14结构设计原理.ppt

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1414部分预应部分预应力砼受弯构件力砼受弯构件（PPCPPC）概概述述nn前一章讲述前一章讲述PCPC构件设计，规定施加和使用阶段不构件设计，规定施加和使用阶段不允许出现裂缝，全截面参与工作，此类结构称为允许出现裂缝，全截面参与工作，此类结构称为全预应力混凝土结构。

全预应力砼结构具有刚度全预应力混凝土结构。

全预应力砼结构具有刚度大，耐疲劳、防渗漏的优点，但也有特点：

反拱大，耐疲劳、防渗漏的优点，但也有特点：

反拱度大影响使用，预加力过大，产生裂缝度大影响使用，预加力过大，产生裂缝nn后来有人提出，预应力构件在全部使用荷载下允后来有人提出，预应力构件在全部使用荷载下允许混凝土出现拉应力，甚至出现微细裂缝的更为许混凝土出现拉应力，甚至出现微细裂缝的更为具体的部分预应力设计概念具体的部分预应力设计概念,很长时间得不到承认很长时间得不到承认（如弗烈西奈一直坚持要么预应力砼，要么钢筋（如弗烈西奈一直坚持要么预应力砼，要么钢筋混凝土，二者之间不存在其它形式）后来人们渐混凝土，二者之间不存在其它形式）后来人们渐渐认识到部分预应力砼的优点并接受。

渐认识到部分预应力砼的优点并接受。

nn1）1）经济性较节省，省钢筋、锚具经济性较节省，省钢筋、锚具nn2）2）改善结构性能改善结构性能（11）预加力小，反拱度小，锚下局部应力下降）预加力小，反拱度小，锚下局部应力下降（22）未裂前刚度大，裂后刚度降低，但卸载后，部）未裂前刚度大，裂后刚度降低，但卸载后，部分恢复，比钢筋砼优分恢复，比钢筋砼优（33）部分预应力砼配置了非预应力筋，提高了延性）部分预应力砼配置了非预应力筋，提高了延性和抗震能力和抗震能力nn后来部分预应力设计概念被广泛地接受，费烈西后来部分预应力设计概念被广泛地接受，费烈西奈说：

预应力结构在能节省大量建设资金的前提奈说：

预应力结构在能节省大量建设资金的前提下，产生适度的裂缝是可以接受的下，产生适度的裂缝是可以接受的nn我国我国19811981年提出了年提出了部分预应力砼结构设计建议部分预应力砼结构设计建议，公桥规中也对部分预应力砼构件和构造制定，公桥规中也对部分预应力砼构件和构造制定了有关规定。

了有关规定。

本章内容本章内容1.1.部分预应力砼的概念及受力特性部分预应力砼的概念及受力特性2.2.部分预应力混凝土受弯构件的计算与规定部分预应力混凝土受弯构件的计算与规定14.114.1部分预应力混凝土结构的受力特性部分预应力混凝土结构的受力特性不同预应力程度条件下的荷载不同预应力程度条件下的荷载挠度曲线（同挠度曲线（同MuMu的的PCPC、PPCPPC、RCRC梁）梁）PPCPPC的受力特性介于的受力特性介于PCPC，RCRC梁之间梁之间MM较小，同较小，同PCPC梁，梁，但反拱但反拱ffybyb小，小，MM至至BB点，外点，外MM下挠度等于反拱度，梁下挠度等于反拱度，梁挠度为零，但受拉边缘挠度为零，但受拉边缘hh00MM增至增至CC点，点，M=MM=Moo，消压弯矩，下边缘，消压弯矩，下边缘hh=0=0，后同，后同钢筋混凝土梁，钢筋混凝土梁，MM增至增至DD点混凝土边缘拉应力达到点混凝土边缘拉应力达到极限抗拉强度，随极限抗拉强度，随MM增加至增加至DD点开裂点开裂M=MM=MffMM至至EE，挠度增加很快，钢筋屈服，挠度增加很快，钢筋屈服MM至至FF，达到承载能力而破坏，达到承载能力而破坏14.214.2部分部分PCPC结构的发展与特点结构的发展与特点nn1）1）发展发展nn

（1）1939

（1）1939年，奥地利的年，奥地利的VEmpergerVEmperger就提出了引进就提出了引进少量非预应力钢筋以改善裂缝和挠度性能的部分少量非预应力钢筋以改善裂缝和挠度性能的部分预应力的概念。

