现代预应力混凝土结构理论5.6～5.8PPT课件.ppt

5 6变形计算 PCB挠度由偏心预加力Np引起上挠度和外荷载所产生的下挠度组成 5 6 1预加力引起的上挠度 pe 反拱 预加应力时的上挠度后张法简支梁跨中的上拱度为Mpe 由永存预加力 永存预应力的合力 在任意截面x处所引起的弯矩值 1 跨中作用单位力时 在任意截面x处所引起的弯矩值 Bo 构件抗弯刚度 5 6 2使用荷载作用下的挠度等高简支梁 悬臂梁挠度计算公式为式中l 梁的计算跨径 挠度系数与弯矩图形状和支撑的约束条件有关 表13 3 Ms 按作用短期效应组合计算的弯矩Io 构件全截面的换算截面惯性矩 2 3 5 6 3PSC受弯构件的总挠度 s1 荷载短期效应组合下的总挠度式中 pe 永存预加力所产生的上挠度 由作用短期效应组合引起的挠度值 即 分别为梁受一期恒载和二期恒载作用而产生的挠度值 按作用短期效应组合计算的可变作用的弯矩值所产生的挠度 对简支梁 则 4 2 荷载短期效应组合并考虑长期效应影响的挠度值 l式中 pe 考虑长期荷载效应的挠度值 预加力反拱值考虑长期效应增长系数 短期荷载效应组合考虑长期效应的挠度增长系数 按表13 4取值 5 5 6 4预拱度的设置 公路桥规 规定 1 预应力受弯构件由预加力产生的长期反拱值大于按短期荷载组合计算的长期挠度时 可不设置预拱度 2 预加力产生的长期反拱值小于按短期荷载组合计算的长期挠度时 应设预拱度 预拱度值为 6 5 7端部锚固区计算 5 7 1后张法构件锚下局部承压计算锚具下很大的局部应力 使构件纵裂甚至破坏 必须进行局部承压强度和抗裂性计算 1 端部锚固区的受力分析 x y分布 H P195 图5 2 7 2 局部承压计算的原理及方法 1 承压时 砼构件的破坏机理局部承压概念 构件受力表面 仅有部分面积A承受压力的受力状态 8 2 计算理论套箍强化理论和剪切破坏机理 规范 推荐方法 套箍理论局部承压区的混凝土可看作承受侧压力作用的混凝土芯块 挤压区混凝土处于三向受压状态 当周围混凝土环向拉应力达到抗拉极限强度时 试件破坏 模型如图10 5所示 9 剪切理论图5 6模型 Nc作用下多根 拉杆 的拱 当拉杆T达到其抗拉强度开裂 Nc为Ncf 继续增加 裂缝进一步延伸 T Nc下降 形成剪切破坏的楔形体 局部承压的破坏是由拱作用的拉裂力和破坏前所形成的楔形体的尖劈力所引起 此即为剪切破坏机理 10 3 混凝土局部承压强度提高系数 1 混凝土局部承压强度提高系数Al 局部承压面积 当有孔道时 不扣除孔道面积 Ab 局部承压计算的底面积 关于局部承压计算的底面积Ab的确定 采用 同心对称有效面积法 即Ab应与局部承压面积Al具有相同的形心位置 且要求相应对称 11 2 配有间接钢筋构件的局部承压提高系数 cor局部承压区内配置间接钢筋可采用方格钢筋网或螺旋式钢筋两种形式 12 间接钢筋体积配筋率 v是指核心面积Acor范围内单位体积所含间接钢筋的体积 应按下列公式计算 方格网配筋式中S 钢筋网片层距n1 As1 分别是单层钢筋网沿L1方向的钢筋根数和单根钢筋截面面积 n2 As2 分别是单层钢筋网沿L2方向的钢筋根数和单根钢筋截面面积 Acor 方格网表面范围内混凝土核心面积 13 螺旋式钢筋Ass1 单根螺旋形钢筋截面面积 dcor 螺旋式钢筋表面范围内混凝土核心直径 s 螺旋式钢筋间距 在局部承压区内配置间接钢筋 其作用类似于螺旋箍筋柱中螺旋箍筋的作用 