变形控制难以满足。难以满足。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般，一般

3、Ms=(0.60.8)My，如，如配筋按正截面承载力计算，配筋按正截面承载力计算，Ms下下 ss=(0.50.7)fy。对于。对于级钢级钢筋，筋，fy=300MPa，ss=150210MPa，裂缝宽度已达，裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm。如采用。如采用级高强钢筋，级高强钢筋，fy=580MPa，则，则 ss=290 406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。，裂缝宽度已远远超过容许限值。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第3页/共133页二、预应力的基本概念第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第4页/共133页由于

4、预加应力 pc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第5页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第6页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第7页/共133页预应力坝第8页/共133页第9页/共133页第10页/共133页施加预应力的方法先张法先张法

5、第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第11页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第12页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第13页/共133页后张法后张法第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第14页/共133页后张法后张法第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第15页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第16页/共133页无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土

6、锚具的可靠性高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第17页/共133页第18页/共133页第19页/共133页、锚具和夹具锚具和夹具10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定1.对锚具的要求(1)安全可靠,具有足够的强度和刚度(2)预应力筋滑移小,减少预应力损失(3)构造简单,便于制作(4)使用方便,省材料,价格低2.工程中常用的锚具(1)螺丝端杆锚具第20页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第21页/共133页 10.1 预应力混凝土的

7、材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定(2)锥形锚具第22页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定夹片式锚具第23页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第24页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第25页/共133页第26页/共133页第27页/共133页第28页/共133页第29页/共133页第30页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具一、预应力钢筋一、预应力钢筋 预应力

8、钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋（丝）作预应力筋。为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一具有一定的塑性定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊

9、接、镦粗的加工要求。焊接、镦粗的加工要求。对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的和与混凝土良好的粘结性能，通常采用粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝方法来提高与混凝土粘结强度。土粘结强度。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第31页/共133页1、冷拉低合金钢筋、冷拉低合金钢筋 通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达达580MPa。为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接

10、。肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。筋的应用已很少。10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第32页/共133页2、中高强钢丝中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中强钢丝的为8001200MPa，高强钢丝的强度为14701860MPa。钢丝直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或压波，也可制成螺旋肋。10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定刻痕钢丝螺旋肋钢丝第33页/共1

11、33页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。第34页/共133页3、钢绞线 钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土

12、结构的原理及计算规定无粘结预应力束第35页/共133页4、热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为610mm，抗拉强度为1470MPa。10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为0.2%的条件屈服点作为抗拉强度设计指标。第36页/共133页10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第37页/共133页二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率

13、；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；的弹性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；板的尺寸；强度早期发展较

14、快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高，当采用高强钢丝时不低于强钢丝时不低于C40。10.1 预应力混凝土的材料及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第38页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定12.3 预应力混凝土的基本受力分析12.3 预应力混凝土的基本受力分析一、截面应力计算第39页/共133页二、截面受力特点受荷以前受荷以后第

15、10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定12.3 预应力混凝土的基本受力分析第40页/共133页预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化来抵抗外弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力C。钢筋混凝土受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变，而钢筋拉力T和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度高的性能得以发挥。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定12.3 预应力混凝土的基本受力分析第41页/共133页三、平衡荷载概念取第10章 预应力混凝土结构的原理及计算

16、规定12.3 预应力混凝土的基本受力分析第42页/共133页r当w=gk时，曲线预应力筋对混凝土产生横向分布压力恰好抵消梁均布恒荷载gk。按这种方法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定12.3 预应力混凝土的基本受力分析第43页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的压表）所控制的总张拉力总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面

17、积Ap得到的应得到的应力称为力称为张拉控制应力张拉控制应力 con。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。张拉控制应力张拉控制应力 con取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。大，可以使预应力筋充分发挥作用。但但 con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。力松弛。因此，因此，规范规范规定了张拉控制应力限值规定了张拉控制应力限值 con。第44页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1

18、 张拉控制应力和预应力损失第45页/共133页 因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中 con是以预应力筋的标准强度给出的，且 con可不受抗拉强度设计值的限制。在下列情况下，con可提高0.05 fptk：为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。为避免 con的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定 con不应小于0.4 fptk。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第46页/共133页预应力损失预应力损失 预

19、应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，原因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。关键的问题。过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不过

20、高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。利影响。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第47页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失 由于预应力的通过张拉预应力筋得到，由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：主要有：锚固损失：锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。摩擦损失：摩擦损失：在预应力筋张拉过程中，后张法在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与

21、孔道预应力筋与孔道壁之间的摩擦壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会使张拉应力造成损失。摩擦，也会使张拉应力造成损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。松弛损失松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生产生松弛松弛，会引起预应力损失。，会引起预应力损失。温差损失：温差损失：先张法中的先张法中的热养护引起的温差损失。热养护引起的温差损失。弹性压缩损失：弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变

