部分预应力混凝土受弯构件.pptx

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1、14.1 部分预应力结构的概念与特点部分预应力结构的概念与特点 一、概一、概 述述你知道全预应力结构在工程应用中的不足吗？你知道全预应力结构在工程应用中的不足吗？主梁的反拱大，以至于桥面铺装施工的实际厚度变主梁的反拱大，以至于桥面铺装施工的实际厚度变化较大，易造成桥面损坏，影响行车顺适；化较大，易造成桥面损坏，影响行车顺适；预加力过大时，锚下混凝土横向拉应变超出极限拉预加力过大时，锚下混凝土横向拉应变超出极限拉应变，出现沿预应力钢筋方向不能恢复的裂缝。应变，出现沿预应力钢筋方向不能恢复的裂缝。第1页/共61页 1 1、基本概念：、基本概念：介于全预应力混凝土与普通钢筋混凝土之间的介于全预应力混

2、凝土与普通钢筋混凝土之间的结构，根据要求施加适量的预应力，配置普通钢筋结构，根据要求施加适量的预应力，配置普通钢筋以保证承载力要求。以保证承载力要求。2 2、特点：、特点：充分发挥预应力钢筋的作用，利用普通钢筋的充分发挥预应力钢筋的作用，利用普通钢筋的作用作用;允许在使用期间出现裂缝，扩大了应用范围允许在使用期间出现裂缝，扩大了应用范围;设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低度的高低.第2页/共61页 一、弯矩挠度关系曲线一、弯矩挠度关系曲线第3页/共61页 部分预应力混凝土梁的受力特性：部分预应力混凝土梁的受力特性：在荷载作用较小时，在自重与

3、有效预加力作在荷载作用较小时，在自重与有效预加力作用下，它具有反拱度，但其值较全预应力混用下，它具有反拱度，但其值较全预应力混凝土梁的反拱度小凝土梁的反拱度小线弹性线弹性；随着外加荷载作用增加，弯矩随着外加荷载作用增加，弯矩M M达到达到B B点，这点，这时表示外荷时表示外荷 载作用下产生的梁下挠度与预载作用下产生的梁下挠度与预应力反拱度相等，两者正好相互抵消，此时应力反拱度相等，两者正好相互抵消，此时梁的挠度为零梁的挠度为零零挠度零挠度；第4页/共61页 当荷载增加，达到曲线当荷载增加，达到曲线2 2的的C C点时，外荷载作用点时，外荷载作用产生的梁底混凝土拉应力正好与有效预压应力互产生的梁

4、底混凝土拉应力正好与有效预压应力互相抵消，使梁底受拉边缘的混凝土应力为零，此相抵消，使梁底受拉边缘的混凝土应力为零，此时相应的外荷载作用产生的弯矩，称为消压弯矩时相应的外荷载作用产生的弯矩，称为消压弯矩零应力零应力；梁的下边缘消压后，继续加载至梁的下边缘消压后，继续加载至D D点，混凝土的点，混凝土的边缘拉应力达到极限抗拉强度。达到边缘拉应力达到极限抗拉强度。达到DD点时表点时表示构件即将出现裂缝，此时相应的弯矩就称为部示构件即将出现裂缝，此时相应的弯矩就称为部分预应力混凝土构件的抗裂弯矩分预应力混凝土构件的抗裂弯矩,它就相当于相它就相当于相应的钢筋混凝土梁截面的抗裂弯矩，即应的钢筋混凝土梁截

5、面的抗裂弯矩，即 =出现裂缝出现裂缝；第5页/共61页 外荷载作用加大，从外荷载作用加大，从DD点开始，裂缝开展，刚度继续点开始，裂缝开展，刚度继续下降，挠度迅速增加。到达下降，挠度迅速增加。到达E E点时，受拉钢筋屈服。点时，受拉钢筋屈服。E E点以后裂缝进一步扩展，刚度进一步降低，挠度增加点以后裂缝进一步扩展，刚度进一步降低，挠度增加速度更快，直到速度更快，直到F F点，这时构件达到极限承载能力状态点，这时构件达到极限承载能力状态而破坏而破坏破坏破坏。二、部分预应力混凝土结构分类：二、部分预应力混凝土结构分类：1 1、A A类部分预应力混凝土结构：类部分预应力混凝土结构：在使用阶段允许出现

