预应力混凝土构件受力分析及实例
预应力混凝土连续箱梁齿块受力分析及设计
预应力混凝土连续箱梁齿块受力分析及设计
文◎ 伊大勇（哈尔滨市市政工程设计院）
摘要：预应力混凝土连续箱梁结构中的 齿块、槽口等局部构件的计算容易被人们忽 视,其作用却很关键。本文就齿块受力分析及 设计做了在公路与城市道路的桥梁工程中，对 预应力混凝土连续箱梁结构的齿块、槽口等 局部构件的计算通常得不到人们重视。原因 是：(1)小跨径的箱梁中,齿块所负担的张拉 吨位较小,箱梁顶板或底板的构造配筋已能 满足齿块邻近区域箱梁顶板或底板的受力要 求；(2)有关齿块受力分析及配筋的书籍较 少，设计者对于齿块的受力问题，缺少理论 计算的指导。齿块虽小，但它在整个箱梁结 构中起到的传力作用却不容小觑。
六、实行经济指标绩效考核，提高各级 执行力、落实力
为充分调动各级管理人员积极性，化解 规模扩大对企业管理带来的种种压力，围绕 公司年度生产经营总体目标，把各级管理层 职责、机关（项目部）部室职能与中心工作 相结合，突出各自考核的侧重点；把分项落
实指标与年度生产经营计划目标相结合，突 出挂钩经济指标的具体性；把服务保障工作 与中心工作要求相结合，突出企业发展各项 工作的整体性，并把所制定的各级各类管理 人员挂钩奖励基数，分解到所挂钩条款上。 实行工资收入与责任成本管理效果挂钩的政 策，推行“联岗、联产、联效”的绩效工资 制度。严格考核审批制度和发放手续。对效 益工资的发放按照工程进展情况，预留一定 比例，待项目竣工后兑现。经济指标绩效考 核的推行，有效拉开了各级各类管理人员收 入差距，调动了各级管理人员工作的积极 性、主动性和创造性。
（上接73页）控制的好坏对项目能否实现好 的经济效益至关重要。各项目要严格把好物 资设备的“计划关、质量关、定价关、采购 关、验收入库关、出库使用关、限额发料 关、余料回收关、物资消耗关、盘点核算 关”等十大关口，加强全过程控制，遏制采 购质次价高材料、浪费倒卖材料等现象，堵 塞管理漏洞。具体做法主要有：在物资设备 采购上，一是全面详细进行市场调查。二是 博览信息，加大主要材料信息掌握，三是结 合项目的实际，邀请适宜的分供方参加本项 目物资、设备招标工作，形成有序竞争。在 物资设备过程使用控制上，一是加强计划管 理，强调主动控制。二是推行限额发料、按 月盘点。发现问题及时处理，预防施工队偷 工减料，浪费、倒卖材料等不良现象发生； 三是通过定期物资节超分析，及时办理有关 手续，规避审计风险。
第十二章预应力混凝土受弯构件的应力损失
第十二章预应力混凝土受弯构件的应力损失第一节预应力混凝土梁各工作阶段的受力分析一、 施工阶段 二、 使用阶段预应力混凝土结构 (prestressed concrete structure 从张拉预应力筋 (prestressed reinforcement 开始, 到承受外荷载，直至最后破坏，大致可分为四个受力阶段，即预加应力阶段、使用荷载作用阶段、 裂缝出现阶段和破坏阶段。
以后张法(post-tensioning method)预应力混凝土梁，如图为例，说明各个阶段所承受的荷载、预加 力大小和跨中截面的受力情况。
一、施工阶段(一) 预加应力阶段1、 时间：从预应力筋的张拉开始，至预应力筋的锚固和预应力传递。
2、 荷载：主要是偏心预压力(即预加应力的合力)N 及梁的自重P3、 工作状态：弹性阶段，可按材力公式计算。
4、受力特点：预应力损失最小，预加力大，荷载小5、本阶段的设计计算要求是:7 rtf■ V二、钢筋预应力损失值的估算《公桥规》规定，在计算构件截面应力和确定钢筋的控制应力时，应考虑由下列因素引起的六种预应力损失:a、预应力钢筋与管壁之间的摩擦损失cm ；b、锚具变形、钢筋回缩、分块拼装构件的接缝压缩损失C2 ；c、混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间的温度损失d、混凝土的弹性压缩损失C 14 ；e、预应力钢筋的应力松弛损失c 15 ；f、混凝土的收缩和徐变损失（T 16 o（一）钢筋与管道壁之间的摩擦引起的应力损失1、原因：这种预应力损失出现在后张法构件中。
引起预应力损失的摩擦阻力由两部分组成：一是曲线布置的预应力钢筋，张拉时钢筋对管道内壁的垂直挤压力，导致产生摩阻力，其值随钢筋弯曲角度的总和而增加，这部分阻力较大；二是由于管道位置的偏差和不光滑所造成的，这部分阻力相对小些，取决于钢筋的长度、钢筋与孔道之间的摩擦系数、以及孔道成型的施工质量等。
如图。
2、计算:3、为了减小摩擦阻力损失，一般可采用如下措施:a、采用两端同时张拉;b、进行超张拉。
预应力混凝土构件的性能分析
预应力混凝土构件的性能分析在现代建筑工程中，预应力混凝土构件因其出色的性能而得到了广泛的应用。
预应力混凝土是一种在混凝土构件承受使用荷载前，预先对其施加压力，从而提高构件性能的技术。
下面我们就来详细分析一下预应力混凝土构件的性能特点。
首先，预应力混凝土构件具有出色的抗裂性能。
