预应力混凝土结构构件课件

1、1,预应力混凝土结构构件,(1) 掌握预应力混凝土的基本概念； (2) 熟悉预应力混凝土轴心受拉构件和受弯构件 的； (3) 理解预应力混凝土轴心受拉构件和受弯构件在施工阶段和使用阶段的受力特征。,2,8.1 预应力混凝土的一般概念,8.1.1 预应力混凝土的受力特征,3,（1）提高抗裂度和刚度，裂缝控制等级为一级和二级的构件一定是预应力混凝土构件。,4,（2）可按需要调整预应力的大小 (3)开裂前可按弹性方法分析 (4)可提高梁的抗剪承载力，但不提高抗弯承载力 (5)为高强度材料的应用创造了条件 (6)构件自重减轻,5,（1）全预应力混凝土构件 使用荷载下不出现拉应力 （2）限值预应力混凝土

2、构件 使用荷载下允许出现拉应力但不出现裂缝 （3）部分预应力混凝土构件 使用荷载下允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝,6,8.2 施加预应力的方法,使混凝土获得预应力的方法，总的概念是让钢筋(称为预应力钢筋)在弹性范围内伸长获得拉应力;再利用钢筋的回弹,使该拉应力反作用于混凝土，从而使混凝土获得压应力。 直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋; 电热法：低电压强电流通过钢筋使其发热伸长，达设计 要求时断电 直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力 自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力,7,8.2.1 先张法,8,(

3、a)张拉预应力钢筋 钢筋先在台座(或钢模)上张拉并锚固 (b)支模并浇捣混凝土 (c)放松并截断预应力钢筋 待混凝土达到一定强度后(按计算确定，且至少不低于强度设计值的75%)剪断(或放松)钢筋。 钢筋放松后将产生弹性回缩，但钢筋与混凝土之间的粘结力阻止其回缩，因而混凝土获得预应力。因此,对于先张法构件，预应力的传递是通过钢筋与混凝土的粘结力实现的。,9,8.2.2 后张法,10,(a)制作混凝土构件 先制作构件并预留孔道 (b)张拉钢筋 混凝土达到一定强度后在孔道内穿入预应力钢筋、在构件上进行张拉 (c)张拉端锚固并对孔道灌浆 用锚具将钢筋在构件端部锚固，从而对构件施加预应力。钢筋锚固后，应

4、对孔道进行压力灌浆。 后张法构件的预应力是通过构件端部的锚具直接挤压混凝土而获得的,11,8.3 锚具和夾具,锚、夹具：用于固定钢筋,构件制作完后，能取下重复使用夹具,用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 锚具,不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时固定预应力筋不同。锚具不同则回缩量不同，尺寸外形对构件的影响不同。,12,常见的锚具有：,摩擦型锚具,13,夹片式锚具,14,利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端部,螺丝端杆锚具,15,墩头锚具,16,HVM张拉端圆形锚工作锚板、夹片、锚垫板、螺旋筋、波纹管,17,HVM张拉端BM型扁锚,18,19,20,强度高；与混凝土间有足够的粘结力；

5、良好的加工性能和一定的塑性,要求,处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋,钢筋,冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝,注意,对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋,8.4.1 钢筋,8.4 预应力混凝土构件的材料,21,8.4.2 混凝土,预应力混凝土构件的混凝土要承受很大的预压应力，因此必须有很高的抗压强度。 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30，不宜低于C40。同时，为尽早施加预应力、加快施工进度，应采用快硬、早强混凝土；并应采用收缩小和徐变小的混凝土。 施加预应力时，所

6、需混凝土立方体抗压强度应经计算确定，且不宜低于设计混凝土强度等级值的75%。,22,8.5 张拉控制应力及预应力损失,8.5.1 张拉控制应力con,张拉控制应力(control stress by spread out) 是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。,23,产生的预应力大，抗裂性好,确定张拉控制应力的原则是：尽量高一些。, con不应低于0.4 fptk,24,不能过高，以避免个别预应力钢筋被拉断，避免构件的预拉区或端部开裂，同时，过高的预应力会使破坏前缺乏预兆。 张拉控制应力应按表8.1的规定取用。,25,8.5.2 预应力损失值及其组合,预应力损失 任何使预应力钢筋

