第七章 预应力砼构件设计

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1、第七章预应力混凝土结构设计方法第一节预应力混凝土结构设计的基本思路一、设计的基本要求（1）构件应有足够的承载能力-承载能力极限状态要求；（2）在施工阶段受力满足要求；在正常使用条件下，结构的应力、变形不超过规定的限值，并有足够的抗裂能力；（3）使用性、耐久性要求；（4）设计的结构及构件外型美观合理、经济适用。二、设计的关键最重要的影响因素是：构件截面的选择、预应力筋面积和位置的设计，截面的拟定尤为重要。其他要求可通过局部设计实现。截面尺寸和预应力筋面积及其位置是相互关联，关系密切，从而导致设计上的复杂性。理论上讲，在满足构件基本设计要求的前提下，可有多种方案。应通过方案比选，反复试算。三、设

2、计计算的步骤（1）根据使用要求，选择预加力体系和锚具形式。参照已有设计和有关资料，初步拟定截面尺寸；选定材料规格。（2）根据结构可能出现的荷载效应组合，计算控制截面的最大设计内力（弯矩和剪力）及其相应的组合值。（3）从满足主要控制截面在正常使用极限状态的使用要求和承载能力极限状态的强度要求的条件出发，估算预应力钢筋和普通钢筋的数量，并进行合理的布置。（4）计算截面几何特征值。三、设计计算的步骤（5）确定预应力钢筋的张拉控制应力、估算各项预应力损失并计算各阶段相应的有效预加力；（6）进行正截面与斜截面承载能力计算；（7）按短暂状况和持久状况进行构件的应力验算；（8）进行正截面与斜截面的抗裂性验

3、算；（9）变形（挠度和反拱度）计算；（10）梁端部局部承压与锚固区设计计算。注意：（1）对于超静定结构，如连续梁等，存在预应力二次矩。特别是中小跨径结构，预应力二次矩比重很大，预加力对截面的效应受到影响，往往导致估算预应力筋数量偏差较大，所以常需要多次试算与调整预应力筋面积和位置，以达到设计的基本要求。（2）尽量做到既满足规范规定的各项限值，又不致造成个别验算项目安全储备过大，达到全梁优化设计的目的。第二节预应力混凝土结构计算的几个基本概念一、预应力作用的等效荷载法（1）基于弹性假定，只适用于正常使用极限状态。（2）假定有效预应力沿全长不变，必要时应计算有效预应力沿长度的变化二、预应力混凝土

4、结构设计的荷载平衡法基本思想：预应力的作用可用等代荷载代替，而等效荷载也可根据外荷载的作用方式进行设计。平衡荷载：预应力的等效荷载与外荷载的方向相反，可使结构的一部分甚至全部被预应力钢筋的反向等效荷载q所0抵消，称q为---。01、荷载平衡分析当外荷载全部被被预应力等效荷载平衡时，梁承受的竖向荷载为0，梁如同轴心受压构件，处于平直状态，没有反拱和挠度。分析方法与非预应力梁相同。注意：为了达到荷载平衡，简支梁两端预应力钢筋的合力必须通过其截面形心，否则端部弯矩将干扰梁的平衡而仍使其处于受弯状态。注意：为了达到荷载平衡，简支梁两端预应力钢筋的合力必须通过其截面形心，否则端部弯矩将干扰梁的平衡而仍

5、使其处于受弯状态。2、平衡荷载的选择及局限平衡荷载取值：全部结构重力、一小部分活荷载、活荷载准永久作用、考虑其他要求林同炎教授建议：平衡荷载取全部结构重力加上一般活荷载。平衡荷载的局限：（1）连续梁中间支座处有尖角，与实际不符（2）预应力筋的锚固点不能有偏心（3）不能考虑沿预应力钢筋预加力的变化三、预应力引起的主内力和次内力主内力：次内力：吻合束：补充说明：预应力混凝土构件耐久性设计第三节预应力混凝土构件的设计方法一、构件截面设计1、预应力混凝土梁截面抗弯效率指标截面的抗弯效率是衡量截面尺寸合理性和经济性的重要指标。预应力混凝土受弯构件截面整体弹性工作，内力偶M=Nz⋅y随荷载增加，N基本不

6、变，z随荷载变化而变化。所以，在yN相同的情况下，Z变化范围越大，截面效率越高。y对全预应力而言，内力偶臂z只能在上核心距和下核心距之间预加力阶段，合力作用在下核心（使梁上翼缘应力为零）NeM'=yg1运营阶段，合力作用在上核心（使梁下翼缘应力为零）()NNkkMMyy−∆(b+ugp)=2+核心距：K=kk+bu=K截面效率指标：ρh说明：（1）ρ越高，截面越经济（2）ρ反映了截面材料沿梁高分布的合理性，与截面形式有关。矩形截面为1/3，空心板为0.4~0.55，T形截面约为0.5。（3）应在设计与施工要求的前提下考虑选取合理的截面形式2、按照经验选择截面形式和拟定截面尺寸根据已有资料、经

7、验方法及桥梁设计的具体要求拟定。二、预应力钢筋面积估算部分预应力混凝土构件：一般采用预应力钢筋和普通钢筋混合配筋。全预应力混凝土构件：一般也按构造要求配置一定数量的普通钢筋，以提高结构延性。预应力混凝土构件配筋设计的主要内容：（1）根据结构主要控制截面设计内力和使用要求，估算预应力钢筋和普通钢筋数量，并进行横断面布置；（2）综合考虑全梁内力（弯矩和剪力）变化规律，合理布置预应力筋，进行纵断设计；（3）注意满足