混凝土結(jié)構(gòu)基本原理 課件 第7-9章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本原理、混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞驗(yàn)算、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本原理遼寧省大學(xué)資源共享課

混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

FundamentalsofConcreteStructures第9章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理本節(jié)習(xí)題本節(jié)例題§7.1概述§7.2張拉控制應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失§7.3后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部受壓驗(yàn)算§7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算§7.5先張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)§7.6預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求1、熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2、熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉及受彎構(gòu)件的受力過(guò)程分析、預(yù)應(yīng)力損失及其計(jì)算；2、掌握預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉及受彎構(gòu)件的各階段受力分析及設(shè)計(jì)方法；4、熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝及構(gòu)造要求。重點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力混凝土的基本知識(shí)及軸心受拉及受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：各階段預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算第7章學(xué)習(xí)目標(biāo)7.1.1預(yù)應(yīng)力混凝土(prestressedconcrete)的基本概念§7.1預(yù)應(yīng)力混凝土概述1.普通鋼筋混凝土的缺點(diǎn)：（1）在使用荷載下帶裂縫工作：影響耐久，功能！剛度！疲勞性！若不裂，加大截面面積增加自重。不開(kāi)裂

3=20～30M/

a（2）難以利用高強(qiáng)度材料。與

max對(duì)應(yīng)的

3=200N/mm2，而高強(qiáng)鋼絲可達(dá)1800N/mm2

。提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)提高構(gòu)件的抗裂性能和控制裂縫寬度的作用不大?？朔炷量估瓘?qiáng)度低的缺點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。生活中預(yù)應(yīng)力桶箍，使木板預(yù)受壓，在使用中受水的張力，受拉搬書(shū)上架–雙手對(duì)書(shū)施加預(yù)壓力，書(shū)就不會(huì)掉下來(lái)2.預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展木鋸的鋸條：鋸條工作時(shí)受壓，會(huì)發(fā)生壓屈，但鋸條的受拉性能好，擰緊拉繩使鋸條受拉，不易產(chǎn)生壓屈自行車(chē)的輻條：–輻條細(xì)，受載后受壓易壓屈；鋼圈截面較大可受壓，旋緊輻條，使輻條預(yù)先受拉，在受力時(shí)不會(huì)產(chǎn)生壓屈橡皮筋捆飯票2.預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展應(yīng)用；初期階段1886年前后，加利福尼亞舊金山工程師P.H.Jackson申請(qǐng)了在混凝土拱內(nèi)張緊鋼拉桿作樓板的專(zhuān)利1988年，德國(guó)的C.E.W.Doehring在混凝土樓板受荷前時(shí)拉力的鋼筋來(lái)加強(qiáng)混凝土的專(zhuān)利1908年，美國(guó)的C.R.Steiner提出了二次張拉的建議1925年內(nèi)布拉斯加州的R.E.Dill試用無(wú)粘結(jié)的做法法國(guó)的弗萊西奈E.Freyssinet在1928年考慮混凝土收縮和徐變產(chǎn)生的損失，提出預(yù)應(yīng)力混凝土必須采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土，這是預(yù)應(yīng)力混凝土在理論上關(guān)鍵的突破工程實(shí)用階段直到1939年，E.Freyssinet發(fā)明了短部錨固用的錐形契等，在工藝上提供了切實(shí)可行的方法，使預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)得到工程應(yīng)用的真正推廣40年代，弗萊西奈E.Freyssinet設(shè)計(jì)跨越法國(guó)馬恩河，孔徑為55m的luzancy橋，人們才接受預(yù)應(yīng)力損失可以控制和計(jì)算的見(jiàn)解迅速發(fā)展階段40年代：第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后,預(yù)應(yīng)力混凝土大規(guī)模推廣，由于西歐對(duì)工業(yè)、交通、城市建設(shè)急待恢復(fù)和重建，鋼材供應(yīng)十分緊張的情況下，原先鋼結(jié)構(gòu)的工程紛紛改為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍，也從橋梁、工廠擴(kuò)大到土木、建筑工程的各個(gè)領(lǐng)域1950年國(guó)際上成立了預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)為FIP）1960年，預(yù)應(yīng)力混凝土橋已經(jīng)成為美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)做法世界普及階段美國(guó)：大規(guī)模的預(yù)應(yīng)力混凝土的推廣，是第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，由于西歐對(duì)工業(yè)、交通、城市建設(shè)急待恢復(fù)和重建，鋼材供應(yīng)十分緊張的情況下，原先鋼結(jié)構(gòu)的工程紛紛改為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用范圍，也從橋梁、工廠擴(kuò)大到土木、建筑工程的各個(gè)領(lǐng)域日本德國(guó)比利時(shí)待續(xù)

我國(guó)預(yù)應(yīng)力的發(fā)展50、60年代：預(yù)制構(gòu)件，3-6米的樓板，吊車(chē)梁，大型屋面板，12–18米的大梁，36米以?xún)?nèi)的屋架等－提倡工業(yè)化施工70年代，北京和江、浙一帶建了不少的升板結(jié)構(gòu)，和少量的預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)80年代：由于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的推廣，多、高層大開(kāi)間的預(yù)應(yīng)力平板體系，大量地采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋梁，特種結(jié)構(gòu)等大量采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)90年代：高層房屋的樓板跨度大；采用預(yù)應(yīng)力梁減少新世紀(jì)：預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用：大跨度結(jié)構(gòu)（大跨度橋梁）；

特種結(jié)構(gòu)（防漏、防滲和壓力容器）；

對(duì)構(gòu)件的剛度和變形控制要求較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

所謂預(yù)應(yīng)力砼，就是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，而且其數(shù)值和分布有利于抵消使荷載產(chǎn)生的應(yīng)力，稱(chēng)其為預(yù)應(yīng)力混凝土。7.1.1預(yù)應(yīng)力砼的基本原理：

a.預(yù)先在受拉區(qū)施加一 對(duì)偏心壓力Np，下邊緣 產(chǎn)生壓應(yīng)力σpc

b.在外荷載作用下，下邊 緣產(chǎn)生拉應(yīng)力σc

c.截面上最后應(yīng)力狀態(tài)為 前面兩者疊加

該結(jié)構(gòu)也可認(rèn)為是人為地引入某一反向荷載，用以抵消使用荷載的一種配筋混凝土epNpspcsc1.預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省材料，減輕自重，增加跨越能力。提高構(gòu)件的抗裂性、增加截面剛度?？梢詼p小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力。結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠。預(yù)加力還可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接手段，促進(jìn)了橋梁結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展。2.預(yù)應(yīng)力混凝土的缺點(diǎn)：最主要的問(wèn)題是在使用階段如何保持有效預(yù)應(yīng)力不至于降低到最小。需要有一定的專(zhuān)門(mén)設(shè)備和配備一支技術(shù)熟練的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍。預(yù)應(yīng)力反拱度不易控制。?請(qǐng)回答！7.1.2預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)預(yù)應(yīng)力度預(yù)應(yīng)力度（λ）：由預(yù)加應(yīng)力大小確定的消壓彎矩MO與外荷載產(chǎn)生的彎矩M的比值，即λ=M0/M式中：λ—預(yù)應(yīng)力度；M0—消壓彎矩。即將控制截面邊緣由預(yù)加力產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力抵消為零時(shí)所施加的荷載彎矩；M—使用荷載（不包括預(yù)加力）作用下控制截面的彎矩。7.1.3預(yù)應(yīng)力混凝土分類(lèi)(1)全預(yù)應(yīng)力混凝土(2)有限預(yù)應(yīng)力混凝土加筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類(lèi)——截面受拉邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力——截面受拉邊緣的拉應(yīng)力不超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度值不施加預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)(3)部分預(yù)應(yīng)力混凝土相當(dāng)于我國(guó)《規(guī)范》的一級(jí)抗裂：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫相當(dāng)于我國(guó)《規(guī)范》的二級(jí)抗裂：一般要求不出現(xiàn)裂縫——允許截面受拉邊緣產(chǎn)生大于其強(qiáng)度的拉應(yīng)力相當(dāng)于我國(guó)《規(guī)范》的三級(jí)抗裂：允許出現(xiàn)裂縫，但需限制最大裂縫寬度(4)普通鋼筋混凝土一、混凝土——《規(guī)范》要求采用高強(qiáng)混凝土，一般預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土不低于C30，當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲時(shí)不低于C40?！锟梢允┘虞^大的預(yù)壓應(yīng)力，提高預(yù)應(yīng)力效率；★有利于減小構(gòu)件截面尺寸，以適用大跨度的要求；★具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預(yù)壓時(shí)的彈性回縮；★徐變較小，有利于減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；★與鋼筋有較大粘結(jié)強(qiáng)度，減少先張法預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度；★有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；★強(qiáng)度早期發(fā)展較快，可較早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工速度，提高臺(tái)座、模具、夾具的周轉(zhuǎn)率，降低間接費(fèi)用7.1.4預(yù)應(yīng)力混凝土材料（2）預(yù)應(yīng)力鋼材的種類(lèi)：二、鋼材（1）對(duì)鋼材的要求：