7、回缩的原因及阻止预应力钢筋获得有效拉应力的原因都将产生预应力损失。 (1).由于锚具变形和预应力钢筋内缩引起的损失 预应力直线钢筋的该项损失值可由虎克定律求得:,26,(2). 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失值,x 从张拉端至计算截面的孔道长度(m)，可用投影长度。, 从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹角(rad)。,k 考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，教材表, 预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数，教材表,当 + kx 0.2时， l2 = con(kx + ),27,温度回落到t0时由于混凝土 已结硬和钢筋同时回缩， 此处的应力为con con,(3)受张拉的钢筋与承受拉力的设

8、备之间的温差引起的预应力损失值,28,(4)预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失 l4,钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛,应力松弛的特点与下列因素有关 1）钢种 【软钢小而硬钢大】 2）时间 先快后慢。【一小时完成50%，一天完成80%，以后逐渐收敛】 3）张拉方法,29,(5)混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失值 混凝土受到预压后，混凝土的收缩和徐变变形将引起受拉区和受压区预应力钢筋的预应力损失和 (收缩和徐变都导致构件长度缩短，预应力钢筋回缩)。在总的预应力损失中，此项损失值最大，约占总损失值的一半以上。,30,先张法构件 后张法构件,31,式中 受拉区预

9、应力钢筋在合力点处混凝土法向压应力，此时仅考虑混凝土预压前(第一批)的预应力损失值， (计算公式后面述及)，即 ， 且不得大于0.5 非预应力钢筋中的应力值 应取为零; 施加预应力时的混凝土立方体抗压强度，不低于0.75；,32,式中 受拉区预应力钢筋在合力点处混凝土法向压应力，此时仅考虑混凝土预压前(第一批)的预应力损失值， (计算公式后面述及)，即 ， 且不得大于0.5 非预应力钢筋中的应力值 应取为零; 施加预应力时的混凝土立方体抗压强度，不低于0.75；,33, 受拉区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率； 对先张法构件 对后张法构件 对于对称配置预应力钢筋和非预应力钢筋的构件，取 = ，

10、此时配筋率应按其钢筋截面面的一半进行计算； A0、An换算截面面积、净截面面积，计算方法详后。,34,(6)用螺旋式预应力筋做配筋的环形构件对混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6,采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件，由于预应力筋对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失,35,2 预应力损失的组合,前期损失(混凝土预压前)称第一批损失 后期损失(混凝土预压后 )称第二批损失,36,预应力总损失的下限值,先张法构件： l100N/mm2,后张法构件： l80N/mm2,总损失： l = li +lII,37,3.减少预应力损失的措施 采用强度等级较高的混凝土和高标号水泥，减少水泥用量，降低

11、水灰比，采用级配好的骨料，加强振捣和养护，以减少混凝土的收缩、徐变损失。 控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度并控制混凝土的预压应力，以减少由于混凝土非线性徐变所引起的损失。 对预应力钢筋进行超张拉，以减小钢筋松弛损失。 对后张法构件的曲线预应力钢筋采用两端张拉的方法，以减少预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失；但应与进行比较后确定。 选择变形小和钢筋内缩小的锚夹具,尽量减少垫板的数量,增加先张法台座长度，以减少由于锚具变形和钢筋内缩的预应力损失。 按程序进行“两阶段升温养护”,减少l3,38,8.6 预应力混凝土轴心受拉构件的计算,8.6.1 应力分析 预应力轴心受拉构件经历承受外荷载前的