使得核心混凝土的抗压强度增加 用 cor来反映配置间接钢筋后混凝土局部承压强度提高的程度 Acor 间接钢筋网或螺旋钢筋范围内混凝土核心面积 实际工程中 若Acor Ab 则取Acor Ab 14 4 局部承压计算 1 局部承压区承载力计算 式中Fld 局部受压区面积上的局部压力设计值 s 混凝土局部承压修正系数 混凝土承压强度的提高系数 k 间接钢筋影响系数 v 间接钢筋体积配筋率 fsd 间接钢筋的抗拉强度设计值 Aln 局部承压面积减孔洞的面积 15 2 局部承压区承载力计算 fcd 混凝土轴心抗拉强度设计值 梁端锚固区设计时应采取补强措施 锚具下应设置厚度不小于16mm的垫板或采用具有喇叭管的锚具垫板 板下螺旋筋圈数的长度不应小于喇叭管长度 锚垫板下的间接钢筋体积配筋率 v不应小于0 5 梁端平面尺寸由锚具尺寸 锚具间距以及张拉千斤顶的要求等布置 16 5 7 2先张法PC构件预应力钢筋的传递长度与锚固长度 一般不设永久性锚具 通过REBAR和conc之间的粘结力达到锚固的要求 在预应力钢筋放张时 构件端部外露处的钢筋应力由原有的预拉应力变为零 钢筋在该处的拉应变也相应变为零 钢筋将向构件内部产生内缩 滑移 但钢筋与混凝土间的粘结力将阻止钢筋内缩 17 经过自端部起至某一截面的ltr长度后 钢筋内缩将被完全阻止 说明ltr长度范闹内的粘结力之和 正好等于钢筋内的有效预拉应力 且钢筋在ltr以后的各截面将保持有效预应力 pe 1 钢筋从应力为零的端面到应力为 pe的这一长度ltr称为预应力钢筋的传递长度 2 钢筋从应力为零的端面到应力为fpd的截面为止的这一长度la称为预应力钢筋的锚固长度 钢筋在内缩过程中 使传递长度范围内胶结力一部分遭到破坏 但钢筋内缩也使其直径变粗 且愈近端部愈粗 形成锚楔作用 由于周围混凝土限制其直径变粗而引起较大的径向压力 图13 10a 18 由此所产土的相应摩擦力 要比普通钢筋混凝土中由于混凝上收缩所产生的摩擦力要大得多 这是预应力钢筋应力传递的有利因素 可以看出 先张法构件端部整个应力传递长度范围内受力情况比较复杂 为了设计计算的方便 公路桥规 考虑以上各因素后 将预应力钢筋的传递长度ltr和锚固长度la的规定取值见附表2 7 同时将传递长度和锚固长度范围内的预应力钢筋的应力 从零至 pe或fpd 假定按直线变化计算 图5 10b 注意 传递长度和锚固长度la的起点与放张的方法有关 当采用骤然放张 例如剪断 时 由于钢筋回缩的冲击将使构件端部混凝土的粘结力破坏 故其起点应自离构件端面0 25ltr处开始计算 19 5 8预应力受弯构件的设计 内容 设计计算步骤 截面型式及截面尺寸的选定 钢筋数量的估算与布置的方法等内容 5 8 1设计计算步骤类似于受弯构件 以后张法简支梁为例说明 1 根据已知资料 如定型设计较等 并参照已有设计 选定构件的截面尺寸 截面形式 或直接对弯矩最大截面 根据正截面抗弯强度要求 初估构件砼截面尺寸 2 根据结构可能出现的荷载效应组合 计算控制界面最大的设计弯矩和剪力 20 3 根据正截面抗弯要求和初定的截面尺寸 估算预应力钢筋的数量 并进行合理的布置 4 计算主梁截面几何特性 5 进行正截面和斜截面承载力计算 6 确定预筋的张拉控制应力 估算预应力损失及计算各阶段相应的有效预应力 7 按短暂状况和持久状况进行构件的应力验算 8 进行正截面和斜截面抗裂演算 9 主梁的变形计算 10 