6、拉应力，但在使用阶段允许出现拉应力，但“拉而无裂拉而无裂”。A A类构件的设计与全预应力混凝土结构完全相同。类构件的设计与全预应力混凝土结构完全相同。2 2、B B类部分预应力混凝土结构：类部分预应力混凝土结构：在使用阶段允许裂缝出现，但在使用阶段允许裂缝出现，但“裂而有限裂而有限”，裂，裂缝宽度在限制范围内。缝宽度在限制范围内。第6页/共61页三、实现部分预应力的可行方法三、实现部分预应力的可行方法 1 1、全部采用高强钢筋，将其中的一部分张拉到最全部采用高强钢筋，将其中的一部分张拉到最大容许应力，保留其余一部分作为非预应力钢筋大容许应力，保留其余一部分作为非预应力钢筋;2 2、将全部预应力

7、钢筋都张拉到一个较低的应力水将全部预应力钢筋都张拉到一个较低的应力水平。平。3 3、采用张拉的预应力钢筋与普通钢筋的混合配筋。采用张拉的预应力钢筋与普通钢筋的混合配筋。第7页/共61页14.2B类部分预应力混凝土受弯构件的设计计算类部分预应力混凝土受弯构件的设计计算 部分预应力混凝土结构与全预应力混凝土结构的设部分预应力混凝土结构与全预应力混凝土结构的设计计算有许多的相同点，也有一些特殊问题：计计算有许多的相同点，也有一些特殊问题：相同点相同点：持久状态正截面、斜截面承载力计算，局部承：持久状态正截面、斜截面承载力计算，局部承压计算，预应力损失估算。压计算，预应力损失估算。不同点不同点：使用阶

8、段截面的正应力计算，裂缝宽度计算：使用阶段截面的正应力计算，裂缝宽度计算（验算），变形计算，疲劳计算，截面配筋计算，构造要（验算），变形计算，疲劳计算，截面配筋计算，构造要求。求。第8页/共61页一、一、使用阶段截面的正应力计算使用阶段截面的正应力计算 B B类部分预应力受弯构在使用阶段截面已经开类部分预应力受弯构在使用阶段截面已经开裂。开裂后截面的中性轴位置和几何特性取决于裂。开裂后截面的中性轴位置和几何特性取决于预加力的大小和位置，这使预加力的大小和位置，这使计算工作比较复杂计算工作比较复杂。但从预应力混凝土梁的弯矩挠度曲线可以明确但从预应力混凝土梁的弯矩挠度曲线可以明确看出，梁开裂后仍具

9、有一个良好的弹性工作阶段，看出，梁开裂后仍具有一个良好的弹性工作阶段，即开裂弹性阶段。因此，部分预应力混凝土梁开即开裂弹性阶段。因此，部分预应力混凝土梁开裂后使用阶段的应力计算，仍采用裂后使用阶段的应力计算，仍采用弹性分析方法弹性分析方法计算。计算。第9页/共61页1 1、弹性分析方法计算特点：、弹性分析方法计算特点：部分预应力混凝土梁截面开裂后的应力状态，与钢筋部分预应力混凝土梁截面开裂后的应力状态，与钢筋混混 凝土凝土大偏心受压很相似大偏心受压很相似。钢筋混凝土大偏心受压构件。钢筋混凝土大偏心受压构件截面开裂后，可以用钢筋混凝土结构在使用荷载阶段处截面开裂后，可以用钢筋混凝土结构在使用荷载