12、施工阶段和承受外荷载后的使用阶段。在施工阶段，预应力钢筋的控制应力由于损失而下降、拉应力减少，混凝土及非预应力钢筋则承受压应力。在使用阶段，预应力钢筋拉应力增加、直至受拉屈服；而混凝土则经历压应力逐渐减少至零、拉应力增加至受拉开裂。非预应力钢筋也经历压应力逐渐减少至零、拉应力增加、直至受拉屈服。在施工阶段和使用阶段中，先张法和后张法构件又有不同的特点。,39,预应力钢筋应力：,非预应力钢筋应力：,混凝土应力：,p,s,pc,或 c,符号规定：,40,1). 施工阶段 张拉预应力钢筋,预应力钢筋的应力,混凝土的应力,非预应力钢筋的应力,1、先张法构件各阶段的应力分析,41,完成第一批预 应力损失

13、,预应力钢筋未放张 预应力钢筋应力 p=con-lI 非预应力钢筋应力 s=0,42,从构件端部开始起,取出隔离体, 利用力的平衡条件和应变协调 预应力钢筋应力 p=con-lI - Ep pcI 钢筋应力 s= E pcI,放张(截断)预应力钢筋,混凝土受压,43,A0称为换算截面面积 A0 =A+(E-1)As+( Ep -1)Ap,44,完成第二批损失,也即完成全部预应力损失,此时的混凝土压应力称为混凝土的有效预压应力pcII 预应力钢筋中的拉力称为有效预拉力Np。 预应力钢筋应力pII= con-l - Ep pcII Np = p Ap,45,非预应力钢筋的压应力，一部分为,，另一部

14、分则因混凝土收缩、徐变而产生，取为,，(近似考虑普通钢筋对混凝土收缩、徐变的阻止作用，该阻止作用使非预应力钢筋受压而使混凝土受拉，从而抵消部分预压应力)，则由平衡条件，可得,整理后，有,（拉）,（压）,46,完成全部预应力损失后的混凝土预压应力，该应力对使用阶段的构件性能发生影响，故也称为“有效预压应力”； 预应力钢筋在完成全部损失后的拉应力，称为预应力钢筋的有效预拉力；,47,2)使用阶段,-加载至混凝土中的应力为0,此时,预应力钢筋拉应力在外荷载Np0作用下增加,而混凝土中的应力由减小为0,有 预应力钢筋应力p= con-l 钢筋应力s= l 5 (压) Np0 = (con-l )A p

15、 - l 5As =pcII A0,48,-加载至混凝土开裂,即将开裂时,混凝土达到抗拉强度ftk,预应力钢筋应力p= con-l + Epftk 钢筋应力s= E ftk -l 5 开裂时外荷载N cr =(pcII+ftk)A0,49,- 构件达到承载能力极限状态 当预应力钢筋和非预应力钢筋受拉屈服，构件达到承载能力极限状态时,有,50,1) 施工阶段 完成第一批损失,2、后张法构件各阶段的应力分析,51,sI = Es pcI （压）,pI= con lI,由截面平衡： pI Ap = pcI Ac + sI As,非预应力筋应力：,预应力筋应力：,混凝土应力为：,净截面面积 An=Ac

16、 + E As 其中Ac为扣去孔洞、钢筋等面积后的混凝土截面积,52,完成第二批损失,pII= con l,由截面平衡： pII Ap = cII Ac + sII As,非预应力筋应力：,预应力筋应力：,混凝土应力为：,sII = Es pcII l 5 （压）,53,2.使用阶段,-加载至混凝土中的应力为0,此时 预应力钢筋应力p=con-L+ Ep pcII 非预应力钢筋应力 s= l 5 (压),由平衡条件,有 Np0=p A p -l 5 As =pcIIA0 其中A0=A n+ E p Ap,54,混凝土达到抗拉强度ftk 此时 预应力钢筋应力 p=con-L+ Ep (ftk+p

