预应力混凝土受弯构件的设计和计算

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初步计算所需,还要根据抗裂度要求最后确定预应力钢筋 面积。 2)强度复核步骤与普通钢筋混凝土结构相同。
3)T形截面计算与矩形截面类似。(P250-251)
二、斜截面承载力计算
预应力混凝土结构
预应力的作用: 提高了斜截面抗剪承载力, 延缓斜裂缝的出现,抑制斜裂缝发展, 增加了剪压区高度和骨料的咬合作用。
强度计算 的依据
预应力混凝土结构
二、构件的消压弯矩、开裂弯矩、极限弯矩的计算 1、消压弯矩(书上标注P246) 定义:使控制截面下边缘达到零应力状态时称为消压,此 时外荷载弯矩为消压弯矩 M 0 。
pc
M0 M0 . y下 I0 Wox
M 0 pc W0 x
2、开裂弯矩
预应力混凝土结构
3、破坏阶段——极限承载力状态
预应力混凝土结构
极限状态时,受拉钢筋先屈服,后受压区混凝土压碎, 破坏时的应力状态与钢筋混凝土相似,计算方法相同。 特别注意:预应力混凝土结构的极限承载力也是以材料强 度耗尽而结束。
c)
预应力对构件的承载力有什么影响 d) e)
Mcr
M1
Mu
p< fpk c = ftk
1、施工阶段
预加应力和运输安装二个受力阶段。 1)预加应力阶段 后张法构件工艺: 预加应力阶段
预应力混凝土结构
钢筋骨架制作 预埋管道
浇注 混凝土
抽拔管道 穿索
张拉
封端 存梁
运输安装阶段
吊梁 就位
回顾后张法工艺流程图
预应力混凝土结构
钢筋骨架制作与预埋管道
预应力混凝土结构
浇注混凝土
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构
设计计算内容:
预加力(张拉力)的控制; 混凝土上、下缘的应力满足《规范》要求; 端部锚固区局部承受能力满足要求,不能出 现裂缝。 计算的特点: 计算方法:采用材料力学的方法 荷载:有效预应力最大,荷载最小,仅有自 重作用。 混凝土的强度相对较低,没有完全达到设计 强度。 压浆前,采用净截面几何特性
1、斜截面抗剪承载力计算
预应力混凝土结构
《公路桥规》采用的斜截面抗剪承载力计算公式:
0Vd Vc Vsv Vsb Vcs Vpb
Vcs 1 23 0.45 103 bh0 (2 0.6 p) fcu ,k sv f sv
Vpb 0.7510 f pd Apb sin p
预应力钢筋穿索
预应力混凝土结构
预应力钢筋张拉
预应力混凝土结构
封端存梁
预应力混凝土结构
架梁
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构
先张法工艺
预加应力阶段
在台座上 张拉力筋
钢筋骨架 制作
灌注 混凝土
放张
封端 存梁 吊梁 就位
运输安装阶段:
预应力混凝土结构
回顾先张法工艺流程图
预应力混凝土结构
预加应力阶段截面的受力有什么特点
高强钢筋可以与高强混凝土共同工作——预应力促成
高强度钢筋与混凝土的共同工作。
预应力混凝土结构
§13.2 预应力混凝土受弯构件承载力计算
一、正截面承载力计算 1、计算依据:受拉区配有预应力筋 A 、非预应力筋 As , p 受压区有预应力筋Ap 和非预应力筋 As ,破坏时受拉区 钢筋都达到屈服强度 f pd 。f sd 压区普通钢筋达到压屈强 度 f sd ,预应力筋一般不会压屈,应力为 pa 。 2、计算假定:
p< fpk
p= fpk
弯矩-挠度曲线比较(叶书P247页,记录该图)
预应力混凝土结构
M
预应力混凝土受弯构件
钢筋混凝土受弯构件
M cu
M cr
M cr ,c
开裂线
w
预应力混凝土受弯构件受力阶段的特点(记录)
受力阶段 项目
外观特征 荷载---挠度曲线 梁无裂缝 施工阶段 使用阶段
预应力混凝土结构
整体工作阶段
预应力混凝土结构
整体工作阶段末期
钢筋混凝土受弯构件的受力阶段
带裂缝工作阶段
预应力混凝土结构
带裂缝工作阶段末期
钢筋混凝土受弯构件的受力阶段
破坏阶段
