青海大学 结构设计原理 (b)从受弯考虑,由于预应力钢筋弯起后,其重心线将 往上移,使偏心距变小。即预加力弯矩将变小。因此 ,应满足预应力钢筋弯起后的正截面的抗弯承载力要 求。预应力钢筋束的弯起点尚应考虑斜截面抗弯承载 力要求。即保证钢筋束弯起后斜截面上的抗弯承载力 ,不低于斜截面顶端所在的正截面抗弯承载力。 表13-4 短期荷载效应组合并考虑长期效应的挠度增长系数值表 混凝土强 度等级 C40 以下 1.60 C40 1.45 C45 1.44 C50 1.43 C55 1.41 C60 1.40 C65 1.39 C70 1.38 C75 1.36 C80 1.35 , Ms 青海大学 结构设计原理 13.4 预应力砼受弯构件的变形计算 13.6.4 预拱度的设置 e p 2 E2 M s / N PⅠ K u 同理可得到 青海大学 结构设计原理 在预加应力阶段,保证梁上缘混凝土不出现拉应力的 条件为 Ms K u e p K b M G1 / N PⅠ N pⅠ 2.预应力钢筋的布置原则 (1)钢束布置原则,应使其重心线不超出束界范 围。 (2)钢束弯起角度,应与所承受的剪力变化规律相 配合。弯起角α不宜大于20°;对于弯出梁顶锚固的钢 束,α值往往超出此值,常常在20°~30°之间。 (3)预应力钢筋的布置应符合构造要求。 如果算得的x>hf ’且x≤ξbh0的限制条件,则可得到 受拉区非预应力钢筋的截面面积为 As f cd [bx (bf b)hf ] f pd Ap fsd 13-130 பைடு நூலகம் 如果算得的x>hf ’且x>ξbh0的限制条件,则需要修改 截面尺寸,增加梁高。 青海大学 结构设计原理 (3)最小配筋率的要求 《公路桥规》规定,预应力混凝土受弯构件的最小配 筋率应满足的要求 Mu 1.0 M cr M cr ( pc f tk )W0 13-131 Mcr—受弯构件正截面开裂弯矩值;Mcr的计算式 σpc—为扣除全部预应力损失预应力钢筋和普通钢筋 合力在抗裂边缘产生的混凝土预压应力。 γ—计算参 数 2S0 / W0 青海大学 结构设计原理 四、 预应力钢筋的布置 青海大学 结构设计原理 13.8 预应力混凝土简支梁设计 1.预应力混凝土梁抗弯效率指标 Ku Kb h ρ—抗弯效率指标 Ku—混凝土截面上核心距:Ku=Wb/A Wb—构件全截面对截面下缘的弹性抵抗矩。 Kb—混凝土截面下核心距:Kb=Wu/A Wu—构件全截面对截面上缘的弹性抵抗矩。 青海大学 结构设计原理 青海大学 结构设计原理 结构设计原理 青海大学 土木工程学院 教授班级:交通2011(1、2) 青海大学 结构设计原理 13 预应力砼受弯构件的设计与计算 提纲: 13.1 预应力的计算与预应力损失的估算 13.2 预应力混凝土受弯构件承载力计算 ——正截面和斜截面承载力计算 13.3 预应力混凝土结构的受弯构件的应力计算和抗裂计 算(自学) 13.4 变形计算 13.5 端部锚固区计算 青海大学 结构设计原理 (1)按构件正截面抗裂性要求估算预应力钢筋的数量 全预应力混凝土梁满足作用短期效应组合抗裂验算 所需的有效预应力 N pe Ms W 0.85( ) 1 A ep W 13-122 Npe—使用阶段预应力钢筋永存应力的合力。 ep—预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离。 W—构件全截面对抗裂验算边缘弹性抵抗矩。 青海大学 结构设计原理 13.4 预应力砼受弯构件的变形计算 13.4.3 预应力砼受弯构件的总挠度 1.荷载短期效应组合下的总挠度 ws pe wMs 式中:wMs=wG1 wG 2 wQs 而:wQs= 11wQ1 12 wQ 2 0.7 wQ1 1.0 wQ 2 1.束 界 •根据全预应力混凝土构件要求使其上、下缘混凝土不出现拉 应力的原则,可以按照在最小外荷载(构件的一期恒载), 和最不利使用荷载(即一期恒载,二期恒载和可变荷载)作 用下的两种情况,分别确定Np •在各个截面上偏心距的极限值。由此可以绘出如图13-7所示 的两条ep的限值线E1和E2。只要Np(近似为预应力钢筋截面 的重心)的位置落在由E1和E2所围成的区域内,就能保证构 件在最小外荷载和最不利使用荷载作用下,其上、下缘混凝 土均不会出现拉应力。 n1 Ap Ap1 13-124 青海大学 结构设计原理 (2)按构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋 的数量。 第一类T形 截面 f sd As f pd Ap f cd bf x 第二类T形截面 x 0 M d f cd bf x(h0 ) 2 f cd bx f cd (bf b)hf f sd As f pd Ap
