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1、n第十三章 预应力砼受弯构件的 设计与计算 13.1 概概 述述n n预应力混凝土受弯构件从预加应力到承受外荷载，直至最后破坏，可分为三个主要阶段，即n n施工阶段、n n使用阶段n n破坏阶段。13.1.1 施工阶段施工阶段n n施工阶段又可分为:n n1.预加应力阶段n n2.运输、安装阶段等两个阶段。n n注意：计算中应采用构件混凝土的实际强度和相应的截面特性。如后张法构件，在孔道灌浆前应按混凝土净截面计算，孔道灌浆并结硬后则可按换算截面计算。13.1.1 施工阶段施工阶段n n1）预加应力阶段n n计算内容：n n（1）受弯构件控制截面上、下缘混凝土的最大拉应力和压应力都不应超出公路桥
2、规的规定值；n n（2）控制预应力筋的最大张拉应力；n n（3）保证锚固区受力安全，且保证梁体不出现水平纵向裂缝。13.1.1 施工阶段施工阶段n2）运输、安装阶段n1.计入1.20或0.85的动力系数。n2.按照吊点位置进行内力验算混凝土的拉应力。13.1.2 使用阶段使用阶段n1）加载至受拉边缘混凝土预压应力为零n2）加载至受拉区裂缝即将出现n3）带裂缝工作13.1.2 使用阶段使用阶段n1）加载至受拉边缘混凝土预压应力为零13.1.2 使用阶段使用阶段n2）加载至受拉区裂缝即将出现13.1.2 使用阶段使用阶段n3）带裂缝工作13.1.3 破坏阶段破坏阶段n试验表明，在正常配筋的范围内，
3、预应力混凝土梁的破坏形态与同条件普通钢筋混凝土梁的破坏形态基本相同。13.1.3 破坏阶段破坏阶段n n适筋梁（不可能出现少筋量？）在结构设计时如何确定预应力钢束在结构设计时如何确定预应力钢束?n n假设为全预应力混凝土n n在作用（或荷载）短期效应组合下13.2 预应力混凝土受弯构件承载力预应力混凝土受弯构件承载力计算计算n n13.2.1 正截面承载力计算13.2 预应力混凝土受弯构件承载力预应力混凝土受弯构件承载力计算计算2）受压区配置预应力钢筋和非预应）受压区配置预应力钢筋和非预应力钢筋的矩形截面受弯构件力钢筋的矩形截面受弯构件n n本质：混凝土达到极限压应变的，混凝土破坏。n n认为
4、受压区预应力钢筋的应力破坏时的应力n n受压区配预应力钢筋对结构的不利影响：n n1）降低承载力；n n2）抗裂性能降低。n n注意：只有在迫不得已才使用受压区配预应力钢钢筋。（山西矿区采用的较多）13.2.2 斜截面承载力计算斜截面承载力计算n1）斜截面抗剪承载力计算n2）斜截面抗弯承载力计算1）斜截面抗剪承载力计算）斜截面抗剪承载力计算n n为什么预应力结构普通纵向钢筋一般情况不进行弯起?2）斜截面抗弯承载力计算）斜截面抗弯承载力计算2）斜截面抗弯承载力计算）斜截面抗弯承载力计算n预应力混凝土梁斜截面抗弯承载力的计算比较麻烦，因此也可以同普通钢筋混凝土受弯构件一样，用构造措施来加以保证，具
5、体要求可参照钢筋混凝土梁的有关内容。2）斜截面抗弯承载力计算（实际）斜截面抗弯承载力计算（实际工程经验总结）工程经验总结）n n重点：目前实际工程设计中是怎么计算斜截面抗弯！n n只要普通纵向钢筋不弯起或截断，且满足相应的构造要求、预应力钢筋弯起时满足斜截面抗剪，99%的情况斜截面抗弯计算合格。一般不算。n n若是实在担心！按照规定指定的几个最不利截面验算下。13.3 预应力损失的估算预应力损失的估算n n1）张拉控制应力：）张拉控制应力：n n是指预应力钢筋锚固前张拉钢筋的千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积所求得的钢筋应力值。n n2）预应力损失：）预应力损失：n n预应力钢筋的预应力
