10.预应力混凝土构件计算 混凝土结构设计原理

10.1预应力混凝土结构的概念 一、钢筋混凝土结构的缺欠 ,作用均布活荷载标准值q =5kN/m。第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 Prestressed Concrete Structure Prestressed Concrete Structure 跨度增加一倍跨度增加两倍 采用高强钢筋 5.2m10.4m 20.8m 5.2m 200450400900 8001900 200450 自重g 5kN20kN 80kN 5kN 67.6kN.m513.96kN.m 5948.8kN.m 67.6kN.m 级310级310 级310 冷拉级580 50.7kN.m405.6kN.m 4867.2kN.m 50.7kN.m 16.4=317 38.1=273 88.8=234 ss232MPa 453MPa max]=0.3 0.25 0.75 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低,导致受拉区混凝土过早开裂,截面抗弯刚度显著降低。 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面尺寸,会导致自重进一步增大,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,截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低,故挠度变形控制难以满足。 ss=(0.5~0.7)f =300MPa,sss =150~210MPa,裂缝宽度已达(0.15~ 0.25) mm。 如采用级高强钢筋,f =580MPa,则sss 290~406 MPa,裂 缝宽度已远远超过容许限值。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 tkpc tkpc 由于预加应力spc 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(N =0)的开裂明显推迟,裂缝宽度也显著减小。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 预应力混凝土的分类 预应力度λ:有效预压应力与使用荷载产生的应力之比: 全预应力混凝土(λ1):当使用荷载作用下,不允许载面 上混凝土出现拉应力的构件。相当于裂缝控制等级为一级的 构件。 限值预应力混凝土( sc):当使用荷载作用 下根据荷载效应组合情况,不同程度地保证混凝土不开裂的 构件。相当于裂缝控制等级为二级的构件。 部分预应力混凝土( :当使用荷载作用下,允许出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。 相当于裂缝控制等级为三级,即允许出现裂缝的构件。 钢筋混凝土( 第十章预应力混凝土结构 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。其抗裂性高、抗疲劳性能好、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疲劳破坏的结构。 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; 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,以致影响结构的正 常使用; 施加预应力大,对张拉设备、锚具等要求较高,制作费用高。10.1 预应力混凝土的概念 第十章预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 事实上,结构产生的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。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。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。 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。而且施加预应力的构件,即使出现裂缝,当活荷载移 去后,裂缝还可以闭合,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,作成有限预应力或部分预应力混 凝土,可以使设计更加合理和经济。 采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材、有效地 控制反拱、提高延性,部分的开裂产生的刚度降低,也有助于结构内 力的调整,以减小由于约束变形(如温差、不均匀沉降等)而产生的 内力。 第十章预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 预应力混凝土结构的优缺点:优点:预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂,提高构 件抗裂度和刚度,并取得节约钢筋,减轻自重的效果,克 服了钢筋混凝土的主要缺点。此外,结构自重轻,耐久性 好,抗剪能力强,疲劳性能好 缺点:构造、施工和计算较钢筋砼构件复杂,且延性也差些。 宜优先采用预应力混凝土结构物:(1)要求裂缝控制等级较高的结构; (2)大跨度或受力很大的构件; (3)对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件,如工业 厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。 10 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 11 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 12 预应力坝 13 10.2 施加预应力的方法 第十章预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法 14 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法 15 第十章预应力混凝土结构 无粘结预应力混凝土一定要有非预应力筋 锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度 10.2 施加预应力的方法 16 试验单元 17 18 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 一、预应力钢筋 强度高,松弛低;具有一定的塑性;良好的加工性能;与混凝土之间能较好地粘结,预应力钢筋的强度越高越好。 在预应力砼制作和使用过程中,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(丝)作预应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断,预应力筋还必须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能,以满足对钢筋焊接、 镦粗的加工要求。 对钢丝类预应力筋,还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能,通常采用‘刻痕’或‘压波’方法来提高与混凝土粘结 强度。 第十章 预应力混凝土结构 19 1、冷拉低合金钢筋 通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋,抗拉强度可达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,这种预应力筋的应用已很少。