预应力混凝土的原理及计算规定.ppt

预应力混凝土结构Prestressed Concrete Structure,第十章 预应力混凝土的原理及计算规定,10.1 预应力混凝土的概念(Concept of PRC)一、钢筋混凝土的缺欠,跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。,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。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Ms=(0.60.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms下sss=(0.50.7)fy。对于级钢筋，fy=300MPa，sss=150210MPa，裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm。如采用级高强钢筋，fy=580MPa，则sss=290 406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。,解决办法：采用预应力混凝土,二、预应力混凝土的定义：定义：对在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的预压力，使其在受力时能部分或全部抵消由荷载产生的拉力。美国混凝土协会（ACI）定义：预应力混凝土是根据需要人为地引进入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。实质：是利用混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足。实现方法：通过张拉构件内部的钢筋实现。被张拉的钢筋称为预应力钢筋。,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（Np=0）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。,预应力混凝土构件的受力特征,提高了构件的抗裂性；,预应力的大小可根据需要调整。,在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作阶段(未裂)。,施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。,预应力混凝土的优、缺点,优点：,b.增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。,c.充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPy,d.扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。,缺点：成本高，材料质量要求高，工序复杂，技术水平要求高。,a.提高构件的抗裂能力。,预应力混凝土的分类,根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：,1.先张法和后张法,钢筋张拉先于混凝土浇筑先张法,钢筋张拉后于混凝土浇筑后张法,在使用荷载作用下构件截面部分受压部分预应力,2.全预应力和部分预应力,在使用荷载作用下构件截面全截面受压全预应力,有粘结预应力：预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。钢筋和混凝土之间有粘结力。无粘结预应力：预应力钢筋与混凝土之间滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力混凝土结构。,3.有粘结预应力和无粘结预应力,预应力混凝土构件的应用下列结构物宜优先采用预应力混凝土：（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。预应力混凝土应优先用于工作中存在受拉区的构件。,预应力坝,10.2 施加预应力的方法,先张法,张拉钢筋 支模、浇混凝土 混凝土达到一定强度（75%）剪钢丝 产生预应力。此方法是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力的。构件上无需任何锚具。此方法适用于在预制厂大批制作中、小构件。,建立预应力的端部条件：是通过钢筋与混凝土之间的粘结力，将钢筋弹性回缩的压力传递给混凝土。预应力钢筋在张拉时截面缩小，切断点处预应力钢筋应力为0，钢筋恢复原来截面；由于钢筋回缩收到周围混凝土的阻力，钢筋截面的恢复形成的径向压应力也使粘结力增强。经过一定长度的粘结力积累，钢筋的应力由端部的0逐渐增大到接近张拉应力，混凝土中也建立起预压应力。在构件端部必要的粘结长度是先张法构件建立预应力的条件。,后张法(Pretension),浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 产生预应力 孔道灌浆此方法是依靠其两端的锚具锚住预应力钢筋并传递预应力,后张法(Pretension),后张无粘结预应力混凝土,这是近年来发展起来的预应力混凝土新技术；用专用油脂涂在预应力钢筋表面并用塑料包裹后制成的无粘结预应力钢筋；可像普通钢筋一样预先铺设，然后浇注混凝土，待混凝土达到强度后再进行张拉。其优点是无需预留孔道和灌浆，预应力钢筋可多跨曲线布置，施工简单。,由于混凝土的无粘结作用，整根预应力钢筋的应力基本相同，弯曲破坏时预应力钢筋的强度得不到充分发挥，且一旦锚具失效，整根预应力钢筋也将完全失效。所以，无粘结预应力通常用于楼板结构，这样即使个别锚具失效，也不会造成严重结构安全问题。此外，如仅配无粘结钢筋，构件中将产生集中且宽度较大的裂缝。故，无粘结预应力混凝土构件中，要求锚具具有更高的可靠性，并一定要配置足够的非预应力钢筋以控制裂缝宽度和保证构件的延性。