17、c II ) 非预应力钢筋应力 s= Eftk-l 5 开裂荷载 N c r =(pcII+ftk)A0 -加载到破坏 同先张法构件,-加载至混凝土开裂,55,总之，预应力混凝土轴心受拉构件的先张法和后张法，在施工阶段完成第一批损失和完成全部损失时，混凝土预压应力和有效预压应力的表达式，分别采用的是截面换算面积Ao(先张法)和净截面面积An(后张法)。而在使用阶段，无论是消压状态的Np0、还是构件即将开裂时的Ncr、以及承载能力极限状态下的Nu，先张法构件和后张法构件的表达式是相应一致的。而预应力钢筋的拉应力p，相应阶段(至开裂前)的后张法总比先张法的大，其原因在于张拉预应力钢筋至锚固过程中,

18、混凝土完成弹性压缩的过程不同。,56,8.6.2 计算内容,r0N Nu = fyAs + fpy Ap,r0 结构重要性系数；,N 轴力设计值,上式主要用来求Ap （一般按构造要求设As）。,1、正截面受拉承载力计算,57,裂缝控制等级分为三级。,1) 严格要求不出现裂缝的构件 (一级),ck pcII 0,ck 按荷载效应标准值组合求得的砼的法向应力,即：在荷载效应标准组合下，不出现拉应力。,2、裂缝控制验算,58,2) 一般要求不出现裂缝的构件 (二级),裂缝控制等级为二级、即一般要求不出现裂缝的构件，在荷载效应的标准组合下,混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度标准值,ck pcII ft

19、k,ck 按荷载效应标准值组合求得的砼的法向应力:,59,3) 裂缝控制等级为三级时 对裂缝控制等级为三级、即允许出现裂缝的构件，按荷载效应的标准组合并考虑长期作用效应影响计算的最大裂缝宽度应满足,60,3.施工阶段验算 由于构件在制作、运输、吊装时的受力状态与使用阶段受力不同，且混凝土的强度不一定达到混凝土的设计强度，故需要对施工阶段的预应力构件进行验算。 先张法,放松预应力钢筋时构件承载力验算;后张法,张拉钢筋时构件承载力验算。 后张法, 端部锚固区局部受压验算。,61,1）构件的承载力验算,混凝土的预压应力应符合下列条件：,式中：fck 放松(张拉)预应力钢筋时砼立方体抗压强度相应的抗压

20、强度设计值，直线内插。,cc 放松(张拉)钢筋时砼的预应压力,在施工阶段： fcn 0.75 砼强度设计值。,62,2)局部受压承载力验算 后张法构件中，预应力钢筋中的预压力是通过锚具传递给垫板、再由垫板传递给混凝土的,预应力在构件的端面上集中于垫板下一定的范围之内，然后在构件内逐步扩散，经过一定的扩散长度后才均匀地分布到构件的全截面上，一般取扩散长度等于构件的截面宽度b,63,1)局部受压区的截面尺寸要求 为了防止构件端部局部受压面积太小而在使用阶段出现裂缝，混凝土局部受压区的截面尺寸应符合,64,局部受压面上作用的局部压力设 计值,对有粘结的预应力混凝土构件取；对无粘结的预应力混凝土构件取

21、和的较大值,fptk为无粘结的预应力钢筋的抗拉强度标准值; c混凝土强度影响系数,当混凝土强 度等级不超过C50时取1.0, 当混凝土强度等级为C80时取0.8,其间按线性内插法确定；,65,l混凝土局部受压时的强度提高系数。是考虑到混凝土局部受压时，周围未直接受力的混凝土阻碍局部受压混凝土的横向变形，使它处于约束受力状态而取用的强度提高系数。其中Al为混凝土局部受压面积； Ab 局部受压时的计算底面积，可根据局部受压面积与计算底面积同心、对称的原则确定,66,67,2） 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。,式中 Pv 体积配筋率，为方格网配筋时,68,

22、局部受压配筋,69,8.6.3 设计计算例题,某24m跨后张法预应力混凝土拱形屋架下弦，截面尺寸为25Omml8Omm，两个孔道的直径均为55mm，采用抽芯成型，端部尺寸及构造如图8.12。混凝土的强度等级为C50，采用有粘结低松弛钢绞线束配筋，每束公称直径s11.l，As=74.2mm， =1860N/mm2，墩头锚具，一端张拉。非预应力钢筋按构造要求配置412。下弦的轴心拉力设计值N=52OkN，按荷载效应标准组合计算的轴心拉力值Nk=400kN，按荷载效应准永久组合计算的轴心拉力值Nq=30OkN，混凝土达强度设计值后开始张拉预应力钢筋。试进行下弦的承载力计算、抗裂度验算及屋架端部的局部