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 20 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。 中强钢丝的强度为800~1200MPa,高强钢丝的强度为1470~1860MPa。 为增加与砼粘结强度,钢丝表面可‘刻痕’或‘压波’,也可制成螺旋 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。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 21 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9.5~15.2 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。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 无粘结预应力束 22 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6~10mm,抗拉强度为1470MPa。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 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。 23预应力钢筋强度标准值和设计值(N/mm 消除应力钢丝螺旋肋钢丝 14701570 1670 1770 1250 1180 1110 1040 400 刻痕钢丝 14701570 1110 1040 360 二股 d=10.0 d=12.0 1720 1220 360 三股 d=10.8 d=12.9 1720 1220 360 钢绞线 d=9.5d=11.1 d=12.7 d=15.2 1860 1860 1860 1860 1820 1720 1320 1320 1320 1320 1290 1220 360 热处理钢筋 40Si Mn(d=6)48Si Mn(d=8.2)45Si Cr(d=10)1470 1040 400 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 24 二、混凝土——预应力混凝土要求采用高强混凝土 强度高;收缩、徐变小;快硬、早强 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; 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 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; 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; 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、 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C30,当采用 高强钢丝时不低于C40。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 25 10.3预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 26 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 夹片式锚具 27 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 28 29 30 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 10.4 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(千斤顶油压表)所控制的总张拉力N p,con 除以预应力筋面积A 得到的应力称为张拉控制应力s con 张拉控制应力scon 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。 con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; 对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏;构件的延性较差。 一、张拉控制应力31 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 张拉控制应力限值 张拉方法钢筋种类 预应力钢丝、钢绞线热处理钢筋 0.75 ptk0.70 ptk0.75 ptk0.65 ptk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[s con ]是以预应力筋的标准强度给出 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 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s 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 32二、预应力损失 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,预应力筋中应力会从s con 逐步减少,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。 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利影响。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 33 第十章 预应力混凝土结构 10.4 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,凡是能使预应力筋 产生缩短的因素,都将引起预应力损失,主要有: 摩擦损失:在预应力筋张拉过程中,后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦,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。 松弛损失:长度不变的预应力筋,在高应力的长期作用下会产生松弛,会引起预应力损失。 弹性压缩损失:混凝土弹性压缩,后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。 34 1、预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的损失s 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s l1 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 锚具变形和钢筋内缩值a(mm) 支承式锚具(钢丝束镦头锚具等):螺帽缝隙 每块后加垫板的缝隙 35后张法构件预应力曲线钢筋或折线形钢筋由于锚具变形和预应力筋 内缩引起的预应力损失值σ l1 ,应根据预应力曲线钢筋或折线钢筋与孔道 壁之间反向磨擦影响长度lf范围内的预应力钢筋变形值等于锚具变形和 预应力钢筋内缩值的条件确定。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 减小预应力损失σ l1 的措施: 选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具,并尽量少用垫板,因每增加一块垫板,α 值就增加1mm; 增加台座长度。