,后张无粘结预应力混凝土,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,10.1 预应力混凝土的概念,10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具,一、预应力钢筋 预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和使用过程中，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。,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。,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。中强钢丝的为8001200MPa，高强钢丝的强度为14701860MPa。钢丝直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或压波，也可制成螺旋肋。,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。,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9.515.2 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。,无粘结预应力束,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610mm，抗拉强度为1470MPa。,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。,二、混凝土预应力混凝土要求采用强度较高的混凝土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，减少预压时的弹性回缩；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、模具、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。混凝土内不得掺加对钢筋有侵蚀作用的添加剂。尽可能采用干硬混凝土并加强振捣与养护，以减小混凝土的收缩与徐变。,三、锚具和夹具,锚夹具的作用：保证混凝土结构的安全、可靠。锚具用于永久固定钢筋、作为构件的一部分夹具构件制作完后，能取下重复使用。,对锚具的要求：保证受力可靠，使锚固的钢筋不滑移，预应力传递可靠，预应力损失小。使锚固和放松简易快捷。构造简单可靠。,螺纹锚用于锚固高强粗钢筋，构造简单、施工方便，预应力损失小。,锥形锚,优点：锚固方便、截面积小、便于在梁上分散布置。缺点：锚固时钢筋的回缩量大，不能重复张拉或结长。,夹片式锚具主要用于锚固钢绞线。,10.4 张拉控制应力,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Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力scon。,它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。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。思考：是不是张拉张拉控制应力scon取值越高越好？,张拉张拉控制应力过高产生的后果：构件的开裂弯矩接近构件的破坏弯矩。构件在使用时，不会产生裂缝、变形过小，破坏时表现出明显的脆性。降低了构件的安全性能。钢筋张拉应力控制的不可能十分准确，可能出现实际张拉力过高，导致钢材产生塑性流动，降低钢筋的性质，甚至发生断裂。,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scon是以预应力筋的标准强度给出的，且scon可不受抗拉强度设计值的限制。在下列情况下，scon可提高0.05 fptk：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scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于0.4 fptk。,为了减少后张法构件中的某些预应力损失，有时可采取“超张拉”工艺。超张拉工艺：,（1.051.1）scon,0,持荷2min,0.85scon,scon,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scon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。,10.5 预应力损失,由于预应力是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：锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移 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。混凝土的收缩和徐变引起的损失 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。温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失 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。,1、张拉端锚具变形和钢筋松动引起的预应力损失sl1 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中的内缩引起的预应力损失记为sl1。对直线预应力筋:,对于后张法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lf(m)内发生，即在距张拉端lf处，预应力筋的内缩值为零。（反响摩擦影响长度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。）,设反向摩擦和正向摩擦相同，当对应的圆心角不大于30度时，按下式计算。,2、摩擦损失sl2 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。