预应力混凝土受弯构件的设计和计算PPT学习教案

1、会计学1本章的主要内容本章的主要内容 受力阶段的分析与各阶段控制计算内容；受力阶段的分析与各阶段控制计算内容； 正截面和斜截面承载力计算；正截面和斜截面承载力计算； 张拉控制应力的确定与预应力损失的估算；张拉控制应力的确定与预应力损失的估算； 短暂状况、持久状况下的应力计算与验算；短暂状况、持久状况下的应力计算与验算； 正截面和斜截面抗裂性验算；正截面和斜截面抗裂性验算； 变形计算与预拱度设置；变形计算与预拱度设置； 锚固区计算；锚固区计算； 构造要求构造要求 第1页/共112页 构件的设计计算构件的设计计算分分析析实验研究实验研究提出假提出假定定计算公计算公式式应用应用设计设计 复核复核第2

2、页/共112页13.1 13.1 预应力混凝土受弯构件分析预应力混凝土受弯构件分析一、预应力混凝土受弯构件的受力阶段分析与特点一、预应力混凝土受弯构件的受力阶段分析与特点 设问设问： 预应力混凝土受弯构件的受力过程是怎样的呢预应力混凝土受弯构件的受力过程是怎样的呢 与普通钢筋混凝土受弯构件的受力阶段相同吗与普通钢筋混凝土受弯构件的受力阶段相同吗第3页/共112页钢筋混凝土受弯构件的受力阶段钢筋混凝土受弯构件的受力阶段 整体工作阶段整体工作阶段 整体工作阶段末期整体工作阶段末期第4页/共112页带裂缝工作阶段带裂缝工作阶段 带裂缝工作阶段末带裂缝工作阶段末期期钢筋混凝土受弯构件的受力阶段钢筋混凝

3、土受弯构件的受力阶段 第5页/共112页破坏阶段破坏阶段钢筋混凝土受弯构件的受力阶段钢筋混凝土受弯构件的受力阶段 极限承载极限承载力力第6页/共112页 施工阶段施工阶段 使用阶段使用阶段 破坏阶段破坏阶段钢筋混凝土钢筋混凝土预应力混凝土预应力混凝土整体工作整体工作 带裂缝工作带裂缝工作 破坏阶段破坏阶段 预应力混凝土受弯构件的受力阶段预应力混凝土受弯构件的受力阶段 第7页/共112页后张法构件工艺：后张法构件工艺：预加应力阶段预加应力阶段钢筋骨架制钢筋骨架制作预埋管道作预埋管道浇注浇注 混凝土混凝土抽拔管道抽拔管道 穿索穿索张拉张拉封封端端 存存梁梁吊梁吊梁 就位就位运输安装阶段运输安装阶段

4、1 1、施工阶段、施工阶段 预加应力预加应力和和运输安装运输安装二个受力阶段。二个受力阶段。1）预加应力阶段预加应力阶段第8页/共112页回顾后张法工艺流程图回顾后张法工艺流程图第9页/共112页钢筋骨架制作与预埋管道钢筋骨架制作与预埋管道第10页/共112页浇注混凝土第11页/共112页预应力钢筋穿索预应力钢筋穿索第12页/共112页预应力钢筋张拉预应力钢筋张拉第13页/共112页封端存梁封端存梁第14页/共112页 架梁架梁第15页/共112页先张法工艺先张法工艺在台座上在台座上 张拉力筋张拉力筋放张放张封封端端 存存梁梁吊梁吊梁 就位就位预加应力阶段预加应力阶段运输安装阶段运输安装阶段：