在普通混凝土构件中，由于混凝土的抗拉强度较低，当构件受到荷载作用时，很容易在受拉区产生裂缝。
而预应力混凝土构件通过预先施加的压力，在使用荷载作用下，使混凝土始终处于受压状态，从而有效地避免或推迟了裂缝的出现。
这不仅提高了构件的耐久性，减少了维修成本，还能保证结构的外观美观。
其次，预应力混凝土构件的刚度较大。
由于预应力的作用，构件在荷载作用下的变形较小，能够更好地满足结构对变形的要求。
这对于大跨度结构和对变形控制要求较高的结构来说，具有重要意义。
例如，在桥梁工程中，使用预应力混凝土梁可以减小梁的挠度，提高行车的舒适性和安全性。
再者，预应力混凝土构件能够节省材料。
通过施加预应力，可以充分发挥高强度钢筋和高强度混凝土的性能，减少钢筋和混凝土的用量。
与普通混凝土构件相比，在相同的承载能力下，预应力混凝土构件可以减轻自重，降低工程造价。
预应力混凝土构件的疲劳性能也较为优越。
在反复荷载作用下，预应力混凝土构件的抗疲劳能力更强，能够延长结构的使用寿命。
这对于承受动荷载的结构，如吊车梁、铁路桥梁等，具有重要的实用价值。
然而，预应力混凝土构件的施工工艺相对复杂。
预应力的施加需要专门的设备和技术，施工过程中的质量控制要求较高。
例如，在预应力筋的张拉过程中，如果张拉控制应力不准确，或者预应力筋的锚固不牢固，都可能影响构件的性能。
另外，预应力混凝土构件的成本相对较高。
预应力筋、锚具和张拉设备等的费用增加了工程的总造价。
但是，从长期来看，由于其良好的性能和耐久性，综合经济效益可能更为显著。
为了更好地理解预应力混凝土构件的性能，我们来对比一下它与普通混凝土构件的差异。
预应力混凝土连续梁结构预拱度及受力分析
０ 前 言
在 现 阶段 ， 随着 科技 的不 断 的发展 ， 各个 行 业都 有 了新 的 突破 。预 应 力 混凝 土 连续 梁 结构 在 施工 方 面有 很 大 的优 势 。 该 方法 施 工 简单 ， 造价 经 济 ， 受 力合 理 ， 因而 被 广泛 采用 。然 而 ， 该 方法 的起 步 时 间较 晚 ， 尚未形 成 完善 的建 造体 系 ， 因此 也 存在 着 一些 问题 ， 在 建筑 设计 的时 候要 多 加 考 虑 。在施 工 的 过程 中 ， 对 于 一些 相 关 的指 标 进 行准 确 的计 算 ， 可 以 正确 的预 计 一些 重 要 的
台蹩援面下挠抽线
建筑。 一种新的计算方法 ， 神经网络算法， 可以脱离数学方法而用于处理一些 非线性 的问题 ， 在建筑预测分类等方面使用广泛 。
１预 应 力混 凝土 连续 梁 结构
久 作 用挠 度 的一 种 。 一般 情况 下 ， 在施 工 的时 候 ， 可 以设ห้องสมุดไป่ตู้计 一些 预 先设 定 好 的
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图３台座 立 面 简图
２ 预 应 力 混凝 土连 续梁 结构 预拱 度及 受 力分 析
２ ． １ 预 应 力混 凝 土连 续 梁结 构预 拱 度 的计 算
见 图３ 所示。
梁体 的 预拱 度变 化不 仅 与 梁体 的 自身 的重 力 有关 系 ， 与外 界 所施 加 的 预 应 力 的大 小 有关 系 ， 而 且 还和 混凝 土 的收 缩 徐变 有 关系 。而 在实 际 的建 筑 过
昌
对于预拱度 的计算，考虑的因素 程 中． 张拉时梁体的混凝土强度 ， 对桥体 的养护以及使用过程中的外部环境 很多。 预应力受弯的挠度来源于２ 个不 等都 有关 系 。 由于跨 铁 路梁 和 跨公 路 梁桥 体本 身 的重 力 相 差不 大 ， 因此 预 拱 同的力，将外荷载产生的挠度规定为 度 差 别 的大 小 主要 取决 于施 加 的 预应 力 的大小 。在 实 际的设 计 过 程 中 ， 由于 ｆ １ ，而 另 一部 分 预 应 力 产 生 的 力 则 规 台座 不 同 ， 下 挠 曲线 和设 计 的并 没有 完全 吻合 ， 这 样 就使 得 对 于 同一种 梁 型 ， 定为 ， 二者的差值就是受弯的挠度ｆ ｏ 在受 到 相 同的预 应 力后 ，经过 同样 的时 间后得 到 的 预拱 度 有差 异 性 的原 因 。 选 取 一个 假 设 模 型 为研 究 对象 ，其 梁 在实际的桥梁设计的时候 ， 需要针对不同的梁型设计不同的预拱度值 ， 使得 体 截 面 图如 图１ 所示 ， 梁 体 的 全截 面 共 设计 跟 为合 理 ， 安 全 。 有 绞线 ３ Ｏ 束， 有３ 个 不 同 的孔 道 ， 钢 绞 ３ 预应 力 混凝土 连续 梁 结构分 析 线 的 直 径 为 中 ＝ １ ５ ． ２ ４ ｍｍ，标 准 强 度 在进 行大 跨度 的 混凝 土梁 结构 的设 计时 ，预 应力 混凝 土连 续梁 结构 的桥 ｆ ￣ ， ＝ １ ８ ６ ０ Ｍ Ｐ ａ ， 控 制 应 力 ８ ｃ ｏ ｎ ＝ Ｏ ． ７ ５ ＝ １ ３ ９ ５ ＭＰ ａ ，混 凝 土 强度 等级 为 Ｃ ５ ０ ，公称 截 面积 １ ４ ０ ｍ ｍ ，弹 性 模 量 Ｅ ｃ ＝ ３ ． ４ ５ ｘ １ ０ ｌ 叩ａ ，弹 性模 量 Ｅ ｐ ＝ １ ． ９ ５× １ ０ ＂ Ｐ ａ ， 张 拉 时混 凝 土 的立 方 体 抗 压 强 度 标准 值ｆ ￣ － ４ ０ Ｍ Ｐ ａ ，梁 体 自重ｑ ＝ ２ ０ ．