6、随着张拉、锚固过程和时间推移而降低的现象。n n3）有效预应力）有效预应力=张拉控制应力预应力损失n n张拉控制应力张拉控制应力张拉控制应力张拉控制应力?为何不能取得太高，也不能取得太低为何不能取得太高，也不能取得太低为何不能取得太高，也不能取得太低为何不能取得太高，也不能取得太低?1 1）从充分发挥预应力高强度，张拉控制应力应尽可能）从充分发挥预应力高强度，张拉控制应力应尽可能地定得高一些，可以节约钢材。及经济角度（地定得高一些，可以节约钢材。及经济角度（600060002 2万一吨）（普通钢筋万一吨）（普通钢筋40004000多）多）2 2）构件的抗裂性能好。）构件的抗裂性能好。3 3）若
7、过高，会有构件的延性较差；应力分布不均匀，）若过高，会有构件的延性较差；应力分布不均匀，个别钢束应力可能已经超标。个别钢束应力可能已经超标。4 4）端部混凝土可能发生局部受压破坏、预应力损失增）端部混凝土可能发生局部受压破坏、预应力损失增大等缺点。大等缺点。5 5）若定的过低，各种预应力损失后，可能将其抵消，）若定的过低，各种预应力损失后，可能将其抵消，达不到预期的抗裂效果。非常不经济！达不到预期的抗裂效果。非常不经济！n对于钢丝、钢绞线n对于精轧螺纹钢筋 13.3.2 钢筋预应力损失的估算钢筋预应力损失的估算 n1）预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失n为减少摩擦损失，一般可采用如下措施：n
8、（1）采用两端张拉，以减弯起角度及管道长度；n（2）采用超张拉。13.3.2 钢筋预应力损失的估算钢筋预应力损失的估算n n2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失n n3）钢筋与台座间的温差引起的应力损失 n n此项应力损失，仅在先张法构件采用蒸汽或其他加热方法养护混凝土时才予以考虑。n n4）混凝土弹性压缩引起的应力损失13.3.2 钢筋预应力损失的估算钢筋预应力损失的估算n n5）钢筋松弛引起的应力损失n n6）混凝土收缩和徐变引起的应力损失 n n（2）预应力损失值的组合）预应力损失值的组合 n n 为了计算方便，规范把预应力损失分为两批。看课本看课本P154、P158纠正错误纠
9、正错误n n花5分钟时间，认真的把各项预应力损失计算公式看一遍，然后我提问。n n温差n n反摩阻影响长度13.4 预应力混凝土受弯构件的应力预应力混凝土受弯构件的应力计算计算n预应力混凝土构件截面应力状态较为复杂，仅仅计算构件承载力无法完全保证其安全性，还要计算弹性阶段的构件应力计算。n构件的应力计算实质上是构件的强度计算，只是对构件承载力计算的补充。13.4 预应力混凝土受弯构件的应力预应力混凝土受弯构件的应力计算计算n计算内容包括：n1短暂状况的应力计算n2 持久状况的应力计算 13.4.1 短暂状况的应力计算短暂状况的应力计算n n1）预加应力阶段的正应力计算n n2)运输、吊装阶段的
10、正应力的计算（看书公式）（看书公式）n n3)施工阶段混凝土的限制应力（看书公式）（看书公式）1）预加应力阶段的正应力计算）预加应力阶段的正应力计算（看书公式）（看书公式）（看书公式）（看书公式）13.4.2 持久状况的应力计算持久状况的应力计算n n使用阶段的正应力、主应力等见课本13.5 预应力混凝土构件的抗裂验算预应力混凝土构件的抗裂验算n为什么要进行预应力混凝土构件的抗裂验算？n抗裂性验算都是以构件混凝土拉应力是否超过规定的限值来表示的，属于结构正常使用极限状态计算的范畴。13.5.1 正截面抗裂性验算正截面抗裂性验算n n1）作用（或荷载）短期效应组合下构件边缘混凝土的正应力计算n