5、钢筋骨架钢筋骨架 制作制作灌注灌注 混凝土混凝土第16页/共112页回顾先张法工艺流程图回顾先张法工艺流程图第17页/共112页 预加应力阶段截面的受力有什么特点预加应力阶段截面的受力有什么特点此阶段横截面的应力分布有什么特点此阶段横截面的应力分布有什么特点第18页/共112页 预加应力阶段横截面上应力的特点预加应力阶段横截面上应力的特点 上缘上缘( (预拉区预拉区) )：可能是：可能是拉应力拉应力、零应力零应力、压应力压应力 下缘下缘( (预压区预压区) )：储备很大的压应力：储备很大的压应力 结论：结论：预加应力阶段就是使混凝土储备预加应力阶段就是使混凝土储备强大的预压应力，强大的预压应力

6、，同同时还要保证梁的质量。时还要保证梁的质量。 1GpNMG1pcpc+pN1GG11GM第19页/共112页设计计算内容：设计计算内容： 预加力预加力( (张拉力张拉力) )的控制；的控制； 混凝土上、下缘的应力满足混凝土上、下缘的应力满足规范规范要求要求； 端部锚固区局部承受能力满足要求，不能端部锚固区局部承受能力满足要求，不能出现裂缝。出现裂缝。 计算的特点：计算的特点： 计算方法：采用材料力学的方法计算方法：采用材料力学的方法 荷载：有效预应力最大，荷载最小，仅有荷载：有效预应力最大，荷载最小，仅有自重作用。自重作用。 混凝土的强度相对较低，没有完全达到设计混凝土的强度相对较低，没有完

7、全达到设计强度。强度。 压浆前，采用净截面几何特性压浆前，采用净截面几何特性第20页/共112页2 2） 运输安装阶段运输安装阶段 与预加应力阶段的与预加应力阶段的差别差别：受力模式不同，增大拉应力。：受力模式不同，增大拉应力。 在预加应力阶段梁体上缘可能产生在预加应力阶段梁体上缘可能产生拉应力拉应力； 吊梁时产生负弯矩，吊梁时产生负弯矩，增加上缘的拉应力增加上缘的拉应力； 起吊放梁的冲击作用，起吊放梁的冲击作用，加大了拉应力加大了拉应力效应。效应。 第21页/共112页 公路桥规公路桥规计入或的动力系数，验算构件支点计入或的动力系数，验算构件支点或吊点截面混凝土的拉应力。荷载效应有利时计的动

8、或吊点截面混凝土的拉应力。荷载效应有利时计的动力系数，不利时计的动力系数。力系数，不利时计的动力系数。 建筑建筑混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范条：预应力混凝土结条：预应力混凝土结构构件的施工阶段，除了进行承载力极限状态验算外构构件的施工阶段，除了进行承载力极限状态验算外，对预拉区不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受，对预拉区不允许出现裂缝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（压的构件，在预加力、自重及施工荷载（必要时应考必要时应考虑动力系数虑动力系数）作用下，其截面边缘混凝土的法向应力）作用下，其截面边缘混凝土的法向应力尚应符合下列规定：尚应符合下列规定：cttkf0

9、.8ccckf第22页/共112页 2 2、使用阶段（、使用阶段（记录记录） 桥梁通车运营使用整个工作阶段桥梁通车运营使用整个工作阶段运运营阶段。它经历了营阶段。它经历了消压、裂缝出现和带裂缝消压、裂缝出现和带裂缝工作工作. . 全预应力混凝土结构此阶段全预应力混凝土结构此阶段不允许出现不允许出现拉应力；拉应力； A A类部分预应力混凝土类部分预应力混凝土，允许出现拉应，允许出现拉应力，不允许开裂；力，不允许开裂； B B类部分预应力混凝土，类部分预应力混凝土，允许出现裂缝允许出现裂缝，裂缝宽度不超过规定值。，裂缝宽度不超过规定值。 第23页/共112页1 1）消压阶段）消压阶段 偏心预加力偏