,q 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 x=rq，则摩擦损失sl2为，,若,考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，按表10.3取用。预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数。按表10.3取用。,减少摩擦损失的措施,3、热养护损失sl3 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sl3。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sl3无法恢复。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D t，取钢筋的温度膨胀系数为110-5/，则有，,可以看出该项预应力损失是很大的。减小该项预应力损失的措施：“两阶段升温养护体制”,浇注混凝土,D t=20,fcu/=7.510.0MPa,升温至规定养护温度,（0.71.0）fcu,原理：第一阶段钢筋与混凝土之间已经建立了可靠的粘结力，再升温时，钢筋与混凝土将同时伸长，因而第二阶段预应力筋的应力不会降低。采用钢模生产的先张法构件，由于预应力筋是锚固在模板上，在升温时两者温度相同，所以无此项损失。,4、钢筋松弛损失sl4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：,低松弛预应力钢丝和钢绞线：当scon0.7fptk时，,当0.7fptk scon0.8fptk时，,为超张拉系数，一次张拉时，取=1；超张拉时，取=0.9。当scon0.5fptk时，可不考虑应力松弛损失，即取sl4=0。,对于热处理钢筋，一次张拉时取sl4=0.05 scon，超张拉时取sl4=0.035 scon。减小该项预应力损失的措施：“超张拉”详见表10.4,5、收缩徐变损失sl5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：,先张法,后张法,An=Ac+aEAs,先张法,后张法,A0=Ac+aEAp+aEAs,当结构处于常年平均相对湿度低于40%的环境下时，混凝土收缩和徐变引起的预应力损失应增加30%。减少混凝土收缩和徐变损失的主要措施：采用高等级水泥、减少水的用量、降低水灰比；振捣密实，加强养护。特别注意：控制混凝土的预压应力不大于施加预应力时混凝土立方体强度的50%。混凝土收缩、徐变引起的预应力损失，在总损失中所占的比例是很大的，在曲线配筋构件中可占30%左右，而在直线配筋中可占60%。,6、环形构件采用螺旋预应力筋时局部挤压引起的预应力损失sl6产生的原因：螺旋形预应力筋对构件产生一径向压力，由于混凝土在局部承压下强度不足而使预应力筋嵌入混凝土。这一嵌入现象还会随时间而增长，就会使预应力筋的直径减小，预应力筋的拉应力降低。这项损失取决于预应力筋对构件混凝土径向压力的大小。而径向压力的大小又与螺旋形预应力筋的张拉应力成正比，而与环形构件直径d成反比。规范规定：当d3m时，考虑此项损失，取sl6=30MPa。当d3m时，取sl6=0。,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lI；混凝土预压后完成的损失lII。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。,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l=lI+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,公路桥涵预应力混凝土构件,张拉控制应力,进行超张拉时，对钢丝、钢铰线不能超过：0.80fpk，对于精轧螺纹钢筋不能超过0.95fpk。,预应力损失,1.预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失l1,、的取值,2.锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩产生的预应力损失l2,直线配筋：,l张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；Ep 预应力钢筋的弹性模量；l从张拉端至锚固端的距离。,3.温差损失l3先张法构件采用升温养护时要考虑此项损失。,张拉钢筋时，场地的温度，；,混凝土加热养护时，钢筋的最高温度，。,式中：,（1）为了减少温差引起的预应力损失，可采用分阶段的养护措施。（2）当台座与构件共同受热时，不考虑温差引起的预应力损失。,后张法构件：,4.混凝土弹性压缩损失l4,在计算截面重心处，由全部钢筋预加应力产生的混凝土法向应力，MPa。,先张法构件：,产生预应力损失的原因：后张法构件配置的钢筋束往往很多，需要多次张拉，所以，后张拉的钢筋的回缩会引起先张拉钢筋的预应力减少，即先张拉的钢筋产生弹性压缩损失。如果所有的钢筋束一次张拉完成则不产生弹性压缩损失。,在计算截面先张拉完毕的钢筋重心处，由后张拉的各批钢筋产生的混凝土法向应力，MPa。,式中：,预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比；,第一批张拉的钢筋束产生的弹性压缩最大，如果设张拉每批钢筋束产生的混凝土正应力为pc，则第一批张拉钢筋产生的弹性压缩损失总值为：,l4按下式计算,张拉最后一批钢筋束产生的弹性压缩最小，则计算截面上各批钢筋束产生的弹性压缩损失平均值，即分批张拉时由混凝土弹性压缩产生的预应力损失平均值按下式计算：,传力锚固时的钢筋应力：对于后张法构件，；对于先张法构件，。,钢筋松弛系数，I级松弛（普通松弛），；II级松弛（低松弛），；,5.预应力钢筋松驰损失l5,预应力钢丝、钢铰线：,精轧螺纹钢筋：,一次张拉：,超张拉：,6.