14 PC设计

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预应力混凝土受弯构件常用的截面形状有: 预应力混凝土受弯构件常用的截面形状有:
矩形、工字形、T形、箱形和Π形等。
14。2截面形状与高跨比
第十四章 预应力混凝土构件的设计
h
h/6 h/6 b/6 b/6
Ap
ep
Np
σpc
A'p Ap
b
ep
Np
σpc
14。2截面形状与高跨比
第十四章 预应力混凝土构件的设计
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
λ≥1:全预应力混凝土 :
M0 预应力度 λ = M
弯矩
λ=0:钢筋混凝土 :
1> λ >0:部分预应力混凝土 :
全预应力 M≤M0 Mu 部分预应力 M>M0
γ m f tk W0
使用弯矩 M
钢筋混凝土 M0=0
γ m f tk W0
V ≤ Vcs + V p + 0.8 f y Asb sin α s + 0.8 f py Apb sin α p
14.4 承载力计算
第十四章 预应力混凝土构件的设计
Vp =0.05N0
为消压轴力。 当N0>0.3fcA0时,取N0=0.3fcA0;N0为消压轴力。
◆对于 0e0与外弯矩同方向的情况,以及预应力混凝土连续梁 对于N 与外弯矩同方向的情况,
裂缝控制要求 严格要求不出现裂缝 一般要求不出现裂缝 容许裂缝宽度 0.2mm 容许裂缝宽度 0.3mm 容许拉应力为[σt] 0
M [σ t ] Np = W 1 ep + A W
Ap = Np
γmftk
1.5γmftk 2.0γmftk
预应力总损失估计值σl,t 对先张法可取 σcon 先张法可取0.2 可取 对后张法可取 后张法可取0.15σcon 可取
◆采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材、 采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材 节约预应力钢材、
有效地控制反拱、提高延性,部分的开裂产生的刚度降低, 有效地控制反拱、提高延性,部分的开裂产生的刚度降低, 控制反拱 也有助于结构内力的调整,以减小由于约束变形(如温差、 也有助于结构内力的调整,以减小由于约束变形(如温差、 不均匀沉降等)而产生的内力。 不均匀沉降等)而产生的内力。
14。2截面形状与高跨比
第十四章 预应力混凝土构件的设计
14.3 预应力筋数量的确定
1 wl Np = 8 e0
2
14.3 预应力筋数量的确定
第十四章 预应力混凝土构件的设计
按正截面抗裂控制要求
M W
(
Np A
+
N pep W
) = σ t ≤ [σ t ]
表 14-1 名义容许拉应力为[σt]
14.4 承载力计算
第十四章 预应力混凝土构件的设计
◆预应力混凝土斜截面承载力。 当剪力设计值满足, 当剪力设计值满足,
V ≤ Vc + V p
可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。 可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要 求也与钢筋混凝土受弯构件相同。 求也与钢筋混凝土受弯构件相同。
◆ 矩形截面外形简单,模板最省。但核心区域小,自重大,受 矩形截面外形简单,模板最省。但核心区域小,自重大,
拉区混凝土对抗弯不起作用,截面有效性差。 拉区混凝土对抗弯不起作用,截面有效性差。一般适用于实 心板和一些短跨先张预应力混凝土梁。 心板和一些短跨先张预应力混凝土梁。
◆ 工形截面核心区域大,预应力筋布置的有效范围大,截面材 工形截面核心区域大,预应力筋布置的有效范围大,
环境分类 混凝土结构的使用环境类别 环境类别 说 明 一 工业与民用建筑室内环境;无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与 土壤直接接触的环境 a 室内潮湿环境;露天环境;与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 二 b 寒冷及严寒地区的露天环境;与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 三 沿海环境;使用除冰盐的环境;海面大气区 四 海水潮汐区;浪溅区;海水下环境;水位变动区 五 受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境
挠度
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
三、裂缝控制等级 《规范》根据环境条件,对结构构件正截面的裂缝控制分为三 规范》根据环境条件, 个等级: 个等级: 一级:严格要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时, 一级:严格要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时, 构件受拉边缘不应产生拉应力。 构件受拉边缘不应产生拉应力。 二级:一般要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时, 二级:一般要求不出现裂缝的构件,按荷载标准组合计算时, 构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值f 构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值 tk,而 按荷载准永久组合计算时,构件受拉边缘不应产生拉应力。 按荷载准永久组合计算时,构件受拉边缘不应产生拉应力。 三级:允许出现裂缝的构件, 三级:允许出现裂缝的构件,按荷载标准组合并考虑荷载长期 作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。 作用影响计算时,构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制(mm) 环境 类别 一 二 三 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 0.3 0.2 三 三 0.2 三 二 — 0.2 三 一 —
◆此外全预应力混凝土构件中,由于局部高压应力会产生横 此外全预应力混凝土构件中,
向拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。 向拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。
因此,要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝, 因此,要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝, 不仅技术很难做到,而且在经济上也是不合理的。 不仅技术很难做到,而且在经济上也是不合理的。
裂缝还可以闭合,裂缝的开展是短暂的。因此, 裂缝还可以闭合,裂缝的开展是短暂的。因此,从满足结构 功能要求的角度,很多情况不必采用全预应力混凝土。 功能要求的角度,很多情况不必采用全预应力混凝土。
◆适当降低预压应力,容许混凝土出现拉应力或开裂,作成有 适当降低预压应力,容许混凝土出现拉应力或开裂,
限预应力或部分预应力混凝土,可以使设计更加合理和经济。 限预应力或部分预应力混凝土,可以使设计更加合理和经济。 部分预应力混凝土
