预应力混凝土受弯构件祥解.pptx

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1、第1页/共43页第2页/共43页9.3.2受弯构件各阶段应力分析一、先张法受弯构件几何尺寸：1、放张前(已产生预应力损失)预应力钢筋应力p0=con-l混凝土应力pc0=0预应力钢筋总合力注：分析时不再区分完成第一批预 应力损失及第二批预应力损失，考虑总损失。lconp-=0lconp-=0 yp yp yt ybApAp第3页/共43页2、放张后 预应力钢筋应力混凝土应力3、使用阶段施加外荷载使混凝土受拉边缘的应力为零lcon()Ap-Pc按理论力学，混凝土未开裂时I0：换算截面惯性矩Pcep0Np0(lcon-)Ap 第4页/共43页消压弯矩M0为：W0为换算截面对受拉边缘的弹性抵抗矩4、

2、受拉区裂缝即将出现开裂弯矩Mcr为：预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时，受拉区和受压区的预应力钢筋的应力p0、p0分别为：第5页/共43页5、构件破坏时 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cu，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，计算方法亦基本相同。ppyAfPpeA x=b1 xc a1 fc Mu第6页/共43页换算截面重心轴补充：第7页/共43页完成第二批损失时（混凝土受预压应力之后）：预应力钢筋的有效预应力：非预应力钢筋的有效预应力：第8页/共43页二、后张法受弯构件 ynt ynb Pc ynlcon Pe-=lc

3、on Pe-=ypn ypn1、放张锚固后预应力钢筋的合力为：第9页/共43页混凝土的应力为：2、使用阶段 与先张法构件相同，只是公式当中的 pcpc不同不同。第10页/共43页净截面重心轴补充：第11页/共43页完成第二批损失时（混凝土受预压应力之后）：预应力钢筋的有效预应力：非预应力钢筋的有效预应力：第12页/共43页9.3.3预应力受弯构件的计算1、使用阶段的计算 包括内容：a、使用阶段正截面受弯承载力计算 b、使用阶段斜截面受剪承载力计算 c、正截面抗裂度验算或裂缝宽度验算 d、斜截面抗裂度验算1）使用阶段正截面受弯承载力计算 第13页/共43页ppyAfPpeA x=b1 xc a1

4、 fc Mu极限状态时截面的应力状态适用条件正截面受弯承载力计算的基本公式：第14页/共43页如考虑非预应力钢筋正截面受弯承载力计算的基本公式：第15页/共43页注意：相对界限受压区高度b 对于有明显屈服点的钢筋 对于无明显屈服点的钢筋第16页/共43页2）使用阶段斜截面受剪承载力计算 试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加了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。Vp=0.05Np0式中：Np0 计算截面上砼的法向预应力为零时，预应力钢筋和非预应力钢筋的合力。当 Np0 0.3fcA0 取 Np0=0.3fcA0 过

5、大的压力可能降低抗剪强度Np0=p0 Ap+p0 Apl5 Asl5 As第17页/共43页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。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3）使用阶段正截面抗裂度或裂缝宽度验算 一级严格要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下应符合下列规定：ck-pc0 ck 荷载效应的标准组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力 第18页/共43页 二级一般要求不出现裂缝的构件 Mk 按荷载效应的标准组合计算的弯矩值 三级允许出现裂缝的构件 按荷载效应的标准组合，并考虑长期作用的影响所计算

6、的 纵向受拉钢筋重心水平处的最大裂缝宽度应符合下列规定：在荷载效应的标准组合下应符合下列规定：ck-pcftk第19页/共43页式中：s按荷载效应标准组合计算的预应力混凝土构件 纵向受拉钢筋的等效应力z受拉区纵向预应力钢筋和非预应力钢筋合力点 至受压区压力合力点的距离第20页/共43页主要措施是限制主拉应力和主压应力。（1）限制主拉应力严格不裂 tp 0.85ftk 一般不裂 tp 0.95ftk（2）限制主压应力cp 0.6fck tp 和 cp 均可利用材力的公式求解。4）使用阶段斜截面抗裂度验算 第21页/共43页图9-30 预应力混凝土受弯构件(a)制作阶段；(b)吊装阶段；(c)使用