预应力混凝土结构的受力性能
混凝土应力： c 0 s
N p0 (s con s lI s lII ) Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
s p s con s lI s lII
Ncr
钢筋应力： p s con s lI s lII E ft s
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
s pcI ( A Ap ) (s con s lI Es pcI ) Ap
spcI
混凝土应力： cpI s
(s con s lI ) Ap A0
A0 A (E 1) Ap Ac E Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----完成第二批损失
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI s lII Es pcII s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p s con 混凝土应力： c 0 s s
钢筋应力： p 0 s
混凝土应力： c 0 s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋完成第一批预 应力损失
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
sE IIl s Il s noc s p s 力应筋钢 ：
spcII
预应力混凝土连续箱梁齿块受力分析及设计
了叙述 。实 际工程 中，对 齿块进 行设计 时， 还要考 虑施 工时 的便宜性 ，张拉 空间 的预 留 等若干 问题 ， 以确 保所 设计的工 程实用 ，安
全 ，经 济 。
参考文献 ： ＋ １ ．朱汉华 陈孟冲 袁迎捷： 预应力混凝
土连续箱 梁桥裂缝分析 与防治 北京：人民交
是 ： （） 跨 径 的 箱 梁 中 ， 块 所 负 担 的 张 拉 １小 齿 吨 位 较 小 ， 梁 项 板 或 底 板 的 构 造 配 筋 己 能 箱 满 足 齿 块 邻 近 区 域 箱 梁 项 板 或 底 板 的 受 力 要 裂 应 力 ， 而在 荷 载 作 用 区 域 旁 的端 面 上存 在 着 很 高 的 破 碎 应 力 ， 由于 这 两 种 应 力 的 存 在 ，可 能 导 致 齿 块 表 面 产 生 纵 向裂 缝 。 ３ 短 束 都 是 在 梁 中 切 断 锚 固 的 ，这 就 使 ． 得 顶 板 或 底 板 承 受 锚 固 钢 束 的 集 中荷 载 的 作 用 ， 如 果 这 个 集 中 荷 载 超 出顶 板 或 底 板 的 最 大 抗 力 ，就 会 使 得 齿 块 与 顶 板 （ 板 ）交 界 底 处 产 生 横 向 裂 缝 ， 如 果 任 由这 道 裂 缝 开 展 下 去 ，可能会 导致腹 板也 产生裂 缝 ，从 而降低 箱梁的耐久性 ，给结构安合带来重大隐患。 ２ ．钢 束 的 弯 起 角 度 不 宜 过 大 ， 齿 块 锚 固
行 《 路 钢 筋 混 凝 土 及 预 应 力 混 凝 土 桥 涵 设 公 ４ 张继尧 王 昌将． 悬臂浇筑预应 力混 ． 计 规 范 》 的 有 关 条 文 进 行 配 筋 ，此 处 不 再 赘 凝 土 连 续 梁桥 北 京 ：人 民 交通 出版 社 述。
预应力混凝土结构设计案例分析
1.6 等效荷载法
预应力束的作用可视为对结构施加反向荷载以抵抗使用荷载的手 段，这些反向荷载即为等效荷载。
等效荷载包括两部分：一是通过预应力筋的锚具作用于结构的集 中力和集中弯矩；另一部分是因预应力筋曲率引起的垂直于预应 力筋中心线的横向分布力。
预应力等效荷载在任何情况下都是一组自平衡力系，如下图所示
专项工艺更复杂，施工技术要求更高 单方土建造价较混凝土结构高10~20% 预应力混凝土构件的抗震延性较普通钢混构件略差
1.4 张拉控制应力及预应力损失
1.4.1 初始张拉应力（σ0） 初始张拉应力主要为达到预紧的目的，一般取10~15%的张拉控制应力 1.4.2 张拉控制应力（σcon） 设计要求预应力筋张拉需达到的应力，一般为抗拉强度标准值fptk的
，总建筑面积12.9万平方米，建筑总高度23.5米 西侧展厅设计为180×126m无柱大空间，净高14m，故该部分
结构采用了单层126m大跨度张弦空间钢桁架结构 东侧展厅为两层，楼面结构采用单向空间钢桁架形式，框架柱为
箱形截面 楼板厚150mm，采用双向钢筋桁架模板现浇混凝土板。跨度
