混凝土结构教案 混凝土学习课件 预应力混凝土结构.ppt

1,第九章 预应力混凝土构件,预应力混凝土轴心受拉构件的计算预应力混凝土受弯构件的计算 预应力混凝土构件的构造 部分预应力混凝土与粘结预应力混凝土,2,1.普通混凝土 要求混凝土不开裂时，裂缝宽度，不能充分利用受拉钢筋的强度，因而，钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其作用的。为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。,9.1概述,一、预应力混凝土的概念,第九章 预应力混凝土构件,3,2.预应力混凝土,预应力混凝土结构就是构件在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混凝土区域施加压力，这个压应力称为预应力。构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分或全部由外荷载所引起的拉应力；从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展。,4,5,6,1）提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。2）提高了构件的刚度，减少构件的变形。3）由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重。4）需要增设施加预应力的设备，制作技术要求较高，施工周期较长，计算较繁。5）延性较差。,4.预应力混凝土主要应用范围1）对裂缝控制等级严格的结构。2）对构件的刚度和变形控制较高的结构构件。3）跨度大或承受重型荷载的构件。如水池、油罐、吊车梁、屋架、桥梁、大跨度梁板等。,3.预应力混凝土优缺点,7,二、预类应力混凝土分类,1.全预应力和部分预应力混凝土,混凝土结构设计规范：全预应力：一级严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。全预应力混凝土的特点是：(1)抗裂性能好。由于全预应力混凝土结构所施加的预应力大，混凝土不开裂，因而其抗裂性能好，构件刚度大，常用于对抗裂或抗腐蚀性能要求较高的结构，如贮液罐、核电站安全壳等。(2)抗疲劳性能好。预应力钢筋从张拉完毕直至使用阶段整个过程中，其应力值的变化幅度小，因而在重复荷载作用下抗疲劳性能好，如吊车梁等。(3)反拱值一般过大。由于预加应力较高，而恒载小，活荷载较大的结构中经常发生影响正常使用。(4)延性较差，费用高。由于全预应力混凝土结构构件的开裂荷载与极限荷载较为接近，导致延性较差，对抗震不利。,部分预应力,有限预应力：二级一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值。部分预应力（狭义）：三级允许出现裂缝的构件：,8,部分预应力混凝土的特点是：(1)可合理控制裂缝节约钢材。由于可根据结构构件的不同使用要求，可变荷载作用情况及环境条件等对裂缝进行控制，降低了预加应力值，从而节约钢材。(2)控制反拱值不致过大。由于预加应力值相对较小，构件初始反拱值较小，徐变小。(3)延性较好。部分预应力混凝土构件由于配置了非预应力钢筋，可提高构件延性，有利于结构抗震，改善裂缝分布，减小裂缝宽度。(4)与全预应力混凝土相比，其综合经济效果好。对于抗裂要求不高的结构构件，部分预应力混凝土是一种有应用前途的结构构件。,9,无粘结预应力混凝土指的是采用无粘结预应力筋（经涂抹防锈油脂，以减小摩擦力防止锈蚀，用聚乙烯材料包裹制成的专预用应力筋）的预应力混凝土。施工时，无粘结预应力筋可如同非预应力筋一样，按设置要求铺放在模板内，然后浇筑混凝土，待混凝土达到设计要求强度后，再张拉锚固。此时，无粘结预应力筋与混凝土不直接接触，而成无粘结状态。(1)结构自重轻。由于不需预留孔道，可减少构件截面尺寸，减轻自重。(2)施工简便，速度快。它无需预留孔道、穿筋、灌浆等复杂工序，简化了施工工艺，加快了施工进度。特别适合用于构造复杂的曲线布筋构件或结构。无粘结预应力混凝土用于多层和高层建筑中的单向板、以及井字梁、悬臂梁、框架梁、扁梁等。无粘结预应力混凝土也适用于桥梁结构中的简支板（梁）、连续梁、预应力拱桥、桥梁下部结构、灌注桩的桥墩等，也可以应用于旧桥加固工程中。,2.有粘结与无粘结,10,11,12,预应力是通过张拉钢筋来实现的。张拉钢筋：机械及电热法,三、预应力混凝土施工方法,先张法：先张拉钢筋，后浇筑混凝土。预应力靠钢筋和混凝土之间的粘结力来实现。,后张法：先浇筑混凝土，后张拉钢筋。预应力靠锚具来实现，称为工作锚具。相同张拉力时，后张法建立的预压应力高于先张法。,13,14,15,先张法、后张法各有优缺点：先张法生产工序少，工艺简单，施工质量容易保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。