7、阶段图9-31 后张法预应力混凝土构件施工阶段验算简支构件端部区段截面预拉区边缘纤维的混凝土拉应力允许大于ftk；但不应大于1.2ftk2、施工阶段的验算第22页/共43页截面边缘的混凝土法向应力ct、cc可按下式计算：第23页/共43页预应力受弯构件由于预应力的作用产生反拱(向上的挠曲变形)，在使用荷载作用下产生的变形要抵消一部分反拱，所以预应力构件的变形将较普砼构件小一些。预应力受弯构件的挠度可由这两部分叠加而得。3.受弯构件的变形验算第24页/共43页（1）预应力作用产生的反拱：式中 Np 完成全部预应力损失后的预应力合力大小。（2）荷载作用下的挠度计算：（3）变形验算：变形验算：第25

8、页/共43页截面弯曲刚度截面弯曲刚度B B：1)1)按荷载标准组合下的短期刚度按荷载标准组合下的短期刚度BsBs：对于使用阶段要求不出现裂缝的构件对于使用阶段要求不出现裂缝的构件:对于使用阶段允许出现裂缝的构件对于使用阶段允许出现裂缝的构件:对预压时预拉区出现裂缝的构件，Bs应降低10%。2)2)按荷载标准组合并考虑预加力长期作用影响的刚度按荷载标准组合并考虑预加力长期作用影响的刚度B B，可按第8章截面刚度B公式计算，其中取=2.0。第26页/共43页预应力混凝土受弯构件设计步骤确定：截面尺寸，混凝土、预应力钢筋和非预应力钢筋的强度及弹性模量，放张时混凝土强度等级，预应力钢筋的张拉控制应力，

9、施工方法，初定预应力钢筋及非预应力钢筋的截面面积，外荷载引起的内力，结构重要性系数。计算预应力损失值计算混凝土有效预压应力值使用阶段正截面承载力计算满足不满足第27页/共43页预应力混凝土受弯构件设计步骤验算预应力钢筋的传递长度范围的承载力及抗裂度先张先张先张使用阶段斜截面受剪承载力计算满足使用阶段斜截面抗裂度验算满足变形验算满足结束施工阶段（制作、运输、吊装）的验算满足不满足不满足不满足不满足使用阶段正截面抗裂度及裂缝宽度验算第28页/共43页1.截面形式和尺寸对于预应力轴心受拉构件，通常采用正方形或矩形截面；对于预应力受弯构件，可采用T形、I形、箱形等截面。9.4预应力混凝土构件的构造要求

10、预应力混凝土构件的构造要求9.4.1 9.4.1 一般规定预应力受弯构件其截面高度 ；翼缘宽度一般可取 ，翼缘厚度可取 ，腹板可取第29页/共43页2.预应力纵向钢筋的布置直线布置：曲线布置：折线布置：适用于荷载和跨度不大时，施工时用先张法和后张法均可。适用于荷载和跨度较大时，施工时一般用后张法。适用于荷载和跨度较大时，施工时一般用先张法。第30页/共43页3.非预应力纵向钢筋的布置配置非预应力纵向钢筋的作用：施加预应力过程中产生的拉应力。防止施工阶段因混凝土收缩和温差引起预拉区裂缝。防止构件在制作、堆放、运输、吊装时出现裂缝或减小裂缝宽度。非预应力纵向钢筋的强度等级宜低于预应力钢筋。在预应力

11、钢筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处内侧布置非预应力钢筋网片，以加强在钢筋弯折区段的混凝土。第31页/共43页4.预拉区纵向钢筋的配筋率及直径（1）施工阶段预拉区不允许出现裂缝的构件，预拉区纵向钢筋的配筋率：（2）施工阶段预拉区允许出现裂缝，而在预拉区不配置预应力钢筋的构件，当算得的截面边缘纤维混凝土拉应力 时，预拉区纵向钢筋的配筋率 ；当 ，则在0.15%和0.4%之间按直线内插。（3）预拉区非预应力纵向钢筋的直径，对光面钢筋不宜大于12mm，变形钢筋不宜大于14mm，并沿构件预拉区的外边缘均匀布置。第32页/共43页5.构件端部的构造钢筋 如在构件端部的预应力钢筋不能均匀布置而需集中布置在端部