30m的次梁采用双向井字钢梁，其余次梁一般采用单向布置，考 虑钢梁与混凝土楼面的组合作用
混凝土构件的预应力度和预应力筋的配筋量。
两配式筋联量立。可将推工导程出中：常用AP 的 参mf数Paxy f代y bh入，上实式际，就得限到定了：预应力筋的最大
AP
0.75 2.5% 360 1320
bh＝0.52%bh
目录
一. PRC结构的基本知识 二. PRC结构的设计原则 三. PRC结构的抗震设计 四. 设计步骤及结构选型 五. 锚夹具种类及工程实例 六. PRC结构设计案例分析
第二章 预应力混凝土构件
镦头锚具的优点是操作简便迅速，不会出现锥形锚易发 生的“滑丝”现象，故不发生相应的预应力损失。这种锚具 的缺点是下料长度要求很精确，否则，在张拉时会因各钢丝 受力不均匀而发生断丝现象。
a）张拉端锚具（A型）；b）固定端锚具（B型） 图4 钢丝束镦头锚具 1一锚环；2—螺母；3—锚板 ；4—钢丝束
锥塞式
支承式：
螺母锚具 镦头锚具
锥塞式：
锥形锚具
锚具
锥形螺杆锚具
夹片式：
JM型锚具 XM型锚具 QM 及OVM型锚具 BM型锚具
握裹式：
挤压锚具 压花锚具
支承式 a．螺母锚具
螺母锚具由螺丝端杆、螺母和垫板三部分组成。适用于 直径18～36 mm的预应力钢筋。
a）螺母锚具；b）螺丝端杆；c）螺母；d）垫板
5.有粘结和无粘结预应力混凝土
有粘结预应力混凝土
先张法生产的预应力混凝土构件和 后张法张拉预应力筋后在孔道中灌浆所生产的预应 力混凝土构件
特点
受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小
2.1 预应力混凝土的基本概念
5.有粘结和无粘结预应力混凝土
无粘结预应力混凝土
后张法张拉预应力筋后不在孔道中灌浆 所生产的预应力混凝土构件
2.1 预应力混凝土的基本概念
4.张拉预应力钢筋的方法
先张法
张拉预应力筋并在台座上固定
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计强度的 70%以上时剪断预应力筋
2.1 预应力混凝土的基本概念
4.张拉预应力钢筋的方法
后张法
浇混凝土构件，并在构件中预留孔道
在构件中预留孔道中穿预应力筋并张拉
锚固灌浆
①先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方 法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。
预应力混凝土受弯构件正截面力学分析
设混 凝 土 拉 应 变为 ε 处距 中 和 轴 的距 离 为 x ， 则截 面 的 曲
0t
1
率 为ε / x = φ， 得 。x = ε / φ 受 拉区 的积 分 应分 为两 个 区间
0t
1
1
0t
计 算， 第一 区间为 0 : ε / φ， 第二 区间 为ε / φ : ( h -x) 。
0t
0t
根 据 预 应 力 受 弯 构 件 在使 用 过 程 中 的 截 面 应 力 情 况 ， 可分 为 施 加预 应 力 阶 段 和 混 凝 土截 面 下 边 缘 开 裂 前阶 段 。 根 据 每 个 阶段 受力特点，分别 进行力学分析与解 答。
1 . 3 . 3 混 凝 土截 面受 压区 高 度 1 . 4 . 4 梁 的曲 率
以两种形 式应力状态之和表示 构件的受力模式： 状 态 一 ： 预 应 力钢 筋 单 独 张 拉 ， 张 拉 应 力 扣 除 第 一批 预 应 力 损失 值为σ p0 ＝σ c on- σ l 1，对 应的应 变为 ε p0 ＝ ( σ c on- σ l 1) / Ep。 状 态二 ：构 件受 轴心 压力 N0 ＝ E p ε p0 Ap ；构 件承 受弯 矩 M0 ＝ Ep ε p 0 Ap e p0 。 预 应 力 钢 筋 和 混 凝 土 处 于 弹性 状 态 ， 应 力 应 变 曲 线 为 线 性 关 系。 预应力钢 筋与混凝土之间没有相 对滑移。 1 . 2 基本方 程 1 . 2 . 1 平 衡条 件
3 截面下边缘混凝土开裂前阶段 经 过 消 压 状 态 后 ， 如 果 荷 载继 续 增 大 ， 混 凝 土 截 面 下 边缘 开
始 受 拉 ，由 于 混 凝 土 受 拉 应力 － 应 变 曲 线 双 折 线的 特 性 ， 该 过 程 分为两个阶段：拉 应力线性增长阶段和拉 应力保持不变阶段。 3 . 1 截 面下 边 缘混 凝 土拉 应 力 线性 增 长阶 段 基本 方 程
迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计
迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计引言：T梁是一种常用的预应力混凝土构件，在桥梁结构中得到广泛应用。
本文将对迈达斯软件进行使用，以一个具体实例，来分析和设计迈达斯预应力混凝土T梁。
1.T梁的结构特点T梁是由梁身、侧翼和上承板组成的横截形状呈T形的梁体。