先张法主要适合于工厂内生产中、小型构件。后张法不需要台座，构件既可在工厂也可在现场制作；后张法构件只能单一逐个地施加预应力，工序多，操作也麻烦；而且需设永久性锚具，成本高；一般用于运输不便的大、中型构件。,16,四、锚具和夹具,*夹具：它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失，能重复利用,*锚具：永久地留在构件上，如锚具失效构件中的预应力将全部消失。,17,承压型锚具（螺丝端杆锚具）：利用螺帽、垫板等承压作用将预应力钢筋锚固在端部,18,摩擦型锚具（锥形锚具）,19,墩头锚具,20,JM12型锚具,21,XM型锚具,QM型锚具及配件,22,OVM型锚具 夹片式扁锚体系,23,24,25,26,五、预应力混凝土所用的材料,1.混凝土：要求高强、早强、收缩徐变小。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。2.钢筋：要求：1）高强、高屈服点。2）良好的塑性性能。3）良好的加工性。4）与混凝土有良好的粘结力。选用：1）钢绞线。2）中强度预应力钢丝。3）消除应力钢丝。4）预应力螺纹钢筋。,27,28,29,预应力混凝土用钢绞线：由光圆钢丝捻制成的钢绞线。公称直径：钢绞线外接圆直径的名誉尺寸,30,预应力混凝土用螺纹钢筋：热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。,31,四、张拉控制应力con的确定张拉控制应力：是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。1.影响con的因素,从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，con定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高，会出现以下问题：,con越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力达不到预期效果。使预应力损失增大。,32,con也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。,33,先张法构件的con值适当高于后张法构件，原因在于先张法的张拉力是由台座承受，预应力钢筋受到实足的张拉力，当放松钢筋时，混凝土受到压缩，钢筋随之缩短，从而使预应力钢筋中的应力有所降低，而后张法的张拉力是由构件承受，构件受压后立即缩短，所以张拉设备所指示的控制应力是已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力，为了使两种方法所得预应力保持在相同水平，故后张法的con应适当低于先张法。,有明显的流幅塑性较好，以屈服强度作为标准值，故con定得高，无明显流幅的钢筋，塑性差，且以极限抗拉强度作为标准值，故con定得低。,张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种和施加预应力的方法有关。,34,张拉控制应力限值,fptk预应力筋极限强度标准值；fpyk预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值不应小于0.4fptk；预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于0.5fpyk。当符合下列情况之一时，上述张拉控制应力限值可相应提高0.05fptk或0.05fpyk；1)要求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；2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。,35,七、预应力损失及其组合 预应力钢筋的张拉力，从开始张拉至构件使用；由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种现象称为预应力损失。,1.锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1,当为直线型预应力钢筋时,式中 a：张拉端锚具变形和钢筋回缩值mm；l：张拉端至锚固端之间的距离mm。(注意先后张法不同）,减少此项损失的措施有：,选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；对先张法构件，选择长台座。,36,37,2.预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失 l2,式中 k考虑孔道每米长度局部偏差对摩擦影响的系数：x张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道在纵轴上的投影长度，预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角（以弧度计）。