10、阶段处于弹性受力的特点求解钢筋应力与混凝土应力。于弹性受力的特点求解钢筋应力与混凝土应力。但应该但应该注意到注意到，当外力为零时，钢筋混凝土大偏心受压构件截，当外力为零时，钢筋混凝土大偏心受压构件截面混凝土应力均等于零（称为面混凝土应力均等于零（称为“零应力零应力”状态）。状态）。第10页/共61页 B B类预应力混凝土受弯构件截面上由作用产生的弯矩类预应力混凝土受弯构件截面上由作用产生的弯矩 M,M,虽然可以用等效的偏心压力来代替，但是偏心压力虽然可以用等效的偏心压力来代替，但是偏心压力所产生的应力效应，所产生的应力效应，并不能直接并不能直接用上述钢筋混凝土大偏用上述钢筋混凝土大偏心受压构件

11、求解应力的方法来求解，这是心受压构件求解应力的方法来求解，这是因为因为部分预应部分预应力混凝土构件尚存在着力混凝土构件尚存在着预加力预加力的作用，所以，即使截面的作用，所以，即使截面上没有作用，但是由于预加力的作用，梁的截面上已经上没有作用，但是由于预加力的作用，梁的截面上已经存在着由预加力所引起的混凝土正应力。存在着由预加力所引起的混凝土正应力。第11页/共61页 鉴于钢筋混凝土大偏心受压构件求解截面应力的公式鉴于钢筋混凝土大偏心受压构件求解截面应力的公式 是在是在“零应力零应力”状态下建立的，如果能把这个预加力引状态下建立的，如果能把这个预加力引起的截面应力的特点加以考虑，从计算方法上进行

12、某些起的截面应力的特点加以考虑，从计算方法上进行某些处理，将截面上由预加力引起的混凝土压应力退压成处理，将截面上由预加力引起的混凝土压应力退压成“零应力零应力”状态，暂时先消除预加力的影响，就可以借助状态，暂时先消除预加力的影响，就可以借助大偏心受压构件的计算方法来求解截面上钢筋和混凝土大偏心受压构件的计算方法来求解截面上钢筋和混凝土的应力。的应力。第12页/共61页 预应力混凝土受弯构件开裂截面的应力计算，就预应力混凝土受弯构件开裂截面的应力计算，就是把在作用弯矩是把在作用弯矩 和预应力钢筋及非预应力钢和预应力钢筋及非预应力钢筋合力筋合力 共同作用下的受弯构件，转化为轴向力共同作用下的受弯构

13、件，转化为轴向力作用点距截面重心轴作用点距截面重心轴 的钢筋混凝土偏心受压的钢筋混凝土偏心受压构件进行计算。对后张法预应力连续梁等构件进行计算。对后张法预应力连续梁等超静定超静定结构结构，上述外弯矩，上述外弯矩 还应计入由预加力引起的次还应计入由预加力引起的次弯矩弯矩 第13页/共61页 把简单的问题复杂化把简单的问题复杂化 让人感觉很有学问让人感觉很有学问;把复杂的问题简单化把复杂的问题简单化 让人感觉很有水平让人感觉很有水平.第14页/共61页 如图如图14142 2所示，对后张法所示，对后张法T T形截面形截面B B类类受弯构件截面弯矩受弯构件截面弯矩 ，将开裂截面正应力，将开裂截面正应

14、力状态分解成如下几个阶段来分析。状态分解成如下几个阶段来分析。第15页/共61页图14-2 大偏心受压等效过程a)开裂截面 b)截面应变分布 c)虚拟拉力 d)、e)开裂截面上的力 f)偏心压力产生的开裂截面应力第16页/共61页（1 1）有效预加力作用）有效预加力作用 （获得零应力以前的应力状（获得零应力以前的应力状态）态）在有效预加力在有效预加力 单独作用下的应变图，如图单独作用下的应变图，如图14-2b14-2b所示线所示线。此时，受拉区和受压区预应力钢筋。此时，受拉区和受压区预应力钢筋中的拉应力为不计梁自重作用的有效预拉力中的拉应力为不计梁自重作用的有效预拉力 （14-114-1）（1