（1）高強(qiáng)度（fptk可達(dá)1860Mpa） （2）塑性好 （3）低松弛（應(yīng)力松弛：長(zhǎng)度保持不變而應(yīng)力隨時(shí)間降低的現(xiàn)象） （4）耐腐蝕（應(yīng)力腐蝕：高應(yīng)力鋼絲腐蝕速度增快） （5）與混凝土之間有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度（先張法） （6）良好的加工性能（后張法，鐓頭錨）

（1）冷拉熱軋鋼筋等其他鋼材 （2）消除應(yīng)力鋼絲 （3）鋼絞線 （4）熱處理鋼筋◆

預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度越高越好?！?/p>

而且在預(yù)應(yīng)力混凝土制作和使用過(guò)程中，由于種種原因，預(yù)應(yīng)力筋中預(yù)先施加的張拉應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生損失，因此，為使得扣除應(yīng)力損失后仍具有較高的張拉應(yīng)力，也必須使用高強(qiáng)鋼筋（絲）作預(yù)應(yīng)力筋。◆

為避免在超載情況下發(fā)生脆性破斷，預(yù)應(yīng)力筋還必須具有一定的塑性。同時(shí)還要求具有良好的加工性能，以滿足對(duì)鋼筋焊接、鐓粗的加工要求?！?/p>

對(duì)鋼絲類(lèi)預(yù)應(yīng)力筋，還要求具有低松弛性和與混凝土良好的粘結(jié)性能，通常采用‘刻痕’或‘壓波’方法來(lái)提高與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度。（3）預(yù)應(yīng)力鋼筋1）冷拉低合金鋼筋◆通常將Ⅳ級(jí)熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后作為預(yù)應(yīng)力筋，抗拉強(qiáng)度可達(dá)580MPa?！魹榻鉀Q粗直徑鋼筋的連接問(wèn)題，鋼筋表面軋制成不帶縱向肋的精制螺紋，可用套筒直接連接。◆但隨著近年來(lái)高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的大量生產(chǎn)，這種預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)用已很少。2）中高強(qiáng)鋼絲中高強(qiáng)鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤(pán)條，經(jīng)過(guò)幾次冷拔后得到。中強(qiáng)鋼絲的為800~1000MPa，高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為1470~1860MPa。鋼絲直徑為3~9mm。為增加與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度，鋼絲表面可采用‘刻痕’或‘壓波’，也可制成螺旋肋?？毯垆摻z螺旋肋鋼絲消除應(yīng)力鋼絲：鋼絲經(jīng)冷拔后，存在有較大的內(nèi)應(yīng)力，一般都需要采用低溫回火處理來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力。消除應(yīng)力鋼絲的比例極限、條件屈服強(qiáng)度和彈性模量均比消除應(yīng)力前有所提高，塑性也有所改善。3）鋼絞線

鋼絞線是用2、3、7股高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成的一種高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋，其中以7股鋼絞線應(yīng)用最多。7股鋼絞線的公稱(chēng)直徑為9.5~15.2mm，通常用于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，強(qiáng)度可高達(dá)1860MPa。2股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構(gòu)件，以提高與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束4）熱處理鋼筋

用熱軋中碳低合金鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后制成的高強(qiáng)度鋼筋，直徑為6~10mm，抗拉強(qiáng)度為1470MPa。除冷拉低合金鋼筋外，其余預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均無(wú)明顯屈服點(diǎn)，采用殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的條件屈服點(diǎn)作為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)。返回按照張拉鋼筋與澆搗混凝土的先后次序分為：

先張法（pretensioningmethod）：張拉鋼筋支模、澆砼砼達(dá)到一定強(qiáng)度剪絲產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力7.2.1預(yù)應(yīng)力的施加方法先張法是靠粘結(jié)力來(lái)傳遞并保持預(yù)加應(yīng)力的。順序：7.2預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工藝

后張法（post-tensioningmethod）：澆砼，預(yù)留孔道達(dá)到強(qiáng)度，穿筋張拉鋼筋，錨固孔道灌漿錨環(huán)契塊后張法是靠工作錨具來(lái)傳遞并保持預(yù)加應(yīng)力的。錨具千斤頂波紋管施工順序：

后張法動(dòng)畫(huà)(1)錨、夾具構(gòu)件制作完后，能取下重復(fù)使用–––夾具用于永久固定鋼筋、作為構(gòu)件的一部分–––錨具不同種類(lèi)的錨具，有不同的固定原理。同時(shí)固定預(yù)應(yīng)力筋不同。錨具不同則回縮量不同，尺寸外形對(duì)構(gòu)件的影響不同。其作用為固定力筋。7.2.2錨具與張拉設(shè)備1）對(duì)錨、夾具的要求：A.安全可靠，其本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度。B.應(yīng)使預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨具內(nèi)盡可能不產(chǎn)生滑移，以減少預(yù)應(yīng)力損失。C.構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于機(jī)械加工制作。D.使用方便，省材料、價(jià)格低。2)錨具的形式：錨具的型式繁多，按其傳力錨固受力原理，可分為三類(lèi)：依靠摩擦力錨固的錨具。依靠承壓錨固的錨具。依靠粘結(jié)力錨固的錨具。如楔形錨、錐形錨和用于錨固鋼絞線的JM錨與夾片式群錨等。如墩頭錨、鋼筋螺紋錨等。如先張法的筋束錨固，以及后張法固定端的鋼絞線壓花錨具等。其它設(shè)備：2.預(yù)加應(yīng)力的其它設(shè)備千斤頂制孔器抽拔橡膠管螺旋金屬波紋管穿索機(jī)壓漿機(jī)張拉臺(tái)座（先張法）

卷?yè)P(yáng)機(jī)千斤頂3、錨具和夾具

10.4預(yù)應(yīng)力混凝土的材料及錨夾具夾片式錨具第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本原理PrestressedConcreteStructure沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)多媒體輔助教學(xué)課程

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

DesignPrincipleforConcreteStructure1.定義：7.3.1張拉控制應(yīng)力

其值為張拉設(shè)備（如千斤頂油壓表）所指示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋面積得到的應(yīng)力值。

張拉控制應(yīng)力(controlstressbyspreadout)是指預(yù)應(yīng)力鋼筋在進(jìn)行張拉時(shí)所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值。張拉控制應(yīng)力及預(yù)應(yīng)力損失§7.32.張拉控制應(yīng)力大小的確定：

考慮因素：

的確定原則：與預(yù)應(yīng)力筋的鋼種及施加預(yù)應(yīng)力的方法有關(guān)。a.

con

。產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力大，抗裂性好

con>0.4fptk0.5fpykb.

con

過(guò)高，可能引起張拉時(shí)鋼絲拉斷也只能適當(dāng)。或Pcr

與Pu過(guò)干接近c(diǎn).

與所采用的鋼筋種類(lèi)和張拉方式有關(guān)。軟鋼，硬，先張，后張?jiān)诳紤]提高施工階段的抗裂性及減少應(yīng)力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉及臺(tái)座之間的溫差損失時(shí)，可以提高0.05fptk(0.05fpyk)3.張拉控制應(yīng)力允許值鋼筋種類(lèi)張拉方法先張法后張法消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線0.75fptk0.75fptk熱處理鋼筋0.70fptk0.65fptk張拉控制應(yīng)力值上限當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，上表中的限值可提高0.05fptk:（1）要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼筋（2）要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力鋼筋與張拉臺(tái)座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失張拉控制應(yīng)力下限：σcon≥0.4fptk引起預(yù)應(yīng)力損失的原因有六大類(lèi)。先分別找出這些損失出現(xiàn)的原因，再根據(jù)先張法和后張法的施工特點(diǎn)，了解不同預(yù)應(yīng)力損失的組合。

con–

l=

P–––有效預(yù)應(yīng)力。1.定義

預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工及使用過(guò)程中，由于張拉工藝和材料特性等原因是在不斷降低的，這種預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力的降低，稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力損失（thecostofprestressingforce)。7.3.2預(yù)應(yīng)力損失2.預(yù)應(yīng)力損失種類(lèi)瞬時(shí)損失長(zhǎng)期損失預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失溫差損失混凝土彈壓損失鋼筋松弛損失混凝土收縮、徐變損失

