混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理710章

1、第7章 受扭構(gòu)件扭曲截面的承載力的計(jì)算圖7.1 常見(jiàn)受扭構(gòu)件示例 7.1 純扭構(gòu)件的試驗(yàn)研究圖7.2 素混凝土純扭構(gòu)件的破壞圖7.3 鋼筋混凝土純扭構(gòu)件適筋破壞 圖7.4 純扭構(gòu)件的扭矩扭轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線(xiàn) 根據(jù)國(guó)內(nèi)外相當(dāng)數(shù)量的鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，可將這類(lèi)構(gòu)件的破壞分為下列4種類(lèi)型: 少筋破壞 適筋破壞 完全超配筋破壞 部分超配筋破壞 7.2 矩形截面純扭構(gòu)件扭曲截面的承載力 計(jì)算 7.2.1 開(kāi)裂扭矩的計(jì)算圖7.5 純扭構(gòu)件的彈性應(yīng)力分布圖7.6 純扭構(gòu)件矩形截面全塑狀態(tài)剪應(yīng)力分布 矩形截面 T形和形截面 箱形截面圖7.7 混凝土受扭構(gòu)件截面尺寸(彎矩作用平面)(a)矩形截面(hb) (

2、b)T形，I形 (c)箱形截面(twt)w 7.2.2 受扭承載力的計(jì)算 (1)矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算 1)變角空間桁架模型圖7.8 受扭模擬桁架 用箱形截面代替矩形截面 變角空間桁架模型圖7.9 受純扭薄壁管圖7.10 變角空間桁架模型分離體圖 2)矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算圖7.11 純扭構(gòu)件抗扭承載力試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖 (2)矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算 (3)T形和I形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算圖7.12 T形和形截面劃分矩形截面的方法 (4)箱形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件的受扭承載力計(jì)算 (5)在軸向壓力和扭矩共同作用下矩形截面鋼筋混凝土構(gòu)件的受

3、扭承載力計(jì)算 7.2.3 配筋計(jì)算方法 (1)抗扭配筋計(jì)算的適用范圍 1)對(duì)少筋破壞用限制最小配筋率來(lái)防止。規(guī)范規(guī)定箍筋的最小配筋率應(yīng)滿(mǎn)足 2)對(duì)于完全超筋破壞采用控制截面尺寸不能過(guò)小的方式來(lái)防止。規(guī)范規(guī)定的截面尺寸限制條件為： 7.3 彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算 7.3.1 試驗(yàn)研究的計(jì)算模型 (1)破壞類(lèi)型圖7.13 例7.1圖 (2)彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算方法 1)剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算 矩形截面剪扭構(gòu)件圖7.14 彎剪扭構(gòu)件的破壞類(lèi)型圖7.15 無(wú)腹筋構(gòu)件的剪扭承載力相關(guān)規(guī)律圖7.16混凝土部分剪扭承載力相關(guān)的計(jì)算模式 T形和形截面剪扭構(gòu)件 箱形截面剪扭構(gòu)件 在軸向壓力、彎矩、剪力和扭矩共同作

4、用下的鋼筋混凝土矩形截面框架柱,其受剪扭承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算。圖7.17 彎扭承載力相關(guān)性的一般規(guī)律 2)矩形截面彎扭構(gòu)件的承載力計(jì)算圖7.18 彎扭構(gòu)件縱向鋼筋的疊加 7.3.2 彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算的適用條件及計(jì)算步驟 (1)適用條件 1)截面限制條件 2)為了避免少筋破壞,采用限制最小配箍率和縱筋配筋率的方法。規(guī)范規(guī)定彎剪扭構(gòu)件中箍筋的配箍率sv應(yīng)符合 3)當(dāng)符合下列條件時(shí) 可不進(jìn)行構(gòu)件受剪扭承載力計(jì)算,僅須按構(gòu)造要求配置鋼筋。 4)此外,對(duì)于矩形、T形、形和箱形截面混凝土彎剪扭構(gòu)件,當(dāng)符合下列條件時(shí) 可僅按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和純扭構(gòu)件的受扭承載力分別進(jìn)行計(jì)算。 5)當(dāng)符合下