锚固局部承压计算与锚固区设计 21 5 8 2PC受弯构件的截面设计1 预应力混凝土梁抗弯效率指标 为抗弯效率指标 值越高 表示所设计的预应力混凝土梁截面经济效率越高 2 预应力混凝土常用截面形式 22 1 空心板 通常用于跨径8 20m的桥梁 施工采用场制直线配筋的先张法 2 T形梁 25 50m 后张法 中小h l 1 15 1 25 3 带现浇翼板的预制T形梁 适用于各种斜度的斜梁桥和曲率半径较大的弯梁桥 4 组合箱形梁 16 25m 先张法 h l 1 16 1 20 5 组合T形梁 16 20m h l 1 16 1 18 6 箱形梁 多用于连续梁 T形刚构等大跨度桥梁 23 5 8 3砼截面尺寸和预应力钢筋的数量的选定1 截面尺寸参考已有的设计资料及桥梁设计中的具体要求事先拟定 然后进行配筋计算 如不符合要求 再修改 2 预应力钢筋截面积的估算 1 按构件正截面抗裂性要求估算预应力的钢筋数量Npe 使用阶段预应力钢筋永存应力的合力Ms 按作用短期效应组合计算的弯矩值 24 A 构件混凝土全截面面积W 构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩ep 预应力钢筋的合力作用点至截面中心轴的距离对A类部分预应力混凝土构件 所需预应力钢筋的总面积 所需预应力钢筋束数为 Ap1为一束钢筋的截面面积 25 2 按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋数量对两类T形截面 第一类 第二类 先按第一类T形截面计算受压区高度x 若 则 26 若 则为第二类T形截面 则矩形截面梁的计算方法与第一类T形截面方法相同 3 最小配筋率的要求最小配筋率应满足Mu 受弯构件正截面抗弯承载力设计值Mcr 受弯构件正截面开裂弯矩值 计算式为 27 5 8 4预应力钢筋的布置1 束界 索界 全预应力简支梁 跨中心预应力钢筋的位置应尽量低 ep大 以平衡外荷载产生的正弯矩 但其它截面外荷载小 如ep大 易引起上缘开裂 因此ep应减小 根据全预应力构件要求 不使上 下缘混凝土出现拉应力的原则 可按最小外载 G1 作用下 和最不利荷载 G1 G2 p 作用下的两种情况 分别确定NP在各个截面上ep的极值 可沿梁截面绘出ep的限值线E1和E2 只要NP落入E1和E2所围成的区域即能保证构件上下缘不会出现拉应力 把E1和E2两条曲线所围成的布置钢束时的钢束重心界限 称为束界 索界 28 例 全预应力简支梁的束界预加应力阶段式中eP1 预加力合理的偏心距 Kb 混凝土截面下核心距 Wu 构件全截面对截面上缘的弹性抵抗矩 Np1 传力锚固时预加力的合力 同理 作用短期效应组合 式中 0 8Ku Wb A 上核心距 29 钢束重心位置即ep所遵循的条件如满足上式即可保证不出现拉应力 对也许出现拉应力或裂缝的PPC构件 只要根据构件上 下缘砼的拉应力 名义拉应力的不同限制值作相应的演算 束界不难确定 30 2 预应力钢束的布置原则 1 钢束的布置 应使其重心线不超过束界 2 钢束弯起的角度 应与所承受的剪力变化规律相配合 3 应符合构造要求3 钢束弯起点的确定 1 从受剪考虑 在跨径的三分点到四分点之间开始弯起 2 注意钢筋弯起后正截面抗弯承载力的要求 3 应满足斜截面抗弯承载力的要求4 钢束弯起角度 1 一般弯起角度 p 20o 2 对于弯出梁顶锚固的钢筋 25o p 30o 31 5