對(duì)于不同種類(lèi)的錨具、不同施工方法，可能還存在其他預(yù)應(yīng)力損失。如：錨圈口摩阻損失等，應(yīng)根據(jù)具體情況逐項(xiàng)考慮其影響。?請(qǐng)回答！a–––回縮量l–––張拉端～錨固端距離（1）張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失

l1：按下式計(jì)算：式中：Es–––預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量減小措施l1：小變形夾具，減少墊板，增加臺(tái)座長(zhǎng)度。后張法：x–––從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度(m)可用投影長(zhǎng)度。

–––從張拉端至計(jì)算截面曲線孔道長(zhǎng)度的夾角(rad)。當(dāng)

+kx0.2時(shí)，

l2=

con(kx+

)（2）預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失

l2：措施l2：減小摩擦，兩端張拉，超張拉。加熱養(yǎng)護(hù)：此時(shí)砼未結(jié)硬。筋自由伸長(zhǎng)，而臺(tái)座不動(dòng)。松了–––產(chǎn)生溫差損失小鋼模生產(chǎn)的構(gòu)件無(wú)此項(xiàng)損失。（3）受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失

l3：措施l3：采用二次升溫養(yǎng)護(hù)：

t020使砼達(dá)到一定強(qiáng)度，再升溫；鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。（1）應(yīng)力松弛現(xiàn)象：指鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)下，由于鋼筋的塑性變形而使應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而降低的現(xiàn)象。（2）應(yīng)力松弛：長(zhǎng)度不變，應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低。應(yīng)力松弛的特點(diǎn)與鋼種有關(guān)。軟鋼小而硬鋼大，與時(shí)間有關(guān)，先快后慢。一天完成80%，一小時(shí)為50%。（4）預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的損失

l4：措施l4：超張拉，減少

l4，讓

l4先部分完成。（3）利用超引拉工序可以減少

l4超張拉工序：對(duì)鋼筋

從01.05

con(持荷2min)

con對(duì)鋼絲

從01.05

con(持荷2min)0

con超張拉的持荷2min，已將部分的松弛完成，所以可達(dá)到減少

l4的目的。鋼種一次張拉超張拉冷拉熱軌鋼筋.熱處理鋼筋0.05

con碳素鋼絲.鋼鉸線冷拔低碳鋼筋0.035

con

=1.0

=0.90.085

con0.065

con當(dāng)con0.5l4=0

應(yīng)力不高，其徐變不明顯。（4）

l4的計(jì)算

收縮、徐變將引起構(gòu)件縮短，鋼筋回縮，引起

l3，砼徐變f'cn此時(shí)預(yù)應(yīng)力的大小，縱筋含鋼率等：先張法：（5）砼收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失

l5：后張法：

、

'–––受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的含鋼率。

pc、

'pc–––產(chǎn)生第一批預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)應(yīng)力損失后，受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力點(diǎn)處砼的法向壓應(yīng)力

l5還可考慮環(huán)境和時(shí)間因素的影響干燥('l5)

l5(1.02～1.03)高溫('l5)

l50.5)時(shí)間影響：

l5('l5)

j–––預(yù)加應(yīng)力至承受外荷的天數(shù)(j120天)措施l5：控制

pc(完成第一批損失后的砼預(yù)應(yīng)力)，

'pc

0.5f'c，f'c不太小，減小收縮徐變的一些措施。后張法中，用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件：電桿、水池、壓力管道等。直接在混凝土上進(jìn)行張拉。這時(shí)筋對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生外壁的徑向壓力，使砼局部擠壓，鋼筋松馳，引起

l6d>3m，

l6=0d

3m，取

l6=30N/mm2

（6）混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失

l6

：

先張法構(gòu)件：砼預(yù)壓前

lI=

l1+

l2+

l3砼預(yù)壓后

lII=

l5

后張法構(gòu)件：砼預(yù)壓前

lI=

l1+

l2砼預(yù)壓后

lII=

l4+

l5+

l6總損失：

l

=

li

+

lII先張法：

l4

110N/mm2后張法：

l4

80N/mm27.3.3預(yù)應(yīng)力損失的組合當(dāng)先張法計(jì)算得到的預(yù)應(yīng)力損失小于110mpa時(shí)，取110mpa；當(dāng)后張法計(jì)算得到的預(yù)應(yīng)力損失小于80mpa時(shí)，取80mpa。通常情況，先張法的預(yù)應(yīng)力損失大于后張法的預(yù)應(yīng)力損失。

預(yù)應(yīng)力損失組合：先張法后張法

先張法：

l4

110N/mm2后張法：

l4

80N/mm2

混凝土預(yù)壓前損失（第一批損失)

混凝土預(yù)壓后損失（第二批損失)

預(yù)應(yīng)力總損失針對(duì)引起不同預(yù)應(yīng)力損失的原因，尋找措施

l1：小變形夾具，減少墊板，增加臺(tái)座長(zhǎng)度。

l2：減小摩擦，兩端張拉，超張拉。

l3：采用二次升溫養(yǎng)護(hù)：

t020使砼達(dá)到一定強(qiáng)度，再升溫；鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。

l4：超張拉，減少

l4，讓

l4先部分完成。

l5：控制

pc(完成第一批損失后的砼預(yù)應(yīng)力)，

'pc

0.5f'c，f'c不太小，減小收縮徐變的一些措施。7.3.4減小預(yù)應(yīng)力損失的措施：【拓展訓(xùn)練1】試說(shuō)明下圖中的預(yù)應(yīng)力原理。

返回§7.3后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部受壓驗(yàn)算：7.3.1端部受壓截面尺寸驗(yàn)算：

為了滿足構(gòu)件端部局部受壓區(qū)的抗裂要求，防止該區(qū)段混凝土由于施加預(yù)應(yīng)力而出現(xiàn)沿構(gòu)件方向的裂縫，對(duì)配置間接鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其局部受壓區(qū)的截面尺寸應(yīng)符合下列要求：式中：—混凝土局部受壓凈面積；—混凝土局部受壓承載力的提高系數(shù)；—張拉時(shí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。7.3.2局部受壓承載力計(jì)算：式中：-配置間接鋼筋范圍以?xún)?nèi)混凝土核心面積；-配置間接鋼筋的局部受壓承載力提高系數(shù)；—間接鋼筋的體積配筋率。

錨固區(qū)段配置間接鋼筋（焊接鋼筋網(wǎng)或螺旋式鋼筋）可以有效地提高錨固區(qū)段的局部受壓強(qiáng)度，防止局部受壓破壞。當(dāng)配置方格網(wǎng)式或螺旋式間接鋼筋，且其核芯面積時(shí)，局部受壓承載力應(yīng)按下式計(jì)算：返回第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本原理PrestressedConcreteStructure沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)多媒體輔助教學(xué)課程

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

DesignPrincipleforConcreteStructure§7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算7.4.1軸心受拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析1.先張法構(gòu)件：（1）施工階段：a）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋：此時(shí)：預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為，混凝土應(yīng)力為0，非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為0。b）完成第一批損失（混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之前)：此時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力：混凝土應(yīng)力：c）放張預(yù)應(yīng)力鋼筋：預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力：非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力：根據(jù)截面內(nèi)力平衡條件：式中：A0=Ac+

E·As+

E·Ap－換算截面面積。扣除孔道，鋼筋等后的截面面積的砼截面面積。d）完成第二批損失（混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之后)：非預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力：預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力：砼的有效預(yù)壓應(yīng)力，用于抗裂性驗(yàn)算

pcI、

pcII

可分別將Np=(

con–

2)Ap看作外力除以構(gòu)件的核算截面面積。

《規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)S大于0.4AP時(shí)，應(yīng)考慮非預(yù)應(yīng)力筋由于混凝土收縮和徐變引起的內(nèi)力影響：

sII=

E

pcII+

l5非預(yù)應(yīng)力鋼筋由于混凝土收縮和徐變引起的應(yīng)力。式中：使用階段受力過(guò)程的三個(gè)特征點(diǎn)：N

N0(

c=0)Ncr(

c=ftk)Nu(fpy)（2）使用階段：N0N00NcrNcrftkNuNua)加荷至混凝土應(yīng)力為零：

c=0

s=l5

p=p0=con–l

N0=

p0Ap–

sAs=(

con–

l)Ap–

l5As=

pcII·A0

式中Np0–––消壓軸力，抵消截面上混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力所需的軸向力。b)加載至構(gòu)件截面即將開(kāi)裂：