预应力混凝土结构
极限承载力
预应力混凝土受弯构件的受力阶段
预应力混凝土结构
预应力混凝土
施工阶段 使用阶段 破坏阶段
钢筋混凝土
整体工作 带裂缝工作 破坏阶段
A
C
SV
ASV .C / SS
代入上式可得到最不利水平投影长度C的表达式为
0Vd f pd Apb sin p
f sv Asv sv
水平投影长度C确定后,尚应确定受压区合力作用点的位 臵O,以便确定各力臂的长度。由斜截面的受力平衡条件,可 得到
f pd Apb cos p f sd As f pd Ap fcd Ac
a) M b) M0 c) Mcr d) M1 e) Mu
p< fpk pc+G+Q c = 0
p< fpk c = ftk
p< fpk
p< fpk
p=
3)带裂缝工作 混凝土开裂退出工作,钢筋应力增加直到屈服,中性轴 上移,受压混凝土应力变大。
设计计算内容:
预应力混凝土结构
混凝土的正应力、主应力、钢筋的应力均应满 足要求; 进行构件的正截面、斜截面抗裂性验算; (全预应力、A类部分 预应力混凝土) 构件维持正常使用的变形验算。 计算的特点: 预应力损失大部分已经发生,有效预应力小; 外荷载最大,包括全部使用活载; 用换算截面几何特性; 计算方法:全预应力结构,采用材料力学方法。
ct f
' tk
cc 0.8 f
' ck
2、使用阶段(记录)
预应力混凝土结构
桥梁通车运营使用整个工作阶段——运营 阶段。它经历了消压、裂缝出现和带裂缝工作. 全预应力混凝土结构此阶段不允许出现拉 应力; A类部分预应力混凝土,允许出现拉应力, 不允许开裂; B类部分预应力混凝土,允许出现裂缝, 裂缝宽度不超过规定值。
3
预应力混凝土受弯构件抗剪承载力计算,所需满足的公 式上、下限值与普通钢筋混凝土受弯构件相同。
2)斜截面抗弯承载力计算(P252页)
预应力混凝土结构
以受压区混凝土合力作用点o(转动铰)为中心取 矩,由 M0 0 得到矩形、T形和I形截面的受弯构件
斜截面抗弯承载力计算公式为 :
0 M d f sd As Zs f pd Ap Z p f pd Apb Z pb f sv Asv Zsv
b) “消压”后,混凝土出现拉应力,随即开裂 c) d) M0 Mcr M1
e) Mu
p< fpk
+G +Q
p< fpk c = 0 c = ftk
p< fpk
p< fpk
c
Mcr M0 Mcr,c
Mcr,c ( pc ftk )W0x
=2S0 / W0 x
3、破坏弯矩
a
h0 h
x
预应力混凝土结构
4、适用条件:(P250页)
受压区高度x应满足《公路桥规》的规定:
x b h0
当受压区预应力钢筋受压时,应满足:
x 2a '
当受压区预应力钢筋受拉时,应满足:
x 2as'
预应力混凝土结构
A 1)截面设计:预应力钢筋的设计先按 As As p 0 ,
破坏阶段
出现裂缝,带裂缝工作
拉区开裂
直线
混凝土应力(拉、压) 几乎全截面受压 梁的上缘可能有拉 应力 有效预应力较大
出现转折点
下缘由压应力-拉应力开裂,上缘压应力逐渐 变大
接近水平线
下缘开裂退出工作, 上缘混凝土压碎
预应力钢筋应力
拉应力增加
受拉屈服
ห้องสมุดไป่ตู้
与设计计算的联系
施工阶段应力控制 的依据
正常使用计算 的依据
上,按不同倾斜角度试算确定。最不利的斜截面水
平投影长度按下列公式试算确定:(P253页)
0Vd f pd Apb sin p fsv Asv
0Vd为斜截面受压端正截面 内相应弯矩组合设计值
预应力混凝土结构
假设最不利斜截面与水平方向的夹角为α,水平投影长度 为C,则斜截面上箍筋截面积为
2) 运输安装阶段
预应力混凝土结构
与预加应力阶段的差别:受力模式不同,增大拉应力。 在预加应力阶段梁体上缘可能产生拉应力; 吊梁时产生负弯矩,增加上缘的拉应力;
起吊放梁的冲击作用,加大了拉应力效应。
预应力混凝土结构