5、列條件時(shí) 可僅按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力分別進(jìn)行計(jì)算。 (2)彎剪扭構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)計(jì)算步驟 一般情況下,當(dāng)已知構(gòu)件中的設(shè)計(jì)彎矩圖、設(shè)計(jì)剪力圖和設(shè)計(jì)扭矩圖,并初步選定了截面尺寸和材料強(qiáng)度等級(jí)后,彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算可按以下步驟進(jìn)行: 1)驗(yàn)算適用條件 按公式(7.39)驗(yàn)算構(gòu)件截面是否滿(mǎn)足要求。如不滿(mǎn)足,則應(yīng)加大構(gòu)件截面尺寸或提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。 當(dāng)滿(mǎn)足(7.43)或(7.44)的條件時(shí),可不考慮剪力作用,只按抗彎和抗扭進(jìn)行配筋計(jì)算。 當(dāng)滿(mǎn)足公式(7.41)或(7.42)的條件時(shí),不須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行抗剪和抗扭計(jì)算,箍筋和抗扭縱筋分別按最小配筋用量的要求配置,同時(shí)滿(mǎn)足構(gòu)造要求

6、。 當(dāng)滿(mǎn)足公式(7.45)的條件時(shí),可僅按受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力分別進(jìn)行計(jì)算。 2)確定箍筋用量 3)確定縱筋用量 7.4 受扭構(gòu)件的 配筋構(gòu)造要求 7.4.1 箍筋的構(gòu) 造要求 7.4.2 縱向鋼筋的構(gòu)造要求圖7.19 例7.3截面配筋圖圖7.20 受扭箍筋第8章 鋼筋混凝土構(gòu)件的變形、裂縫及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 8.1 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度驗(yàn)算 8.1.1 截面抗彎剛度的概念及我國(guó)規(guī)范給出的定義圖8.1 裂縫出現(xiàn)后受彎構(gòu)件應(yīng)變分布和中性軸變化圖8.2 M-關(guān)系曲線(xiàn) 8.1.2 縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)圖8.3 實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力分布圖8.4 裂縫處應(yīng)變、平均應(yīng)變與應(yīng)力的

7、關(guān)系圖8.5 有效受拉混凝土面積 8.1.3 截面受彎剛度的計(jì)算公式 (1)荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合作用下受彎構(gòu)件的短期剛度Bs 1)平均應(yīng)變和曲率間的幾何關(guān)系 2)裂縫截面彎矩與應(yīng)力的平衡關(guān)系圖8.6 第階段裂縫截面的應(yīng)力圖 3)裂縫截面應(yīng)力與平均應(yīng)變間的物理關(guān)系 4)短期剛度Bs的一般表達(dá)式 (2)受彎構(gòu)件的剛度B 1)荷載長(zhǎng)期作用下剛度降低的原因 2)剛度B的計(jì)算公式 8.1.4 影響截面受彎剛度的主要因素 8.1.5 最小剛度原則與撓度驗(yàn)算圖8.7 沿梁截面剛度和截面曲率的分布圖8.8 梁的剪跨段內(nèi)縱向受拉鋼筋應(yīng)力分布圖8.9 配筋率對(duì)承載力、剛度及撓度的影響圖8.10 8.2 鋼筋混凝土構(gòu)件的

8、裂縫寬度驗(yàn)算 8.2.1 垂直裂縫的出現(xiàn)、分布與發(fā)展圖8.11 純彎段的裂縫分布 8.2.2 平均裂縫間距圖8.12 軸心受拉構(gòu)件粘接力應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度 8.2.3 平均裂縫寬度 (1)計(jì)算公式 (2)裂縫截面處的鋼筋應(yīng)力sk 1)軸心受拉構(gòu)件 2)受彎構(gòu)件按式(8.8)計(jì)算，并取=0.87，則 3)偏心受拉構(gòu)件圖8.13 平均裂縫寬度計(jì)算簡(jiǎn)圖圖8.14 大、小偏心受拉構(gòu)件鋼筋應(yīng)力計(jì)算圖式(a)大偏心受拉 (b)小偏心受拉圖8.15 偏心受壓構(gòu)件鋼筋應(yīng)力圖式 8.2.4 最大裂縫寬度及其驗(yàn)算 (1)標(biāo)準(zhǔn)荷載組合作用下的最大裂縫寬度圖8.16 受彎構(gòu)件裂縫寬度的概率分布規(guī)律 (2)考慮荷載長(zhǎng)期作用影

