预应力溷凝土受拉构件设计

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1、预应力混凝土受拉构件设计王泽峰2012202100039土木建筑工程学院预应力混凝土受拉构件设计混凝土构件作为受压构件作用最多，但在实际工程中也会出现受拉构件，如桁架的下弦杆和受拉腹杆、挡土墙锚杆、圆形水管等。由于混凝土材料的受拉强度与受压强度存在很大的差别，受拉强度仅仅能达到受压强度的1/7—1/8，因此在工程中要尽量避免让混凝土构件承受拉力作用。在混凝土中施加预应力可以提高其抗裂性能、增加刚度、提高承载力。实际工程中需要混凝土材料承受拉力的时候，可以在混凝土中施加一定的预应力，这样可以保护混凝土不会在很低的拉应力作用下出现裂缝，甚至遭

2、到破坏。下面从预应力混凝土受拉构件的受力分析、设计方法、承载力计算等方面对预应力混凝土受拉构件设计计算方法展开叙述。1、轴心受拉构件破坏过程第一阶段，开裂前阶段。从加载到混凝土开裂前，由于此时应力与应变均较小，应力与应变关系大致呈线性变化，钢筋与混凝土能够共同工作。在此阶段末，混凝土应变达到极限应变，裂缝即将产生，这一阶段称为整体工作阶段。对于不允许开裂的轴心受拉构件，应以此阶段末作为开裂验算的依据。第二阶段，混凝土开裂直至非预应力钢筋屈服。随着荷载的增加，在构件截面薄弱部位出现裂缝，一般为垂直裂缝，裂缝出现后，裂缝截面的混凝土退出工作，

3、此时的拉力全部由非预应力钢筋和预应力钢筋来承担。，荷载继续增加，在构件其他部位也产生了裂缝，裂缝的产生导致构件截面刚度的削弱，截面应力发生重分布，横截面贯通的裂缝将构件分为几段，各段间在裂缝处只有钢筋连接，带裂缝工作是此阶段的工作特点。此阶段的荷载约为极限荷载的50%—70%，此阶段作为裂缝宽度和变形验算的依据。第三阶段，非预应力钢筋屈服到预应力钢筋拉断。随着荷载继续增加，某一裂缝处的非预应力钢筋屈服，随着裂缝逐渐迅速扩展，荷载不增加或者略有增加，都会导致截面上的非预应力钢筋达到屈服，随后，变形增加，预应力钢筋的应力也超过了名义屈服强度，

4、最后由于预应力钢筋拉断使得整个构件达到极限承载能力，正截面则是以此作为依据的。2、轴心受拉构件受力分析。预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段，包括张拉制造、运输、安装等几个阶段和使用阶段（自承受使用荷载至构件发生破坏）的应力状态和工作特点是不同的，具有明显的阶段性，下面以先张法构件和后张法构件分别进行分析。2.1先张法构件预应力混凝土轴心受拉构件从张拉预应力钢筋开始直至构件破坏，其受力通常可以分为三个阶段：施工阶段、使用阶段和破坏阶段，包括8个应力状态。112.1.1施工阶段2.1.1.1张拉阶段张拉预应力钢筋，这时预应力钢筋的拉应力等于张

5、拉控制应力，如果此时有非预应力钢筋，其应力值为0。预应力钢筋的总预应力为式中为张拉控制应力，为预应力钢筋截面面积。2.1.1.2放张前阶段此阶段为张拉完毕，锚固预应力钢筋，浇筑混凝土，蒸养构件到放张挤压混凝土前，会产生锚具变形损失、温差损失及部分钢筋松弛损失。则本阶段完成第一批预应力损失预应力钢筋的拉应力降低为此时未放松预应力钢筋，混凝土和非预应力钢筋应力为0（未放张），即，2.1.1.3放张后瞬间放张预应力钢筋（一般混凝土的强度达到设计强度的70%以上），预应力钢筋回缩，预应力钢筋通过与混凝土的粘结力挤压混凝土，此时混凝土受到的预压应力

6、为，混凝土受压后产生的压缩变形为，预应力钢筋与混凝土共同受力变形，预应力钢筋回缩应力降低值为式中为预应力钢筋或者非预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值。此时预应力钢筋的拉应力为非预应力钢筋与混凝土共同变形，得到压应力为11根据截面内力平衡条件得到则有式中为换算截面面积，；为不包括所有钢筋在内的净面积。2.1.1.4出现全部预应力损失此阶段是预应力损失全部出现后的阶段。混凝土受压缩后，随着实践的增长，混凝土发生收缩、徐变，产生预应力损失，预应力钢筋进一步松弛，再次完成，完成第二批预应力损失，即混凝土预压应力由降低到，预应力钢筋的拉应力由

7、降低到，则非预应力钢筋中的压应力增大到截面的内力平衡，那么有混凝土的有效应力为2.1.2使用阶段2.1.2.1消压状态此阶段混凝土中预应力为0。在轴心拉力作用下，由其引起的截面拉应力恰好与混凝土中的有效预应力全部抵消，此时，构件处于消压状态，即截面上混凝土的应力11=0。预应力钢筋中的拉应力增加到，即非预应力钢筋的压应力由减少到。消压状态轴向拉力值为2.1.2.2加载即将开裂荷载继续增加，混凝土受拉，当受拉混凝土应力接近混凝土的抗拉强度时，构件薄弱截面将出现裂缝，裂缝出现时的轴向拉力为，这一阶段预应力钢筋中拉应力增加了，预应力钢筋的预拉应

8、力达到。非预应力钢筋的压应力由转化为拉应力，其值为混凝土开裂时的轴心拉力为2.1.3破坏阶段混凝土开裂后退出工作，荷载全部由非预应力钢筋和预应力钢筋来承担，荷载继续增加，非预应力钢筋屈服，当预