混凝土的收缩和徐变损失l6,由混凝土收缩和徐变引起的构件受拉区和受压区预应力钢筋的预应力损失，可按下列公式计算：,构件受拉区和受压区全部纵向钢筋截面重心处由预应力（扣除相应阶段的预应力损失）和结构自重产生的混凝土法向应力（Mpa），都不得超过预应力钢筋传力锚固时混凝土立方强度之半，当为拉应力时，取其为零；,预应力钢筋传力锚固龄期为，计算考虑的 龄期为 时的混凝土收缩应变，其终极值 按表9-11采用。,加载龄期为时，计算考虑的龄期为 时的混 凝土徐变系数，其终极值 按规范取用。,预应力损失组合,10.6 预应力轴心受拉构件受力性能分析对于轴心受拉构件从受力到截面出现裂缝再到最终破坏，一般认为经历施工阶段和使用阶段。预应力混凝土在开裂前基本都是处于弹性状态，故可以用弹性分析方法来分析预应力钢筋和混凝土的应力。两个基本原理：钢筋和混凝土两种材料共同变形时，应力增量的比例等于弹性模量的比例。多种材料共同组成的截面，可以应用材料弹性模量的比例换算成等效的单一材料截面（混凝土）。,先张法预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力状态,2、施工阶段-完成第一批预应力损失锚具变形、钢筋松弛、温差等引起的预应力损失,1、施工阶段-张拉钢筋,3、施工阶段-放松钢筋此时，混凝土由于预应力钢筋的回缩，混凝土获得预压力，而预应力钢筋产生相应的损失。,4、施工阶段-完成第二批损失,混凝土中的有效预压应力,当混凝土收缩、徐变后产生第二批损失，混凝土应力由pc减小到pc非预应力钢筋压应力,预应力钢筋应力,平衡条件：,5、加载阶段加载至混凝土中的应力为0（砼消压）,预应力钢筋应力,平衡条件：,非预应力钢筋应力,代入,此时混凝土应力为0，相当于普通混凝土还没有承受外荷载，但预应力混凝土已经承受了N0的轴向力。,6、加载阶段加载至混凝土开裂,预应力钢筋应力,平衡条件：,非预应力钢筋应力,7、加载阶段加载到破坏,预应力钢筋应力,平衡条件：,非预应力钢筋应力,1、在制好的混凝土构件上张拉钢筋施工阶段混凝土受压，同时产生摩擦损失。,后张法预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力状态,非预应力钢筋应力,预应力钢筋应力,平衡条件：,2、完成第一批预应力损失施工阶段张拉完成后，锚住钢筋，第一批预应力损失完成。,非预应力钢筋应力,预应力钢筋应力,平衡条件：,3、完成第二批预应力损失施工阶段,非预应力钢筋应力,预应力钢筋应力,平衡条件：,4、加荷致混凝土应力为0使用阶段构件承受外荷载N0，使建立在混凝土上的预应力完全抵消。pc=0,平衡条件：,代入,预应力钢筋应力,非预应力钢筋应力,代入,5、加载至混凝土即将开裂加载阶段混凝土应力达到ftk,预应力钢筋应力,平衡条件：,非预应力钢筋应力,6、加载到破坏加载阶段,预应力钢筋应力,平衡条件：,非预应力钢筋应力,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spc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spc，因此轴向拉力N产生的拉应力sc，需先抵消spc，才能使混凝土进入受拉。,先张法构件,10.7 预应力轴心受拉构件的计算预应力混凝土轴心受拉构件通常要进行的验算项目：使用阶段强度验算；使用阶段裂缝验算；施工阶段验算；端面局部承压验算。,（1）使用阶段强度验算预应力混凝土构件在使用阶段达到破坏时，预应力钢筋和非预应力钢筋均能达到设计强度。,（2）使用阶段裂缝验算；预应力混凝土构件根据使用要求的不同，将预应力混凝土构件的抗裂等级分为三级：一级：严格要求不出现裂缝的构件；二级：一般要求不出现裂缝的构件；三级：允许在使用阶段开裂，但要求计算所得的裂缝宽度小于限值。裂缝验算方法：1）对于严格要求不出现裂缝的构件：,混凝土预应力,在荷载标准组合作用下的外荷载拉力,2）一般要求不出现裂缝的构件；,3）允许在使用阶段开裂的构件：验算在荷载标准组合下，并考虑荷载长期作用影响的最大裂缝宽度，应符合下列规定：,在荷载效应标准组合下应符合下列规定：,在荷载效应准永久组合下宜符合下列规定：,对于允许出现裂缝的构件，裂缝宽度的计算和普通钢筋混凝土计算方法一样。抗裂验算的上述要求，适用于所有预应力构件。,其中：,spc根据各阶段应力分析方法得出。,（3）施工阶段验算：,承载力验算：为了保证预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段的安全性，应限制预加预应力过程中的混凝土法向压应力值，以避免混凝土被压坏。,cc 0.8 fck,后张法构件锚固端局即承压验算,局部压应力在锚固区段内按45度方向传播，在此区段内，混凝土处于三向应力状态。当端部的拉应力达到混凝土的抗拉强度时，构件将出现纵向裂缝。甚至导致局部破坏。通常在端部锚固区段内配置方格网式或螺旋式间接钢筋，以提高局部受压承载力并控制裂缝宽度。,后张法构件锚固端局即承压验算,a.局部受压区的截面尺寸要求：当局部受压间接钢筋过多时，虽然能提高局部受压承载力，但垫板下的混凝土会产生过大的下沉变形，导致局部破坏。为了限制下沉变形，应使构件端部截面尺寸不能过小。,Fl 1.35c l fc Aln,l 混凝土局压强度提高系数，“套箍”作用,Al 局部受压面积；,式中:Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值 Fl=1.2conAp,Aln 混凝土局部受压净面积；对后张法构件，应在混凝土局部受压面积中扣除孔道、凹槽部分的面积；,Fl 1.35l c fc Aln,c混凝土强度影响系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取c=1.0；当混凝土强度等级为C80时，取c=0.8；其间按线性内插法确定；,Ab 局压时计算底面积，按同心、短边对称原则确定。对常用情况按下图确定：,式中 体积配筋率，即,b.局部受压承载力计算：,为防止构件端部的局压破坏，配方格网式或螺旋式间接钢筋。当其核心面积Acor Al时，局部承压承载力应按下式计算：,当为方格式配筋时：,当为螺旋式配筋时：,间接钢筋对混凝土约束的折减系数。