23、受压承载力验算。,70,【解】 (1)基本设计资料 （2）按承载力计算以确定预应力钢筋面积 （3）抗裂验算 1）截面几何特征 2)张拉控制应力 3）预应力损失值 4)有效预压应力 5）抗裂验算 （4）施工阶段验算 1)承载力验算 2)屋架端部锚固区的 局部受压验算,71,8.7 预应力混凝土受弯构件,预应力混凝土受弯构件的一般配筋形式是：主要的预应力钢筋（截面面积为AP）配置在使用阶段的受拉区（即施工阶段受压区，也称为预压区）。次要的预应力钢筋（截面面积为Ap）配置在使用阶段的受压区（也称为预拉区），目的是防止构件在施工阶段受拉出现裂缝，故该预应力钢筋不一定配置。非预应力钢筋配置在相应预应力钢

24、筋的外侧，与箍筋构成钢筋骨架。,72,8.7.1 应力分析 预应力混凝土受弯构件的应力分析在原则上与预应力轴心受拉构件的应力分析并无区别，也分为施工阶段和使用阶段。在构件截面开裂前，采用弹性材料的应力分析方法(即材料力学分析方法)。但是, 预应力混凝土受弯构件和预应力轴心受拉构件的应力分布并不相同：例如在施工阶段，预应力轴心受拉构件的混凝土预压应力是均匀分布的,而受弯构件预压应力是线性分布的。,73,1. 施工阶段的应力分析 根据预应力钢筋合力的大小和位置，混凝土应力图形有如下三种：全截面受压、全截面受压但最小压应力为零、截面部分受压部分受拉。,74,但是不论是哪一种应力图,都可按材料力学公式

25、确定混凝土沿截面高度处各点的应力和相应位置的钢筋应力：,（8.30）,75,预应力钢筋AS 、 AS的合力, AS、 AS为 受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积； Np至换算截面重心的距离； y高度y处的混凝土位置，以换算截面重心为零点，向下为正； A截面面积，对先张法构件采用换算截面面积，对后张法构件采用净截面面积; I截面惯性矩，对先张法，为换算截面惯性矩I0;对后张法，为净截面惯性矩In。,76,利用上式,可以很方便地分析施工阶段截面不同高度处的混凝土应力。 (1) 预拉力Np的确定 与轴心受拉构件的计算类似，在完成第一批损失值1I、1I后， 在完成第二批预应力损失、即完成全部损失后，

26、,77,(2) 的确定 通过 和 对换算截面重心取矩，则不难确定。 (3)截面面积 A0、An 与轴心受拉构件的确定方法相同，利用应变协调条件，将钢筋面积换算为相当的混凝土面积。,78,(4) 换算截面重心轴位置 对先张法和后张法构件，换算截面重心轴至受拉边缘(预压区边缘)距离分别为y0和yn，可通过求面积矩S0、Sn确定，即 y0 = S0/A0 yn = Sn/An,79,(5)截面上下边缘的混凝土法向应力 截面上、下边缘的混凝土法向应力值，是进行抗裂验算的控制应力，将(下边缘)及(上边缘)代入一般式(8.30)即可求出。 (6)预应力钢筋合力点处的混凝土法向应力 在完成第一批损失后，需要

27、求出预应力钢筋处的混凝土法向应力，该应力是确定的依据，同样可用一般公式(8.30)计算。 (7)预应力钢筋拉应力 先张法和后张法构件在不同阶段的应力表达式与轴心受拉构件的相同,80,2.使用阶段的应力分析 受力阶段应力分析与预应力轴心受拉构件相仿。此阶段涉及截面几何特征时，无论先张法构件和后张法构件，都采用换算截面及换算截面形心轴。 在构件截面开裂前，仍采用材料力学分析方法。,81,(1)加荷至受拉边混凝土应力为零时的弯矩,此时，有效预压应力恰好抵消外荷载弯 矩在受拉边产生的拉应力，故有,82,W0换算截面弹性抵抗矩，； 完成全部预应力损失后，构件受拉边的有效预压应力,由式（8.30）计算，并