其结构特点是能够充分利用混凝土的抗压性能，通过预应力钢束的预应力作用将梁的应力状态转变为受拉偏心梁的应力状态，提高了T梁的承载能力和抗裂性能。
2.T梁的有限元建模为了对T梁进行分析与设计，需要先进行有限元建模。
使用迈达斯软件，可以通过输入梁的几何尺寸、材料参数和荷载情况等数据，来构建T梁的有限元模型。
3.荷载计算在设计T梁时，首先要进行荷载计算，包括自重荷载、活载、温度荷载等。
自重荷载是梁本身的重量，可以通过迈达斯软件自动计算得到。
活载是指桥梁上行驶的车辆和行人产生的荷载，需要按照规范要求进行计算。
温度荷载是由于温度变化引起的梁体的伸缩产生的，也需要按照规范要求进行计算。
4.预应力设计T梁采用预应力设计，通过预应力钢束施加预压力，使混凝土受到压应力，从而提高梁体的承载能力和抗裂性能。
预应力设计需要进行预应力计算，包括计算预应力的大小和施加预应力的位置。
5.抗剪设计T梁在使用过程中，由于荷载和温度的变化，会产生剪力效应。
为了提高梁体的抗剪性能，需要进行抗剪设计。
抗剪设计主要包括梁体截面尺寸的确定和钢筋配筋的设计。
6.设计结果分析通过迈达斯软件进行T梁的分析与设计，可以得到梁体的应力和变形等结果。
通过对结果的分析，可以评估设计的合理性，并进行必要的修改和优化。
7.结论通过对迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计，可以得到合理的梁体结构和钢筋配筋，满足桥梁工程的要求，提高其承载能力和抗裂性能。
同时，通过分析结果，可以对设计进行优化和修改，提高工程的经济性和可行性。
总结：本文主要介绍了迈达斯预应力混凝土T梁的分析与设计方法，以及使用迈达斯软件进行有限元建模、荷载计算、预应力设计和抗剪设计等步骤。
预应力混凝土梁的受力性能分析
预应力混凝土梁的受力性能分析预应力混凝土梁是一种常用的结构构件，其独特的受力性能使其在各种工程中得到广泛应用。
本文将从材料性能、受力分析和工程实践等方面探讨预应力混凝土梁的受力性能。
首先，预应力混凝土梁具有优异的耐久性和抗裂性能。
预应力混凝土梁采用高强度钢束或钢丝进行预先张拉，使混凝土在荷载作用下保持在压应力状态，从而增加了混凝土的抗弯能力和抗剪能力。
另外，预应力混凝土梁中的预应力钢材可以有效地抵消混凝土收缩和温度变形引起的内应力，减小了混凝土的开裂倾向。
这种预应力钢材与混凝土的协同工作，使得预应力混凝土梁具有良好的耐久性和抗裂性能。
其次，预应力混凝土梁的受力分析是预应力混凝土设计的关键。
在预应力混凝土设计中，首先需要确定荷载的作用形式和大小，包括常规荷载、变动荷载和地震荷载等。
然后，根据结构形式和设计要求，通过受力分析确定预应力混凝土梁的截面尺寸、受力状态和预应力的大小。
在受力分析中，需要考虑混凝土和预应力钢材的材料特性、截面形状和荷载作用方式等因素，并根据弯矩、剪力和轴力的要求进行计算。
受力分析的准确性和合理性对于预应力混凝土梁的受力性能至关重要。
最后，预应力混凝土梁的受力性能在工程实践中得到了充分验证。
预应力混凝土梁广泛应用于桥梁、建筑和水利工程等领域，并取得了良好的效果。
通过实际工程的观测和测试，可以验证预应力混凝土梁的受力性能和设计理论的正确性。
例如，在大跨度桥梁的设计中，预应力混凝土梁能够满足梁的强度、刚度和振动要求，有效地减小了结构自重，提高了桥梁的使用寿命和安全性能。
在建筑中，预应力混凝土梁能够灵活地满足不同跨度和荷载要求，实现结构的优化设计和施工的快速推进。
这些工程实践表明，预应力混凝土梁具有良好的受力性能和经济效益，对于提高工程质量和结构安全至关重要。
综上所述，预应力混凝土梁作为一种重要的结构构件，具有优异的受力性能。
其材料特性、受力分析和工程实践等方面对于预应力混凝土梁的设计和应用具有重要意义。
大悬臂预应力混凝土L型盖梁受力分析
截 面 Ａ 中 性 轴 ／ Ａ
－
Ｂ
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图１ Ｌ型 盖梁 断面 示意 图
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｅ ｘ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｓ ｕ ｍｍｅ ｄ ｕ ｐ．
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ 一ｌ 】 ＿２ ５
作者简介 ： 孙海波（ １ ９ ７ ６ 一） ， 男， 山东 莘县人， 高级工程 师，
图 ２ 杆 系 模 型预 应力 效 应 下正 应 力
研 究方 向为桥梁结构设计。
中图分类 号 ： Ｕ ４ ４ １ ． ５ 文献 标志 码 ： Ｂ
２ 大 悬 臂 预 应 力 混凝 土 Ｌ型 盖 梁构 造
由于受地 面交通限制 ， 将高架桥小 箱梁标 准段处
的盖 梁设 置 为 大 悬 臂 ， 以 减 少 桥 梁 下 部 结 构 所 占 空
