预应力混凝土轴心受拉构.ppt
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1、第12章 预应力混凝土轴心受拉构件,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,12.1.0 预备知识,轴心受拉预应力钢筋混凝土构件中一般配有预应力钢筋Ap和非预应力钢筋As,而且应对称布置,预应力钢筋一般布置于构件的中间部位,配筋情况见图12.6所示。换算截面就是将钢筋和混凝土两种不同材料组成的截面,根据应变相等的原则换算成相应的纯混凝土截面。所谓应变相等原则是指在截面的同一纤维层上的钢筋应变s和混凝土应变c是相等的。,图12.6预应力轴心受拉构件配筋示意图,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,普通钢筋的应变 s=s/Es 预应力钢筋的应变 p=p/Es 混凝土的应变值 c=c/
2、Ec 因应变相等,即 s=c,故 s/Es=c/Ec 普通钢筋的合力 sAs=cEAs 预应力筋的合力 pAp=cEAp 换算截面面积用A0:A0=Ac+EAs+EAp 净截面面积An 即:An=A0-EAp=Ac+EAs,12.1.0 预备知识,12.1.1 先张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(1)张拉预应力钢筋和浇筑混凝土。先张法构件在台座上按规定张拉好钢筋后,将预应力筋锚固在台座上,布置非预应力筋,浇捣混凝土,养护。预应力钢筋应力为con,12.1.1 先张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(2)张拉预应力钢筋和
3、浇筑混凝土。预应力钢筋应力为p=con-l;混凝土和非预应力钢筋均未受压,则相应的应力分别为:pc=0和s=0,详见图12.7所示。,图12.7 放松预应力钢筋之前的受力状态,(a)构件在台座上的情况;(b)脱离体图,12.1.1 先张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(3)切断(放松)预应力钢筋。混凝土压应力沿截面均匀分布,其值为pc;非预应力钢筋应力自然为s=epc;预应力钢筋因缩短,则应力为:p=con-l-epc 由截面内力平衡条件可得:(见图12.8)pcAc+sAs=(con-l-epc)Ap将上式整理得:,图12.8 先张法构件放松预应力钢筋时
4、的受力状态,12.1.1 先张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(4)完成第二批损失之后。预应力总损失为l=l+l。设此时的混凝土压应力为pc,非预应力钢筋应力为s=l5+espc,预应力钢筋应力为p=con-l-epc混凝土预压应力pc仍利用截面平衡条件求得(图12.9);,图12.9 先张法构件完成第二批损失之后的受力状态,12.1.1 先张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(4)非预应力钢筋对预应力的影响。非预应力钢筋对预应力既有有利的一面,也有不利的一面,综合考虑后,规范近似取混凝土的有效预压应力为,12.1.1
5、先张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,使用阶段在轴向力逐渐增加时,预应力轴心受拉构件不断伸长,混凝土预压应力逐渐减少至零;接着混凝土应力变为拉应力(非预应力钢筋也会稍后一步受拉);当拉应力达到混凝土轴心抗拉强度标准值时,构件处于开裂极限状态;开裂后裂缝截面的内力全部由钢筋承受,裂缝逐渐开展,当钢筋达到屈服强度时,构件处于承载力极限状态。,12.1.1 先张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(1)混凝土应力为零时。在外力Np0的作用下,使建立起来的预压应力pc全部抵消,混凝土应力为零,此状态也称为消压状态。由截面内、外力平衡
6、条件可求得消压状态时的轴心拉力(图12.10):Np0=(con-l)Ap-l5As=pcA0,图12.10 先张法构件消压状态时的受力状态,12.1.1 先张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(2)构件即将开裂时。外荷载继续增加,当混凝土拉应力达到混凝土轴心抗拉强度标准值时,构件处于即将开裂的极限状态(图12.11),此时混凝土应力为ftk,非预应力钢筋应力为s=es ftk-l5,预应力钢筋应力为p=con-l+e ftk,由内外力平衡条件可求得构件即将开裂时的轴心拉力Np,cr,即Np,cr=A0 ftk+pcA0=(ftk+pc)A0 即 Np,cr
7、=(ftk+pc)A0,图12.11 先张法构件即将开裂时的受力状态,12.1.1 先张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(3)构件开裂后 此时荷载不再变化,混凝土中的应力全部转化给钢筋和预应力筋。p=p0II+e ftk+ftkAc/(Ap+As)=p0II+ftkA0/(Ap+As)s=l5-e ftk-ftkAc/(Ap+As)=l5-ftkA0/(Ap+As),12.1.1 先张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(4)构件破坏时。当荷载继续再增加时,构件开裂并逐渐贯穿整个截面。裂缝截面上全部荷载由钢筋承担。当钢筋达
8、到屈服时构件宣告破坏(图12.12),即达到其承载力极限状态。由平衡条件可得,极限承载能力Nu为:Nu=fpyAp+fyAs,图12.12 先张法构件破坏时的受力状态,12.1.2 后张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(1)张拉阶段张拉同时,混凝土及非预应力钢筋受压,但同时预应力钢筋产生摩擦损失l2,预应力钢筋拉应力为 con-l2。,12.1.2 后张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(2)张拉至预应力钢筋锚固后。非预应力钢筋的应力为espc,预应力钢筋的应力则为p=con-l。混凝土预压应力pc由平衡条件(图12.1
9、3)求得:pcAc+sAs=pAp整理后得:,图12.13 后张法构件预应力筋锚固后的受力状态,12.1.2 后张法构件,1.施工阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(3)完成第二批预应力损失之后。此时已完成全部预应力损失l,l=l+l;设混凝土预应力为pc,则非预应力钢筋应力为s=espc+l5,预应力钢筋应力为p=con-l.混凝土有效预压应力pc可由平衡条件(图12.14)求得:pcAc+sAs=pAp 经推导和整理得:,图12.14 后张法构件完成第二批损失后的受力状态,12.1.2 后张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(1)混凝
10、土应力等于零时。此状态为消压状态。此时预应力钢筋的应力为p0=con-l+epc,非预应力钢筋应力为s0=l5(压)。由截面平衡条件可求得消压状态时构件的轴向拉力Np0为(图12.15):Np0=p0Ap-l5As=pcA0,图12.15 后张法构件处于消压状态时的受力状态,12.1.2 后张法构件,2.使用阶段:,12.1 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析,(2)构件即将开裂时。与先张法构件相似,此时混凝土的应力为ftk,非预应力筋的应力为s=esftk-l5,预应力钢筋的应力为 p=con-l+epc+eftk。由平衡条件可求得构件开裂时的轴心拉力Np,cr为Np,cr=ftkAc+sA
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