预应力混凝土设计讲义 PPT格式.ppt

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主要讨论预应力混凝土受弯构件的设计第十四章 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14.1 14.1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级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一、预应力混凝土的分类1、全预应力混凝土、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，s sc-s spc0对于受弯构件有对于受弯构件有MM02、有限预应力混凝土有限预应力混凝土 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，但未达到混凝土的抗折强度，达到混凝土的抗折强度，s sc-s spcg gm ftk对于受弯构件有对于受弯构件有M0M Mcr3、部分预应力混凝土部分预应力混凝土 使用荷载大于开裂荷载，即，使用荷载大于开裂荷载，即，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。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，大多按全预应力混凝土来设计。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，如有防渗漏要求的压力容器（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，以及承受高频反复荷载易产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，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制，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，混凝土反拱过大，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，以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；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，制作施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费用高。费用高。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、收缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时（如沉降、水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，有的化热等），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。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，由于局部高压应力会产生横向拉应力、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。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，细微裂缝宽度对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，裂缝还可以闭合裂缝还可以闭合，裂缝的开展是短暂的。因此，从满足结构，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，作成有限预应力或限预应力或部分预应力混凝土部分预应力混凝土，可以使设计更加合理和经济。，可以使设计更加合理和经济。采用有限预应力或部分预应力混凝土可以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、有效地有效地控制反拱控制反拱、提高延性提高延性，部分的开裂产生的刚度降低，部分的开裂产生的刚度降低，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。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MM0预应力度预应力度 1：全预应力混凝土全预应力混凝土=0：钢筋混凝土钢筋混凝土1 0：部分预应力混凝土部分预应力混凝土第十四章 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三、裂缝控制等级三、裂缝控制等级规范规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：个等级：一级：一级：严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，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：二级：一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，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构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值ftk，而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：三级：允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件，按荷载标准组合并考虑荷载长期，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。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结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制(mm)钢筋混凝土结构预应力混凝土结构环境类别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一三0.3三0.2二三0.2二三三0.2一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。第十四章 预应力混凝土构件的设计14。2截面形状与高跨比14.2 14.2 截面形状与跨高比截面形状与跨高比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、箱形和形等。第十四章 预应力混凝土构件的设计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。2截面形状与高跨比矩形截面外形简单，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，受拉区混凝土对抗弯不起作用，截面有效性差。一般适用于实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，截面材料利用较为有效，自重较小。但应注意腹板应保证一定的厚料利用较为有效，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。度，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，并可抵抗较大的扭转作用，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。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，因此跨高比可取得较大。但跨高比过大，则反拱和挠度会对预加外力比可取得较大。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，对结构的振动影响也更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土构件增大30%。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 14.3 预应力筋数量的确定0281ewlNp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)(ttpppWeNANWMssWeAWMNptp1s按正截面抗裂控制要求按正截面抗裂控制要求tlconppNA,ss预应力总损失估计值预应力总损失估计值s sl,t对对先张法先张法可取可取0.2s scon对对后张法后张法可取可取0.15s scon表 14-1 名义容许拉应力为st裂缝控制要求容许拉应力为st严格要求不出现裂缝0一般要求不出现裂缝gmftk容许裂缝宽度 0.2mm1.5gmftk容许裂缝宽度 0.3mm2.0gmftk第十四章 预应力混凝土构件的设计14.4 承载力计算 14.4 承载力计算一、正截面承载力计算一、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，应满足注意：对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件，应满足二、斜截面承载力计算二、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，增加试验表明，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，斜截面受剪承载力比钢筋混凝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。cruMM ppbpyssbypcsAfAfVVVsin8.0sin8.0第十四章 预应力混凝土构件的设计14.4 承载力计算 Vp=0.05N0当当N00.3fcA0时，取时，取N0=0.3fcA0；N0为消压轴力。为消压轴力。对于对于N0e0与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁和允出现裂缝的构件，取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，如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度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。如图所示，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。第十四章 预应力混凝土构件的设计14.4 承载力计算 预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝土受弯构件相同。土受弯构件相同。pcVVV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。当剪力设计值满足，当剪力设计值满足，第十四章 预应力混凝土构件的设计14.5 正常使用阶段验算 14.5 正常使用阶段验算一、抗裂验算一、抗裂验算1、正截面抗裂验算、正截面