间。在小箱梁与现浇箱梁共用墩处 ， 由于两侧箱梁梁 高不同 ， 盖梁断面为 Ｌ型 ， 见图 １ 。
将预应力效应下计算结果与杆系模型结果进行 比较 。 预应力效应下盖梁正应 力计算结果见 图 ２ 、 图３ ， 比较两种模 型 Ｌ型盖 梁跨 中截 面上 、 下缘 处 的正应
力， 结果见表 １ 。
现浇连续箱梁采用单箱五室斜腹板截面 ， 端支点梁高 ２ ． ４ ０ ｍ， 中支点梁高 ３ ． ２ ０ ｍ， 下部桥墩采用柱式 矩形 墩； 基础采用群桩基础 。
大悬臂预应力混凝土盖梁受力性能分析
的强度 、 刚度和稳定性指标都符合 规范要求 ， 证实 了
图 ２ 盖 梁下 缘 应力 包 络 图
大悬臂预应力混凝土盖梁受 力性能 良好 ， 结构是安全
可靠 的 。
图 ３ 盖 梁竖 向位移 包 络 图
３ ３ 计 算 结果 及分 析 ．
位置局部应力 引起 ， 因计算未考 虑普通钢筋 的作 用 ， 该处较大拉应力可以通过一定 的构造措施予 以消减 ， 墩顶处最大拉应力为 一 ．５ Ｐ ， ０４ Ｍ ａ受力较为合理 ； 盖梁 最大 压 应 力 为 １ ． ３ Ｍ ａ 满 足 规 范 最 大 压 应 力 １ ４ Ｐ ， ≤０５ｔ ６２Ｍ ａ Ｃ ０砼 ） ．ｆ ＝１． Ｐ （ ５ 的要求 。长期荷载效应 下， 盖梁各处应力均大于 ０ 无拉应力 出现。悬臂端部 ， 在活载偏载时最大竖 向位移仅为 ００ ７ｍ和 一 ． １ ．２ ０ ０５ ｍ。因此 ， 盖梁整体 受力处 于合 理范畴 ， 力性 能 良 受 好， 大悬臂具有较大的竖向刚度。
面形式 ， 盖梁全 宽 ３ ． 悬臂 １． 标准墩盖梁 ３ ５ｍ， ３ ４ｍ， 梁高 ２６～ ． 盖梁顺桥向宽 ２ ６ｍ ． ３９ｍ， ． 。方形墩桩 中
距 ６７Ｉ， 形墩 边 长 １８ 下 接 承 台 ， ． ｌ ｌ方 ． ｍ， 采用 ４根 直径 １０ａ 的群 桩基 础 。 ５ ｍ ２ ２ 预 应 力钢 束 的 布置 ．
Ｋｅ ｒ ｓ：ａｇ ａ ｔｌｖ ｒ ｐ ｅ ｔｅｓ ｄ ｃ ｎ ｒｔ ｂ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｌｒｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ； ｒｓｒ ｓｅ ｏ ｃ ｅｅ； ｅ ｔ ｅ
ｃ ｐ； ｃ ａ ｉ ａ ｅ ａ ｉ ｒ ａ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｂ ｈ ｖｏ
预应力混凝土结构设计
基本概念
1、先张法与后张法
根据张拉预应力筋与浇筑混凝土先后顺序区分，本质差别 在施加预应力的途径不同，前者通过预应力筋与混凝土的 粘结力，后者通过端部锚具施加预应力
2、有粘结预应力筋束
浇砼前，在模板内按要求的形状，先安好不透水金属管道， 然后浇砼，预应力可在浇之前或砼达到一定程度后穿入， 张拉锚固后，以高压把水泥浆压入管道。
预应力损失
1、损失1：由于锚具变形与预应力筋内缩引起 2、损失2：由预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起 3、损失3：预应力筋与孔道之间的温差引起 4、损失4：预应力筋松弛（长度不变、应力逐小）引起 5、损失5：混凝土的收缩、徐变(应力不变，变形增加)引起 6、损失6：环向构件由于混凝土挤压导致预应力筋环的直径减小 引起
不等跨预应力梁的等效荷载
通过调整矢高改变等效荷载
通过调整预应力筋根数来调整等效荷载
总之:使用等效荷载法可以简化连续结构的分析与设计，与 普通混凝土计算方法相近，便于应用混凝土规范设计，是目 前进行预应力混凝土结构设计常用方法。
荷载平衡法
基本过程：
通过先确定要平衡的荷载，并根据荷载特点选定预应力筋线 形，然后确定矢高及预应力筋根数，再进行 应力、裂缝、 挠度及承载力等各项验算。 荷载平衡法的局限性 1、用荷载平衡法求得的预应力筋在中间支座处有尖角，与 实际情况不符，如在支座处使预应力筋平滑，则不再满足荷 载平衡，需要详细分析。 2、不能直接考虑预应力端部偏心引起的弯矩，也即端部预 应力筋不能有偏心。同时也不能考虑轴心力的影响。
次弯矩的计算及工程意义
根据砼规范6.1.7 M2=Mr-M1 Mr:综合弯矩；M1：主弯矩，Np*epn;各弯矩均以下部纤 维受拉为正。 由于次弯矩一直存在并保持不变，因此我国规范规定验算 各种极限状态时均要考虑次弯矩。一般认为，在正常使用 极限状态抗裂验算中，次弯矩对支座有利，对跨中不利。 对承载力的影响看法不一致。 预应力分项系数：进行抗裂验算时，预应力分项系数取 1.0，进行承载力计算时，有利时取1.0，不利时取1.2。 施加预应力对竖向约束构件的影响：一般情况下，对于以 竖向荷载为主的构件框架结构，由于预加力对侧向构件产 的次内力（主要是次弯矩）与外载作用产生的次弯矩相反， 所以是有利的。但对于水平荷载控制的构件可能不利.