10、心预加力+ +一期恒载一期恒载G1G1+ +二期恒载二期恒载G2G2+ +活荷载活荷载Q Q。 图图13-2 13-2 消压阶段各种作用下控制截面的应力分布消压阶段各种作用下控制截面的应力分布 消压以前的状态是预应力混凝土消压以前的状态是预应力混凝土所特有的，所特有的，消压消压后与钢筋混凝土受弯构件处于同一后与钢筋混凝土受弯构件处于同一“起点起点”。第24页/共112页2 2）裂缝出现）裂缝出现 在使用荷载作用下截面下边缘经历了在使用荷载作用下截面下边缘经历了压应力压应力零应力零应力拉应力拉应力混凝土开裂混凝土开裂. . a)MMMMMb)c)d)e)0cru1pcG+Qtkf=cc=0pkf

11、pppkffpkppfpkfpk=p3 3）带裂缝工作）带裂缝工作 混凝土开裂退出工作，钢筋应力增加直到屈服，中性轴混凝土开裂退出工作，钢筋应力增加直到屈服，中性轴上移，受压混凝土应力变大。上移，受压混凝土应力变大。 第25页/共112页设计计算内容设计计算内容： 混凝土的混凝土的正应力、主应力正应力、主应力、钢筋的应力钢筋的应力均应满均应满足要求足要求; ; 进行构件的正截面、斜截面进行构件的正截面、斜截面抗裂性抗裂性验算验算; ;（全（全预应力、预应力、A A类部分类部分 预应力混凝土）预应力混凝土） 构件维持正常使用的构件维持正常使用的变形验算变形验算。 计算的特点计算的特点: : 预应

12、力损失大部分已经发生，有效预应力小预应力损失大部分已经发生，有效预应力小； 外荷载最大，包括全部使用活载；外荷载最大，包括全部使用活载； 用换算截面几何特性；用换算截面几何特性； 计算方法：全预应力结构，采用材料力学方计算方法：全预应力结构，采用材料力学方法。法。第26页/共112页3 3、破坏阶段、破坏阶段极限承载力状态极限承载力状态 极限状态时，受拉钢筋先屈服，后受压区混凝土压极限状态时，受拉钢筋先屈服，后受压区混凝土压碎，破坏时的碎，破坏时的应力状态应力状态与钢筋混凝土与钢筋混凝土相似相似，计算方法相计算方法相同同。 特别注意：特别注意：预应力混凝土结构的预应力混凝土结构的极限承载力极限

13、承载力也是以材料强也是以材料强度耗尽而结束。度耗尽而结束。 预应力对构件的承载力有什么影响预应力对构件的承载力有什么影响 a)MMMMMb)c)d)e)0cru1pcG+Qtkf=cc=0pkfpppkffpkppfpkfpk=p第27页/共112页cuMcrM 开裂线开裂线,cr cMMw弯矩弯矩- -挠度曲线比较（叶书挠度曲线比较（叶书P247P247页，页，记录该图记录该图）钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件第28页/共112页预应力混凝土受弯构件受力阶段的特点（预应力混凝土受弯构件受力阶段的特点（记录记录） 受力阶段受力阶段 项目项目施工阶段施

14、工阶段使用阶段使用阶段破坏阶段破坏阶段外观特征外观特征 荷载荷载-挠度曲线挠度曲线梁无裂缝梁无裂缝 直线直线出现裂缝，带裂缝工作出现裂缝，带裂缝工作 出现转折点出现转折点拉区开裂拉区开裂 接近水平线接近水平线混凝土应力混凝土应力( (拉、压）拉、压）几乎全截面受压几乎全截面受压 梁的上缘可能有拉梁的上缘可能有拉应力应力下缘由下缘由压应力压应力- -拉应力拉应力- -开裂开裂，上缘压应力逐渐，上缘压应力逐渐变大变大下缘开裂退出工作，下缘开裂退出工作， 上缘混凝土压碎上缘混凝土压碎预应力钢筋应力预应力钢筋应力有效预应力较大有效预应力较大 拉应力增加拉应力增加受拉屈服受拉屈服与设计计算的联系与设计计