9、響的最大裂縫寬度 (3)最大裂縫寬度驗(yàn)算 8.3 鋼筋混凝土構(gòu)件的截面延性 8.3.1 延性的概念與意義 8.3.2 受彎構(gòu)件的截面曲率延性系數(shù) (1)受彎構(gòu)件截面曲率延性系數(shù)表達(dá)式圖8.17 適筋梁截面開(kāi)始屈服及最大承載力時(shí)應(yīng)變、應(yīng)力圖(a)開(kāi)始屈服時(shí) (b)最大承載力時(shí) (2)影響因素 提高截面曲率延性系數(shù)的措施主要有：圖8.18 單筋矩形截面M-關(guān)系計(jì)算曲線(xiàn)圖8.19 配箍率對(duì)棱柱體試件-曲線(xiàn)的影響 1)限制縱向受拉鋼筋的配筋率，一般不應(yīng)大于2.5%，受壓區(qū)高度x(0.250.35)h0； 2)規(guī)定受壓鋼筋和受拉鋼筋的最小比例，一般使 保持0.30.5； 3)在彎矩較大的區(qū)段適當(dāng)加密箍筋

10、。 8.3.3 偏心受壓構(gòu)件截面曲率延性的分析 8.4 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性 8.4.1 耐久性的概念與主要影響因素 (1)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概念 (2)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素 1)混凝土凍融破壞 2)混凝土的堿集料反應(yīng) 3)侵蝕性介質(zhì)的腐蝕 4)機(jī)械磨損 5)混凝土的碳化 6)鋼筋銹蝕 7)其他因素 8.4.2 混凝土的碳化 (1)碳化的機(jī)理 由混凝土碳化過(guò)程機(jī)理分析，混凝土碳化過(guò)程的速度主要取決于以下三個(gè)過(guò)程的 速度： 1)化學(xué)反應(yīng)本身的速度； 2)二氧化碳向混凝土內(nèi)擴(kuò)散的速度； 3)混凝土孔隙中可碳化物質(zhì)，主要是Ca(OH)2的擴(kuò)散速度。 (2)影響碳化的主要因素 1)環(huán)境因素 空氣

11、中CO2的濃度 空氣濕度圖8.20 不同飾面材料的碳化深度比 環(huán)境溫度 2)材料的因素 水泥的品種與用量 水灰比(W/C) 粉煤灰、礦渣等外摻料 集料的品種及粒徑 3)施工養(yǎng)護(hù)條件 4)覆蓋層 8.4.3 鋼筋的銹蝕 (1)鋼筋銹蝕機(jī)理圖8.21 鋼筋的銹蝕圖8.22圖8.23 不同pH值溶液對(duì)低碳鋼的腐蝕(平均O2濃度為5 mL/L) (2)影響銹蝕的主要因素 pH值的影響 含氧量圖8.24 含氧量對(duì)鋼筋銹蝕速度的影響1含氧量很高2含氧量中等3含氧量很低4缺氧時(shí) Cl-離子含量 Fe+NaCl=FeCl2+Na 混凝土的密實(shí)度 混凝土裂縫 其他影響 (3)防止鋼筋銹蝕的措施圖8.25 不同環(huán)

12、境條件對(duì)鋼筋腐蝕的影響 混凝土中鋼筋的銹蝕受到多種因素的作用，防止鋼筋銹蝕還可采用多種措施。主要措施有： 材料方面 保證有足夠厚的保護(hù)層厚度，并要保證保護(hù)層的完好性。 采用涂面層，防止水，CO2,Cl-,O2的滲入。 采用鋼筋阻銹劑 采用防腐蝕鋼筋 a.環(huán)氧涂層鋼筋。 b.鍍鋅鋼筋。 c.不銹鋼鋼筋，歐洲、美、日已有應(yīng)用，但成本高，應(yīng)用范圍受限制。 8.4.4 耐久性設(shè)計(jì) (1)結(jié)構(gòu)工作環(huán)境分類(lèi) (2)結(jié)構(gòu)耐久性等級(jí) (3)保證耐久性的構(gòu)造措施 最小保護(hù)層厚度 最大水灰比和最小水泥用量及混凝土最低強(qiáng)度和含鹽量限制。 混凝土中堿含量限制 其他方面圖8.26 思考題8.1 M- f 曲線(xiàn)圖8.27