,当,38,39,减少该项损失，可采取以下措施：,对较长的构件可在两端进行张拉；,采用超张拉，张拉程序可采用：,当第一次张拉至1.1con时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至0.85con，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至con时，钢筋应力沿CGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至con的应力分布均匀，预应力损失要小一些。,40,3.混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失 l3,为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应力筋与台座之间的温差t使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。,41,减少此项损失的措施有：,采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5C10，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失;在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。,42,4.钢筋应力松弛引起的预应力损失l4,钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。,钢筋应力松弛有以下特点：应力松弛与时间有关，开始快，以后慢；应力松弛与钢材品种有关。软钢比硬钢要小；张拉控制应力con高，应力松弛大。,43,44,采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序为:,因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失与在较低应力下经过较长时间才能完成的松弛损失大体相当，所以经过超张拉后再张拉至con时，一部分松弛损失已完成。,5.混凝土的收缩徐变引起的预应力损失l5,混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。,45,先张法构件,后张法构件,式中 pc,pc分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；,fcu施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般fcu不等于构件混凝土的立方体强度fcu，但要求 fcu0.75 fcu；,当结构处于年平均相对湿度低于40%环境下，该项损失应增加30%。,46,，受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率。,先张法构件,后张法构件,式中 Ap,Ap分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配筋的构件，取，此时配筋率应按钢筋截面面积的一半进行计算；A0,An分别为混凝土换算截面积、净截面面积。,47,后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因是后张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。以上公式适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，l5，l5应降低，反之则增加。,减少此项损失的措施有：,采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩，控制混凝土应力pc，要求,以防止发生非线性徐变。,48,6.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l6 仅后张法有这项损失。当D3m，l6=30MPa，当D3m，不考虑该项损失。此处D为环形构件的直径。,七、预应力损失值的组合 为了计算方便，规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失l，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失l。,49,规范同时还规定，当按上述规定计算求得的预应力总损失值小于下列数值时，则按下列数值取用：先张法构件100N/mm2；后张法构件80N/mm2。