15、算的联系施工阶段应力控制施工阶段应力控制的依据的依据正常使用计算正常使用计算 的依据的依据强度计算强度计算 的依据的依据第29页/共112页 二、构件的消压弯矩、开裂弯矩、极限弯矩的计算二、构件的消压弯矩、开裂弯矩、极限弯矩的计算 1 1、消压弯矩（、消压弯矩（书上标注书上标注P246P246） 定义：使定义：使控制截面下边缘达到零应力控制截面下边缘达到零应力状态时称为状态时称为消压消压，此，此时时外荷载弯矩外荷载弯矩为消压弯矩为消压弯矩 。 0M000.pcoxMMyIW下00pcxMW第30页/共112页2 2、开裂弯矩、开裂弯矩 “消压消压”后，混凝土出现拉应力，随即开裂后，混凝土出现拉

16、应力，随即开裂0,crcrcMMM,0()crcpctkxMf W0/xW02Sa)MMMMMb)c)d)e)0cru1pcG+Qtkf=cc=0pkfpppkffpkppfpk5mmd 5mm时，不宜小于时，不宜小于6m6m； 精轧螺纹钢筋直径精轧螺纹钢筋直径d25mmd25mm时，不宜小于时，不宜小于12m12m；直径直径d 25mmd 25mm时，不宜小于时，不宜小于15m15m； 对于具有特殊用途的预应力钢筋（如斜拉桥桥对于具有特殊用途的预应力钢筋（如斜拉桥桥塔中围箍用的半圆形预应力钢筋，其半径在左右），因塔中围箍用的半圆形预应力钢筋，其半径在左右），因采取特殊的措施，可以不受此限。采

17、取特殊的措施，可以不受此限。 第100页/共112页 7 7、预应力钢筋布置的构造要求、预应力钢筋布置的构造要求 （1 1）后张法构件）后张法构件 预应力钢筋管道的设置应符合下列规定：预应力钢筋管道的设置应符合下列规定： 直线管道之间的水平净距不应小于直线管道之间的水平净距不应小于40mm40mm，且不，且不宜小于管道直径的倍；宜小于管道直径的倍；对于预埋的金属或塑料波纹管对于预埋的金属或塑料波纹管和铁皮管，在竖直方向可将两管道叠置；和铁皮管，在竖直方向可将两管道叠置； 曲线形预应力钢筋管道在曲线曲线形预应力钢筋管道在曲线平面内相邻管平面内相邻管道道间的最小距离（图间的最小距离（图13-201

18、3-20）计算式为）计算式为第101页/共112页 20.266dsincuPdcrf预应力钢筋弯曲平面内净距lf曲线矢高曲线弦长图图13-20 13-20 曲线形预应力钢筋弯曲平面内净距曲线形预应力钢筋弯曲平面内净距 第102页/共112页 曲线形预应力钢筋管道在曲线平面外相邻管道间的最小曲线形预应力钢筋管道在曲线平面外相邻管道间的最小距离距离 计算式为计算式为 式中的为相邻两曲线管道外缘在曲线平面外净距式中的为相邻两曲线管道外缘在曲线平面外净距 mmmm）；）； 、 、 意义同上。意义同上。 管道内径的截面面积管道内径的截面面积不应小于预应力钢筋截面面积的两不应小于预应力钢筋截面面积的两倍

19、；倍； 按计算需要设置预拱度时，预留管道也应同时起拱；按计算需要设置预拱度时，预留管道也应同时起拱； outc20.266dsoutcuPdcrfdprcuf 第103页/共112页vsAAAA截面曲线管道平面内保护层曲线管道平面外净距箍筋预应力钢筋曲线管道平面外保护层箍筋预应力钢筋曲线管道平面内保护层 图图13-21 13-21 预应力钢筋曲线管道保护层示意图预应力钢筋曲线管道保护层示意图 预应力混凝土钢筋的其他布置，应符合预应力混凝土钢筋的其他布置，应符合公路桥规公路桥规的要求。的要求。第104页/共112页8 8、 非预应力钢筋的布置非预应力钢筋的布置 1 1）箍筋）箍筋 公路桥规公路桥

