预应力混凝土结构预应力混凝土轴心受拉构件设计.pptx

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1、8.5.1 轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析计算内容：计算内容：1.使用阶段荷载作用下的承载力、抗裂使用阶段荷载作用下的承载力、抗裂度、裂缝宽度计算度、裂缝宽度计算2.施工阶段各受力过程的承载力和抗裂施工阶段各受力过程的承载力和抗裂度验算度验算第1页/共54页一、先张法构件一、先张法构件1.施工阶段施工阶段1)在台座上张拉预应力钢筋在台座上张拉预应力钢筋预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力总预拉力为总预拉力为第2页/共54页2)锚固预应力钢筋，浇筑混凝土，进行养护，锚固预应力钢筋，浇筑混凝土，进行养护，直到放张前出现第一批预应力损失直到放张前出现第一批预应力损失第3页/

2、共54页3)放张后瞬间放张后瞬间混凝土受压后产生压缩变形混凝土受压后产生压缩变形包括预应力筋在内的换算包括预应力筋在内的换算包括预应力筋在内的换算包括预应力筋在内的换算截面面积截面面积截面面积截面面积A An n构件截面中扣除预应力钢筋面积的净截面面构件截面中扣除预应力钢筋面积的净截面面积（考虑积（考虑A As s的折算面积）的折算面积）第4页/共54页4)完成第二批预应力损失完成第二批预应力损失由内力平衡由内力平衡第5页/共54页2.使用阶段阶段使用阶段阶段1)加载至加载至由变形协调由变形协调第6页/共54页构件中的构件中的非预应力筋非预应力筋的应力由的应力由减小了减小了即即由截面的内外力平

3、衡也可得由截面的内外力平衡也可得有非预应力筋，且有非预应力筋，且第7页/共54页2)裂缝即将出现裂缝即将出现混凝土的应力等于混凝土的抗拉强度时混凝土的应力等于混凝土的抗拉强度时有非预应力筋时有非预应力筋时第8页/共54页3)开裂后开裂后第9页/共54页3.破坏阶段破坏阶段配有非预应力筋时配有非预应力筋时第10页/共54页二、后张法构件二、后张法构件1.施工阶段施工阶段1)构件制作、养护至张拉钢筋构件制作、养护至张拉钢筋预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力混凝土的预压应力混凝土的预压应力A An n构件截面中扣除预应力钢筋面积和预留孔道构件截面中扣除预应力

4、钢筋面积和预留孔道面积的净面积（考虑面积的净面积（考虑A As s的折算面积）的折算面积）第11页/共54页2)张拉完毕，完成第一批预应力损失张拉完毕，完成第一批预应力损失预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力混凝土的预压应力混凝土的预压应力第12页/共54页混凝土的预压应力可由静力平衡条件求得混凝土的预压应力可由静力平衡条件求得Ac c构件截面中扣除非预应力钢筋面积和预留孔道面积的截面面积第13页/共54页3)完成第二批预应力损失完成第二批预应力损失完成由于预应力钢筋松弛和混凝土收缩完成由于预应力钢筋松弛和混凝土收缩徐变引起的预应力损失徐变引起的预应力损

5、失第14页/共54页非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力混凝土的有效预压应力可由静力平衡条件求得混凝土的有效预压应力可由静力平衡条件求得第15页/共54页2.使用阶段使用阶段1)加载至加载至预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力非预应力钢筋的应力非预应力钢筋的应力第16页/共54页由截面的内外力平衡也可得由截面的内外力平衡也可得包括预应力筋在内的换包括预应力筋在内的换算截面面积算截面面积第17页/共54页2)裂缝即将出现裂缝即将出现混凝土的应力等于混凝土的抗拉强度时混凝土的应力等于混凝土的抗拉强度时有非预应力筋时有非预应力筋时预应力筋的拉应力预应力筋的拉应力第18页/共54页由截面静力平衡条

6、件可得，开裂轴力由截面静力平衡条件可得，开裂轴力第19页/共54页3.破坏阶段破坏阶段配有非预应力筋时配有非预应力筋时第20页/共54页三、先张法和后张法受力情况的比较三、先张法和后张法受力情况的比较1）施工阶段，先张法和后张法）施工阶段，先张法和后张法 的计算公的计算公式形式基本相同，只是式形式基本相同，只是 具体计算值不同，同具体计算值不同，同时先张法构件用换算截面面积时先张法构件用换算截面面积A0 0，而后张法，而后张法构件用静截面面积构件用静截面面积An n。如果采用相同的如果采用相同的 、相同的材料强度、相、相同的材料强度、相同的混凝土截面尺寸、相同的预应力钢筋截同的混凝土截面尺寸、