12、截面的下部或集中布置在上部和下部时，应在构件端部0.2h范围设置竖向附加的焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式的构造钢筋。对槽形板类构件，宜在构件端部100mm范围内，沿构件板面设置附加的横向钢筋，以防板面端部产生纵向裂缝。第33页/共43页6.预应力钢筋的接头 （1）轴心受拉构件必须采用焊接接头，受弯构件宜优先采用焊接接头。级钢筋必须采用闪光对焊。（2）轴心受拉构件的受力钢筋不得采用非焊接的搭接接头。（3）直接承受中、重级工作制吊车的构件，其纵向受拉钢筋不得采用绑扎搭接接头，且不得在钢筋上焊有任何附件，也不宜采用焊接接头。（4）在一个截面内有焊接接头的受拉钢筋截面面积占受拉钢筋总截面面积的百分率

13、25%，此外有焊接接头的截面之间的距离应45d。第34页/共43页9.4.2 9.4.2 先张法构件的构造要求1.钢丝（筋）间距 应根据浇注混凝土、施加预应力及钢筋锚固等要求确定。预应力钢筋的净距不应小于其直径，且不小于25mm，预应力钢丝的净距不宜小于15mm。2.钢筋的粘结和锚固宜采用变形钢筋、刻痕钢丝、钢铰线等。第35页/共43页3.钢筋的保护层 为了保证钢筋与外围混凝土的粘结锚固，防止放松预应力钢筋时在构件端部沿预应力钢筋周围出现裂缝，必须有一定的混凝土保护层厚度。其取值同普通钢筋混凝土构件。4.端部附加钢筋为防止放松预应力钢筋时，端部产生裂缝。可在端部设置螺旋筋、钢筋网或在端部加密横

14、向钢筋。第36页/共43页 1.预留孔道（1）预留孔道之间的净距不应小于25mm；孔道至构件边缘的净距不应小于25mm，且不宜小于孔道直径的一半。（2）孔道的直径应比预应力钢筋束外径、钢筋对焊接头处外径或需穿过孔道的锚具外径大10mm15mm。（3）在构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，其孔距不宜大于12m。9.4.3 9.4.3 后张法构件的构造要求（4）凡制作时需要预先起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。（5）孔道灌浆要求密实，水泥强度等级不应低于M20，其水灰比宜为0.40.45；为减少收缩，宜掺入0.01%水泥浆用量的铝粉。第37页/共43页 2.曲线预应力钢筋的曲率半径（1）钢丝束

15、、钢铰线束以及钢筋直径d12mm的钢筋束，不宜小于4m。（2）12mm25mm的钢筋，不宜小于15m。对折线配筋的构件，在折线预应力钢筋弯折处的曲率半径可适当减小。第38页/共43页 3.锚具 后张法预应力钢筋的锚固应选用可靠的锚具，其制作方法和质量要求应符合国家现行混凝土结构工程施工及验收规范的规定。构件端部尺寸，应考虑锚具的布置、张拉设备的尺寸和局部受压的要求，在必要时应适当加大。在预应力钢筋锚具下及张拉设备的支承处，应采用预埋钢垫板及附加横向钢筋网片或螺旋式钢筋等局部加强措施。4.端部混凝土的局部加强第39页/共43页第40页/共43页6.对采用块体拼装构件的要求 采用块体拼装的构件，其接缝平面应垂直于构件的纵向轴线。当接头承受内力时，缝隙间应灌注不低于块体强度等级的细石混凝土或水泥砂浆，并根据需要在接头处及其附近区段内用加大截面或增设焊接网等方式进行局部加强，必要时可设置钢板焊接接头 当接头不承受内力时，缝隙间应灌注不低于C15的细石混凝土或M15的水泥砂浆第41页/共43页思考题:预应力混凝土构件和普通钢筋混凝土构件的区别（可从以下方面比较：采用材料、构件截面高度估计、正常使用阶段的工作性能、正常使用阶段钢筋的应力状态、正常使用阶段混凝土的应力状态、正常使用阶段的计算方法、破坏阶段承载力计算、施工阶段构件受力状态等）第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页