,50,七 先张法构件预应力钢筋传递长度在先张构件预应力钢筋中的预拉应力通过粘结应力方式转变为混凝土的预压应力，显然这需要一定的长度，只要达到此长度后才能保证钢筋与混凝土之间不发生滑移，即无粘结应力，该长度称为传递长度 ltr。,51,当采用骤然放张预应力的施工工艺时，对光面预应力钢丝ltr的起点应从距构件末端ltr4处开始计算。,52,八、后张法构件端部锚固区局部受压验算 后张法构件中，预压应力是通过锚具传给垫板，再由垫板传递给混凝土的。预压应力在构件的端面上是集中于垫板下一定的范围之内，然后在构件内逐步扩散，经过一定的扩散长度后就均匀地分布到构件的全截面上，一般取扩散长度等于构件的截面高度。,53,锚固区抗裂度主要取决于垫板与构件的端部尺寸，端部截面局部承压强度则通过配置间接钢筋来满足。,式中 Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值；,、端部受压截面尺寸验算：局部受压区截面尺寸应符合下列要求。,c 混凝土强度的影响系数；,l 混凝土局部受压承载力强度的提高系数；,54,fc 张拉时混凝土的轴心抗压强度设计值。,Ab 局部受压时的计算底面积，按与局部承压面积“同心、对称”原则确定。,Aln 混凝土局部受压净面积，应在中扣孔道、凹槽部分面积；,Al 混凝土局部承压面积。当有垫板时；可考 虑预压力沿锚具垫圈边缘在垫板中按450扩散后传至混凝土的受压面积；,不满足时：加大端部面积；调整锚具位置；加大垫板厚度；提高混凝土强度级别,55,56,、局部受压承载力计算,式中 cor 配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，且当Acor大于Ab时，Acor取Ab；当Acor不大于混凝土局部受压面积Al的1.25倍时，cor取1.0；,Acor 方格网式或螺旋式间接钢筋内表面范围内的混凝土核心截面面积，应大于混凝土局部受压面积Al，其重心应与Al的重心重合，计算中按同心、对称的原则取值；,v 间接钢筋的体积配筋率，要求0.5。,57,当为方格网配筋时 当为螺旋式配筋时 式中 l1，l2 钢筋网两个方向长度，l1 l2；n1，As1 l1方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积；n2，As2 l2方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积；s 方格网或螺旋筋的间距；Ass1螺旋式单根间接钢筋的截面面积；dcor螺旋钢筋范围以内的混凝土直径。,58,59,计算需要的间接钢筋应均匀地配置在规定的h范围内，且其体积配筋率v不应小于0.5%。对方格网配筋，在hl1范围内配置的方格网钢筋不应少于4片；对螺旋式配筋，在hdcor范围内配置的螺旋式钢筋不应少于4圈。,60,9.2 预应力混凝土轴心受拉构件的计算,9.2.1预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力分析,预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始直至构件破坏，截面中钢筋和混凝土应力的变化分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。每个阶段又包括了若干特征受力过程。,1）在施工阶段，构件截面没有开裂，可以把预应力混凝土视作弹性材料，因而可以用材料力学的分析方法对构件截面的应力进行计算；在使用阶段构件开裂前，材料力学的方法仍然适用。此时预应力混凝土构件可看做承受两个力系，一个是由外荷载所产生，另一个是把全部预应力钢筋的合力看作反向作用在构件上的外力所产生。,2）抓住施工、使用阶段中的特征受力状态，搞清各个状态已经发生的预应力损失，以及与该状态相应的混凝土强度。,61,施工阶段的两个典型受力状态是：,先张法构件放松预应力钢筋时，后张法构件完成第一批损失后；,使用阶段的典型受力状态是：,消压状态，即加荷至混凝土受到的预压应力为零（pc）；,开裂状态，即外加荷载增至Ncr使混凝土即将开裂；,破坏状态，即预应力钢筋和非预应力钢筋应力达到屈服时的状态,先、后张法构件完成第二批预应力损失后。,3）掌握施工阶段预应力的传递途径，搞清换算截面面积A0及净截面面积An的意义及应用。,62,一、先张法构件各阶段的应力分析,1.施工阶段1）张拉钢筋,2)完成第一批预应力损失,63,3)放松钢筋,NP:完成第一批预应力损失后预应力钢筋计算张拉力。不等于实际张拉力。,换算截面面积。,64,NP:完成第二批预应力损失后预应力钢筋计算张拉力。不等于实际张拉力。,换算截面面积。,4）完成第二批损失,65,1）加载至N0：使混凝土中的应力为零,2.使用阶段,2）加载至混凝土即将开裂,3）加载至最大承载力,66,预应力混凝土与普通混凝土的区别：（1）预应力筋始终处于高应力状态，混凝土在N0之前始终处于受压状态。