28、取y=y0（先张法）或y=yn （后张法）。 此时，预应力钢筋应力为 （先张法） 或 （后张法）,83,(2)加荷至受拉区混凝土开裂前瞬间 此时开裂弯矩应为M0+M，由材料力学可知M= 故 由于开裂前受拉混凝土的塑性变形,则将上述公式修改为: 式中 _换算截面抵抗矩塑性影响系数,按下式计算: =,m_换算截面抵抗矩塑性影响系数基本值,查表8.5,84,8.7.2预应力混凝土受弯构件承载力计算,1. 正截面受弯承载力计算 计算原则和方法都与钢筋混凝土受弯构件中相同，只是要相应考虑在承载力极限状态时预应力钢筋的作用 (1)矩形截面,85,式中,截面有效高度，,；其中,a为预应力钢筋和非预应力钢筋的

29、合力作用位置至受拉边距离, 可用取面积矩方法求得；,承载能力极限状态下的预拉区预应力钢筋 的应力，以受拉为正。,86,式中,构件受拉边混凝土应力为零时 的应力,对先张法为,对后张法为,87,界限破坏时b的表达式,88,(2) T形截面,同样包括一类T形和二类T形。 区分一类T形和二类T形的方法仍与钢筋混凝土受弯构件的相同，只需再加入预应力钢筋的作用即可。 一类T形截面计算式可利用矩形截面计算式,仅将b改为bf 对于二类T形截面，可在矩形截面计算式的基础上,加入受压翼缘挑出部分作用即可。,89,2. 斜截面受剪承载力计算 由于预应力的存在，可以推迟斜裂缝的出现、减小斜裂缝宽度，从而增加混凝土骨料

30、咬合作用，增加了混凝土剪压区高度。因此预应力混凝土受弯构件的斜截面受剪承载力将高于对应的钢筋混凝土受弯构件受剪承载力。此外，斜向的预应力弯起钢筋的预应力垂直分量也可直接承受部分剪力。,90,(1)截面尺寸要求 受剪截面应符合的条件同钢筋混凝土受弯构件,目的是防止斜压破坏。 (2)一般受弯构件仅配箍筋时 对矩形、T形和I截面的一般受弯构件，当仅配置箍筋时，其斜截面的受剪承载力应符合如下规定：,91,式中 Vcs 构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值，同钢筋混凝土受弯构件； Vp 由预加力所提高的构件受剪承载力设计值， Vp = 0.05Np0 Np0 计算截面边缘混凝土法向应力等于零时的纵

31、向预应力钢筋及非预应力钢筋合力，当 时, 取等于0.3fcA0； 对先张法构件 p0= con- l ； p0= con- l ; 对后张法构件p0= con- l + Ep pc ； p0= con- l + Ep pc;,92,8.7.3 正常使用极限状态验算,1.裂缝控制验算 对裂缝控制等级为一级、二级、三级的预应力混凝土受弯构件，其验算公式与预应力混凝土轴心受拉构件的相同，但应注意:对荷载作用下的拉应力和施工阶段预压应力的计算,是对验算截面的边缘进行的。,93,*2.斜截面抗裂验算 对严格要求和一般要求不出现裂缝的构件，应控制斜裂缝的出现。而斜裂缝出现的原因，则是因为该处混凝土主拉应力