青海大学 结构设计原理 13.4 预应力砼受弯构件的变形计算 13.4.2 使用荷载下的挠度 在使用荷载作用下,预应力混凝土(包括全预应力及部 分预应力混凝土)受弯构件的挠度,可近似按结构力学的 公式进行计算。 《公路桥规》规定,对于全预应力构件及A类部分预应力 混凝土构件,取抗弯刚度为: B0 0.95Ec I 0 hf x 0 M d f cd bx(h0 ) f cd (bf b)hf (h0 ) 2 2 青海大学 结构设计原理 估算时,先假定为第一类的T形梁,如果x≤hf ’, 则受拉区非预应力钢筋的截面面积为 As f cd bf x f pd Ap fsd 13-129 青海大学 结构设计原理 青海大学 结构设计原理 把E1和E2两条曲线所围成的布置预应力钢筋时的钢筋 重心界限,称为束界。 预加力阶段,保证梁的上缘混凝土不出现拉应力的条件: ct 由此得到 N pⅠ A
N pⅠe pⅠ Wu
M GⅠ Wu 0 e pⅠ E1 K b M G1 / N PⅠ 青海大学 结构设计原理 (4)弯起钢丝束的形式,原则上宜为抛物线,若为施工方 便则又宜采用悬链线,或采用圆弧弯起并以切线伸出 梁端或梁面。后张法预应力混凝土构件的曲线形预应 力钢筋,其曲线半径应符合下列规定: a)钢丝束、钢绞线束的钢丝直径等于或小于5mm时,不宜 小于4m;钢丝直径大于5mm时,不宜小于6m; 青海大学 结构设计原理 13.5 端部锚固区计算 先张法 1.传递长度 在先张法构件中,钢筋在 lc 以后的各截面将保持有 效预应力 σy 钢筋从应力为零的端面到应力为 σy 的这一长 度lc (钢筋在lc以后的各截面将保持有效预应力σy ),称 为预应力钢筋的传递长度。 2.锚固长度 在先张法构件中,把钢筋从应力为零的端面至钢筋 应力为Ry的截面为止的这一长度lm,称之为锚固长度。 青海大学 结构设计原理 13.5 端部锚固区计算 先张法中的传递长度和锚固长度可附表 2-7 进行 查找;相应的端部锚固区计算:后张法按局部承压验 算方法参阅第10章; 先张法中端部锚固区需要采取局部加强措施。 青海大学 结构设计原理 13.8 预应力混凝土简支梁设计 一、设计计算步骤(后张法为例) 1.根据设计要求,初步选定构件截面形式及确定 截面尺寸; 青海大学 结构设计原理 A类部分预应力混凝土构件满足作用短期效应组合抗 裂验算所需的有效预应力 MS 0.7 f tk N pe W 13-123 1 ep ( ) A W 求得Npe后,再确定适当的张拉控制应力并扣除相应的 预应力损失,就可以估算出所需要的预应力钢筋的总 面积Ap N pe Ap (1 0.2) con 根据Ap可以求得钢筋的束数 2.计算控制截面最大设计内力(弯矩和剪力); 3.估算预应力钢筋数量,并进行合理布置; 4.计算主梁截面几何特性; 5.进行正截面及斜截面承载能力验算; 青海大学 结构设计原理 13.8 预应力混凝土简支梁设计 6.确定张拉控制应力,计算预应力损失及有效预应力; 7.进行施工阶段和使用阶段的应力验算; 8.进行正截面与斜截面的抗裂验算 9.主梁的变形计算; 10.进行梁端部局部承压与锚固区设计。 b)精轧螺纹钢筋的直径等于或小于25mm时,不宜小于 12m;直径大于25mm时,不宜小于15m。 (5)预应力钢筋弯起点的确定 (a)从受剪考虑,应提供一部分抵抗外荷载剪力的预剪 力。但实际上,受弯构件跨中部分的肋部混凝土已足 够承受荷载剪力,因此一般是根据经验,在跨径的三 分点到四分点之间开始弯起。 青海大学 结构设计原理 13.4 预应力砼受弯构件的变形计算 13.4.3 预应力砼受弯构件的总挠度 2.荷载短期效应组合并考虑长期效应影响的挠度值 wl , pe pe , Ms wMs , pe pe , Ms ( wG1 wG 2 wQs ) 2.预应力混凝土常用的截面形式 1)预应力混凝土空心板 青海大学 结构设计原理 2)预应力混凝土T梁 青海大学 结构设计原理 青海大学 结构设计原理 青海大学 结构设计原理 3)预应力混凝土箱梁 青海大学 结构设计原理 返回 青海大学 结构设计原理 三.截面尺寸和预应力钢筋数量的选定 1.截面尺寸 截面尺寸的选择,一般是根据已有的设计资料、经验 方法及桥梁设计中具体要求事先拟定的,然后根据有 关规范的要求进行配筋验算。 2.预应力钢筋数量的估算 估算方法: 首先根据结构正截面抗裂性确定预应力 钢筋的数量,然后再由构件承载能力极限状态要求 确定非预应力钢筋的数量。