《公路桥规》计入1.2或0.85的动力系数,验算构 件支点或吊点截面混凝土的拉应力。荷载效应有利时 计0.85的动力系数,不利时计1.2的动力系数。 建筑《混凝土结构设计规范》6.1.11条:预应力 混凝土结构构件的施工阶段,除了进行承载力极限状 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,其截面边缘混凝土的 法向应力尚应符合下列规定:
as
fsd As
b
fsd As f pd Ap fcd bx f A ( f ) A
' sd ' s ' pd ' p0
' p
x As (h0 as ) ( f pd p 0 ) Ap (h0 ap ) 0 M d f cd bx(h0 ) f sd 2
平截面假定 不计混凝土抗拉作用 压区混凝土矩形应力图的假定
预应力混凝土结构 3、计算公式:受力图式和基本公式:(P250页)
fcd A' s ' A' fsd s ' po ( fpd ' ) A' p fcd bx
a' p a'
a's
0 Md
A' p
x
x
h
fpd Ap
Ap As
ap a
锚固区计算;
构造要求
预应力混凝土结构
构件的设计计算
分析
实验研究
提出假定
应用 设计 复核
计算公式
预应力混凝土结构
§13.1 预应力混凝土受弯构件分析
一、预应力混凝土受弯构件的受力阶段分析与特点 设问: 预应力混凝土受弯构件的受力过程是怎样的呢 与普通钢筋混凝土受弯构件的受力阶段相同吗
钢筋混凝土受弯构件的受力阶段
预应力混凝土结构
结 构 设 计 原 理
第十三章
预应力混凝土受弯构件的设计与计算
本章的主要内容
预应力混凝土结构
受力阶段的分析与各阶段控制计算内容;
正截面和斜截面承载力计算;
张拉控制应力的确定与预应力损失的估算; 短暂状况、持久状况下的应力计算与验算; 正截面和斜截面抗裂性验算; 变形计算与预拱度设臵;
预应力混凝土结构
当钢筋屈服,混凝土压碎时达到极限时,对应极限弯矩 称为破坏弯矩。
f pd Ap fcd bx
x M u f cd bx(h0 ) 2
破坏弯矩与同材料、同截面的(无预应力)钢筋混凝土构 件完全相同。
预应力混凝土结构 预应力混凝土结构的“本质”:(P239-243,理解)
预应力使混凝土在施工和使用阶段均处于弹性范围, 可按 “材料力学”方法计算——预应力的作用是把混 凝土变成弹性材料; 预应力用来抵消弯曲应力,简化计算——预应力只是 用来平衡荷载; 通过张拉高强钢筋预先给混凝土储备(高)压应力,
x
fcd Ac
O
Vc
fpd A
fsd As
fsv Asv
fpd Ap
pb
p
Zsv C
Z pb
Zp Zs
预应力混凝土结构
计算斜截面抗弯承载力时,其最不利斜截面的位 臵,需选在预应力钢筋数量变少、箍筋截面与间距 的变化处,以及构件混凝土截面腹板厚度的变化处 等进行。但其斜截面的水平投影长度C,仍需自下而
预应力混凝土结构
由此可求出混凝土截面受压区的面积 Ac 。因 Ac 是
受压高度 x 的函数,故截面型式确定后,斜截面受压 区高度 x 也就不难求得,受压区合力作用点的位臵也 随之可以确定。 预应力混凝土梁斜截面抗弯承载力的计算与普通钢 筋混凝土受弯构件一样,由于其计算比较麻烦,因此, 可以用用构造措施来加以保证。
预应力混凝土结构
1)消压阶段
偏心预加力+一期恒载G1+二期恒载G2+活荷载Q。
图13-2 消压阶段各种作用下控制截面的应力分布
消压以前的状态是预应力混凝土所特有的,消压 后与钢筋混凝土受弯构件处于同一“起点”。
预应力混凝土结构
2)裂缝出现 在使用荷载作用下截面下边缘经历了压应力—零应 力—拉应力—混凝土开裂.
此阶段横截面的应力分布有什么特点
预加应力阶段横截面上应力的特点
预应力混凝土结构

上缘(预拉区):可能是拉应力、零应力、压应力

下缘(预压区):储备很大的压应力
结论:预加应力阶段就是使混凝土储备强大的预压应力,同 时还要保证梁的质量。
G1 M G1 M G1
Np
pc G 1
Np
pc + G1
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