（2）预应力混凝土开裂荷载和极限荷载接近，延性差。（3）预应力混凝土与普通混凝土承载力相同。,67,二、后张法 1.施工阶段 1)张拉钢筋并完成第一批损失,NP:完成第一批预应力损失后预应力钢筋计算张拉力。等于实际张拉力。,净截面面积。,68,NP:完成第二批预应力损失后预应力钢筋计算张拉力。等于实际张拉力。,净截面面积。,2）完成第二批损失,69,1）加载至N0：使混凝土中的应力为零,2.使用阶段,2）加载至混凝土即将开裂,3）加载至最大承载力,70,3.先、后张法异同1)施工阶段公式相似，先张法A0，后张法An。2)使用阶段公式相同，但pc数值不同。3)后张法预应力钢筋应力高于先张法，p后=p 先+E pc,71,9.2.2轴心受拉构件 使用阶段的计算,1.使用阶段承载力计算,2.抗裂度验算及裂缝宽度验算,根据使用条件和所处环境，将结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级，（安全储备）,72,1）一级裂缝控制等级-严格要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。,2）二级裂缝控制等级，一般要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应 大于混凝土抗拉强度的标准值。,73,3）三级允许出现裂缝的构件对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用的影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值；对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。,wmaxwlim,对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。,74,75,3.轴心受拉构件 施工阶段的验算,1.混凝土轴心受压承载力验算 规范规定，张拉钢筋（后张法）或切断预应力筋（先张法）时，构件应满足下列条件：cc0.8fck2.后张法的锚固区局压验算-同前,先张法,后张法,76,9.3后张法预应力混凝土受弯构件的设计计算,预应力受弯构件应用较为普遍，如预制空心板、大型屋面板、V形折板、吊车梁、屋面梁、刚架、现浇大跨度梁板等。预应力混凝土受弯构件的应力分析过程，与预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析相同，也分为施工阶段和使用阶段。应力分析时假定预应力混凝土为一般弹性匀质体，按材料力学公式进行应力计算和分析。在预应力混凝土受弯构件中，预应力钢筋主要配置在使用阶段的受拉区(称为预压区)；为了防止构件在施工阶段出现裂缝，有时在使用阶段的受压区(称为预拉区)也设置有预应力钢筋。,对预拉区允许出现裂缝的构件，为了控制在预压力作用下梁顶面(预拉区)的裂缝宽度，在预拉区需设置非预应力钢筋(As)。同时，为了构件运输和吊装阶段的需要改善延性，在梁底部预压区也要配置非预应力钢筋(As)。为了减小梁顶拉应力，加大梁底压应力，大型构件多采用T形、分对称工字形、箱形等，因刚度大，截面高度可取钢筋混凝土的70%左右。配筋方式：直线、曲线,77,一、各阶段应力分析,根据轴心受拉构件分析结果，可以将预应力钢筋的计算张拉力作为外力来求混凝土的预压力。,1.施工阶段 1）完成第一批损失,78,2）完成第二批损失,79,2.使用阶段 1）加载至截面下边缘混凝土应力为零,2）加载至截面下边缘混凝土即将开裂,混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数,80,3）加载至破坏,破坏类似于普通混凝土受弯构件，即受拉钢筋屈服后压区混凝土压坏。,二、预应力混凝土受弯构件使用阶段正截面承载力计算,（一）破坏时截面应力状态 1.界限破坏时相对受压区高度,设受拉区预应力钢筋合力点处混凝土预压应力为零时，预应力钢筋中得应力为p0，界限破坏时预应力钢筋应力达到抗拉强度设计值fpy。相应的应变增量为：,81,xcb,h0,注：当截面受拉区内配置有不同种类或不同预应力值的钢筋时，受弯构件的相对界限受压区高度应分别计算，并取其较小值。,预应力均用此公式,82,2.任意位置处预应力钢筋及非预应力钢筋的应力,83,3.破坏时受压区预应力钢筋的应力,受压区预应力钢筋在施工阶段是受拉，进入使用阶段后随着外荷载的增加，其拉应力逐渐减小，在破坏时的应力可能仍为拉应力，也可能变为压应力，但都达不到强度设计值。,84,1.矩形、倒T形截面：,适用条件：2a x b h0,（二）使用阶段正截面受弯承载力计算,当Ap为拉应力时，承载力降低。,85,86,2.T形、工字形截面,1）判别T形截面类型：,87,2）第二类T形截面，即x hf,适用条件：,2a x b h0,2.