而后，英国的预应力的概念。

而后，英国的PWAbelesPWAbeles又一又一步提出，在全部使用荷载下允许混凝土出现拉应步提出，在全部使用荷载下允许混凝土出现拉应力，甚至出现微细裂缝的更为具体的部分预应力力，甚至出现微细裂缝的更为具体的部分预应力设计概念。

设计概念。

nn

（2）1962

（2）1962年在意大利罗马召开的欧洲混凝土委员会年在意大利罗马召开的欧洲混凝土委员会和国际预应力混凝土协会（和国际预应力混凝土协会（CEB-FIPCEB-FIP）联合会议上，）联合会议上，首先提出了将全预应力混凝土和钢筋混凝土之间首先提出了将全预应力混凝土和钢筋混凝土之间的中间状态连贯起来的设计思想。

的中间状态连贯起来的设计思想。

nn（3）（3）中国土木工程学会于中国土木工程学会于19811981年提出了年提出了部分预应部分预应力混凝土结构设计建议力混凝土结构设计建议。

nn2）2）部分预应力混凝土结构的优点简述如下：

部分预应力混凝土结构的优点简述如下：

（1

（1）节省预应力钢筋与锚具）节省预应力钢筋与锚具（2

（2）改善结构性能）改善结构性能由于预应力的减少，构件由弹性变形和徐变变形由于预应力的减少，构件由弹性变形和徐变变形所引起的反拱度减小，锚下的混凝土的局部应力所引起的反拱度减小，锚下的混凝土的局部应力降低。

降低。

构件开裂前刚度较大，而开裂后刚度降低，但卸构件开裂前刚度较大，而开裂后刚度降低，但卸载后，刚度部分恢复，裂缝闭合能力强，故综合载后，刚度部分恢复，裂缝闭合能力强，故综合使用性能优于普通钢筋混凝土。

使用性能优于普通钢筋混凝土。

nn3）3）实现部分预应力，可行的方法主要以下三种：

实现部分预应力，可行的方法主要以下三种：

（11）全部采用高强钢筋，将其中的一部分拉到最大）全部采用高强钢筋，将其中的一部分拉到最大容许张拉应力，保留一部分作为非预应力钢筋，容许张拉应力，保留一部分作为非预应力钢筋，这样可以节省锚具和张拉工作量。

这样可以节省锚具和张拉工作量。

（22）将全部预应力钢筋都张拉到一个较低的应力水）将全部预应力钢筋都张拉到一个较低的应力水平。

平。

（33）用普通钢筋（例如热轧）用普通钢筋（例如热轧HRB335HRB335、HRB400HRB400级钢筋）级钢筋）来代替一部分预应力高强钢筋。

来代替一部分预应力高强钢筋。

对于对于BB类预应力混凝土构件，采用第三种配筋方法类预应力混凝土构件，采用第三种配筋方法（混合配筋）最多。

（混合配筋）最多。

nn4）4）非预应力钢筋的主要作用是：

非预应力钢筋的主要作用是：

（11）协助受力。

）协助受力。

（22）承受意外荷载。

）承受意外荷载。

（33）改善梁的正常使用性能和增加梁的承受能力。

）改善梁的正常使用性能和增加梁的承受能力。

14.3PPC14.3PPC受弯构件的计算受弯构件的计算nn验算内容：

正斜截面强度，施工阶段的工作应力，验算内容：

正斜截面强度，施工阶段的工作应力，变形与裂缝度（变形与裂缝度（BB类），合理确定预应力度，疲劳类），合理确定预应力度，疲劳验算等。

正、斜截面强度计算。

预应力及损失值验算等。

正、斜截面强度计算。

预应力及损失值计算，变形计算，局部承压计算，开前的应力计计算，变形计算，局部承压计算，开前的应力计算同全预应力砼。

本节主要介绍在使用荷载作用算同全预应力砼。

本节主要介绍在使用荷载作用下下BB类构件计算中的一些特殊问题类构件计算中的一些特殊问题14.3.1B类构件在使用阶段的截面类构件在使用阶段的截面正应力计算正应力计算nn允许开裂的允许开裂的BB类预应力混凝土受弯构件与全预应力类预应力混凝土受弯构件与全预应力混凝土及混凝土及AA类预应力混凝土受弯构件在使用阶段的类预应力混凝土受弯构件在使用阶段的计算不同点在于截面已开裂。