7、相同的预应力钢筋截面面积，由于面面积，由于A0 0 An n，故后张法构件的有效故后张法构件的有效预应力值预应力值 高些高些。2）使用阶段，）使用阶段，N0 0、Ncrcr、Nu u的三个计算公式的三个计算公式形式相同，只是计算形式相同，只是计算N0 0、Ncrcr时两种方法的时两种方法的 不同。不同。第21页/共54页8.5.2 轴心受拉构件设计轴心受拉构件设计设计内容：设计内容：使用阶段的承载能力计算使用阶段的承载能力计算抗裂度验算抗裂度验算裂缝宽度验算裂缝宽度验算施工阶段张拉（放松）预应力时混凝土的法施工阶段张拉（放松）预应力时混凝土的法向应力的验算向应力的验算后张法构件端部锚固区局部受

8、压承载力计算后张法构件端部锚固区局部受压承载力计算换算截面面积换算截面面积第22页/共54页一、轴心受拉构件使用阶段的计算一、轴心受拉构件使用阶段的计算（1）正截面承载力计算）正截面承载力计算（2）使用阶段抗裂度验算）使用阶段抗裂度验算一级构件：一级构件：二级构件：二级构件：和和第23页/共54页三级构件：三级构件：第24页/共54页二、轴心受拉构件施工阶段的计算二、轴心受拉构件施工阶段的计算（1）张拉（或放松）预应力筋时，混凝土所）张拉（或放松）预应力筋时，混凝土所承受的预压应力验算承受的预压应力验算后张法构件按张拉端计算，不考虑预应力损失后张法构件按张拉端计算，不考虑预应力损失先张法构件按

9、第一批预应力损失出现后计算先张法构件按第一批预应力损失出现后计算第25页/共54页（2）后张法构件端部锚固区的局部受压承载力）后张法构件端部锚固区的局部受压承载力验算验算1）锚固区的应力状态）锚固区的应力状态第26页/共54页设计要求（保证张拉时锚具下锚固区的混凝设计要求（保证张拉时锚具下锚固区的混凝土不开裂和不产生过大的变形，又要求计算土不开裂和不产生过大的变形，又要求计算锚具下所需配置的间接钢筋以满足局部受压锚具下所需配置的间接钢筋以满足局部受压承载力的要求）承载力的要求）第27页/共54页2）构件局部受压区截面尺寸验算（配有间接钢）构件局部受压区截面尺寸验算（配有间接钢筋）筋）局部受压面

10、上作用的局部荷载或局部压力设局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值，计算后张法构件锚固端局部受压时计值，计算后张法构件锚固端局部受压时局部受压承载力提高系数局部受压承载力提高系数混凝土强度影响系数混凝土强度影响系数局部受压净面积局部受压净面积局部受压净面积局部受压净面积A Alnln；对于后张法构件，应在混凝土；对于后张法构件，应在混凝土；对于后张法构件，应在混凝土；对于后张法构件，应在混凝土局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积第28页/共54页局部受压面积局部受压面积Al

11、l第29页/共54页局部受压的计算底面积局部受压的计算底面积Ab b由局部受压与计算底面积按同心、由局部受压与计算底面积按同心、由局部受压与计算底面积按同心、由局部受压与计算底面积按同心、对称的原则确定对称的原则确定对称的原则确定对称的原则确定第30页/共54页3）局部受压承载力计算（当配置有方格网局部受压承载力计算（当配置有方格网式或螺旋式间接钢筋，且其核心面积式或螺旋式间接钢筋，且其核心面积 AcorAl时）时）配置间接钢筋后局部受配置间接钢筋后局部受配置间接钢筋后局部受配置间接钢筋后局部受压承载力提高系数压承载力提高系数压承载力提高系数压承载力提高系数 间接钢筋对混凝土约束的折减系数：间

12、接钢筋对混凝土约束的折减系数：间接钢筋对混凝土约束的折减系数：间接钢筋对混凝土约束的折减系数：C50C50为为为为1.01.0，C80C80为为为为0.850.85第31页/共54页局部受压配筋局部受压配筋方格钢筋网方格钢筋网螺旋式配筋螺旋式配筋第32页/共54页不满足要求时，对于方格钢筋网，应增加钢不满足要求时，对于方格钢筋网，应增加钢筋根数，加大钢筋直径，减小钢筋网的间距；筋根数，加大钢筋直径，减小钢筋网的间距；对于螺旋钢筋，应加大直径，减小螺距。对于螺旋钢筋，应加大直径，减小螺距。第33页/共54页后张法构件例题后张法构件例题某某某某24m24m屋架预应力混凝土下弦屋架预应力混凝土下弦屋

