预应力混凝土受拉构件的计算

混凝土结构设计原理第十一章

预应力混凝土轴心受拉构件的计算§11.1预应力混凝土轴心受拉构件受力全过程及各阶段的应力分析1.先张法构件：（1）施工阶段：a）张拉预应力钢筋：此时：预应力钢筋应力为，混凝土应力为0，非预应力钢筋应力为0。b）完成第一批损失（混凝土受到预压应力之前)：此时，预应力钢筋应力：混凝土应力：c）放张预应力钢筋：预应力钢筋应力：非预应力钢筋获得的预压应力：根据截面内力平衡条件：式中：A0=Ac+E·As+E·Ap－换算截面面积。扣除孔道，钢筋等后的截面面积的砼截面面积。d）完成第二批损失（混凝土受到预压应力之后)：非预应力筋应力：预应力筋应力：使用阶段受力过程的三个特征点：NN0(c=0)Ncr(c=ftk)Nu(fpy)（2）使用阶段：N0N00NcrNcrftkNuNu加载至构件截面即将开裂：cr=

ftksr=Eftk–l5，非预应力钢筋的应力pr=con–l+Eftk，预应力钢筋的应力

截面平衡：Ncr=ftk·Ac+sAs+pAp式中Ncr–––预应力轴拉构件即将开裂所能承受的轴向力。Ncr=(ftk+pcII)A0

(预应力存在可以提高抗裂性)l5混凝土收缩徐变引起的预应力损失加载至构件破坏：c=0s=fyp=fpy

所以：Nu=fpy·AP+fy·As

(应力的存在不能提高正截面承截力)Nu–––极限承截力。a)浇注混凝土，养护直至钢筋张拉前，认为截面中不产生任何应力。s=-EpcI，非预应力钢筋的应力p=con–l2，预应力钢筋中的应力，l2为摩擦损失

2.后张法构件：（1）施工阶段：b)张拉预应力钢筋；根据截面平衡：pAp=c·Ac+s·

As根据截面平衡：pAp=c·Ac+s·

As式中：

An–––换算截面面积。c)完成第一批损失：c=pcI，混凝土的预压应力sI=-EpcI，非预应力钢筋的压应力pI=con–l1–l2=con-lI，预应力钢筋的应力

截面平衡：pIAp=cAc+sI·

Asd)完成第二批损失（混凝土受到预压应力之后）：c=pcIIsII=—（EpcII+l5）pⅡ=con–l截面平衡：pⅡ

Ap=pcⅡAc+sII·

As

加载至裂缝即将出现c=ftks=Eftk–

l5(拉)非预应力钢筋的应力p=con–l+EpcII+

Eftk预应力钢筋的应力截面平衡：Ncr=pAp+Ass+Ac·ftkNcrNcrftkc)加载至破坏：c=0s=fyp=fpyNu=fpy·Ap+fy·As作业：比较先、后张法各阶段的应力状态及公式的表达。NuNu3.轴心受拉构件应力比较1）先张法和后张法预应力混凝土构件比较

混凝土完成弹性压缩的时间不同。先张法：在放松预应力钢筋时后张法：在预应力筋张拉至σcon时

2）预应力混凝土构件与普通钢筋混凝土构件比较①预应力混凝土构件与普通钢筋混凝土构件在施工阶段，二者钢筋和混凝土两种材料所处的应力状态不同，普通钢筋混凝土构件中，钢筋和混凝土均处于零应力状态，而预应力混凝土构件中，钢筋和混凝土均有初应力，其中钢筋处于拉应力状态，混凝土处于受压状态，一旦预压应力被抵消，预应力混凝土和普通钢筋混凝土之间没有本质的不同。

②预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构件迟得多，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接近。

③预应力混凝土构件与条件相同的未加预应力的钢筋混凝土构件承载能力相同，故预加应力能推迟裂缝出现，但不能提高承载能力。

11.2预应力混凝土轴心受拉构件的计算

预应力混凝土轴心受拉构件的计算包括使用阶段和施工阶段的计算和验算。

使用阶段的计算内容包括：正截面承载力计算、裂缝宽度验算。其计算公式如下：

①正截面承载力计算：

②裂缝控制验算：

Ⅰ、对严格要求不出现裂缝的构件（一级构件）N

Nu=fyAs+fpy·Apck–pcII0

一般当构件在荷载标准值下产生的轴心拉力Nk不超过Ncr，构件就不会开裂。Ⅱ、对一般要求不出现裂缝的构件（二级构件）——

荷载效应的标准组合抗裂验算边缘的混凝土法向应力；在荷载效应的标准组合下满足：

按荷载效应的标准组合，并考虑长期作用的影响，计算的最大裂缝宽度应满足：

其中σsk为按荷载效应标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋的等效应力：

式中——混凝土法向应力为零时，全部预应力钢筋和非预应力钢筋的合力。Ⅲ、对允许出现裂缝的构件（三级构件）2）施工阶段验算

预应力混凝土构件在放张预应力钢筋（先张法）或张拉预应力钢筋完毕（后张法）时，混凝土受到的预压应力最大，而这时混凝土的强度通常仅达到设计强度的75％，构件承载力和后张法构件端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。①张拉（或放张）预应力钢筋时，构件承载力验算：

式中—放松预应力钢筋或张拉完毕时混凝土所受的预压应力；—放张预应力钢筋或张拉完毕时混凝土的轴心抗压强度设计值。

后张法构件按不考虑损失计算，即

②后张法构件端部锚固区局部受压验算：

后张法构件端部由于锚具下垫板面积很小而承受