22、形而产生束造成的压缩变形而产生分批张拉损失分批张拉损失等。等。第48页/共133页1 1、锚固损失、锚固损失 l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为 l1。对直线预应力筋，第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第49页/共133页2 2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。直线预应力筋曲线预应力筋第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力

23、损失第50页/共133页第51页/共133页取dx=rdq q，Np=pAp第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第52页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失q q 为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（rad）设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离 x=rq q，则摩擦损失 l2为，若第53页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第54页/共133页 对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩a(mm)，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生反向

24、摩擦力以阻止其内缩。反向摩擦力只在一定的影响长度lf(m)内发生，即在距张拉端lf处，预应力筋的内缩值为零。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第55页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失设反向摩擦和正向摩擦相同D D=2 l2内缩值第56页/共133页第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失设反向摩擦和正向摩擦相同D D=2 l2第57页/共133页一端张拉两端张拉超张拉减少摩擦损失的措施第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第

25、58页/共133页3 3、热养护损失、热养护损失 l3 为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失 l3。降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失 l3无法恢复。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D D t，取钢筋的温度膨胀系数为110-5/，则有，第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第59页/共133页4 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛

26、损失 l4钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。根据应力松弛的长期试验结果，规范取普通预应力钢丝和钢绞线：低松弛预应力钢丝和钢绞线：当 con0.7fptk时，当0.7fptk Ncr，在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即相当于钢筋混凝土构件直接加载产生的钢筋应力。将该应力增量代替裂缝宽度计算公式中的钢筋应力 ss后，即可计算预应力构件的裂缝宽度。第72页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.2 轴心受拉构件4、极限轴力：当预应力筋的应力达到起抗拉

27、强度时，达到极限轴力第73页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.2 轴心受拉构件第74页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.2 轴心受拉构件第75页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.2 轴心受拉构件第76页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件10.3 受弯构件受力性能分析一、施工阶段 1、先张法构件第77页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件10.3 受弯构件受力性能分析一、施工阶段 1、先张法构件第78页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯

28、构件第79页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件2、后张法构件第80页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件二、使用阶段 无论是先张法还是后张法，无论是先张法还是后张法，施加外弯矩施加外弯矩M后，预应力筋与后，预应力筋与混凝土是共同变形的混凝土是共同变形的。因此在达到混凝土抗拉强度因此在达到混凝土抗拉强度ftk之前之前，可按弹性材料力学按，可按弹性材料力学按换算截面惯性矩换算截面惯性矩I0来确定由弯矩产生的截面应力，即来确定由弯矩产生的截面应力，即拉为正第81页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件1、

29、消压弯矩M0 当外弯矩M产生的截面受拉边缘的拉应力 c恰好抵消混凝土的预压应力 pc时，这时的弯矩称为消压弯矩M0，W0b为换算截面对受拉边缘的弹性抵抗矩梁底边应力第82页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件2、开裂弯矩Mcrg gm=0.2566=1.536截面抵抗矩塑性系数，与截面形状和截面高度有关第83页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件2、开裂弯矩Mcrg gm=0.2566=1.536截面抵抗矩塑性系数，与截面形状和截面高度有关第84页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件3、假想全截面消

30、压状态预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的全截面消压状态全截面消压状态，相当于钢筋混凝土构，相当于钢筋混凝土构件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且对分析使用阶件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且对分析使用阶段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。因为在施加弯矩因为在施加弯矩M的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消压状态的受力情况称为压状态的受力情况称为假想全截面消压状态假想全截面消压状态。第85页/共133页第10章 预应

31、力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件3、假想全截面消压状态预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的全截面消压状态全截面消压状态，相当于钢筋混凝土构，相当于钢筋混凝土构件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且对分析使用阶件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且对分析使用阶段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。因为在施加弯矩因为在施加弯矩M的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消压状态的受力情况称为压状态的受力情况称为假想全截面消压

32、状态假想全截面消压状态。第86页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件先张法后张法第87页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件先张法后张法第88页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件4、开裂后=+z z第89页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件5、极限弯矩 随着荷载增加，受拉区预应力筋先达到屈服强度，受压边缘混凝土达到极限压应变e ecu，截面达到受弯极限状态，其截面应力分布与钢筋混凝土受弯构件类似，但有以下几点不同之处：受压区预应力筋Ap的应力 p第90页/共133

33、页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件 相对界限受压区高度x xb 对于有明显屈服点的钢筋 对于无明显屈服点的钢筋第91页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件适用条件第92页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件ppA0sppA0s yp ypep0Np0先张法一般受弯构件预压应力的计算 一般预应力混凝土受弯构件的截面配筋，还配置一定非预应力钢筋As和As。由于收缩徐变变形使非预应力筋也产生与收缩徐变预应力损失 l5相当的压应力，因此在预压应力 pc计算时，应考虑非预应力筋这部分压力的影响。第93页/共133页第