c=ftk

s=

Eftk–

l5

p=

con–

l+

Eftk

截面平衡：Ncr=ftk·Ac+

sAs+

pAp式中Ncr–––預(yù)應(yīng)力軸拉構(gòu)件即將開(kāi)裂所能承受的軸向力。Ncr=(ftk+

pcII)A0

(預(yù)應(yīng)力存在可以提高抗裂性)c)加載至構(gòu)件破壞：

c=0

s=fy

p=fpy

所以：Nu=fpy·Ac+fy·As

(應(yīng)力的存在不能提高正截面承截力)Nu–––極限承截力。a)澆注混凝土，養(yǎng)護(hù)直至鋼筋張拉前，認(rèn)為截面中不產(chǎn)生任何應(yīng)力。

c=pcI

s=E

pcI

pe=con–l2

2.后張法構(gòu)件：（1）施工階段：b)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋；根據(jù)截面平衡：

peAp=

c·Ac+

s·

As式中：

Ac–––扣除非預(yù)應(yīng)力鋼筋所占的混凝土截面面積以及預(yù)留孔道的面積。c)完成第一批損失（混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之前）：

c=

pcI

sI=

E

pcI

peI=con–l1–l2=lI

截面平衡：

peIAp=

cAc+

sI·

Asd)完成第二批損失（混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力之后）：

c=pcII

sII=E

pcII

p=con–l截面平衡：

pAp=

cAc+

sII·

Asa)消壓(加載到混凝土應(yīng)力為零)

c=0

s=

E

pcII+

l5–

E

pcII=

l5(壓)

p=

con–

l

+

E

pcII截面平衡：N0=

pAp–As

s=

pcII·A0（2）使用階段：N0N00b)加載至裂縫即將出現(xiàn)

c=ftk

s=

Eftk–

l5(拉)

p=

con–

l+

E

pcII+

Eftk截面平衡：Ncr=

pAp+As

s+Ac·ftk=(

pcII+ftk)A0NcrNcrftkc)加載至破壞：

c=0

s=fy

p=fpyNu=fpy·Ap+fy·As作業(yè)：比較先、后張法各階段的應(yīng)力狀態(tài)及公式的表達(dá)。NuNu1.正截面承載力：r0N

Nu=fyAs+fpy·Apr0–––結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；N

–––軸力設(shè)計(jì)值式中，主要用來(lái)求Ap和As，一般按構(gòu)造設(shè)As求Ap。7.4.2軸心受拉構(gòu)件使用階段的計(jì)算2.裂縫控制驗(yàn)算：裂縫控制等級(jí)分為三級(jí)。(1)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件(一級(jí))

sc–

pcII0

sc–––按荷載短期效應(yīng)值合求得的砼的法向應(yīng)力

pcII–––扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后的砼預(yù)壓應(yīng)力即：在荷載短期效應(yīng)組合下，不出現(xiàn)拉應(yīng)力。(2)一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件(二級(jí))短期效應(yīng)組合：

sc–

pc

ctrftk式中

ct–––砼拉應(yīng)力控制系數(shù)。例：碳素鋼絲，

ct=0.3r

–––受拉區(qū)砼塑性影響系數(shù)。軸拉構(gòu)件取1.0即：在荷載短期效應(yīng)組合下，允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但一定有限值；在荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合下，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。長(zhǎng)期效應(yīng)組合：

lc–

pc0

lc–––荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合下的砼法向應(yīng)力。Nl/A。(3)允許開(kāi)裂，但限制裂縫密度(三級(jí))Wmax[Wmas]

cr軸拉

cr=2.7受彎、偏壓

cr=2.1偏拉

cr=2.4先張法：放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)構(gòu)件承載力驗(yàn)算。后張法：張拉鋼筋時(shí)構(gòu)件承載力驗(yàn)算，端部錨固區(qū)局壓驗(yàn)算。7.4.3軸心受拉構(gòu)件施工階段的驗(yàn)算（1）張拉（或放張）預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，構(gòu)件的承載力驗(yàn)算：混凝土的預(yù)壓應(yīng)力應(yīng)符合下列條件：式中：fc'–––放松(張拉)預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)砼立方體抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，直線內(nèi)插。例：C3075％22.5在20.25中插

cc–––放松(張拉)鋼筋時(shí)砼的預(yù)應(yīng)壓力在施工階段：fcn'

0.75砼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。a.防止局壓傳遞段劈裂(抗裂)–––局部受壓區(qū)的截面尺寸要求。Fl

1.5fcAln式中：Fl

–––

局部受壓面上作用的局部壓力設(shè)計(jì)值Fl

=1.2

conApAln

–––

局部受壓凈面積，從錨具邊45°成拉墊板擴(kuò)散至構(gòu)件表面減去孔道，凹槽部分。（2）構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部承壓驗(yàn)算：

–––

砼局壓強(qiáng)度提高素?cái)?shù)，“套箍”作用Al

–––

局壓面積Ab

–––

局壓時(shí)計(jì)算底面積，按同心、對(duì)稱(chēng)原則確定b.局部受壓承載力計(jì)算：為防止構(gòu)件端部的局壓破壞，配方格網(wǎng)式或螺旋式間接鋼筋。Fl

(fc+2ρv

corfy)Aln式中

ρv

–––

體積配筋率【拓展訓(xùn)練】試用預(yù)應(yīng)力原理和分析方法分析下圖中木工鋸工作時(shí)的受力。

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混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

DesignPrincipleforConcreteStructure§7.5先張法預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在使用階段截面不產(chǎn)生拉應(yīng)力或不開(kāi)裂，從而把原有的脆性材料性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥圆牧稀?/p>

在計(jì)算時(shí)，均可把全部預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力視為作用在換算截面上的外力，將混凝土作為理想彈性體按材料力學(xué)公式確定其應(yīng)力。7.5.1受彎構(gòu)件的應(yīng)力分析1.施工階段（1）先張法構(gòu)件換算截面重心軸在Npo作用下截面任意點(diǎn)的混凝土法向應(yīng)力為：相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力分別為：1）完成第一批損失時(shí)（混凝土受預(yù)壓應(yīng)力之前）：式中

NpoI

–––

已出現(xiàn)第一批預(yù)應(yīng)力損失NpoI

=(

con–

lI)Ap+('con–'lI)A'p在預(yù)應(yīng)力鋼筋合力處砼受到的法向壓應(yīng)力：法向壓應(yīng)力引導(dǎo)砼壓縮，同時(shí)預(yù)應(yīng)力筋受壓為

E

pcI，所以：

peI

=

con–

lI–

E

pcI(yp)'peI

='con–'lI–

E'pcI(y'p)2)完成第二批損失時(shí)（混凝土受預(yù)壓應(yīng)力之后）：NpoII

–––

完成全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。NpoII

=(

con–

l)Ap+('con–'l)A'p–σl5As-‘l5

A‘S同理：預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力：

pe

=

con–

l

–

E

pcII(yp)'pe

='con–'l

–

E'pcII(y'p)（2）后張法構(gòu)件凈截面重心軸在Np作用下截面任意點(diǎn)的混凝土法向應(yīng)力為：相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力分別為：1）完成第一批損失時(shí)（混凝土受預(yù)壓應(yīng)力之前）：式中

NpI

–––

已出現(xiàn)第一批預(yù)應(yīng)力損失NpI

=(

con–

l)Ap+('con–'l)A'p在預(yù)應(yīng)力鋼筋合力處砼受到的法向壓應(yīng)力：法向壓應(yīng)力引導(dǎo)砼壓縮，同時(shí)預(yù)應(yīng)力筋受壓為

e

pcI，所以：

peI

=

con–

lI–

E

pcI(yp)'peI

='con–'lI–

E'pcI(y'p)2)完成第二批損失時(shí)（混凝土受預(yù)壓應(yīng)力之后）：NpII

–––

完成全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。NpII

=(

con–

l)Ap+('con–'l)A'p–σl5As-‘l5

A‘S同理：預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力：

pe

=

con–

l

–

E

pcII(yp)'pe

='con–'l

–

E'pcII(y'p)

p(y0)=

con–

l

–

E

pcII(yp)+

E

pcII(y0)=

con–

l2.使用階段1）加荷至受拉邊緣混凝土預(yù)壓應(yīng)力為零

加載至受彎構(gòu)件截面下邊緣應(yīng)力為零時(shí)，當(dāng)外荷載作用的彎矩使截面下邊緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力正好為

pcII(y0)–––消壓狀態(tài)，相應(yīng)的彎矩稱(chēng)為消壓彎矩。由材力知：

p(y'0)進(jìn)一步減少式中：W0

–––

換算截面受拉力緣的彈性抵抗矩。2）加載至受拉區(qū)砼即將開(kāi)裂時(shí)：

E'c=0.5Ec

p,cr=

con–

l

+IEftk

'p進(jìn)一步減少M(fèi)cr=M0+Mscr=(

pcII+rmftk)W0

預(yù)應(yīng)力提高了抗裂性能?？紤]塑性開(kāi)裂彎矩3）加載至構(gòu)件破壞時(shí)：

pu=fpy='con–'l

–

E'pcII–f'py+

E'pcII='con–'l

–f'py(以拉應(yīng)力的形式表達(dá))7.5.2受彎構(gòu)件使用階段正截面承載力計(jì)算1.破壞階段的截面應(yīng)力狀態(tài)