计算公式及适用条件,1）第一类T形截面，即x hf，按宽度为bf 的矩形截面计算。,预应力混凝土受弯构件的正截面受弯承载力设计值应符合下列要求：,Mu：构件的正截面受弯承载力设计值。Mcr：构件的正截面开裂弯矩。,88,三、使用阶段正截面抗裂度验算及裂缝宽度验算,根据使用条件和所处环境，将结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级，（安全储备）,89,1）一级裂缝控制等级-严格要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。,2）二级裂缝控制等级，一般要求不出现裂缝的构件 按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土拉应力不应 大于混凝土抗拉强度的标准值。,90,3）三级允许出现裂缝的构件对预应力混凝土构件，按荷载标准组合并考虑长期作用的影响计算时，构件的最大裂缝宽度不应超过规定的最大裂缝宽度限值；对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。,wmaxwlim,对二a类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，且构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。,91,92,实际上相当于偏压构件，轴向力Np0，偏心距e。,Np0：计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力；,1：无粘结预应力筋的等效折减系数，取1为0.3；对灌浆的后张预应力筋，取1为1.0；,ep：计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力Np0的作用点至受拉区纵向预应力筋和普通钢筋合力点的距离；,yps：受拉区纵向预应力筋和普通钢筋合力点的距离；,ep0：计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力Np0的偏心距。,93,四、受弯构件斜截面受剪承载力,受弯构件由于预应力的存在，阻滞了斜裂缝的出现和开展，增加了砼剪压区的高度和骨料咬合力，提高了斜截面抗剪强度，但提高不是无限度的。,V Vcs+Vp,Vp=0.05Np0,VP：由预加力所提高的构件受剪承载力设计值；,Np0：计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力；当Np0大于0.3fcA0时，取0.3fcA0，此处，A0为构件的换算截面面积。,1.仅配置箍筋时：,注：1 对预加力Np0引起的截面弯矩与外弯矩方向相同的情况，以及预应力混凝土连续梁和允许出现裂缝的预应力混凝土简支梁，均应取Vp为0；2 先张法预应力混凝土构件，在计算预加力Np0时，应考虑预应力筋传递长度的影响。,94,2.当配置箍筋和弯起钢筋时,VVcsVP0.8fyvAsbsins0.8fpyApbsinp V：配置弯起钢筋处的剪力设计值；VP:由预加力所提高的构件受剪承载力设计值，但计算预加力Npo时不考虑弯起预应力筋的作用；Asb、Apb:分别为同一平面内的弯起普通钢筋、弯起预应力筋的截面面积；s、p:分别为斜截面上弯起普通钢筋、弯起预应力筋的切线与构件纵轴线的夹角。,95,五、受弯构件斜截面抗裂度验算,1.主应力计算,2.斜截面抗裂度验算,1)主拉应力:一级裂缝控制等级构件：tp0.85ftk。二级裂缝控制等级构件：tp0.95ftk。2）主压应力:一、二级裂缝控制等级构件：cp0.60fck。,96,3)验算位置,跨内不利位置的截面：弯矩和剪力较大的截面，或截面外形有突变的截面。,在沿截面高度上：应选择换算截面重心处和截面宽度剧烈改变处，如 I 形截面上、下翼缘与腹板交界处。,97,六、受弯构件施工阶段验算,对制作、运输及安装等施工阶段预拉区允许出现拉应力的构件，或预压时全截面受压的构件，在预加力、,自重及施工荷载作用下(必要时应考虑动力系数，可取1.5)截面边缘的混凝土法向应力宜符合下列规定：,简支构件的端部区段截面预拉区边缘纤维混凝土拉应力允许大于，但不应大于。,Np,Mk,Nk,1,2,1净截面重心轴；2换算截面重心轴,98,99,七、受弯构件变形验算,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，所以预应力受弯构件的挠度可由这两部分叠加而得。,预应力混凝土受弯构件的最大挠度应按荷载的标准组合，并应考虑荷载长期作用的影响进行计算。,1.荷载作用下构件的挠度f1l:按结构力学方法计算。,1）使用阶段要求不开裂构件：Bs=0.85EcI0,2)使用阶段允许出现构件：,注：对预压时预拉区出现裂缝的构件，BS应降低10。