因σl1 值与台座长度成反比,采用先张法生产的构 件,当台座长度为100米以上时,σ l1 可忽略不计。 36 2、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失s 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。 曲线预应力筋 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 直线预应力筋 37 dqdq pdxdF lnln con 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 dFdF 38第十二 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 lnln con 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 擦损失sl2 K:考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数;X:从张拉端至计算截面的孔道长度; :预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数; 39 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 钢丝束、钢绞线摩擦系数 孔道成型方式 预埋金属波纹管预埋钢管 抽芯成型 无粘结预应力钢绞线 0.0015 0.0010 0.0015 0.0035 0.25 0.25 0.55 0.09 、当有可靠的试验数据资料时,表列系数值可根据实测数据确定; 、当采用钢丝束的钢质锥形锚具及类似形式锚具时,尚应考虑锚杯口处的附加摩擦损失,其值可根据实测数据确定; 、无粘结预应力钢绞线的数据适用于由公称直径12.70mm 或15.20mm 钢绞线制成的无粘结预应力钢筋。 40 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,从而产生反向摩擦力以阻 止其内缩。 反向摩擦力只在一定的影响长度l 处,预应力筋的内缩值为零。第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 41 1000con 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 设反向摩擦和正向摩擦相同 Ds =2s l2 1000con 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 设反向摩擦和正向摩擦相同 43一端张拉 两端张拉 减少摩擦损失的措施第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 44 3、预应力钢筋与台座之间温差引起的损失s 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s 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s l3 无法恢复。 设养护升温后,预应力筋与台座的温差为D ,取钢筋的温度膨胀系数为110 -5 /,则有: 10 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 减少sl3 损失的措施: (1)采用两次升温养护。先在常温下养护,待混凝土强度达到 一定强度等级,再逐渐升温至规定的养护温度, (2)钢模上张拉预应力钢筋,由于预应力钢筋是锚固在钢模上 的,升温时两者温度相同,可以不考虑此项损失。 45 4、预应力钢筋应力松驰引起的损失s 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: con ptk con con0.7f ptk conptk con 当0.7fptk con0.8f ptk conptk con con0.5f ptk 时,可不考虑应力松弛损失,即取s l4 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 46 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 试验表明,钢筋应力松驰与下列因素有关: (1)应力松驰与时间有关。先快后慢,第一小时松驰损失可达全 部松驰损失的50%左右,24h后可达80%左右。 (2)应力松驰损失与钢材品种有关。热处理钢筋的应力松驰值比 钢丝、钢绞线的小。 (3)张拉控制应力值高,应力松驰大,反之,则小。 减少σ l4 损失的措施 超张拉:先控制张拉应力达1.05~1.1σ con ,持荷2~5min,然后卸 con,这样可以减少松驰引起的预应力损失。因为在高应力短 时间所产生的松驰损失可达到在低应力下需经过较长时间才能完成 的松驰数值,所以,经过超张拉部分松驰损失业已完成。钢筋松驰 与初应力有关,当初应力小地0.7f ptk 时,松驰与初应力成线性关系, 初应力高于0.7f ptk 时,松驰显著增大。 47 5、混凝土收缩、徐变引起的预应力损失s l5 混凝土的收缩和徐变,都会导致预应力混凝土构件长度的缩短, 预应力筋随之回缩,引起预应力损失。 由于收缩和徐变是同时随时间产生的,且影响二者的因素相同 时随变化规律相似,《规范》将二者合并考虑。 《规范》对混凝土收缩和徐变引起的损失,按下列公式计算: 28045 cupc 28045 cupc 28035 cupc 28035 cupc 第十章预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 48 第十章 预应力混凝土结构 10.5 张拉控制应力和预应力损失 pc——受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处混凝土法向 压应力。此时,预应力损失值仅考虑砼预压前(第一批)的损失,其 非预应力钢筋中的应力s l5 l5值应取等于零; l5值不得大于 0.5f cu pc为拉应力时,则公式中的s′ pc应取等于零。计算砼法 向应力s pc pc时可根据构件制作情况考虑自重的影响; cu——施加预应力时的混凝土立方体抗压强度; 49 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 对处于高温度环境(相对湿度为100%)下的砼收缩量将降为零,而徐变量将降低30%~50%,对低湿度环境(相对湿度为50%以下)下 的砼收缩量、徐变量将增长20~30%。因此,对处于高湿度环境的结 构(如贮水池、桩等),以上述公式算得的σ l5 l5值可降低 50%,而对处地干燥环境的结构,σ l5 l5值应增加20%~30%。 当能预先确定构件承受外荷载的时间时,可考虑时间对砼收缩和徐变损失值的影响,此时可将σ l5 l5乘以不大于1的系数β 系数β可按下列公式计算: 减少σl5 损失的措施 (1)采用高标号水泥,减少水泥用量,降低水灰比,采用干硬性砼; (2)采用级配较好的骨料,加强振捣,提高混凝土的密实性; (3)加强养护,以减少混凝土的收缩。 50 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 6.螺旋式预应力钢筋局部挤压砼引起的损失s l6 用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件,由于混凝土的局 部挤压引起的预应力损失σ l6 l6的大小与环形构件的直径d成反比,直径减小,损失越 大,故《混凝土设计规范》规定: l6=30N/mm 51第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 三、预应力损失的组合 预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算,而预 应力损失是分批发生的。