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件與普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件相似，當(dāng)ξ≤ξb時(shí)，破壞時(shí)截面上受拉區(qū)的預(yù)應(yīng)力鋼筋先到達(dá)屈服強(qiáng)度，而后受壓區(qū)混凝土被壓碎使構(gòu)件破壞。如截面上還配置位于受壓區(qū)的預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)’p和非預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)s、A’s，這些鋼筋的應(yīng)力均可按平截面假定確定。（１）界限破壞時(shí)截面相對(duì)受壓區(qū)高度ξb的計(jì)算對(duì)有屈服點(diǎn)的鋼筋(熱軋鋼筋和冷拉鋼筋)與普通鋼筋混凝土不同之處：對(duì)無(wú)屈服點(diǎn)的鋼筋(鋼絲、鋼鉸成)

p0=

con–

l

–––

受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)處砼法向應(yīng)力為零時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力。（2）求任意位置處預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力可由平截面假定得出。

設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)拉應(yīng)力為σpoi

，則對(duì)于距混凝土受壓邊緣為hoi的預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力σpei為：如配置有非預(yù)應(yīng)力鋼筋，則其應(yīng)力為：預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力σpei

應(yīng)符合下列條件：

當(dāng)σpei

為拉應(yīng)力且其值大于fpy

時(shí)，取σpei=

fpy

；當(dāng)σpei

為壓應(yīng)力且其絕對(duì)值大于（σpoi–f’py

)的絕對(duì)值時(shí)，取σpei=σpoe-

f’py

。非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力σei

應(yīng)符合下列條件：

當(dāng)σsi

為拉應(yīng)力且其值大于fy

時(shí)，取σsi=

fy

；當(dāng)σsi

為壓應(yīng)力且其絕對(duì)值大于f’y

時(shí)，取σsi=

f’y

。（3）求受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力達(dá)到破壞時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)p’中的應(yīng)力為：2.正截面受彎承載力計(jì)算

預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件在荷載作用下發(fā)生破壞時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋先達(dá)到屈服，然后受壓區(qū)混凝土達(dá)到彎曲抗壓強(qiáng)度而破壞。

如果在截面上還有非預(yù)應(yīng)力鋼筋，破壞時(shí)其應(yīng)力均能達(dá)到屈服強(qiáng)度。

而受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在施工階段是受拉，進(jìn)入使用階段后隨著外荷載的增加，其拉應(yīng)力逐漸減小，在破壞時(shí)的應(yīng)力可能仍為拉應(yīng)力，也可能變?yōu)閴簯?yīng)力。（1）矩形截面：適用條件：2'

x

bh0

由平衡條件可得：

–––

縱向受壓鋼筋(包括預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋)合力點(diǎn)至受壓區(qū)邊緣的距離，當(dāng)

pu

為拉應(yīng)力時(shí)，

用

s

代替。上式中：—受壓區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力?！軌簠^(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)、受壓區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至受壓區(qū)邊緣的距離。當(dāng)時(shí)，則正截面承載力可按下列公式計(jì)算：

當(dāng)為壓應(yīng)力時(shí)，取當(dāng)為拉應(yīng)力時(shí)，取（2）T形截面：x

hf第一類(lèi)x

>hf第二類(lèi)hfbf

判別T形截面類(lèi)型：

當(dāng)符合上述條件時(shí)，為第一類(lèi)T形截面，即x

hf

，構(gòu)件可按寬度為bf

的矩形截面計(jì)算，否則為第二類(lèi)T形截面，即x

>hf

。復(fù)核截面時(shí)：設(shè)計(jì)截面時(shí)：1）第一類(lèi)T形截面的計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度x應(yīng)滿足下列適用條件：2'

x

bh0

2）第二類(lèi)T形截面的計(jì)算混凝土受壓區(qū)高度x應(yīng)滿足下列適用條件：2'

x

bh0

利用正截面承截力計(jì)算公式，要求在已知M的條件下，確定As,A

s,Ap,A

p。當(dāng)不配A

p時(shí)，可按構(gòu)造確定As,A

s，利用基本公式求x和Ap；當(dāng)配置A

p時(shí)，可先不考慮A

p，并按構(gòu)造確定As及A

s，估算Ap，再按A

p=(0.15~0.25)Ap，再由公式計(jì)算

pn，計(jì)算Ap和A

p。裂縫控制等級(jí)：

sc–

pcII0

sc–

pcII

ctrftk

lc–

pcII07.5.3受彎構(gòu)件使用階段正截面抗裂度驗(yàn)算（1）嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件在荷載的短期效應(yīng)組合下應(yīng)符合下列要求：（2）一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件1）在荷載的短期效應(yīng)組合下應(yīng)符合下列要求：2）在荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)組合下應(yīng)符合下列要求：7.5.4受彎構(gòu)件正截面裂縫寬度驗(yàn)算

受彎構(gòu)件由于預(yù)應(yīng)力的存在，阻滯了斜裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展，增加了砼剪壓區(qū)的高度和骨料咬合力，提高了斜截面抗剪強(qiáng)度Vp。

V

Vcs+VpVp=0.05Np0式中：Np0

–––

計(jì)算截面上砼的法向預(yù)應(yīng)力為零

時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。7.5.5受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算當(dāng)Np0>0.3fcA0

取

Np0=0.3fcA0

過(guò)大的壓力可能降低抗剪強(qiáng)度當(dāng)構(gòu)件同時(shí)配有箍筋和彎筋時(shí)：V

Vcs+VP+0.8

fyAsbsin

s+0.8

fpyApbsin

p一般在公式中，Vp、Vw、Vwp均已確定，按剪力設(shè)計(jì)值求得：Np0=Ap

p0+

Ap''p0–As

ls–A's'ls主要措施是限制主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力。（1）限制主拉應(yīng)力嚴(yán)格不裂

tp0.85ftk一般不裂

pt=0.95ftk7.5.6受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算（2）限制主壓應(yīng)力

cp0.6fck

tp和

cp

均可利用材力的公式求解。

（3）斜截面抗裂度驗(yàn)算位置1）跨內(nèi)不利位置的截面

如彎矩和剪力較大的截面，或截面外形有突變的截面。2）在沿截面高度上，應(yīng)選擇換算截面重心處和截面寬度劇烈改變處

如I

形截面上、下翼緣與腹板交界處。

先張法預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋和砼之間的粘結(jié)作用傳遞的，因此需要一定的范圍才能建立，在驗(yàn)算時(shí)應(yīng)考慮傳遞長(zhǎng)度和錨固區(qū)長(zhǎng)度這些因素的影響。1）不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件2）允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，當(dāng)預(yù)拉區(qū)不配置預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)7.5.7受彎構(gòu)件施工階段的驗(yàn)算

cc、

ct是相應(yīng)施工階段計(jì)算截面邊緣纖維混凝土最大拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。例：先張法構(gòu)件：制作階段：運(yùn)輸及安裝階段：

預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件由于預(yù)應(yīng)力的作用產(chǎn)生反拱(向上的撓曲變形)，在使用荷載作用下產(chǎn)生的變形要抵消一部分反拱，所以預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的變形將較普砼構(gòu)件小一些。7.5.8受彎構(gòu)件變形驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的撓度可由這兩部分疊加而得。（1）預(yù)應(yīng)力作用產(chǎn)生的反拱：E

c=0.5Ec式中Np0

–––

完成全部預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)應(yīng)力合力大小。（2）荷載作用下的撓度計(jì)算：按最小剛度原則，按結(jié)力的方法求：Bs–––考慮Bl按荷載短期效應(yīng)組合計(jì)算并考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合的影響。（3）變形驗(yàn)算：

fl–

fpl[

fmax]

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟確定：截面尺寸，混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度及彈性模量，放張時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力，施工方法，初定預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積，外荷載引起的內(nèi)力，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值計(jì)算混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力值使用階段正截面承載力計(jì)算滿足不滿足預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟驗(yàn)算預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長(zhǎng)度范圍的承載力及抗裂度先張先張先張使用階段斜截面受剪承載力計(jì)算滿足使用階段斜截面抗裂度驗(yàn)算滿足變形驗(yàn)算滿足結(jié)束施工階段（制作、運(yùn)輸、吊裝）的驗(yàn)算滿足不滿足不滿足不滿足不滿足使用階段正截面抗裂度及裂縫寬度驗(yàn)算返回第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算PrestressedConcreteStructure沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)多媒體輔助教學(xué)課程