13、 習(xí)題8.1圖圖8.28 習(xí)題8.6圖第9章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 9.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念 9.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的原理 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有如下一系列主要優(yōu)點(diǎn)。 1)改善和提高了結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力性能。 2)充分利用高強(qiáng)材料節(jié)約鋼材、混凝土減輕結(jié)構(gòu)自重。 3)提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性、耐疲勞性和抗震能力。圖9.1 對(duì)混凝土矩形梁施加預(yù)應(yīng)力的示意圖(a)外荷載作用下 (b)預(yù)壓力作用下 (c)預(yù)壓力與外荷載共同作用下 對(duì)下列的結(jié)構(gòu)物，宜優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。 1)要求裂縫控制等級(jí)較高的結(jié)構(gòu)如水池、油罐、原子能反應(yīng)堆，受到侵蝕性介質(zhì)作用的工業(yè)廠房、水利、海洋、港口工程結(jié)構(gòu)物等。 2)在工程結(jié)構(gòu)中

14、，建造大跨度或承受重型荷載的構(gòu)件。如大跨度橋梁中的梁式構(gòu)件，吊車(chē)梁，樓蓋與屋蓋結(jié)構(gòu)等。 3)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。如工業(yè)廠房的吊車(chē)梁等，采用預(yù)應(yīng) 力混凝土結(jié)構(gòu)，可提高抗裂度或減小裂縫寬度，同時(shí)，由于預(yù)加壓力的偏心作用使構(gòu)件產(chǎn)生反拱，可抵消或減小由使用荷載所產(chǎn)生的變形。 但預(yù)應(yīng)力混凝土同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn)： 如生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、對(duì)施工隊(duì)伍要求高、需要有張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備和錨固裝置等專(zhuān)用設(shè)備等。 9.1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的分類(lèi) 1)全預(yù)應(yīng)力混凝土。圖9.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的分類(lèi) 2)有限預(yù)應(yīng)力混凝土。 3)部分預(yù)應(yīng)力混凝土。 9.1.3 張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法 (1)先張法圖9.3 先

15、張法主要工序示意圖(a)鋼筋就位 (b)張拉鋼筋(c)臨時(shí)固定鋼筋，澆灌混凝土并養(yǎng)護(hù)(d)放松鋼筋，鋼筋回縮，混凝土受預(yù)壓圖9.4 后張法主要工序示意圖(a)制作構(gòu)件，預(yù)留孔道，穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋(b)安裝千斤頂 (c)張拉鋼筋(d)錨住鋼筋，拆除千斤頂、孔道壓力灌漿 (2)后張法 (3)電熱張拉法 9.1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土材料 (1)混凝土 高強(qiáng)度 收縮、徐變小 以減少由于收縮，徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。 快硬、早強(qiáng) 混凝土能較快地獲得強(qiáng)度，盡早地施加預(yù)應(yīng)力，以提高臺(tái)座、模具、夾具、張拉設(shè)備的周轉(zhuǎn)率，加快施工進(jìn)度， 降低間接管理費(fèi)用。 (2)鋼筋 強(qiáng)度高 具有一定的塑性 良好的加工性能圖9.5 螺旋

16、鋼筋的套筒連接 與混凝土之間有良好的粘接強(qiáng)度 鋼筋的應(yīng)力松弛要低 9.1.5 錨具、夾具與預(yù)應(yīng)力設(shè)備概述 (1)夾具和錨具 1)基本要求和分類(lèi) 在設(shè)計(jì)、制造和選用錨具、夾具時(shí)必須滿(mǎn)足以下各項(xiàng)要求： 錨固受力安全可靠，共本身具有足夠的強(qiáng)度和剛度； 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； 構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于機(jī)械加工制作； 使用方便，節(jié)約鋼材，造價(jià)低廉。 按錨(夾)具的受力原理可劃分成： 依靠摩擦力錨固的錨具。 依靠承壓錨固的錨具。 依靠鋼筋與混凝土之間的粘接力進(jìn)行錨固的。 2)國(guó)內(nèi)常用的幾種錨具 螺絲端桿錨具 夾片式錨具 錐形錨具 鐓頭錨具 (2)預(yù)應(yīng)力設(shè)備圖9.6 螺絲端桿錨具

17、圖9.7 JM12錨具 1)千斤頂 2)制孔器 抽拔橡膠管。 螺旋金屬波紋管。 3)灌孔水泥漿及壓漿機(jī)圖9.8 QM錨具圖9.9 錐形錨具圖9.10 鐓頭錨具 9.1.6 先張法預(yù)應(yīng)力錨固長(zhǎng)度(先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長(zhǎng)度及錨固長(zhǎng)度)圖9.11 先張法自錨區(qū)應(yīng)力應(yīng)變分布圖 9.2 張拉控制應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力損失 9.2.1 張拉控制應(yīng)力con 9.2.2 各種預(yù)應(yīng)力損失值 (1)錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損 失l1圖9.12 曲線(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋的l1(a)圓弧形預(yù)應(yīng)力鋼筋(b)預(yù)應(yīng)力損失值l1分布 (2)預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失l2 1)孔道偏差引起的摩擦力dN1圖9.13 摩擦