cor配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，当AcorAb时，应取Acor=Ab；,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面积，其重心应与Al的重心重合，计算中仍按同心、对称的原则取值；,n1、As1：方格网沿l1方向的钢筋根数、但根钢筋的截面面积。,n2、As2：方格网沿l2方向的钢筋根数、但根钢筋的截面面积。,s：方格网式或螺旋式间接钢筋的间距，宜取30-80mm。,间接钢筋应布置在图示规定的高度范围内，对方网格式钢筋，不应少于4片；对螺旋式钢筋，不应少于4圈。,当为方格式配筋时：,此时，钢筋网两个方向上单位长度内钢筋截面面积的比值不宜大于1.5,10.8 受弯构件受力性能分析（自学）,As,As,Ap均屈服，p=p0 fpy,矩形截面：,10.9 预应力混凝土受弯构件计算,10.9.1使用阶段,1.正截面承载力计算,p0-受压区纵向预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力钢筋应力；a-受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，当受压区未配置纵向预应力钢筋或受压区纵向预应力钢筋应力为拉应力时，公式中的a用as代替。,a受拉区全部纵向钢筋合力点至截面受拉边缘的距离，按下式计算：,破坏时，非预应力钢筋达到屈服的条件：,有屈服点的钢筋：,无屈服点的钢筋：,适用条件：2a x b h0,T形截面：,x hf，第一类。按宽度为bf的矩形截面计算;,x hf，第二类,判别式：,满足以上不等式为第一类，否则为第二类。,x hf，第二类。按下式计算：,最小截面尺寸和最大配箍率，防止斜压破坏对于矩形、T形和形截面的受弯构件,其受剪截面应符合下列条件:,bc为高强混凝土的强度折减系数fcu,k 50N/mm2时，bc=1.0fcu,k=80N/mm2时，bc=0.8其间线性插值。,若不满足条件,首先应加大截面尺寸,其次提高混凝土强度等级.,2.斜截面承载力计算,一般在公式中，Vp、Vw、Vwp均已确定，按剪力设计值求得：,当构件同时配有箍筋和弯筋时：,V Vcs+VP+0.8 fyAsbsins+0.8 fpyApbsinp,一般受弯构件，当符合下列公式的要求时：,集中荷载作用下的独立梁，当符合下列公式的要求时：,均可不进行斜截面的受剪承载力计算，而仅需按构造要求配置箍筋。,3.使用阶段正截面裂缝控制验算,一级 ck pc 0,二级 ck pc ft k,三级 wmax wlim,主要措施是限制主拉应力和主压应力。,4.使用阶段斜截面抗裂验算,限制主拉应力,严格不裂 tp 0.85ftk,一般不裂 tp 0.95ftk,限制主压应力,tp 和cp 均可利用材料力学的公式求解。,式中：,5.使用阶段的变形验算,预应力混凝土受弯构件的短期刚度Bs可按下式计算：,要求不出现裂缝的构件：,允许出现裂缝的构件：,其中：,混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数可按下列公式计算：,m混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数基本值,cc、ct是考虑与制作和运输、吊装阶段一致时的最大拉应力和压应力。,6.施工阶段验算,不允许出现裂缝的构件:,当预拉区允许出现裂缝，且预拉区不配置 预应力钢筋时，有:,预应力混凝土构件的构造要求,先张法构件:当先张法预应力钢丝按单根方式配筋困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式。,对先张法预应力混凝土构件，预应力钢筋端部周围的混凝土应采取下列加强措施：1、对单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置长度不小于150mm且不少于4圈的螺旋筋；当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋，但插筋数量不应少于4根，其长度不宜小于120mm;2、对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部10d(d为预应力钢筋的公称直径)范围内应设置3-5片与预应力钢筋垂直的钢筋网；3、对采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋。,对槽形板类构件：应在构件端部100mm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。对预制肋形板：宜设置加强其整体性和横向刚度度的横肋。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。对预应力钢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足够的非预应力纵向构造钢筋。,后张法构件,端部锚固区应进行局部受压承载力计算，并配间接钢筋。体积配筋率宜大于0.5%。,预应力钢筋间的净距、钢筋与梁底净距、钢筋与梁侧的净距等有相应要求。,附加竖向钢筋的数量与预应力筋到截面重心线的偏心e有关，一般：,e 0.1h时：,0.1h e 0.2h时：,后张法预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道应符合下列规定：1.对预制构件，孔道之间的水平净间距不宜小于50mm；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一半；2.在框架梁中，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应小于1.5倍孔道外径；从孔壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm;3.预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大10-15mm；4.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；5.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。,