20、规要求按下列规定配置构造箍筋：要求按下列规定配置构造箍筋： 预应力混凝土预应力混凝土T T形、形、I I形截面梁和箱形截面梁腹板内应形截面梁和箱形截面梁腹板内应分别设置直径不分别设置直径不小于小于10mm10mm和和12mm12mm的箍筋，且应采用带的箍筋，且应采用带肋钢筋，肋钢筋，间距不应大于间距不应大于250mm250mm；自支座中心起长度不小；自支座中心起长度不小于一倍梁高范围内，应采用于一倍梁高范围内，应采用闭合式箍筋闭合式箍筋，间距不应大，间距不应大于于100mm100mm。 在在T T形、形、I I形截面梁下部的形截面梁下部的“马蹄马蹄”内，应另设直径不内，应另设直径不小于小于8m

21、m8mm的的闭合式箍筋闭合式箍筋，间距不应大于，间距不应大于200mm200mm。另外，。另外，“马蹄马蹄”内还应设直径不小于内还应设直径不小于12mm12mm的的定位钢筋定位钢筋。 第105页/共112页2 2）水平纵向辅助钢筋）水平纵向辅助钢筋 T T形截面预应力混凝土梁，截面上边缘有翼缘、下形截面预应力混凝土梁，截面上边缘有翼缘、下边缘有边缘有“马蹄马蹄”，它们在梁横向的尺寸，都比腹板厚度，它们在梁横向的尺寸，都比腹板厚度大，对于预应力混凝土梁，这种钢筋宜采用小直径的钢大，对于预应力混凝土梁，这种钢筋宜采用小直径的钢筋网，筋网，紧贴箍筋布置于腹板两侧，紧贴箍筋布置于腹板两侧，以增加与混凝

22、土的粘以增加与混凝土的粘结力，使裂缝的间距和宽度均减小。结力，使裂缝的间距和宽度均减小。 3 3）局部加强钢筋）局部加强钢筋 对于局部受力较大的部位，应设置对于局部受力较大的部位，应设置加强钢筋加强钢筋，如，如“马蹄马蹄”中的闭合式箍筋，和梁端锚固区的加强钢筋等，中的闭合式箍筋，和梁端锚固区的加强钢筋等，除此之外，除此之外，梁底支座处亦设置钢筋网加强。梁底支座处亦设置钢筋网加强。 第106页/共112页4 4）架立钢筋与定位钢筋架立钢筋与定位钢筋 架立钢筋是用于支撑箍筋的，一般采用直径为架立钢筋是用于支撑箍筋的，一般采用直径为（12201220）mmmm的圆钢筋；定位钢筋系指用于固定预留孔的圆

23、钢筋；定位钢筋系指用于固定预留孔道制孔器位置的钢筋，常做成网格式。道制孔器位置的钢筋，常做成网格式。 9 9、 锚具的防护锚具的防护 对于埋入梁体的锚具，在预加应力完成后，其周对于埋入梁体的锚具，在预加应力完成后，其周围应设置构造钢筋与梁体连接，然后浇筑封锚混凝土。围应设置构造钢筋与梁体连接，然后浇筑封锚混凝土。封锚混凝土强度等级不应低于构件本身混凝土强度等级封锚混凝土强度等级不应低于构件本身混凝土强度等级的的80%80%，且不低于，且不低于C30C30。 第107页/共112页 13.9 13.9 预应力混凝土简支梁设计预应力混凝土简支梁设计 预应力混凝土预应力混凝土T梁设计示例（请自学叶见曙教材梁设计示例（请自学叶见曙教材P287-309页、张树仁教材页、张树仁教材P299-342页相关内容）页相关内