34、10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件13.3 一般受弯构件预压应力的计算 一般预应力混凝土受弯构件的截面配筋，还配置一定非预应力钢筋As和As。由于收缩徐变变形使非预应力筋也产生与收缩徐变预应力损失 l5相当的压应力，因此在预压应力 pc计算时，应考虑非预应力筋这部分压力的影响。第94页/共133页第10章 预应力混凝土构件受力性能分析10.3 受弯构件第95页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级10.4 预应力混凝土构件的设计主要讨论预应力混凝土受弯构件的设计第96页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应

35、力混凝土的分类及裂缝控制等级预应力混凝土的分类及裂缝控制等级预应力混凝土的分类及裂缝控制等级一、预应力混凝土的分类1、全预应力混凝土 在使用荷载下，截面不出现拉应力。c-pc0对于受弯构件有MM02、有限预应力混凝土 在使用荷载下，截面出现拉应力，但未达到混凝土的抗折强度。c-pcg gm ftk对于受弯构件有M0M Mcr3、部分预应力混凝土 使用荷载大于开裂荷载，即 M Mcr构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。第97页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级 在预应力混凝土发展的早期，大多按全预应力混凝土来设计。抗裂性高、抗疲劳性能

36、好、刚度大、设计计算简单。适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器（核反应堆压力容器和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环器（核反应堆压力容器和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环境下需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生境下需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构。疲劳破坏的结构。但全预应力混凝土也存在着以下的缺点：但全预应力混凝土也存在着以下的缺点：对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制，而不是由承载力条件确定；制，而不是由承载力条件确定；反

37、拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以致影响结构的正常使用；致影响结构的正常使用；从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小；从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小；施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费用高。费用高。第98页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级事实上，结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因，温度、收事实上，结构产生的

38、裂缝不仅仅是荷载的原因，温度、收缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时（如沉降、水缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时（如沉降、水化热等），都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝，有的化热等），都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝，有的还比较严重。还比较严重。此外全预应力混凝土构件中，由于局部高压应力会产生横此外全预应力混凝土构件中，由于局部高压应力会产生横向拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。向拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不仅技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。第99页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10

39、.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级另一方面，近年来对裂缝控制的研究表明，细微裂缝另一方面，近年来对裂缝控制的研究表明，细微裂缝宽度对结构耐久性并无影响。宽度对结构耐久性并无影响。而且施加预应力的构件，即使出现裂缝，当活荷载移而且施加预应力的构件，即使出现裂缝，当活荷载移去后，去后，裂缝还可以闭合裂缝还可以闭合，裂缝的开展是短暂的。因此，裂缝的开展是短暂的。因此，从满足结构功能要求的角度，很多情况不必采用全预从满足结构功能要求的角度，很多情况不必采用全预应力混凝土。应力混凝土。适当降低预压应力，容许混凝土出现拉应力或开裂，适当降低预压应力，容许混凝土出现拉应力或开裂，作成有限预应力或作成有限

40、预应力或部分预应力混凝土部分预应力混凝土，可以使设计更，可以使设计更加合理和经济。加合理和经济。采用有限预应力或部分预应力混凝土可以采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力节约预应力钢材钢材、有效地、有效地控制反拱控制反拱、提高延性提高延性，部分的开裂产生，部分的开裂产生的刚度降低，也有助于结构内力的调整，以减小由于的刚度降低，也有助于结构内力的调整，以减小由于约束变形（如温差、不均匀沉降等）而产生的内力。约束变形（如温差、不均匀沉降等）而产生的内力。第100页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级预应力度预应力度l l1：全预应力混凝土l

41、 l=0：钢筋混凝土1 l l 0：部分预应力混凝土第101页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级三、裂缝控制等级规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：一级：严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。二级：一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值ftk，而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。三级：允许出现裂缝的构件，按荷载标准组合并考虑荷载长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。第102页/共133页第1

42、0章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级第103页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4截面形状与高跨比截面形状与跨高比截面形状与跨高比预应力混凝土受弯构件常用的截面形状有：矩形、工字形、T形、箱形和形等。第104页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4截面形状与高跨比第105页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4截面形状与高跨比 矩形截面外形简单，模板最省。但核心区域小，自重大，受矩形截面外形简单，模板最省。但核心区域小，自重大，受拉区混凝土对抗弯不起作用，截面有效性差。一般适用于实拉区混凝土对抗弯不起作用，截面有效性