15、4-214-2）第17页/共61页第18页/共61页图14-3 大偏心受压等效过程a)开裂截面 b)截面应变分布 c)虚拟拉力 d)、e)开裂截面上的力 f)偏心压力产生的开裂截面应力第19页/共61页图14-3 预应力钢筋和普通钢筋合力及其偏心距a）仅Npe作用时 b）全消压状态第20页/共61页 在配有普通钢筋的预应力混凝土构件中，由于在配有普通钢筋的预应力混凝土构件中，由于混凝土的收缩和徐变，使普通钢筋产生与预加力相混凝土的收缩和徐变，使普通钢筋产生与预加力相反的内力，从而减少了受拉区混凝土的法向预压应反的内力，从而减少了受拉区混凝土的法向预压应力。为了简化计算，在以下的计算中，普通钢筋

16、的力。为了简化计算，在以下的计算中，普通钢筋的应力均近似取为混凝土收缩和徐变引起的预应力损应力均近似取为混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值。此时，在截面全部预应力钢筋和普通钢筋的失值。此时，在截面全部预应力钢筋和普通钢筋的合力合力 作用下的截面下缘和上缘预应力钢筋重心作用下的截面下缘和上缘预应力钢筋重心处混凝土的预压应力处混凝土的预压应力 和和 计算式为计算式为 ：第21页/共61页 其中其中 第22页/共61页（2 2）全消压状态（获得虚拟零应力状态）全消压状态（获得虚拟零应力状态）这是一个为计算需要（使截面呈这是一个为计算需要（使截面呈“零应力零应力”状态）状态）的的“虚拟作用虚拟作用”阶

17、段。在阶段。在“虚拟作用虚拟作用”下，全截面消下，全截面消压，即构件截面各点的混凝土的应变恰好为零压，即构件截面各点的混凝土的应变恰好为零 图图14-214-2中线中线。为了使截面达到完全消压状态，必须对截面施加为了使截面达到完全消压状态，必须对截面施加一个拉力一个拉力 （又称为虚拟荷载），使之消除混凝土的（又称为虚拟荷载），使之消除混凝土的预压应力。预压应力。第23页/共61页 混凝土消压后，在受拉区和受压区预应力钢筋混凝土消压后，在受拉区和受压区预应力钢筋重心处混凝土应变值分别由重心处混凝土应变值分别由 和和 变化为零时，变化为零时，受拉区和受压区预应力钢筋应变增量为（受拉区和受压区预应力

18、钢筋应变增量为（）和（和（），其绝对值等于其重心处对应的混凝），其绝对值等于其重心处对应的混凝土应变土应变 、。故受拉区和受压区预应力钢筋。故受拉区和受压区预应力钢筋的拉应力增量为：的拉应力增量为：第24页/共61页 这里假定受拉和受压区预应力钢筋为同一类钢筋，这里假定受拉和受压区预应力钢筋为同一类钢筋，同时同时 。在全消压状态下，受拉区和受压区预应力钢筋中在全消压状态下，受拉区和受压区预应力钢筋中的总拉应力的总拉应力 、分别为：分别为：第25页/共61页 全消压状态下，有效预加力全消压状态下，有效预加力 引起的普通钢筋应变引起的普通钢筋应变 、消失。但由于混凝土收缩徐变变形引起的普通钢筋压应

19、消失。但由于混凝土收缩徐变变形引起的普通钢筋压应变变 、依然存在，所以消压状态下受拉、受压区普通钢依然存在，所以消压状态下受拉、受压区普通钢筋依筋依然存在压应力，其值均近似取为混凝土收缩和徐变引起的然存在压应力，其值均近似取为混凝土收缩和徐变引起的预应预应力损失值。存在的压力力损失值。存在的压力 、为：为：第26页/共61页全消压状态下，预应力钢筋和普通钢筋合力全消压状态下，预应力钢筋和普通钢筋合力 就就为：为：作用点距截面受压边缘距离作用点距截面受压边缘距离 图图14-3c14-3c为：为：对于先张法预应力混凝土构件，计算对于先张法预应力混凝土构件，计算 时，应取时，应取 第27页/共61页

