第4章-預應力混凝土結構持久狀況和短暫狀況構件的應力計算

1、第4章 預應力混凝土結構持久狀況和短暫狀況構件的應力計算Chapter 4 Employment Capability of Prestressed Concrete Structures第4章 預應力混凝土結構持久狀況和短暫狀況構件的應力計算結構持久狀況是指橋梁建成后承受自重、車輛荷載持續(xù)很長的狀況。該狀況的預應力混凝土結構除應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計外，還應進行構件應力驗算，包括：（1）使用荷載作用階段正截面混凝土的法向壓應力；（2）受拉鋼筋的拉應力；（3）斜截面混凝土主壓應力。持久狀況構件應力驗算時，作用（或荷載）取其標準值，不計分項系數(shù)，汽車荷載應考慮沖擊系數(shù)影響。短

2、暫狀況應力計算指在制造，運輸及安裝等施工階段，由預加力、構件自重及其他施工荷載引起的正截面法向應力。構件自重和施工荷載采用標準值，當有組合時不考慮荷載組合系數(shù)。第4章 預應力混凝土結構持久狀況和短暫狀況構件的應力計算4-1 全預應力及部分預應力A類構件使用階段應力驗算4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算4-3 預應力混凝土受彎構件短暫狀況應力驗算4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算全預應力及部分預應力混凝土A類構件在使用階段，構件處于全截面參加工作的彈性工作狀態(tài)，截面應力可按材料力學公式計算。這樣，在2-1抗裂性驗算中給出的正截面法向應力和斜截面主拉應力計算公

3、式，原則上都可推廣用于全預應力及部分預應力混凝土A類構件在使用階段的應力驗算。在預應力損失取值、構件截面幾何性質的采用上兩者完全相同，只是在荷載效應組合有所不同?？沽研则炈闶怯嬎愫奢d短期效應組合（汽車不計沖擊系數(shù)）作用下的截面應力；應力驗算是計算荷載效應標準值（汽車考慮沖擊系數(shù)）作用下的截面應力。4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算（一）混凝土受壓邊緣的法向壓應力在荷載標準效應組合Mk=MGK+ (1+) MQ1K+MQ2K作用下：先張法構件：后張法構件：按上式計算的混凝土最大壓應力，應滿足cc0.5fck。4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算（二）

4、受拉區(qū)預應力鋼筋的拉應力公式后一項為由荷載引起的鋼筋應力的增量，kct為由荷載效應標準值引起的預應力截面鋼筋重心處混凝土法向拉應力：先張法：后張法：鋼筋應力應滿足橋規(guī)規(guī)定的限制:對鋼絞線、鋼絲kp0.65 fpk ；對精軋螺紋鋼筋kp 0.8fpk4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算（三）斜截面主壓應力驗算斜截面主壓應力驗算的目的是防止構件腹板在預加力和使用階段荷載作用下被壓壞，作為斜截面抗彎承截能力的補充，過高的主壓應力也會導致截面抗裂能力的降低。選取若干最不利截面（如支點附近截面、梁肋寬度變化處截面等），計算在荷載效應標準值作用下截面的主壓應力，并控制其滿足橋規(guī)規(guī)定限

5、制條件： kcp 0.6fck。由預加力和荷載效應標準值產(chǎn)生的混凝土主壓應力和主拉應力，可按下式計算：4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算kcx為在預加力（扣除全部預應力損失后）和荷載效應標準組合Mk=MGK+MQ1K+MQ2K作用下，計算主應力點的混凝土法向應力對先張法構件對后張法構件由豎向預應力筋預加力產(chǎn)生的混凝土豎向壓應力cy：4-1 全預應力及部分預應力混凝土A類構件使用階段應力驗算混凝土剪應力k為：先張法后張法：根據(jù)計算的混凝土主拉應力ktp，按下列規(guī)定設置箍筋：在ktp 0.5ftk的區(qū)段，箍筋可按構造要求設置；在ktp 0.5ftk的區(qū)段，箍筋間距Sv：按上