,100,；,：纵向受拉钢筋配筋率：对预应力混凝土受弯构件，取为(1ApAs)(bh0)，对灌浆的后张预应力筋，取11.0，对无粘结后张预应力筋，取10.3；I0：换算截面惯性矩；kcr：预应力混凝土受弯构件正截面的开裂弯矩Mcr与弯矩Mk的比值，当Kcr1.0时，取Kcr1.0；：混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数，,m：混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数基本值。,h:截面高度（mm）：当h1600时，取h=1600。,应变,101,2.预加应力产生的反拱f2l,预应力混凝土受弯构件在使用阶段的预加力反拱值，可用结构力学方法按刚度EcI0进行计算，并应考虑预压应力长期作用的影响，计算中预应力筋的应力应扣除全部预应力损失。简化计算时，可将计算的反拱值乘以增大系数2.0。对重要的或特殊的预应力混凝土受弯构件的长期反拱值，可根据专门的试验分析确定或根据配筋情况采用考虑收缩、徐变影响的计算方法分析确定。,3.挠度验算：,当考虑反拱后计算的构件长期挠度不符合有关规定时，可采用施工预先起拱等方式控制挠度；对永久荷载相对于可变荷载较小的预应力混凝土构件，应考虑反拱过大对正常使用的不利影响，并应采取相应的设计和施工措施。,设计方法 一般先按裂缝控制的要求，确定线型，估算有效预压值；估算出总预应力筋的面积；确定锚具形式和布置；按承载力和正常使用极限状态进行计算和验算。,102,9.4预应力混凝土构件的构造要求,1 先张法预应力筋之间的净间距不宜小于其公称直径的2.5倍和混凝土粗骨料最大粒径的1.25倍，且应符合下列规定：预应力钢丝，不应小于15mm；三股钢绞线，不应小于20mm七股钢绞线，不应小于25mm。当混凝土振捣密实性具有可靠保证时，净间距可放宽为最大粗骨料粒径的1.0倍。,2 先张法预应力混凝土构件端部宜采取下列构造措施：1）单根配置的预应力筋，其端部宜设置螺旋筋；2）分散布置的多根预应力筋，在构件端部10d且不小于100mm长度范围内，宜设置35片与预应力筋垂直的钢筋网片，此处d为预应力筋的公称直径；3）采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm长度范围内宜适当加密横向钢筋；4）槽形板类构件，应在构件端部100mm长度范围内沿构件板面设置附加横向钢筋，其数量不应少于2根。,3 预制肋形板，宜设置加强其整体性和横向刚度的横肋。端横肋的受力钢筋应弯入纵肋内。当采用先张长线法生产有端横肋的预应力混凝土肋形板时，应在设计和制作上采取防止放张预应力时端横肋产生裂缝的有效措施。,103,4 在预应力混凝土屋面梁、吊车梁等构件靠近支座的斜向主拉应力较大部位，宜将一部分预应力筋弯起配置。5 预应力筋在构件端部全部弯起的受弯构件或直线配筋的先张法构件，当构件端部与下部支承结构焊接时，应考虑混凝土收缩、徐变及温度变化所产生的不利影响，宜在构件端部可能产生裂缝的部位设置纵向构造钢筋。6 后张法预应力筋所用锚具、夹具和连接器等的形式和质量应符合国家现行有关标准的规定。,7 后张法预应力筋及预留孔道布置应符合下列构造规定：1）预制构件中预留孔道之间的水平净间距不宜小于50mm，且不宜小于粗骨料粒径的1.25倍；孔道至构件边缘的净间距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直径的50；2）现浇混凝土梁中预留孔道在竖直方向的净间距不应小于孔道外径，水平方向的净间距不宜小于1.5倍孔道外径，且不应小于粗骨料粒径的1.25倍；从孔道外壁至构件边缘的净间距，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm，裂缝控制等级为三级的梁，梁底、梁侧分别不宜小于60mm和50mm。3）预留孔道的内径宜比预应力束外径及需穿过孔道的连接器外径大6mm15mm，且孔道的截面积宜为穿入预应力束截面积的3.04.0倍。,104,4）当有可靠经验并能保证混凝土浇筑质量时，预留孔道可水平并列贴紧布置，但并排的数量不应超过2束。5）在现浇楼板中采用扁形锚固体系时，穿过每个预留孔道的预应力筋数量宜为35根；在常用荷载情况下，孔道在水平方向的净间距不应超过8倍板厚及1.5m中的较大值。6）板中单根无粘结预应力筋的间距不宜大于板厚的6倍，且不宜大于1m；带状束的无粘结预应力筋根数不宜多于5根，带状束间距不宜大于板厚的12倍，且不宜大于2.4m。7）梁中集束布置的无粘结预应力筋，集束的水平净间距不宜小于50mm，束至构件边缘的净距不宜小于40mm。