20、（3 3）开裂截面应力计算中虚拟作用的处理（对虚）开裂截面应力计算中虚拟作用的处理（对虚拟状态处理）拟状态处理）虚拟拉力（虚拟拉力（）是为了计算处理而虚设的，）是为了计算处理而虚设的，因此，最终应消除其影响，必须在预应力钢筋和因此，最终应消除其影响，必须在预应力钢筋和普通钢筋合力作用点处施加一个与普通钢筋合力作用点处施加一个与 大小相等，大小相等，方向相反作用力（方向相反作用力（）（图）（图14-2d14-2d）。）。第28页/共61页图14-4 等效的钢筋混凝土偏心受压构件第29页/共61页 此时，作用于构件开裂截面弯矩值此时，作用于构件开裂截面弯矩值 和偏和偏心压力心压力 ，可用一个等效的

21、偏心压力，可用一个等效的偏心压力R R作用于构作用于构件开裂后的换算截面上，并由此可求得件开裂后的换算截面上，并由此可求得R R的大小及的大小及距截面上边缘的距离距截面上边缘的距离 （图（图14-414-4）。）。现取现取 ，由隔离体对，由隔离体对 作用点的力矩作用点的力矩平衡，平衡，故，故第30页/共61页 这样，承受预加力合力这样，承受预加力合力 和弯矩和弯矩 作用作用的预应力混凝土的预应力混凝土B B类受弯构件就转化为承受距受压类受弯构件就转化为承受距受压边缘的偏心距边缘的偏心距 为的压力为的压力 的钢筋混凝土偏的钢筋混凝土偏心受压构件（图心受压构件（图14-414-4）。）。第31页/

22、共61页（4 4）按钢筋混凝土结构大偏心受压构件计算梁）按钢筋混凝土结构大偏心受压构件计算梁开裂截面的受压区高度开裂截面的受压区高度（建立大偏压构件状态）（建立大偏压构件状态）图14-5 开裂截面及应力图a）开裂截面 b）截面应力第32页/共61页开裂后的开裂后的B B类预应力混凝土受弯构件，按钢筋混凝土类预应力混凝土受弯构件，按钢筋混凝土偏偏心受压构件计算时，采用以下假定：心受压构件计算时，采用以下假定：截面变形符合平截面假定；截面变形符合平截面假定；受压混凝土正应力分布取三角形；受压混凝土正应力分布取三角形；不考虑受拉区混凝土参加工作，拉力全部由钢筋不考虑受拉区混凝土参加工作，拉力全部由钢

23、筋 承担。承担。第33页/共61页 假定开裂截面的中和轴位于肋板内，按内外力对偏心压假定开裂截面的中和轴位于肋板内，按内外力对偏心压力力 作用点取矩为零，整理后得到开裂截面受压区高度作用点取矩为零，整理后得到开裂截面受压区高度x x的计算方程：的计算方程：第34页/共61页求解开裂截面的受求解开裂截面的受 压区高度压区高度x x中应注意：中应注意：受压区普通钢筋的应力应符合规范的要求受压区普通钢筋的应力应符合规范的要求。当受压区预应力钢筋为拉应力时，即当受压区预应力钢筋为拉应力时，即 01.25/1.25 满足条件的部分预应力混凝土构件，从开裂到破坏将满足条件的部分预应力混凝土构件，从开裂到破

24、坏将具具有一定的安全储备，可避免一旦开裂即发生破坏的现象。有一定的安全储备，可避免一旦开裂即发生破坏的现象。最大配筋率。满足受压区高度最大配筋率。满足受压区高度 。第59页/共61页 部分预应力混凝土的基本概念、特点。部分预应力混凝土的基本概念、特点。部分预应力混凝土受弯构件设计的内容、方部分预应力混凝土受弯构件设计的内容、方 法，注意与全预应力混凝土受弯构件设计的法，注意与全预应力混凝土受弯构件设计的相相 同和不同点。同和不同点。部分预应力混凝土受弯构件钢筋设计的方法、部分预应力混凝土受弯构件钢筋设计的方法、特点，名义拉应力和预应力度法计算的特点。特点，名义拉应力和预应力度法计算的特点。部分预应力混凝土梁开裂后使用阶段的应力计部分预应力混凝土梁开裂后使用阶段的应力计 算的弹性分析计算方法。算的弹性分析计算方法。本章小节第60页/共61页谢谢您的观看！第61页/共61页