因此,应根据计算需要,考虑相应阶 段所产生的预应力损失。 混凝土预压前完成的损失s lI 混凝土预压后完成的损失slII 根据上述预应力损失发生时间先后关系,具体组合见表。预应力损失的组合 预应力损失的组合 先张法构件 后张法构件 混凝土预压前 (第一批)损失s lI l2混凝土预压后 (第二批)损失s lII l652 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 考虑到预应力损失计算的误差,在总损失计算值过小时, 产生不利影响,《规范》规定当总损失值s lII小于下列 数值时,按下列数值取用: 先张法构件 100MPa 后张法构件 80MPa 四、混凝土弹性压缩引起的损失s le 先张法构件放张时,预应力筋与混凝土一起受压缩短,引起预 应力筋应力降低。 设混凝土预压应力在弹性范围,则根据钢筋与混凝土共同变形 的条件,可得混凝土弹性压缩引起的损失s le 所有预应力筋时,无弹性压缩损失。 53 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 10.5 预应力砼轴心受拉构件受力性能分析 一、施工阶段 1、先张法构件 Pre-tension 完成第二批损失 lIcon pI conpI lIcon pcI conpII conpcII 54第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 conpc 概括符号,即按不同的阶段代表相应阶段的预应力 损失、应力和预应力筋合 力取值即可。 若考虑非预应力钢筋,则有: conpcII 55第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 56 第十章 预应力混凝土结构 2、后张法构件 Post-tension 如所有钢筋同时张拉,则后张法构件无弹性压缩应力损失 le=0)。因此扣除预应力损失后预应力筋承受的拉力直接与混 凝土承受的压力平衡,故由平衡条件,采用概括符号可得混凝 土的预压应力: conpc 10.5轴心受拉构件受力性能分析 若考虑非预应力钢筋,则有: conpcII 57第十章 预应力混凝土结构 conpc conpc 有无弹性压缩损失sle 是先张法与后张法计算公式的差异所在 假定两张拉方法的scon 相同,则Np0 的数值相等,但先张法构件有弹性压缩损失,而后张法构件无弹性压缩损失,故 得到的s pc 不等,先张法小于后张法。 10.5轴心受拉构件受力性能分析 58 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 59 第十章 预应力混凝土结构 二、使用阶段 虽然先张法和后张法在施工阶段的应力计算有所差别,但混 凝土中建立起预压应力s pc 后开始施加外荷载,两者的受力过 程是相同的。 由于混凝土预先受到预压应力s pc ,因此轴向拉力N产生的拉 应力s ,需先抵消spc ,才能使混凝土进入受拉。 故在达到混凝土抗拉强度f tk 之前,可按弹性材料力学用换算 截面方法确定的截面拉应力,即 预应力筋的应力增量pc pc 10.5轴心受拉构件受力性能分析 60 第十章 预应力混凝土结构 1、消压状态 pcpc 消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念,它相当于非预应力构件的起始状态。 从消压状态开始,以后荷载增量(N- )产生的应力增量与非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。 10.5轴心受拉构件受力性能分析 61 第十章 预应力混凝土结构 2、开裂轴力: tk pc pc tktk pc cr 3、开裂后:N>Ncr ,在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担,即 Ds相当于钢筋砼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s ss 后,即可计算预应力构件的裂缝宽度。 10.5轴心受拉构件受力性能分析 4、极限轴力: 当预应力筋的应力达到起抗拉强度时,达到极 62第十章 预应力混凝土结构 pII crpy 10.5轴心受拉构件受力性能分析 63 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 64 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 65 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 pcII计算公式的形式基本相同, 只是σ ,而后张法构件用净截面面积A 的三个计算公式,不论先张法或后张法,公式形式都相同,但计算N cr时两种方法的σ pcII 是不相同的。 (3)当材料强度等级和载面尺寸相同时,预应力混凝土轴心受拉构 件与钢筋混凝土受拉构件的承载力相同。 (4)预应力砼构件出现裂缝比钢筋砼构件迟得多,故构件抗裂度大 为提高,但出现裂缝时的N cr 与破坏时N 比较接近,延性较差。(5)预应力钢筋从张拉直至构件破坏,始终处于高拉应力状态,而 混凝土则在轴向拉力达到N 值以前始终处于受压状态,发挥了两种材料各自的性能。 66 第十章 预应力混凝土结构 先张法构件 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 67 第十章 预应力混凝土结构 后张法构件 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 68 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 一、轴心受拉构件使用阶段的计算 1.使用阶段承载力计算 10.6 预应力砼轴心受拉构件的设计 ——预应力钢筋及非预应力钢筋的截面面积。69 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 预应力砼构件的抗裂等级划分为三个裂缝控制等级进行验算 (1)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 (2)二级——一般要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下 在荷载效应的准永久组合下 cq——荷载效应的标准组合、准永久组合下抗裂验 Nkck tk2.抗裂度验算及裂缝宽度验算 70第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 (3)三级——允许出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合,并考虑裂缝宽度不均匀性和荷载长 期作用的影响,纵向受拉钢筋截面重心水平计算的最大裂缝宽度 te——纵向受拉钢筋有效配筋率, sk——按荷载效应标准组合计算的受拉钢筋的等效应力 eq——纵向受拉钢筋的等效直径; maxmax teeq skcr 71第十章 预应力混凝土结构 结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制 (mm) 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 环境 类别 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 环境分类混凝土结构的使用环境类别 环境类别 工业与民用建筑室内环境;无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土壤直接接触的环境

暂无简介

文档格式:
.ppt
文档页数:
120页
文档大小:
4.11M
文档热度:
文档分类:
高等教育 --  大学课件

更多>> 相关文档