11、n2）混凝土正应力的限值（看课本公式）13.5.2 斜截面抗裂性验算斜截面抗裂性验算n n1）作用（或荷载）短期效应组合下的混凝土主拉应力的计算n n2）混凝土主拉应力限值（看课本公式）13.6 变形计算变形计算n n实际工程经验总结：n n预应力张拉完了以后，尽快的进行吊装施工。不要张拉完预应力，在预制厂停放过久，过久会产生过大预拱度！n n不要采用教材的图表近似计算，应根据实际工程的情况中采用有限元程序计算（Midas、Ansys、spa2000）13.6 变形计算变形计算n在前面章节已经详细介绍过在此不重复！n简单提问下，检查掌握情况13.7 端部锚固区计算端部锚固区计算n为什么进行端部
12、锚固区计算？n1）端块受力复杂，在垫板处产生横向压应力，其他部位则产生横向拉应力。锚具的的压力很大，有可能导致构件纵向开裂。n2）端块区域也是主拉应力的高发区，也可能使构件出现斜裂缝。n n提问局部受压13.7 端部锚固区的工程经验总结：端部锚固区的工程经验总结：n n工程经验总结：n n1）施工中一定保证端部振动密实！n n2）骨料最大粒径小于局部加强最小间距！13.8 预应力混凝土简支梁设计预应力混凝土简支梁设计n n设计计算步骤如下：n n（1）截面尺寸。根据设计要求，参照已有设计的图纸与资料，选定构件的截面型式与相应尺寸；或者直接对弯矩最大截面，根据截面抗弯要求初步估算构件混凝土截面尺
13、寸；n n（2）根据结构可能出现的荷载效应组合，计算控制截面最大的设计弯矩和剪力；n n（3）根据正截面抗弯要求和已初定的混凝土截面尺寸，估算预应力钢筋的数量(P280_P273)，并进行合理的布置；n n（4）计算主梁截面几何特性；n n（5）进行正截面与斜截面承载力计算；n n（6）确定预应力钢筋的张拉控制应力，估算各项预应力损失并计算各阶段相应的有效预应力；n n（7）按短暂状况和持久状况进行构件的应力验算；n n（8）进行正截面与斜截面的抗裂验算；n n（9）主梁的变形计算；n n（10）锚固局部承压计算与锚固区设计。13.8.4 预应力钢筋的布置预应力钢筋的布置n1）束界的定义1：n
14、为保证构件在施工阶段最小荷载和成桥阶段最不利荷载作用，其上、下边缘混凝土均不出现拉应力（或不超过允许值），为保证上述目的，而将预应力钢筋限制在某一界限内，次界限成为束界。13.8.4 预应力钢筋的布置预应力钢筋的布置n n1）束界的定义2：n n为保证构件在施工阶段最小荷载其上边缘混凝土均不出现拉应力（或不超过允许值）;成桥阶段最不利荷载作用,下边缘混凝土均不出现拉应力（或不超过允许值），为保证上述目的，而将预应力钢筋限制在某一界限内，次界限成为束界。2）预应力钢筋的布置原则）预应力钢筋的布置原则 n n1 力筋的重心不超出束界范围 n n 上缘不出现拉应力 提供预剪力 分散锚固，改善局部承压条n n2 力筋的弯起数量和角度，应与所承受的剪力变化规律相配合 n n3 符合构造要求 13.8.5 非预应力钢筋的布置非预应力钢筋的布置n1）箍筋n2）水平纵向辅助钢筋n3）局部加强钢筋n4）架立钢筋与定位钢筋补充一点实际工程经验补充一点实际工程经验:n n1）最终竣工的时候，锚具必须用混凝土进行封锚具；并且要保证封锚的密实性，目的是防腐！n n2）锚具禁止电焊或高温，一旦被高温煅烧过，锚具严禁使用！原因锚具的高强是采用淬火处理而来。13.9算例算例n n解答课后习题