开裂截面的中性轴计算不同点在于截面已开裂。

开裂截面的中性轴位置和有效截面的几何特性，不仅取决于材料与位置和有效截面的几何特性，不仅取决于材料与截面尺寸，而且还取决于截面尺寸，而且还取决于NNcc与横向荷载的大小和与横向荷载的大小和位置，位置，AApp，AAss等的多少，计算复杂等的多少，计算复杂nn）开裂截面的弹性分析法）开裂截面的弹性分析法混凝土压应力的合力（混凝土压应力的合力（NNcc）为）为预应力钢筋与普通钢筋的拉应变可用开裂截面受预应力钢筋与普通钢筋的拉应变可用开裂截面受压区高度压区高度XX和上边缘混凝土压应变和上边缘混凝土压应变CC分别表达如分别表达如下：

下：

nn应变和分别为预应力梁在承受自重荷载应变和分别为预应力梁在承受自重荷载作用和外荷载作用之前，预应力筋中的有效拉应作用和外荷载作用之前，预应力筋中的有效拉应力和它周围混凝土的压应变。

力和它周围混凝土的压应变。

nn预应力筋和普通的拉应力的合力分别为预应力筋和普通的拉应力的合力分别为nn弹性分析法是根据内力平衡和应变协调两个条件弹性分析法是根据内力平衡和应变协调两个条件通过试算分析开裂截面的方法。

通过试算分析开裂截面的方法。

nn22）给定弯矩直接求出开裂截面应力的消压分析法）给定弯矩直接求出开裂截面应力的消压分析法nn部分预应力混凝土梁截面开裂后的应力状态，与部分预应力混凝土梁截面开裂后的应力状态，与钢筋混凝土大偏压相近，但钢筋混凝土大偏压，钢筋混凝土大偏压相近，但钢筋混凝土大偏压，受荷前截面各应力为零。

可按材力有关公式计算受荷前截面各应力为零。

可按材力有关公式计算pp和和ss。

PPCPPC构件，开裂时应力不等于零。

因构件，开裂时应力不等于零。

因NNpp作用。

作用。

nnPPCPPC构件的计算，考虑构件的计算，考虑NpNp引起的截面应力特点，以引起的截面应力特点，以计算方法上进行某些处理，将截面上由计算方法上进行某些处理，将截面上由NNpp引起的引起的应力退压成零应力状态，暂时先消除应力退压成零应力状态，暂时先消除NNpp的影响，的影响，就可以借助大偏压构件的计算方法求解就可以借助大偏压构件的计算方法求解pp和和ss。

PPCPPC构件应力状态分构件应力状态分33个阶段个阶段nn14.3.214.3.2裂缝宽度计算裂缝宽度计算nn11）裂缝宽度的计算方法）裂缝宽度的计算方法nn对使用阶段允许出现裂缝的预应力混凝土对使用阶段允许出现裂缝的预应力混凝土BB类受弯类受弯构件，构件，公路桥规公路桥规采用的最大裂缝宽度计算式采用的最大裂缝宽度计算式为为nn式中式中由作用（或荷载）短期效应组合引起的由作用（或荷载）短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋的拉力；开裂截面纵向受拉钢筋的拉力；配筋率，当配筋率，当0.020.02时，时，取取=0.02=0.02；当；当=0.06=0.06，取，取=0.06=0.06；CC11钢筋表面形状系数，对光面钢筋，钢筋表面形状系数，对光面钢筋，CC11=1.4=1.4；对带肋钢筋，对带肋钢筋，CC11=1.0=1.0；CC22作用（或荷载）长期效应影响系数作用（或荷载）长期效应影响系数,其中其中NNll和和NNss分别为按作用（或荷载）长期效应组合和短期效分别为按作用（或荷载）长期效应组合和短期效应组合计算的内力值（弯矩或轴向力）；应组合计算的内力值（弯矩或轴向力）；CC33与构件受力性质有关的系数，为钢筋混凝土与构件受力性质有关的系数，为钢筋混凝土板式受弯构件时，板式受弯构件时，CC33=1.15=1.15，其他受弯构件，其他受弯构件CC33=1.0=1.0。

nn22）裂缝宽度的限值）裂缝宽度的限值nn（11）采用精轧螺纹钢筋的预应力混凝土构件，）采用精轧螺纹钢筋的预应力混凝土构件，类和类和类环境条件下为类环境条件下为0.20mm0.20mm；类和类和类环境类环境条件下为条件下为0.15mm0.15mm。

nn（22）采用钢丝或钢绞丝的预应力混凝土构件，）采用钢丝或钢绞丝的预应力混凝土构件，类和类和类环境条件下为类环境条件下为0.10mm0.10mm；类和类和类环境类环境条件下不得进行带裂缝的条件下不得进行带裂缝的BB类构件设计。

类构件设计。

nn14.3.314.3.3