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和计算
13.1概述
预应力混凝土结构预先施加预加力NP，使其受力过程不同于普通钢筋混凝土结构。

因此，在进行具体设计和计算之前，必须对每个应力阶段进行分析，以了解其相应的计算目的、内容和方法。

本章介绍的预应力混凝土受弯构件的设计和计算方法主要适用于全预应
力混凝土构件和a类部分预应力混凝土构件。

B类部分预应力混凝土构件的设计和计算方
法见第14章。

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，即施工阶段、使用阶段和破坏阶段。

这三个阶段又各包括若干不同的受力过程，现分
别叙述如下。

13.1.1施工阶段
预应力混凝土构件在制作、运输和安装施工中，将承受不同的荷载作用。

在这一过程中，构件在预应力作用下，全截面参与工作并处于弹性工作阶段，可采用材料力学的方法
并根据《公路桥规》的要求进行设计计算。

计算中应注意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。

施工阶段依构件受力条件不同，又可分为预加应力阶段和运输、安
装阶段等两个阶段。

1）预应力阶段
预加应力阶段系指从预加应力开始，至预加应力结束（即传力锚固）为止的受力阶段。

构件所承受的作用主要是偏心预压力（即预加应力的合力）np；对于简支梁，由于np的
偏心作用，构件将产生向上的反拱，形成以梁两端为支点的简支梁，因此梁的一期恒载
（自重荷载）g1也在施加预加力np的同时一起参加作用（图13-1）。

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图13-1预加应力阶段截面应力分布
本阶段的设计计算要求为：（1）受弯构件控制截面上、下缘混凝土的最大拉应力和
压应力不得超过《公路桥梁规范》的规定值；（2）控制预应力钢筋的最大拉应力；（3）确保锚固区混凝土的局部承载力大于实际压力并具有足够的安全性，确保梁体无水平和纵
向裂缝。

由于各种因素的影响，预应力钢筋中的预拉应力将产生部分损失，通常把扣除应力损失后的预应力筋中实际存余的预应力称为本阶段的有效预应力?pe。

2）运输和安装阶段
在运输安装阶段，混凝土梁所承受的荷载仍是预加力np和梁的一期恒载。

但由于引起预应力损失的因素相继增加，使np要比预加应力阶段小；同时梁的一期恒载作用应根据《公路桥规》的规定计入1.20或0.85的动力系数。

构件在运输中的支点或安装时的吊点位置常与正常支承点不同，故应按梁起吊时一期恒载作用下的计算图式进行验算，特别需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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13.1.2使用阶段
使用阶段是指桥梁建成、投入运营、通车的整个工作阶段。

除了梁的偏心预载NP和第一阶段恒载G1外，构件还承受桥面铺装、人行道、栏杆和其他活载Q（如车辆和人员）后增加的第二阶段恒载G2。

试验研究表明，预应力混凝土梁在服役阶段基本处于弹性工作阶段。

因此，梁截面的法向应力是偏心预载NP和上述荷载产生的应力之和（图13-2）。

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图13-2使用阶段各种作用下的截面应力分布
a）荷载作用下的梁b）预加力np作用下的应力c）一期恒载g1作用下的应力d）二期恒载g2作用下的应力e）活载作用下的应力f）各种作用所产生的应力之和
在这一阶段，所有预应力损失都将发生并相继完成。

最后，将在预应力钢筋中建立相对恒定的预拉应力（即扣除所有预应力损失后的剩余预应力）？PE，永久预应力。

显然，在施工阶段，永久预应力小于有效预应力值。

根据构件受力后的特点，该阶段可分为以下受力过程：。