预应力混凝土的力学原理分析
预应力混凝土的力学原理分析一、预应力混凝土的概念预应力混凝土是指在混凝土构件施工之前，通过预先施加一定的拉应力，使混凝土构件内部产生一定的压应力，从而提高混凝土的承载能力和抗裂性能的一种混凝土结构形式。
二、预应力混凝土的力学原理1. 混凝土的性能混凝土是一种复合材料，由骨料、水泥、水等材料混合而成。
混凝土的强度和耐久性受到多种因素的影响，如水泥的种类和质量、骨料的种类和质量、混凝土的配合比、养护条件等。
2. 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点是在混凝土构件施工之前，通过预先施加一定的拉应力，使混凝土构件内部产生一定的压应力，从而提高混凝土的承载能力和抗裂性能。
预应力混凝土构件在外荷载作用下，由于内部的预应力作用，能够抵消一部分外荷载，从而减小了混凝土的受力状态，提高了混凝土的承载能力。
3. 预应力混凝土的施工方法预应力混凝土构件的施工方法一般分为两种，即预应力预制构件和现浇预应力混凝土构件。
预应力预制构件是在工厂内进行预制，然后运到施工现场进行安装；现浇预应力混凝土构件是在施工现场进行浇筑和张拉。
4. 预应力混凝土的施工过程预应力混凝土构件的施工过程包括浇筑、养护、张拉和调整等环节。
在浇筑环节中，应根据设计要求进行混凝土的配合比，保证混凝土的强度和耐久性。
在养护环节中，应控制混凝土的水分和温度，保证混凝土的养护质量。
在张拉环节中，应根据设计要求进行预应力的施加，保证混凝土构件的预应力质量。
在调整环节中，应根据实际情况进行调整，保证混凝土构件的设计要求。
5. 预应力混凝土的受力分析预应力混凝土构件在外荷载作用下，由于内部的预应力作用，能够抵消一部分外荷载，从而减小了混凝土的受力状态，提高了混凝土的承载能力。
预应力混凝土构件的受力分析一般采用静力方法和动力方法两种。
6. 预应力混凝土的设计预应力混凝土构件的设计一般分为受力分析、截面设计和张拉设计三个阶段。
在受力分析阶段，应根据混凝土构件的受力情况进行受力分析，确定混凝土构件的荷载情况。
预应力混凝土结构的受力性能-混凝土结构基本原理
pcI
混凝土应力： cpI
( con
lI ) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的受力分析
施工阶段——完成第二批损失
Ep Ep Ec
预应力筋应力： peII con lI lII Ep pcII
pcII( A Ap ) ( con lI lII Ep pcII) Ap
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
五、预应力损失值
3. 锚具变形和预应力筋回缩损失l1
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
预应力筋的弹性 模量
张拉端至锚固端 之间的距离
*直接张拉法：用千斤顶等机械工具 直接张拉预应力筋 *电热法：低电压强电流通过预应力 筋使其发热伸长，达设计要求时断 电 *连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池 壁上
*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 中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*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
混凝土中的有效预压应力
pcII
混凝土应力： pcII
( con
lI lII) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的受力分析
加载阶段——加载至混凝土中的应力为0
p con lI lII Ep pcII
Nt0
预应力筋应力： p con lI lII
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解
5.1-1 钢筋混凝土梁
As f y 942 300 0.448 bh0 1 fc 200 265 1.0 11.9
2 M 1 fcbh0 1 0.5 58.1KN m
q
8M 8 58.1 63.76 KN / m 2 2 l 2.7
5ql 4 v 384 EI
63.76 5 2.74 3.5mm 3 0.2 0.3 384 28 106 12
M M 58.1106 6 2 19.37 N / mm 2 W bh 200 3002 6
• • • • •
5.2 建立分析模型 第1步：分析环境设置 进入ANSYS，进入时设置工程名为RC_BEAM。 第2步：进入前处理器 设置完成后，单击菜单Main Menu>Prefernces。 进入前处理处理器PREP7开始建模和其他处理操 作。 • 第3步：定义单元类型 • （1）定义混凝土单元类型。
M 0 pc I0 y0,bot pcW0b
• （2） 开裂弯矩
开裂弯矩
• 2.3假想的全截面消压状态
图2-4 （a）施加预应力后（b）假象全面消压状态
先张法构件
P0 con l E pc Ep pc con l
• 后张法构件：
• 有限元法是大型复杂结构或多自由度体系分析的 有力工具，近20年来已广泛地用于工程结构、传 热、流体运动、电磁等连续介质的力学分析中， 并在气象、地球物理、医学等领域得到应用和发 展。电子计算机的出现和发展，是有限元法在许 多实际问题中的出现变成现实，并具有广阔的前 景。
• 1.2有限元的基本理论 • （1）弹性力学空间问题基本公式：
• 位移边界条件 :
d d 0
~ ~ ~
•
•
•
1.4预应力混凝土的定义及分类
•
“全”预应力—在施加预应力或全部荷载作用下，都 不容许混凝土出现拉应力。 “限值”预应力—在施加预应力或全部荷载作用下， 容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载组 合作用下，混凝土不得受拉。 “部分”预应力—根据结构种类和暴露环境条件，在 全部使用荷载作用下容许混凝土出现规定的裂缝宽度。
xy xy X 0 x y z xy yz Y 0 x y z yZ xZ z Z 0 x y z