,8 后张法预应力混凝土构件的端部锚固区，应按下列规定配置间接钢筋：1）采用普通垫板时，应进行局部受压承载力计算，并配置间接钢筋，其体积配筋率不应小于0.5，垫板的刚性扩散角应取45；2）局部受压承载力计算时，局部压力设计值对有粘结预应力混凝土构件取1.2倍张拉控制力，对无粘结预应力混凝土取1.2倍张拉控制力和(fptkAp)中的较大值；3）当采用整体铸造垫板时，其局部受压区的设计应符合相关标准的规定；,105,4）在局部受压间接钢筋配置区以外，在构件端部长度l不小于截面重心线上部或下部预应力筋的合力点至邻近边缘的距离e的3倍、但不大于构件端部截面高度h的1.2倍，高度为2e的附加配筋区范围内，应均匀配置附加防劈裂箍筋或网片，配筋面积可按下列公式计算：,且体积配筋率不应小于0.5%,P：作用在构件端部截面重心线上部或下部预应力筋的合力设计值，可按本条第2款的规定确定；ll、lb：分别为沿构件高度方向Al、Ab的边长或直径；fyv：附加防劈裂钢筋的抗拉强度设计值。,106,当端部截面上部和下部均有预应力筋时，附加竖向钢筋的总截面面积应按上部和下部的预应力合力分别计算的较大值采用。在构件端面横向也应按上述方法计算抗端面裂缝钢筋，并与上述竖向钢筋形成网片筋配置。,5）当构件端部预应力筋需集中布置在界截面下部或集中布置在上部和下部时，应在构件端部0.2h范围内设置附加竖向防端面裂缝构造钢筋，其截面面积应符合下式要求：,Ts：锚固端端面拉力；h：构件端部截面高度；P：作用在构件端部截面重心线上部或下部预应力筋的合力设计值。可按本条第 2）款的规定确定。e：截面重心线上部或下部预应力筋的合力点至截面近边的距离。,107,9 当构件在端部有局部凹进时，应增设折线构造钢筋或其他有效的构造钢筋。,1折线构造钢筋；2竖向构造钢筋,10 后张法预应力混凝土构件中，当采用曲线预应力束时，其曲率半径rp宜按下列公式确定，但不宜小于4m。,P：预应力束的合力设计值，可按第8条第 2）款的规定确定；rp：预应力束的曲率半径（m)；dp：预应力束孔道的外径；fc：混凝土轴心抗压强度设计值；当验算张拉阶段曲率半径时，可取与施工阶段混凝土立方体抗压强度对应的轴心抗压强度设计值。,对于折线配筋的构件，在预应力束弯折处的曲率半径可适当减小。当曲率半径rp不满足上述要求时，可在曲线预应力束弯折处内侧设置钢筋网片或螺旋筋。,108,11 在预应力混凝土结构中，当沿构件凹面布置曲线预应力束时，应进行防崩裂设计。当曲率半径rp满足下列公式要求时，可仅设置U形插筋。,当不满足时，每单肢U形插筋的截面面积应按下列公式确定：,P：预应力束的合力设计值，可按第8条第 2）款的规定确定；ft：混凝土轴心抗拉强度设计值；或与施工阶段混凝土立方体抗压强度相应的轴心抗拉强度设计值；cp：预应力束孔道净混凝土保护层厚度；Asv1：每单肢插筋截面面积；sv：U形插筋间距；fyv：U形插筋抗拉强度设计值，当大于360N/mm2时取360N/mm2。,109,U形插筋的锚固长度不应小于la；当实际锚固长度lc小于la时，每单肢U形插筋的截面面积可按Asv1/k取值。其中k取lc 15d 和lc/200中得较小值，且k不大于1.0。,当有平行的几个孔道，且中心距不大于2dp时，预应力筋的合力设计值应按相邻全部孔道内的预应力筋确定。,110,12 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，必要时应适当加大。13 后张预应力混凝土外露金属锚具，应采取可靠的防腐及防火措施，并应符合下列规定：1）无粘结预应力筋外露锚具应采用注有足量防腐油脂的塑料帽封闭锚具端头，并应采用无收缩砂浆或细石混凝土封闭；2）对处于二b、三a、三b类环境条件下的无粘结预应力锚固系统，应采用全封闭的防腐蚀体系，其封锚端及各连接部位应能承受10kPa的静水压力而不得透水；3）采用混凝土封闭时，其强度等级宜与构件混凝土强度等级一致，且不应低于C30。封锚混凝土与构件混凝土应可靠粘结，如锚具在封闭前应将周围混凝土界面凿毛并冲洗干净，且宜配置12片钢筋网，钢筋网应与构件混凝土拉结；4）采用无收缩砂浆或混凝土封闭保护时，其锚具及预应力筋端部的保护层厚度不应小于：一类环境时20mm，二a、二b类环境时50mm，三a、三b类环境时80mm。,111,9.5部分预应力混凝土和无粘结预应力混凝土,一、部分预应力混凝土1.特点,(1)可合理控制裂缝节约钢材。由于可根据结构构件的不同使用要求，可变荷载作用情况及环境条件等对裂缝进行控制，降低了预加应力值，从而节约钢材。(2)控制反拱值不致过大。由于预加应力值相对较小，构件初始反拱值较小，徐变小。(3)延性较好。部分预应力混凝土构件由于配置了非预应力钢筋，可提高构件延性，有利于结构抗震，改善裂缝分布，减小裂缝宽度。(4)与全预应力混凝土相比，可简化张拉、锚固等工艺，其综合经济效果好。对于抗裂要求不高的结构构件，部分预应力混凝土是一种有应用前途的结构构件。(5)计算较复杂。,112,2.非预应力筋的作用,1）改善预应力构件的延性；2）控制预拉区裂缝；3）承担运输、存放、吊装过程中等产生的拉应力；4）分散裂缝，减小裂缝宽度。,113,二、无粘结预应力混凝土,无粘结预应力混凝土指的是采用无粘结