32、超过混凝土抗拉强度或主压应力超过混凝土抗压强度所致。故应选择跨度内不利位置的截面，对该截面的换算截面重心处和截面宽度剧烈改变处验算混凝土主拉应力和主压应力并满足下列要求：混凝土主拉应力 (一级)或 (二级)； 混凝土主压应力 。,94,*3.预应力传递长度 对于先张法预应力混凝土构件，由于预应力是靠钢筋和混凝土之间的粘结力传递的，因此构件端部的预应力是变化的。在进行斜截面受剪承载力计算以及正截面、斜截面抗裂验算时，应考虑预应力钢筋在其预应力传递长度范围内实际应力值的变化。,95,4.预应力钢筋的锚固长度 同样，在计算先张法预应力混凝土构件端部锚固区的正截面和斜截面受弯承载力时，锚固长度范围内的

33、预应力钢筋抗拉强度值在锚固起点处应取为零，在锚固终点处应取为py ，两点之间也可按线性内插法确定。预应力钢筋的锚固长度取为,钢筋的外形系数，对刻痕钢丝，取0.19；螺旋肋钢丝，取0.13；对三股钢绞线，取0.16；七股钢绞线，取0.17；,96,5.挠度验算 预应力混凝土受弯构件的挠度包括由荷载产生和预应力反拱两部分,由二者叠加而成。在使用荷载下产生的变形要抵消一部分反拱，所以预应力构件的变形将较普砼构件小。 (1) 由荷载产生的挠度f1 计算方法与普通受弯构件相同,关键是刚度的计算。,97,对使用阶段要求不出现裂缝的预应力混凝土受弯构件（抗裂等级为一级和二级），其短期刚度可取为 *对允许出现

34、裂缝的构件（抗裂等级为三级），则应考虑开裂影响，对上述公式进行修正 (见教材,略),构件的短期刚度采用荷载效应标准组合 。考虑长期荷载影响的构件刚度B与钢筋混凝土受弯构件的计算式相同，并取 。,98,2) 预加应力作用下的反拱f2 预应力混凝土受弯构件在预加应力作用下的反拱，可按两端有弯矩Npep的简支梁，由材料力学公式计算出。考虑该作用为长期作用,反拱值应乘以增大系数2.0,则,式中,根据不同情况取不同值，如短期刚度可取,；考虑荷载长期作用影响的刚度可取,为扣除全部预应力损失值的钢筋拉应力合力。,99,3)挠度计算 预应力混凝土受弯构件在荷载标准值作用下的挠度值(考虑荷载长期作用影响)可表达

35、为： f=f1-f2 当考虑反拱后计算的构件挠度值不符合规范规定时，可采用施工起拱方式控制挠度值。若起拱值为f3，则f=f1-f2- f3，但应满足f1f2+f3。,100,*8.7.4施工阶段验算,与预应力混凝土轴心受拉构件类似，受弯构件在施工阶段的混凝土强度、受力状态都与正常使用时有所不同，因此需要对该阶段的控制截面应力进行验算。 1.预拉区不开裂时 除进行承载能力极限状态验算外，对预拉区不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件，在预加力、自重及施工荷载(必要时应考虑动力系数)作用下，其截面边缘的混凝土法向应力应符合规定 。,101,102,2.预拉区允许开裂时 对预拉区允许出现裂缝而

36、在该区不配置预应力钢筋的构件，其截面边缘混 凝土法向应力应符合下列规定：,103,8.7.5 预应力混凝土受弯构件设计例,已知某预应力混凝土简支薄腹梁,计算跨度,净跨长,截面尺寸如图8.20所示。采用C50混凝预应力筋为螺旋肋消除应力钢丝 ，非预应力钢筋采用HRB400级，箍筋为HPB300级。该梁承受的恒荷载标准值为(包括梁本身重量、活荷载标准，组合系数，准永久值系数。该梁采用先张法生产，台座间长度为100m；预应力筋采用超张拉工艺，一端张拉；加热养护（养护温差20），混凝土强度达到100%强度时放松预应力钢筋，采用销片夹具。构件安全等级为一级正截面裂缝控制等级为二级，斜截面要求一般不开裂，