u u v x x , xy y x w , xy y y y z w u w z z , xy z x
• 为混凝土的应力应变矩阵。在开裂前科按一般均质体
计算，其具体表达式为
d11 DC d12 d 22 d13 d 23 d 33 0 0 0 d 44 0 0 0 0 d 55 0 0 0 0 0 d 66
• 等效分布钢筋的应力应变关系矩阵，可按下式求 得 0 0 0 0 0
' ' 'p0 con l' Ep 'pc Ep 'pc con l'
• 式中： ----预应力钢筋和的形心位置处的混凝土 预压应力。 • 在由弯矩平衡条件，可得消压拉力的偏心距为：
e0
pc Ap y p A y
' p0 ' p
图5.2-19第一主应力图
图5.2-20第二主应力图
图5.2-22应力集中图
0.056585 N / mm 38.326 m N / mm
2
38.3262
图5.2-23收敛曲线
比较
最大位移 最大应力
ANSYS建模结 果 手算结果
0.056585
24.36
0.035
19.37
•
结 论
• 通过对论文结果的分析讨论，可以得到以下结论： • （1）提高预应力筋配筋率，能显著提高梁的开裂荷载/ 弯矩以及极限承载能力/名义抗弯强度，梁的塑性逐渐 降低。 • （2）增大跨高比会显著降低梁的刚度、极限荷载和名 义抗弯强度，而梁的挠度显著增加。 • （3）随着预应力张拉力的提高，梁的开裂荷载和开裂 弯矩明显提高，但极限荷载和极限弯矩几乎没有变化。 • 采用有限元数值方法，借助通用有限元软件ANSYS， 模拟预应力混凝土结构是可行并且可靠的。
' p
N0
• 2.4 开裂后 • 受拉区预应力钢筋的增量可按偏心受压构件计算。 有下图知截面弯矩的平衡条件的
p M K N 0 z z0 Ap z
• ----消压轴力作用点到预应力钢筋面积形心的距 离。见下图； • ----预应力钢筋面积形心至受压区合力点的距 离，根据试验研究和理论分析，ｚ可按下式计算：
第4章 ANSYS建模过程
ANSYS分析的基本步骤
• 4.3.1 启动ANSYS • 4.3.2 建立模型
• 4.3.3 加载和求解
• 4.3.4 检查分析结果
第5章 ANSYS解空间梁类结构算例
• 5.1钢筋混凝土梁的弹塑性分析 • 5.1.1 问题描述
• 如图5.1-1所示的钢筋混凝土梁，梁的跨度3000mm， 两端为简支。横截面为矩形，尺寸为200*300。支座 范围，净跨度为2700mm。梁内受拉纵筋采用3跟直径 为20mm钢筋，架立筋采用两根直径为8mm的钢筋，箍 筋采用直径为6mm的钢筋，间距为150mm，钢筋保护 层厚为25mm。
图5.2-1 定义单元类型2（混凝土）
（2）定义钢筋单元类型
（3）定义辅助网格单元 MESH200及其图形选项
图5.2-2 定义单元类型1（钢筋）
图5.2-3 定义单元类型3（辅助钢筋单元）
第4步 定义钢筋截面积
• （1）定义箍筋截面积。 （2）定义架立筋截面面积
图5.2-4 定义箍筋截面
图5.2-5 定义架立筋截面
• 展望 • 预应力混凝土结构在我国的应用与研究是一个较为复 杂的课题，还有很多问题有待进一步的研究和分析。 本文采用有限元方法对预应力混凝土结构的分析研究 也是一个初步的尝试，还有很多地方需要进一步的改 进和探讨： • 1.本文仅就预应力结构的正截面抗弯承载力进行了分 析，对于其他破坏形式如斜截面的破坏未作探讨。 • 2.预应力结构在张拉过程中锚具对张拉力的影响在有 限元模型中没有进行详细考虑。 • 3.实际预应力钢筋混凝土梁预应力分析还应考虑长期 效应的影响如:混凝土的收缩徐变、钢绞线的应力松 弛等。 • 4.预应力混凝土梁的疲劳问题对极限承载力的影响还 有待进一步研究。
图5.2-11复制形成箍筋所在平面的节点
第9步：创建箍筋单元
图5.2-12箍筋单元复制
第10步：建立纵筋及架立筋单元
图5.2-13箍筋单元复制
第11步：建立混凝土剖面并划分网格
图5.2-14箍筋单元复制
第15步：施加荷载
图5.2-15 荷载图及约束图
图5.2-17挠度等值线
图5.2-18裂缝图
• 平衡微分方程：
• 几何方程：
• 物理方程：
1 1 x [ x u ( y z )], xy xy E G 1 1 y [ y u ( x z )], yz yz E G 1 [ u ( )], 1 z x y xz xz z E G
p
全面消压状态时截面应变
极限状态截面应力分布
极限状态截面应力分布
第三章 钢筋混凝土有限元模型
•
•
3.1 分离式模型
采用分离式模型，即钢筋和混凝土作为不同的单元类型 来处理。本论文采用三角形或矩形单元的两种形式对预 应力钢筋混凝土梁进行有限元分析，并考虑到钢筋是一 种细长的材料，可忽略其抗剪强度，将钢筋作为线形单 元来处理，这样可以使单元的数目大量的减少，以提高 计算速度。 3.11
e pn Np
' con
An
In
e pn yn
) A
' l
' p
' ' ( con l ) Ap y pn ( con l' ) Ap y 'pn
• 2.2使用阶段 • （1）消压状态 • 当外弯矩Ｍ引起的截面受拉边缘的拉应力恰好抵 消该处混凝土的预压应力时，此时弯矩称为消压 弯距，由
概念：有限元法是利用插值原理对求域进行近似 求解，将求解域划分网格，每个网格看作一个单 元进行求解，这样可以得到若干有限个单元的解， 这些解的集和构成整体函数的解。就是说每个单 元一个解，这些解分布在整个求解域上，构成不 同区域解的变化，如力的变化，温度的变化，这 样就可以宏观上看到在不同点上不同的值了。
• 后张法构件 • 后张法是先浇灌好混凝土构件，然后在预留孔道 中加入钢筋来产生预应力的。后张法构件的受力 特点是靠构件两端的工作锚具来传给混凝土。 • 截面混凝土的应力采用概括符号表示为 Np Np •
pc
p con l
N p ( con l ) Ap (
预应力混凝土构件受力性能分析
王锦华 吉林建筑工程学院土木工程学院 2010年6月28日
毕业论文 预应力混凝土构件受力性能分析
• • • • •
学 生：王锦华 指导教师 ：董云峰 专 业 ：工程力学 所在单位 ：土木工程学院 答辩日期 ：2010年6月28日
第一章 绪论
• 1.1 有限元的概念及发展概况
•
• • • •
1.杆件线性单元（平面单元） 2．三角形单元 3.2 组合式模型【8】 1.分层组合式
混凝土层
钢筋层
截面分层
假设应变分布
应力分布
图3-4 受弯构件及其应力分布