43、差。一般适用于实心板和一些短跨先张预应力混凝土梁。心板和一些短跨先张预应力混凝土梁。工工形形截截面面核核心心区区域域大大，预预应应力力筋筋布布置置的的有有效效范范围围大大，截截面面材材料料利利用用较较为为有有效效，自自重重较较小小。但但应应注注意意腹腹板板应应保保证证一一定定的的厚厚度，以使构件具有足够的受剪承载力，便于混凝土的浇筑。度，以使构件具有足够的受剪承载力，便于混凝土的浇筑。箱箱形形截截面面和和工工形形截截面面具具有有同同样样的的截截面面性性质质，并并可可抵抵抗抗较较大大的的扭转作用，常用于跨度较大的公路桥梁。扭转作用，常用于跨度较大的公路桥梁。预预应应力力混混凝凝土土受受弯弯构构件

44、件的的挠挠度度变变形形控控制制容容易易满满足足，因因此此跨跨高高比比可可取取得得较较大大。但但跨跨高高比比过过大大，则则反反拱拱和和挠挠度度会会对对预预加加外外力力的的作作用用位位置置以以及及温温度度波波动动比比较较敏敏感感，对对结结构构的的振振动动影影响响也也更更为为显显著著。一一般般预预应应力力混混凝凝土土受受弯弯构构件件的的跨跨高高比比可可比比钢钢筋筋混混凝凝土构件增大土构件增大30%。第106页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力筋数量的确定 预应力筋数量的确定第107页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 预应力筋数量的确定 按正截面抗裂控制要

45、求预应力总损失估计值 l,t对先张法可取0.2 con对后张法可取0.15 con第108页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 承载力计算 承载力计算一、正截面承载力计算 请自学。注意：对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件，应满足二、斜截面承载力计算 试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加的剪压区高度和骨料咬合作用，斜截面受剪承载力比钢筋混凝土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况。第109页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 承载力计算 Vp=0.05N0当当N00.3fcA0时，取时，取N0=0.3fcA0；N0为消压轴力。为消

46、压轴力。对于对于N0e0与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁和允出现裂缝的构件，取和允出现裂缝的构件，取Vp=0。对于先张法构件，如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度对于先张法构件，如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度ltr范围，应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如范围，应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如图所示，设支座边缘截面至构件短部的距离为图所示，设支座边缘截面至构件短部的距离为la ltr，则在，则在支座截面斜截面受剪承载力计算时，应取支座截面斜截面受剪承载力计算时，应取Vp=0.05N0。第110页/共133页第10

47、章 预应力混凝土构件的设计10.4 承载力计算 预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝土受弯构件相同。土受弯构件相同。可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要求也与钢筋混凝土受弯构件相同。当剪力设计值满足第111页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 正常使用阶段验算一、抗裂验算1、正截面抗裂验算裂缝控制等级为一级，严格要求不出现裂缝的构件，在荷载短期效应组合弯矩Ms作用下应满足，裂缝控制等级为二级，一般要求不出现裂缝的构件，在荷载短期效应组合弯矩Ms作用下应满足，在荷载准永久组合计

48、算弯矩Mq作用下应满足，第112页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 2、斜截面抗裂验算 在剪弯区段，截面上各点同时受正应力 x和剪应力t t，因此斜截面抗裂验算应对各点的主拉应力 tp和主压应力 cp进行限制，不超过一定的限值。斜裂缝出现以前，构件基本处于弹性工作状态。设荷载短期组合产生的弯矩为Ms，产生的剪力为。由预压应力 pc和Ms产生的截面混凝土正应力 x为由Vs和预应力弯起钢筋所产生的截面混凝土剪应力t t 为第113页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 对严格要求不出现裂缝的构件，tp0.85ftk对一般要求不

49、出现裂缝的构件，tp0.95ftk对以上两类构件主压应力均应满足：cp0.9fck第114页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 二、裂缝宽度计算对裂缝控制等级为三级的部分预应力混凝土构件，其最大裂缝宽度计算公式与钢筋混凝土构件相同，仅需将公式中的钢筋 ss用预应力钢筋应力增量代换即可。第115页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 三、挠度计算 预应力混凝土受弯构件的挠度由两部分组成：一部分为使用荷载产生的挠度f1；另一部分为预应力所产生的反拱f2。因此构件最终挠度为 f=f1-f21、预应力产生的反拱f2 预应力混凝土构件

50、在预应力作用下产生的反拱，可根据预应力作用或等效荷载，用结构力学的方法计算。计算时，构件的短期抗弯刚度可取0.85EcI0，长期抗弯刚度可取0.425EcI0。预应力筋中应力应扣除全部预应力损失。第116页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 正常使用阶段验算 2、使用荷载作用下的挠度f1 对使用阶段不出现裂缝的构件，短期抗弯刚度取Bs=0.85EcI0。系数0.85是考虑在使用阶段截面混凝土有一定非弹性变形对刚度的折减。对于使用阶段容许出现的构件，其短期抗弯刚度按下列公式计算，长期荷载影响系数q q =2第117页/共133页第10章 预应力混凝土构件的设计10.4 施工阶段