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

DesignPrincipleforConcreteStructure1.截面形式和尺寸對(duì)于預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件，通常采用正方形或矩形截面；對(duì)于預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件，可采用T形、I形、箱形等截面。§7.6預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求7.6.1一般規(guī)定預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件其截面高度；翼緣寬度一般可取，翼緣厚度可取，腹板可取2.預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置直線布置：曲線布置：折線布置：適用于荷載和跨度不大時(shí)，施工時(shí)用先張法和后張法均可。適用于荷載和跨度較大時(shí)，施工時(shí)一般用后張法。適用于荷載和跨度較大時(shí)，施工時(shí)一般用先張法。3.非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置配置非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的作用：

施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力。防止施工階段因混凝土收縮和溫差引起預(yù)拉區(qū)裂縫。防止構(gòu)件在制作、堆放、運(yùn)輸、吊裝時(shí)出現(xiàn)裂縫或減小裂縫寬度。非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)宜低于預(yù)應(yīng)力鋼筋。在預(yù)應(yīng)力鋼筋彎折處，應(yīng)加密箍筋或沿彎折處內(nèi)側(cè)布置非預(yù)應(yīng)力鋼筋網(wǎng)片，以加強(qiáng)在鋼筋彎折區(qū)段的混凝土。4.預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率及直徑（1）施工階段預(yù)拉區(qū)不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率：（2）施工階段預(yù)拉區(qū)允許出現(xiàn)裂縫，而在預(yù)拉區(qū)不配置預(yù)應(yīng)力鋼筋的構(gòu)件，當(dāng)算得的截面邊緣纖維混凝土拉應(yīng)力時(shí)，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率；當(dāng)，則在0.15%和0.4%之間按直線內(nèi)插。（3）預(yù)拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的直徑，對(duì)光面鋼筋不宜大于12mm，變形鋼筋不宜大于14mm，并沿構(gòu)件預(yù)拉區(qū)的外邊緣均勻布置。5.構(gòu)件端部的構(gòu)造鋼筋

如在構(gòu)件端部的預(yù)應(yīng)力鋼筋不能均勻布置而需集中布置在端部截面的下部或集中布置在上部和下部時(shí)，應(yīng)在構(gòu)件端部0.2h范圍設(shè)置豎向附加的焊接鋼筋網(wǎng)、封閉式箍筋或其他形式的構(gòu)造鋼筋。

對(duì)槽形板類(lèi)構(gòu)件，宜在構(gòu)件端部100mm范圍內(nèi)，沿構(gòu)件板面設(shè)置附加的橫向鋼筋，以防板面端部產(chǎn)生縱向裂縫。6.預(yù)應(yīng)力鋼筋的接頭

（1）軸心受拉構(gòu)件必須采用焊接接頭，受彎構(gòu)件宜優(yōu)先采用焊接接頭。Ⅵ級(jí)鋼筋必須采用閃光對(duì)焊。

（2）軸心受拉構(gòu)件的受力鋼筋不得采用非焊接的搭接接頭。

（3）直接承受中、重級(jí)工作制吊車(chē)的構(gòu)件，其縱向受拉鋼筋不得采用綁扎搭接接頭，且不得在鋼筋上焊有任何附件，也不宜采用焊接接頭。。

（4）在一個(gè)截面內(nèi)有焊接接頭的受拉鋼筋截面面積占受拉鋼筋總截面面積的百分率≤25%，此外有焊接接頭的截面之間的距離應(yīng)≥45d。7.6.2先張法構(gòu)件的構(gòu)造要求1.鋼絲（筋）間距

應(yīng)根據(jù)澆注混凝土、施加預(yù)應(yīng)力及鋼筋錨固等要求確定。

預(yù)應(yīng)力鋼筋的凈距不應(yīng)小于其直徑，且不小于25mm，預(yù)應(yīng)力鋼絲的凈距不宜小于15mm。2.鋼筋的粘結(jié)和錨固宜采用變形鋼筋、刻痕鋼絲、鋼鉸線等。3.鋼筋的保護(hù)層

為了保證鋼筋與外圍混凝土的粘結(jié)錨固，防止放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)在構(gòu)件端部沿預(yù)應(yīng)力鋼筋周?chē)霈F(xiàn)裂縫，必須有一定的混凝土保護(hù)層厚度。其取值同普通鋼筋混凝土構(gòu)件。4.端部附加鋼筋為防止放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，端部產(chǎn)生裂縫。

可在端部設(shè)置螺旋筋、鋼筋網(wǎng)或在端部加密橫向鋼筋。1.預(yù)留孔道（1）預(yù)留孔道之間的凈距不應(yīng)小于25mm；孔道至構(gòu)件邊緣的凈距不應(yīng)小于25mm，且不宜小于孔道直徑的一半。（2）孔道的直徑應(yīng)比預(yù)應(yīng)力鋼筋束外徑、鋼筋對(duì)焊接頭處外徑或需穿過(guò)孔道的錨具外徑大10mm~15mm。（3）在構(gòu)件兩端及跨中應(yīng)設(shè)置灌漿孔或排氣孔，其孔距不宜大于12m。7.6.3后張法構(gòu)件的構(gòu)造要求（4）凡制作時(shí)需要預(yù)先起拱的構(gòu)件，預(yù)留孔道宜隨構(gòu)件同時(shí)起拱。（5）孔道灌漿要求密實(shí)，水泥強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于M20，其水灰比宜為0.4~0.45；為減少收縮，宜摻入0.01%水泥漿用量的鋁粉。2.曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲率半徑（1）鋼絲束、鋼鉸線束以及鋼筋直徑d≤12mm的鋼筋束，不宜小于4m。（2）12mm<d≤25mm的鋼筋，不宜小于12m。（3）d>25mm的鋼筋，不宜小于15m。

對(duì)折線配筋的構(gòu)件，在折線預(yù)應(yīng)力鋼筋彎折處的曲率半徑可適當(dāng)減小。3.錨具

后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固應(yīng)選用可靠的錨具，其制作方法和質(zhì)量要求應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定。

構(gòu)件端部尺寸，應(yīng)考慮錨具的布置、張拉設(shè)備的尺寸和局部受壓的要求，在必要時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大。

在預(yù)應(yīng)力鋼筋錨具下及張拉設(shè)備的支承處，應(yīng)采用預(yù)埋鋼墊板及附加橫向鋼筋網(wǎng)片或螺旋式鋼筋等局部加強(qiáng)措施。4.端部混凝土的局部加強(qiáng)返回6.對(duì)采用塊體拼裝構(gòu)件的要求

采用塊體拼裝的構(gòu)件，其接縫平面應(yīng)垂直于構(gòu)件的縱向軸線。

當(dāng)接頭承受內(nèi)力時(shí)，縫隙間應(yīng)灌注不低于塊體強(qiáng)度等級(jí)的細(xì)石混凝土或水泥砂漿，并根據(jù)需要在接頭處及其附近區(qū)段內(nèi)用加大截面或增設(shè)焊接網(wǎng)等方式進(jìn)行局部加強(qiáng)，必要時(shí)可設(shè)置鋼板焊接接頭

當(dāng)接頭不承受內(nèi)力時(shí)，縫隙間應(yīng)灌注不低于C15的細(xì)石混凝土或M15的水泥砂漿混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

FundamentalsofConcreteStructure第8章混凝土受彎構(gòu)件的疲勞驗(yàn)算主講：王海軍教授

許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承受重復(fù)荷載的作用，如鋼筋混凝土吊車(chē)梁受到重復(fù)荷載的作用，道橋受到車(chē)輛振動(dòng)的影響，混凝土基礎(chǔ)受到汽錘的重復(fù)沖擊，港口海岸的混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪沖擊等。對(duì)于這類(lèi)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題。

疲勞驗(yàn)算時(shí)，荷載應(yīng)取用標(biāo)準(zhǔn)值，對(duì)吊車(chē)荷載尚應(yīng)乘以動(dòng)力系數(shù)，吊車(chē)荷載的動(dòng)力系數(shù)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50008-2012的規(guī)定取用；對(duì)跨度不大于12m的吊車(chē)梁，可取用一臺(tái)最大吊車(chē)荷載?；炷猎谥貜?fù)荷載作用下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線混凝土在荷載重復(fù)作用下引起的破壞稱(chēng)為疲勞破壞。疲勞強(qiáng)度：荷載重復(fù)作用下使應(yīng)力應(yīng)變曲線始終保持密合直線的最大應(yīng)力值；8.1混凝土和鋼筋的疲勞性能8.1.1混凝土的疲勞性能應(yīng)力大小應(yīng)力幅疲勞強(qiáng)度影響疲勞應(yīng)力比值計(jì)算公式：?請(qǐng)回答！混凝土的疲勞強(qiáng)度用疲勞試驗(yàn)測(cè)定。采用100×100×300mm或150×150×450mm的棱柱體，將試件在200萬(wàn)次或其以上的循環(huán)荷載而發(fā)生破壞的壓應(yīng)力值稱(chēng)為混凝土的疲勞抗壓強(qiáng)度，以fcf表示?；炷恋妮S心抗壓疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、軸心抗拉疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可由其相應(yīng)的靜載強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以疲勞強(qiáng)度修正系數(shù)γp確定。γp