◆ 预应力混凝土受弯构件的挠度变形控制容易满足,因此跨高 预应力混凝土受弯构件的挠度变形控制容易满足,
比可取得较大。但跨高比过大, 比可取得较大。但跨高比过大,则反拱和挠度会对预加外力 的作用位置以及温度波动比较敏感, 的作用位置以及温度波动比较敏感,对结构的振动影响也更 为显著。 为显著。一般预应力混凝土受弯构件的跨高比可比钢筋混凝 土构件增大30%。 土构件增大 。
容器(核反应堆压力容器和安全壳)、储液罐和在严重腐蚀 容器(核反应堆压力容器和安全壳)、储液罐和在严重腐蚀 )、 环境下需防止钢材锈蚀的结构, 环境下需防止钢材锈蚀的结构,以及承受高频反复荷载易产 生疲劳破坏的结构。 生疲劳破坏的结构。 但全预应力混凝土也存在着以下的缺点: ◆ 但全预应力混凝土也存在着以下的缺点: 对抗裂要求过高, ⑴ 对抗裂要求过高,导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控 而不是由承载力条件确定; 制,而不是由承载力条件确定; 反拱过大,特别是在恒载小、活荷载大的情况下, ⑵ 反拱过大,特别是在恒载小、活荷载大的情况下,混凝土 处于长期高预压应力状态,引起徐变和反拱不断增长, 处于长期高预压应力状态,引起徐变和反拱不断增长,以 致影响结构的正常使用; 致影响结构的正常使用; 从开裂到破坏的过程很短,且破坏后延性小; ⑶ 从开裂到破坏的过程很短,且破坏后延性小; 施加预应力大,对张拉设备、锚具等有较高的要求, ⑷ 施加预应力大,对张拉设备、锚具等有较高的要求,制作 费用高。 费用高。
料利用较为有效,自重较小。 料利用较为有效,自重较小。但应注意腹板应保证一定的厚 度,以使构件具有足够的受剪承载力,便于混凝土的浇筑。 以使构件具有足够的受剪承载力,便于混凝土的浇筑。
◆ 箱形截面和工形截面具有同样的截面性质,并可抵抗较大的 箱形截面和工形截面具有同样的截面性质,
扭转作用,常用于跨度较大的公路桥梁。 扭转作用,常用于跨度较大的公路桥梁。
14.4 承载力计算
M > Mcr
构件出现裂缝,但最大裂缝宽度控制在容许范围内。 构件出现裂缝,但最大裂缝宽度控制在容许范围内。
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
◆ 在预应力混凝土发展的早期,大多按全预应力混凝土来设 在预应力混凝土发展的早期, 计 抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设计计算简单 ◆。 ◆ 适用于对抗裂有很高要求的结构,如有防渗漏要求的压力 适用于对抗裂有很高要求的结构,
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
◆另一方面,近年来对裂缝控制的研究表明,细微裂缝宽度对 另一方面,近年来对裂缝控制的研究表明,
结构耐久性并无影响。 结构耐久性并无影响。
◆而且施加预应力的构件,即使出现裂缝,当活荷载移去后, 而且施加预应力的构件,即使出现裂缝,当活荷载移去后,
和允出现裂缝的构件, 和允出现裂缝的构件,取Vp =0。 。
◆对于先张法构件,如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度 对于先张法构件,
ltr范围,应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如图 范围,应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。 所示,设支座边缘截面至构件短部的距离为 所示,设支座边缘截面至构件短部的距离为la< ltr,则在支座截 面斜截面受剪承载力计算时,应取 面斜截面受剪承载力计算时,应取Vp =0.05N0。
σc-σpc≤0
对于受弯构件有M≤M0 对于受弯构件有 2、有限预应力混凝土 在使用荷载下,截面出现拉应力,但未 在使用荷载下,截面出现拉应力, 、 达到混凝土的抗折强度, 达到混凝土的抗折强度,
σc-σpc≤γm ftk
对于受弯构件有M 对于受弯构件有 0≤M ≤ Mcr 3、部分预应力混凝土 使用荷载大于开裂荷载,即, 使用荷载大于开裂荷载, 、
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
◆事实上,结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因,温度、收 事实上,结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因,温度、
缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时(如沉降、 缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时(如沉降、水 化热等),都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝, ),都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝 化热等),都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝,有的 还比较严重。 还比较严重。
第十四章 预应力混凝土构件的设计
第十四章 预应力混凝土构件的设计
主要讨论预应力混凝土受弯构件的设计
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
14.1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级 一、预应力混凝土的分类 1、全预应力混凝土 在使用荷载下,截面不出现拉应力, 、 在使用荷载下,截面不出现拉应力,
表中四、五类环境为港口工程和工业防腐设计用,详细说明及耐久性设计要求按《港 口工程技术规范 (混凝土和钢筋混凝土) JTJ228、 》 229 及 《工业建筑防腐蚀设计规范》 GBJ46 的规定进行。
14。1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
第十四章 预应力混凝土构件的设计
14.2 截面形状与跨高比
14.3 预应力筋数量的确定
σ con σ l ,t
第十四章 预应力混凝土构件的设计
14.4 承载力计算 一、正截面承载力计算 请自学。 注意:对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件, 注意:对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件,应满足
M u ≥ M cr
二、斜截面承载力计算 试验表明,由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展, 试验表明,由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展,增加 的剪压区高度和骨料咬合作用, 的剪压区高度和骨料咬合作用,斜截面受剪承载力比钢筋混凝 土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况。 土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况
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