13_预应力混凝土受弯构件的设计与计算共100页

第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
13.1
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
13.1 概 述
预应力混凝土受弯构件的应力分析分为施工阶 段、使用阶段和破坏阶段。在施工阶段和使用阶 段混凝土开裂前都用材料力学的分析方法。对于 预应力混凝土受弯构件，预应力钢筋一般布置在 截面受拉区，截面受偏心预压力，因此，其截面 应力分布不均匀。
1.加载至受拉边缘混凝土预压应力为零
构件在永存预加应力Np（即永存预应力 σpe 的合 力）作用下，其下边缘混凝土的有效预压应力σpc 。
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13.1.2 使用阶段 1.加载至受拉边缘混凝土预压应力为零
◆ 消压弯矩 ★ 当预应力构件加载至某一特定荷载，其下边缘混凝土
这里讨论的受弯构件，是针对全预应力和A类 部分预应力构件。(A类：对构件控制截面受拉边缘的拉应力
加以限制时；B类：当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出 现不超过宽度限值的裂缝时。)
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第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算 13.1 概 述
• 因预应力混凝土结构构件在施工阶段和使用阶段处于 完全不同的受力状态，故应分别进行施工阶段和使用 阶段的设计计算或验算。 •
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13.1 概 述
13.1.1 施工阶段
预加应力阶段的设计计算要求： 1）受弯构件控制截面上、下边缘混凝土的最大拉应力 和压应力都不应超过《公路桥规》的规定值。 2）控制预应力筋的最大张拉应力。 3）保证锚固区混凝土局部承压承载力大于实际承受的 压力并有足够的安全度，且保证梁体不出现水平纵向裂 缝。
试验研究表明：使用阶段预应力混凝土梁基本 上处于弹性工作阶段。
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13.1.2 使用阶段
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13.1.2 使用阶段 本阶段各项预应力损失将相继全部完成，最后在 预应力钢筋中建立相对不变的预拉应力（即扣除 全部预应力损失后所存余的预应力） σpe 。
13.1 概 述
预应力混凝土受弯构件在建筑和桥梁 工程中的应用实例如图
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
13.1 概 述
13.1.1 施工阶段
预应力混凝土构件在施工阶段，预加应力作用下构 件全截面参与工作，处于弹性工作阶段，可以根据 《公路桥规》按材料力学的方法进行设计计算。
1.预加应力阶段
（1） 承载力计算 （2） 裂缝控制验算 （3） （4） 应力计算 （5）对后张法构件还应验算锚具处的局部受压承载力。
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
（1） 承载力计算 对预应力混凝土轴心受拉构件只进行正截面承载力计
算。对预应力混凝土受弯构件应同时进行正截面和斜截面 承载力计算 （2） 裂缝控制验算
安装、运输过程中，注意验算构件支点或吊点截 面上缘混凝土的拉应力。
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13.1 概 述
13.1.2 使用阶段
13.1.2
使用阶段是指桥梁建成营运通车整个工作阶段。
该阶段构件受荷： 偏心预加应力Np 梁的一期恒载G1 桥面铺装、人行道、栏杆等后加的二期恒载G2 车辆、人群等活荷载Q。
根据使用要求及耐久性要求，确定构件是不允许开裂 还是允许开裂。不允许开裂的构件应进行抗裂验算，允许 开裂的构件则应进行裂缝宽度验算。 （3）
对预应力混凝土受弯构件应进行挠度验算。 （4）应力计算
是指对构件在施工阶段（制作、运输和吊装过程）和使 用阶段构件的强度计算。
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★ 把扣除应力损失后的预应力筋中实际存于的预应力 成为本阶段的有效预应力σpe 。
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13.1.1 施工阶段
2.运输、安装阶段
在运输安装阶段，混凝土梁所承受的的荷载仍是预 加应力Np和梁的一期恒载，引起预应力损失的因素 相继增加。
梁的一期恒载应根据《公路桥规》的规定计入1.20 或0.85的动力系数。
★ 说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其本身 材料强度能力之外的奇迹，只是改善了结构的工 作性能。
的预压应力恰好被抵消为零，此时在控制截面上所产 生的弯矩M0称为消压弯矩。
则有 p： cM0 W00 或写M 成 0： pcW0
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13.1.2 使用阶段
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13.1.2 使用阶段 2.加载至受拉区裂缝即将出现 ◆ 开裂弯矩
• 构件出现裂缝ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的理论临界弯矩称为开裂弯矩 M cr 。
• 如果把受拉区边缘混凝土应力从零增加到应力为 ftk
所需的外弯矩用 Mcr,c 表示，则有：
M crM 0M c,r c
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13.1.2 使用阶段 3.带裂缝工作阶段
◆ 裂缝出现后，继续增大荷载，则裂缝从梁下缘向 截面上缘发展，梁进入带裂缝工作阶段。 ◆消压状态出现后，预应力混凝土梁的受力情况， 同普通钢筋混凝土梁一样
S U M M E R T E M P L AT E
13_预应力混凝土受弯构件的设计与 计算
第二篇 预应力混凝土结构
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
提纲(syllabus)： 13.1 概 述 13.2 预应力混凝土受弯构件承载力计算 13.3 预应力的计算与预应力损失的估算 13.4 预应力混凝土结构的受弯构件的应力计算 13.5 预应力构件的抗裂计算 13.6 变形计算 13.7 端部锚固区计算
第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算
13.1.3
13.1.3 破坏阶段
对于仅在受拉区配置预应力钢筋且配筋率适当的 受弯构件，破坏时受拉区预应力钢筋受拉且达到屈服 强度、受拉区非预应力钢筋受拉且达到屈服强度、受 压区非预应力钢筋受压且能达到屈服强度和受压区边 缘混凝土达到极限压应变。
★ 试验表明：在正常配筋的范围内，预应力混凝土 梁破坏弯矩值与同条件普通钢筋混凝土梁的破坏 弯矩值几乎相同。