37、施工阶段预拉区混凝土允许开裂。试进行该梁设计计算。,104,【解】 计算分为使用阶段和施工阶段两部分。 (一)使用阶段计算 (1)正截面受弯承载力计算 跨中弯矩 T形截面类型判断 配筋计算 (2)使用阶段正截面抗裂验算 截面几何特征 张拉控制应力 预应力损失计算,105,正截面抗裂验算 (3)斜截面受剪承载力计算 1)截面尺寸验算 2)配箍计算 (4)斜截面抗裂验算（略） (二)施工阶段验算 (1)放松预应力钢筋时的截面上、下边缘应力验算 (2)运输、吊装阶段验算 (三)变形验算 (1)刚度计算 (2)外荷载作用下的构件挠度 (3)预应力反拱值 4)最终挠度,106,8.8 预应力混凝土构件的

38、构造规定,8.8.1先张法构件 1.预应力钢筋 (1)预应力筋之间的净间距 先张法预应力筋之间的净间距不应小于其公称直径或等效直径的2.5 倍和混凝土粗骨料最大直径的1.25 倍，且应符合下列规定：预应力钢丝，不应小于15mm；三股钢绞线，不应小于20mm；七股钢绞线，不应小于25mm。当混凝土振捣密实性具有可靠保证时，净间距可放宽至最大粗骨料直径的1.0 倍。,107,(2) 并筋的配筋方式 当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。并筋的等效直径，对双并筋可采用单直径的(1.4)；对三并筋可取为单筋直径的倍(1.7)。并筋的保护层厚度、锚固长度、预应力传递长度及正

39、常使用极限状态验算均应按等效直径考虑。,108,2.预应力钢筋端部周围混凝土的加强措施 预应力钢筋端部周围的混凝土应采取如下加强措施：单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置螺旋筋。对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部lOd(d为预应力钢筋公称直径)且不小于100mm范围内宜设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网片;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。,109,3.构件的加固 对槽形板类构件，应在构件端部lOOmm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

40、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。对预应力屋面梁等构件靠近支座端部的斜向主拉应力较大部位,宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起。当构件端部与结构焊接时,应考虑混凝土收缩、徐变、温度变化等产生的不利影响,在构件端部可能出现裂缝的部位配置足够的非预应力纵向构造钢筋。,110,8.8.2后张法构件 1.预留孔道 后张法预应力筋采用预留孔道应符合下列规定： 预制构件孔道之间的水平净间距不宜小于50mm，且不宜小于粗骨料直径的1.25 倍；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； 现浇混凝土梁中，预留孔道在竖直方向的净间

41、距不应小于孔道外径，水平方向的净间距不宜小于1.5 倍孔道外径，且不应小于粗骨料直径的1.25 倍；从孔道外壁至构件边缘的净间距，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm；裂缝控制等级为三级的梁，梁底、梁侧分别不宜小于60mm 和50mm； 预留孔道的内径宜比预应力束外径及需穿过孔道的连接器外径大6mm15mm；且孔道的截面积宜为穿入预应力筋截面积的3.04.0 倍，并宜尽量取小值。 当有可靠经验并能保证混凝土浇筑质量时，预应力筋孔道可水平并列贴紧布置，但并排的数量不应超过2 束； 在构件两端及曲线孔道的高点应设置灌浆孔或排气兼泌水孔，其孔距不宜大于20m； 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；在现浇楼板中采用扁形锚固体系时，穿过每个预留孔道的预应力筋数量宜为3-5 根；在常用荷载情况下，孔道在水平方向的净间距不应超过8 倍板厚及1.5m 中的较大值。,111,2.锚具及其防腐及防火措施 后张法预应力钢筋所用锚具、夹具和连接器等的形式和质量应符合国家现行有关标准的规定。后张预应力混凝土外露金属锚具，应采取可靠的防腐及防火措施，并应符合下列规定： 无粘结预应力筋外露锚具应采用注有足量防腐油脂的塑料帽封闭锚具端头，并采用无收缩砂浆或细石混凝土封闭； 采用混凝土封闭时混凝土强度等级宜与构件混凝土强度等级一致，封锚混凝土与构件混凝土应可靠粘结