13、架预应力混凝土下弦屋架预应力混凝土下弦杆，截面尺寸杆，截面尺寸杆，截面尺寸杆，截面尺寸280180mm280180mm。采。采。采。采用后张法一端张拉施加预应力。用后张法一端张拉施加预应力。用后张法一端张拉施加预应力。用后张法一端张拉施加预应力。采用采用采用采用OVMOVM型锚具，孔道为充型锚具，孔道为充型锚具，孔道为充型锚具，孔道为充压橡皮管抽芯成型，两孔道直压橡皮管抽芯成型，两孔道直压橡皮管抽芯成型，两孔道直压橡皮管抽芯成型，两孔道直径均为径均为径均为径均为55mm55mm。第34页/共54页预应力钢筋采用钢绞线预应力钢筋采用钢绞线417（d=15.2mm），），fptkptk=1860N

14、/mm2 2，fpypy=1320N/mm2 2，Es s=1.95105 5N/mm2 2；非预应力筋采用非预应力筋采用4根直径为根直径为12的的HRB400（As s=452mm2 2），），fykyk=400N/mm2 2，fy y=360N/mm2 2，Es s=2105 5N/mm2 2。混凝土为混凝土为C60，fckck=38.5N/mm2 2，fc c=27.5N/mm2 2，ftktk=2.85N/mm2 2，ft t=2.04N/mm2 2，Ec c=3.6104 4N/mm2 2。永久荷载标准值产生的轴向拉永久荷载标准值产生的轴向拉力力Nk k=820kN，可变荷载标准值产

15、生的轴向拉可变荷载标准值产生的轴向拉力力Nk k=320kN，可变荷载的准永久值系数为，可变荷载的准永久值系数为0.5。结构的重要性系数为结构的重要性系数为1.1。第35页/共54页张拉控制应力张拉控制应力张拉时混凝土的强度为张拉时混凝土的强度为f fcucu=60N/mm=60N/mm2 2解：解：（1）使用阶段承载力计算）使用阶段承载力计算采用采用采用采用2 2束高强低松弛钢绞线束高强低松弛钢绞线束高强低松弛钢绞线束高强低松弛钢绞线4 4 1717（A Ap p=1112mm=1112mm2 2）第36页/共54页第37页/共54页（2）使用阶段抗裂度验算）使用阶段抗裂度验算1）截面参数）

16、截面参数预应力钢筋预应力钢筋非预应力钢筋非预应力钢筋扣除预应力钢筋面积和预留孔道面积的净面积扣除预应力钢筋面积和预留孔道面积的净面积A An n（考虑（考虑A As s的折算面积）的折算面积）第38页/共54页包括预应力筋在内的换算截面面积包括预应力筋在内的换算截面面积2）计算预应力损失）计算预应力损失 锚具变形损失锚具变形损失夹片式锚具夹片式锚具夹片式锚具夹片式锚具OVMOVM，得，得，得，得a a=5mm=5mm第39页/共54页 孔道摩擦损失孔道摩擦损失按锚具计算该项损失，所以按锚具计算该项损失，所以l=24m直线配筋直线配筋则第一批损失则第一批损失第40页/共54页 预应力钢筋的应力松

17、弛引起的应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的应力损失第41页/共54页 混凝土收缩、徐变引起的应力损失混凝土收缩、徐变引起的应力损失第42页/共54页则第二批损失为则第二批损失为总损失总损失第43页/共54页3）验算抗裂度）验算抗裂度计算混凝土的有效预压应力计算混凝土的有效预压应力在荷载标准组合作用下在荷载标准组合作用下第44页/共54页满足要求满足要求在荷载准永久组合下在荷载准永久组合下第45页/共54页（3）施工阶段验算）施工阶段验算最大张拉力最大张拉力截面上混凝土压应力截面上混凝土压应力满足要求满足要求第46页/共54页（4）锚具下局部受压验算）锚具下局部受压验算1）端部受压区域截面尺寸验

18、算）端部受压区域截面尺寸验算OVM锚具的直径为锚具的直径为100mm，锚具下垫板厚，锚具下垫板厚20mm，局部受压面积可按压力，局部受压面积可按压力Fi i从锚具边缘从锚具边缘在垫板中按在垫板中按45扩散的面积计算，在计算局部扩散的面积计算，在计算局部受压计算底面积时，近似地可按图受压计算底面积时，近似地可按图10-20(a)两两实线所围的矩形面积代替两个圆面积。实线所围的矩形面积代替两个圆面积。第47页/共54页锚具下局部受压计算底面积锚具下局部受压计算底面积第48页/共54页混凝土局部受压净面积混凝土局部受压净面积满足要求满足要求第49页/共54页2）局部受压承载力计算）局部受压承载力计算间接钢筋采用间接钢筋采用4片片8方格焊接网片，间距方格焊接网片，间距s=50mm，网片尺寸如图，网片尺寸如图第50页/共54页间接钢筋的体积配筋率间接钢筋的体积配筋率第51页/共54页满足要求满足要求第52页/共54页结构设计原理课程内容结束结构设计原理课程内容结束谢谢大家的配合！第53页/共54页感谢您的观看！第54页/共54页