6、述規(guī)定計算的箍筋用量，應與按斜截面承載能力計算的箍筋數(shù)量進行比較，取其中較多者。4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算pcpe0=pe+pccp= 0+p3全截面混凝土應力為零4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算計算特點：（1）在外力Mk為零時：鋼筋混凝土偏心受壓構件截面各點應力為零，即初始應力為零；部分預應力混凝土構件由于預加力的作用，截面上已經(jīng)存在著初始應力：預應力筋pe、pe；預應力筋重心處混凝土應力pc、pc 。（2）B類構件的開裂，是截面下緣混凝土從初始的壓應力狀態(tài)，由于外力Mk作用，壓應力減小到零，再到出現(xiàn)拉應力的過程。因此，可將其分為三種受力狀態(tài)：1）預加力

7、Np作用2）全截面消壓狀態(tài)（虛擬狀態(tài)）3）使用荷載Mk作用4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算完全消壓虛擬狀態(tài)的實現(xiàn)：在狀態(tài)2中，混凝土應力為零，只有普通鋼筋和預應力筋受力：Np0引起截面各點的應力，與各分力分別作用引起的應力是相同的。即若在Np0處施加與其大小相等方向相反的力，則截面各點應力為零4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算在預加力作用下，截面處于：預應力筋pe、pe；預應力筋重心處混凝土應力pc、pc。隨外荷載增加，截面由，中間經(jīng)過(完全消壓的虛擬狀態(tài))，這時預應力筋0=pe+pc、p0（后張法p0=pe+Epp

8、c；先張法p0=pe+l4）；混凝土的應力及應變均為0。截面由時，受壓區(qū)邊緣混凝土由0c，預應力筋增量為p3，則此時預應力筋的應變?yōu)閜= p0 + p3 。4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算通過對狀態(tài)1施加力Np0，使狀態(tài)1變?yōu)榱藸顟B(tài)2（完全消壓）。在以后的計算中，需要將該力消除，即施加與其相反的力R=Np0。因此，在第三階段的計算中，就變?yōu)镽與Mk聯(lián)合作用:eN = (Mk Np0hp0) / Np0 = Mk / Np0 - hp0這樣，承受有效預加力Np和彎矩Mk作用的PPC受彎構件就化為承受距截面受壓邊緣距離為eN的縱向壓力為Np0的RC偏壓構件。4-2 部分預應力混凝土

9、B類構件開裂后的應力驗算開裂后的部分預應力混凝土受彎構件，按鋼筋混凝土偏心構件分析方法計算時，采用以下假定：（1）截面變形符合平截面假定；（2）受壓區(qū)混凝土取三角形應力圖；（3）不考慮受拉區(qū)混凝土參加工作，拉力全部由鋼筋承擔。4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算 開裂后的部分預應力混凝土受彎構件的中性軸位置可由所有的力對偏心力R的作用點取矩的平衡條件求得式中，Mc為受壓區(qū)混凝土合力對R作用點的矩，Mc=f(cc, x)。4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算式中普通鋼筋應力s、s和預應力筋的應力增量s、 s，可按截面變形平截面假定，通過受壓邊緣混凝土應力cc來表示：4-2 部分預應力混凝土B類構件開裂后的應力驗算代入平衡方程，消去共同項cc，求解可得受壓區(qū)高度x。求得x后，可求得受壓區(qū)混凝土的合力，從而求得cc，并得到普通鋼筋應力s、s和預應力筋的應力增量s、 s。預應力鋼筋的總應力為p= p0 + pp= p0 + p4-3 預應力混凝土受彎構件短暫狀況應力驗算PC結構按短暫狀況設計時，應計算在制造、運輸及安裝等施工階段，由預加力（扣除相應的預應力損失）、構件自重及其他施工荷載引起的截面應力，并不得超過橋規(guī)的限制。預應力鋼筋張拉錨