與疲勞應(yīng)力比ρcf

有關(guān)，應(yīng)力比越大，修正系數(shù)越大。疲勞強(qiáng)度：鋼筋在周期性重復(fù)動(dòng)荷載作用下，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)后，鋼材的破壞特征將從塑性破壞變成脆性斷裂，這種破壞稱(chēng)為鋼筋的疲勞破壞。低于靜力荷載下鋼筋的極限強(qiáng)度，有時(shí)還低于屈服強(qiáng)度。鋼筋的疲勞強(qiáng)度是指在規(guī)定應(yīng)力幅內(nèi)，經(jīng)受一定次數(shù)（我國(guó)規(guī)定200萬(wàn)次）循環(huán)荷載后發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力值。8.1.2鋼筋的疲勞性能①疲勞應(yīng)力幅是影響鋼筋疲勞強(qiáng)度的主要因素。鋼筋疲勞強(qiáng)度受到許多因素的影響。普通鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋②最小應(yīng)力值大小對(duì)疲勞強(qiáng)度有重要影響。③鋼筋外表面的幾何尺寸和鋼筋直徑等也都有一定的影響。④焊接對(duì)鋼筋疲勞強(qiáng)度也有明顯的影響。鋼筋的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命常用應(yīng)力幅

和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n的關(guān)系曲線來(lái)表示，稱(chēng)為

-n曲線《規(guī)范》考慮鋼筋疲勞應(yīng)力比的鋼筋疲勞應(yīng)力幅限值如表：

§8.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的疲勞驗(yàn)算1、基本假定8.2.1正截面疲勞驗(yàn)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件疲勞驗(yàn)算包括正截面和斜截面。◆①

平截面假定◆②受壓區(qū)混凝土的法向應(yīng)力圖形為三角形；◆③不考慮受拉區(qū)混凝土的抗拉強(qiáng)度，拉應(yīng)力全部由鋼筋承受；◆④采用換算截面計(jì)算，鋼筋截面面積換算為混凝土截面面積的換算系數(shù)取鋼筋彈性模量與混凝土疲勞變形模量的比值，即

2.基本計(jì)算公式根據(jù)基本假定，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正截面疲勞的計(jì)算應(yīng)力圖形如圖。①受壓區(qū)邊緣纖維混凝土的最大應(yīng)力應(yīng)符合下列條件：（8-3）—疲勞驗(yàn)算時(shí)考慮相應(yīng)荷載組合下產(chǎn)生的最大彎矩值；—疲勞驗(yàn)算時(shí)與驗(yàn)算彎矩相應(yīng)方向的換算截面的受壓區(qū)高度；—疲勞驗(yàn)算時(shí)與驗(yàn)算彎矩相應(yīng)方向的換算截面的慣性矩；—混凝土軸心抗壓疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值②縱向受拉鋼筋應(yīng)力幅應(yīng)符合下列條件：（8-5）—鋼筋疲勞應(yīng)力幅限值，按表8-4和表8-5取用；—疲勞驗(yàn)算時(shí)受拉區(qū)第i層縱向鋼筋的應(yīng)力幅；

（8-8）其中式中

——疲勞驗(yàn)算時(shí)同一截面上在相應(yīng)荷載組合下產(chǎn)生的最大彎矩值

和最小彎矩值；

——分別由和引起相應(yīng)截面受拉區(qū)第i層縱向鋼筋的應(yīng)力；

——與驗(yàn)算彎矩和相應(yīng)方向的截面受壓區(qū)邊緣至受拉區(qū)第I

層縱向鋼筋截面重心的距離。8.2.2斜截面疲勞驗(yàn)算

1.斜截面疲勞破壞特征斜截面的疲勞破壞與靜載作用下的破壞相似，隨著剪跨比不同，也大致分為斜壓破壞、剪壓破壞和斜拉破壞。①配置箍筋的梁，斜裂縫出現(xiàn)前，箍筋應(yīng)變和應(yīng)力很??；斜裂縫出現(xiàn)后，混凝土退出工作而導(dǎo)致穿過(guò)斜裂縫的箍筋應(yīng)變和應(yīng)力急劇增大，而分配給混凝土承擔(dān)的剪力卻隨荷載重復(fù)次數(shù)的增加而降低，發(fā)生了明顯的應(yīng)力重分布。應(yīng)力重分布的結(jié)果是加重了箍筋的負(fù)擔(dān)。當(dāng)重復(fù)荷載增大到使箍筋應(yīng)力接近其疲勞應(yīng)力幅限值時(shí)，首先在腹板中部穿過(guò)斜裂縫的某肢箍筋產(chǎn)生疲勞斷裂。以后，隨著荷載重復(fù)次數(shù)的繼續(xù)增加，箍筋逐根疲勞斷裂．最后導(dǎo)致梁發(fā)生疲勞破壞。梁從斜截面第一根箍筋疲勞斷裂后到完全破壞，一般要經(jīng)歷數(shù)萬(wàn)次到數(shù)十萬(wàn)次的過(guò)程，并不斷產(chǎn)生應(yīng)力重分布。2.影響斜截面疲勞強(qiáng)度的因素凡影響斜截面靜力受剪承載力的因素（如剪跨比、混凝土強(qiáng)度、縱向鋼筋抗拉強(qiáng)度和配筋率、箍筋抗拉強(qiáng)度和配筋率、截面尺寸和形狀等），都將影響斜截面疲勞強(qiáng)度。此外，荷載重復(fù)次數(shù)及荷載水平也將影響斜截面疲勞強(qiáng)度②配置有箍筋和彎起鋼筋的構(gòu)件，在多次重復(fù)荷載作用下，在通常情況下，彎起鋼筋的應(yīng)力幅大于相應(yīng)的箍筋應(yīng)力幅。因此，彎起鋼筋往往先于箍筋發(fā)生疲勞斷裂。因此，不提倡采用彎起鋼筋作為抵抗斜截面疲勞的鋼筋。3.斜截面疲勞應(yīng)力計(jì)算和疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算對(duì)僅配有箍筋的構(gòu)件，因受拉區(qū)混凝土不參加工作，故中和軸處的主拉應(yīng)力等于中和軸處的剪應(yīng)力（8-14）式中——疲勞驗(yàn)算時(shí)取用的剪力；

b——矩形截面寬度、T形或I形截面的腹板寬度；

——受壓區(qū)合力點(diǎn)至受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算，分兩種情況：①對(duì)于中和軸處的混凝土剪應(yīng)力符合公式（8-15）要求的區(qū)段，其剪應(yīng)力全部由混凝土承受。（8-15）式中——混凝土軸心抗拉疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

——疲勞驗(yàn)算時(shí)在相應(yīng)荷載組合下構(gòu)件驗(yàn)算截面的最大剪力值②對(duì)于中和軸處的混凝土剪應(yīng)力不符合式（8-15）要求的區(qū)段，其剪應(yīng)力由箍筋和混凝土共同承受。箍筋的疲勞應(yīng)力幅應(yīng)符合：（8-17）式中——箍筋疲勞應(yīng)力幅限值；——疲勞驗(yàn)算時(shí)的箍筋應(yīng)力幅，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件斜截面上箍筋的應(yīng)力幅應(yīng)按下列公式計(jì)算（8-18）（8-19）（8-20）——疲勞驗(yàn)算時(shí)構(gòu)件驗(yàn)算截面的最大剪力幅值；——疲勞驗(yàn)算時(shí)在相應(yīng)荷載組合下構(gòu)件驗(yàn)算截面的最大剪力值；

——疲勞驗(yàn)算時(shí)在相應(yīng)荷載組合下構(gòu)件驗(yàn)算截面的最小剪力值

——最大剪力幅相對(duì)值；

s——沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向箍筋的間距；

——配置在同一截面內(nèi)箍筋各肢的全部截面面積。第9章混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理

FundamentalsofConcreteStructure3個(gè)知識(shí)點(diǎn)：①耐久性的概念及其影響因素；②混凝土的碳化及鋼筋的銹蝕；③耐久性設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)要求：掌握變形和裂縫寬度的驗(yàn)算方法；熟悉減小構(gòu)件變形和裂縫寬度的措施。

世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的工程建設(shè)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段：⑴大規(guī)模建設(shè)；⑵新建與改建、維修并重；⑶重點(diǎn)轉(zhuǎn)向既有建筑物的維修改造。目前經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家處于第三階段，結(jié)構(gòu)因耐久性不足而失效，或?yàn)楸ＷC繼續(xù)正常使用而付出巨大維修代價(jià)，這使得耐久性問(wèn)題變得十分重要?！拔灞抖伞保杭凑J(rèn)為設(shè)計(jì)時(shí)如果不考慮混凝土的耐久性而節(jié)省1美元，以后就必然將花費(fèi)5美元來(lái)進(jìn)行維修，如果混凝土出現(xiàn)縱向沿筋裂縫，那還需要增加費(fèi)用25美元，更加嚴(yán)重的破壞則需追加費(fèi)用高達(dá)125美元。2010版《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》首次引入了耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)容。2021版《混凝土結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》首次引入了耐久性極限狀態(tài)概念。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的概念§9.1◆耐久性是指在設(shè)計(jì)工作年限內(nèi)，在不喪失重要用途或不需要過(guò)度的不可預(yù)期的維護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件能夠滿足結(jié)構(gòu)的使用性、承載能力及穩(wěn)定性要求的能力?！簟督ㄖY(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作壽命為50年，重要的建筑物可取100年。◆近年來(lái)，隨著建筑市場(chǎng)化的發(fā)展，業(yè)主也可以對(duì)建筑的壽命提出更高要求。對(duì)于其它土木工程結(jié)構(gòu)，根據(jù)其功能要求，設(shè)計(jì)工作壽命也有差別，如橋梁工程一般要求在100年以上?！?)影響承載能力和正常使用的材料性能劣化，如：預(yù)應(yīng)力鋼筋和直徑較細(xì)的受力主筋具備銹蝕條件，構(gòu)件表面出現(xiàn)凍融損傷等。2)影響耐久性能的裂縫、變形、缺口、外觀、材料削弱等，如：混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)銹蝕裂縫，表面出現(xiàn)高速氣流造成的空蝕損傷，表面出現(xiàn)介質(zhì)侵蝕造成的損傷，表面出現(xiàn)風(fēng)沙和人為作用造成的磨損等。3)影響耐久性能的其他特定狀態(tài)，如：因撞擊等造成的表面損傷，出現(xiàn)生物性作用損傷等?！艋炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)主要根據(jù)結(jié)構(gòu)的環(huán)境類(lèi)別和設(shè)計(jì)使用年限進(jìn)行。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境對(duì)其耐久性有較大影響時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的環(huán)境類(lèi)別采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計(jì)構(gòu)造、防護(hù)措施、施工質(zhì)量要求等，并應(yīng)制定結(jié)構(gòu)在使用期間的定期檢修和維護(hù)制度，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)不致因材料的劣化而影響其安全或正常使用。耐久性極限狀態(tài)碳化內(nèi)部因素：混凝土強(qiáng)度滲透性保護(hù)層厚度水泥品種標(biāo)號(hào)和用量外加劑等外部因素：環(huán)境溫度濕度

CO2含量侵蝕性介質(zhì)等混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素§9.2鋼筋銹蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最關(guān)鍵問(wèn)題。9.2.1鋼筋銹蝕（1）鋼筋銹蝕的危害？鋼筋截面面積減少混凝土保護(hù)層開(kāi)裂剝落粘結(jié)性能退化◆當(dāng)混凝土未碳化時(shí)，由于水泥的高堿性，鋼筋表面形成一層致密的氧化膜，阻止了鋼筋銹蝕電化學(xué)過(guò)程?！舢?dāng)混凝土被碳化，鋼筋表面的氧化膜被破壞，在有水份和氧氣的條件下，就會(huì)發(fā)生銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)。(a)混凝土開(kāi)裂(b)水、CO2侵入(c)開(kāi)始銹蝕(d)鋼筋體積膨脹①混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕（2）什么原因引起的鋼筋銹蝕？◆銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程：鋼筋在水、氧氣和電子作用下會(huì)形成電池，電子從陽(yáng)極不斷流向陰極，在陽(yáng)極附近形成鐵銹。只要不斷有水和氧氣供應(yīng)，就會(huì)越銹越嚴(yán)重?！粞鯕夂退菔卿摻钿P蝕必要條件。當(dāng)構(gòu)件使用環(huán)境很干燥（濕度<40%）或完全處于水中，鋼筋的銹蝕極慢甚至無(wú)?！翡摻钿P蝕產(chǎn)生的鐵銹（氫氧化亞鐵Fe(OH)3），體積比鐵增加2~6倍，保護(hù)層被擠裂，使空氣中的水份更易進(jìn)入，促使銹蝕加快發(fā)展。鋼筋銹蝕的發(fā)生機(jī)理？鋼筋銹蝕引起混凝土結(jié)構(gòu)損傷過(guò)程：，首先在裂縫寬度較大處發(fā)生個(gè)別點(diǎn)的“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時(shí)向裂縫兩邊擴(kuò)展，形成銹蝕面，使鋼筋有效面積減小。嚴(yán)重銹蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致沿鋼筋長(zhǎng)度出現(xiàn)縱向裂縫，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脫落，習(xí)稱(chēng)“暴筋”，從而導(dǎo)致截面承載力下降，直至最終引起結(jié)構(gòu)破壞?！粑覀儾孪?，是不是與裂縫寬度和混凝土密實(shí)度有關(guān)！！◆近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，銹蝕程度與橫向裂縫寬度無(wú)明顯關(guān)系，在一般大氣環(huán)境下，裂縫寬度即便達(dá)到0.3mm，也只是在裂縫處產(chǎn)生銹點(diǎn)。裂縫的出現(xiàn)僅是使裂縫處鋼筋局部脫鈍，使銹蝕過(guò)程得以開(kāi)始，但它對(duì)銹蝕速度不起控制作用。◆由于鋼筋銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，因此銹蝕主要取決于氧氣通過(guò)混凝土保護(hù)層向鋼筋表面的陰極的擴(kuò)散速度，而這種擴(kuò)散速度主要取決于混凝土的密實(shí)度?！簟粢虼?，防止鋼筋銹蝕最重要的措施是在增加混凝土的密實(shí)性和混凝土的保護(hù)層厚度。鋼筋銹蝕的快慢與什么有關(guān)？增加混凝土的密實(shí)性和混凝土的保護(hù)層厚度采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋對(duì)鋼筋采用陰極防護(hù)法防止鋼筋銹蝕措施除增加混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度外，采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋等措施來(lái)防止鋼筋的銹蝕。①氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕氯離子引起的銹蝕除增加混凝土的密實(shí)度和保護(hù)層厚度外，采用涂面層、鋼筋阻銹劑、涂層鋼筋等措施來(lái)防止鋼筋的銹蝕。鋼筋阻銹劑形成保護(hù)膜在陽(yáng)極，保護(hù)膜阻止鐵離子的流失;在陰極，保護(hù)膜形成對(duì)氧的屏障9.2.2混凝土的碳化◆混凝土碳化是混凝土中性化的形式，是指大氣中的二氧化碳（CO2）不斷向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，并與其中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的PH值降低。◆碳化的危害碳化對(duì)混凝土本身無(wú)害，其主要是當(dāng)碳化至鋼筋表面，氧化膜被破壞形成鋼筋銹蝕的必要條件，同時(shí)含氧水份侵入形成鋼筋銹蝕的充分條件，從而加劇混凝土開(kāi)裂，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞?！艋炷恋奶蓟瘡臉?gòu)件表面開(kāi)始向內(nèi)發(fā)展，到保護(hù)層完全碳化，所需要的時(shí)間與碳化速度、混凝土保護(hù)層厚度、混凝土密實(shí)性以及覆蓋層情況等因素有關(guān)。◆碳化影響因素有：環(huán)境因素和材料本身的性質(zhì)。如水灰比、水泥品種與用量、骨料品種與粒徑、外摻加劑、養(yǎng)護(hù)方法與齡期、CO2濃度、相對(duì)濕度。◆混凝土中堿性物質(zhì)（Ca(OH)2）使混凝土內(nèi)的鋼筋表明形成氧化膜，它能有效地保護(hù)鋼筋，防止鋼筋銹蝕?！舻捎诖髿庵械亩趸迹–O2）與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土的Ph值降低。其他物質(zhì)，如SO2、H2S，也能與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生類(lèi)似的反應(yīng)，使混凝土的Ph值降低，這就是混凝土的碳化?；瘜W(xué)反應(yīng)CO2+H2O→H2CO3Ca(OH)2