18、損失l2圖9.14 、x計(jì)算圖 (3)混凝加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于張拉鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3圖9.15 一端張拉、兩端張拉及超張拉對(duì)減少摩擦損失的影響 減少l3的措施有： 1)采用二次升溫養(yǎng)護(hù)。 2)鋼模張拉。 (4)鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失l4 (5)混凝土收縮，徐變引起受拉區(qū)和受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失 (6)用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力筋擠壓混凝土所引起的預(yù)應(yīng)力損失 9.2.3 預(yù)應(yīng)力損失值的組合 9.3 后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部承壓驗(yàn)算 (1)局部承壓的破壞形態(tài)和破壞機(jī)理 (2)端部受壓截面尺寸驗(yàn)算圖9.16 構(gòu)件端部混凝土局部受壓時(shí)內(nèi)力分布圖9

19、.17 局部受壓凈面積 (3)局部承壓區(qū)的承載力計(jì)算圖9.18 局部受壓計(jì)算底面積Ab圖9.19 局部受壓配筋(a)方格網(wǎng)配筋 (b)螺旋式配筋 (4)間接鋼筋的構(gòu)造要求 9.4 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算 9.4.1 軸心受拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析 (1)先張法軸心受拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析 2)使用階段 (2)后張法軸心受拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析 1)施工階段圖9.20 先張法軸心受拉構(gòu)件應(yīng)力變化圖 2)使用階段圖9.21 后張法軸心受拉構(gòu)件應(yīng)力變化圖 9.4.2 軸心受拉構(gòu)件使用階段的計(jì)算 (1)使用階段的承載力計(jì)算 (2)使用階段的抗裂度驗(yàn)算(圖9.22(b)圖9.22(a)預(yù)應(yīng)力軸心受

20、拉構(gòu)件的承載力計(jì)算圖式(b)預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件的抗裂度驗(yàn)算圖式 1)裂縫控制等級(jí)為一級(jí)，即嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。 2)裂縫控制等級(jí)為二級(jí)，即一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。 3)裂縫控制等級(jí)為三級(jí)，即在使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)驗(yàn)算裂縫寬度。 9.4.3 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)算圖9.23 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟框圖 (2)后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部受壓驗(yàn)算 9.4.4 軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例圖9.24 屋架下弦端部構(gòu)件(a)受壓面積圖 (b)下弦端節(jié)點(diǎn) (c)下弦截面配筋 (d)鋼筋網(wǎng)片 9.5 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計(jì)算

21、 9.5.1 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力分析圖9.25 預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件截面應(yīng)力分布圖 (1)施工階段的應(yīng)力分析 1)先張法構(gòu)件圖9.26 預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力位置 2)后張法構(gòu)件 (2)使用階段的應(yīng)力分析 1)加荷至受拉邊緣混凝土預(yù)壓應(yīng)力為零，稱(chēng)之為消壓狀態(tài)圖9.27 受彎構(gòu)件截面的應(yīng)力變化(a)預(yù)應(yīng)力作用下 (b)荷載作用下(c)受拉區(qū)截面下邊緣混凝土應(yīng)力為零(d)受拉區(qū)截面下邊緣混凝土即將出現(xiàn)裂縫(e)受拉區(qū)截面下邊緣混凝土開(kāi)裂 先張法構(gòu)件： 后張法構(gòu)件： 先張法構(gòu)件： 后張法構(gòu)件： 2)加載至受拉區(qū)裂縫即將出現(xiàn) 3)加荷至構(gòu)件破壞 9.5.2 受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 (1)破

22、壞階段的截面應(yīng)力狀態(tài) 界限破壞時(shí)截面相對(duì)受壓區(qū)高度b圖9.28 預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件面應(yīng)變 圖9.29 鋼筋條件屈服的拉應(yīng)變 圖9.30 鋼筋應(yīng)力pei的計(jì)算 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 求受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力 和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力 的計(jì)算 先張法構(gòu)件： 后張法構(gòu)件： 先張法構(gòu)件： 后張法構(gòu)件： (2)正截面受彎承載力計(jì)算圖9.31 矩形截面受彎構(gòu)件正截面承載力計(jì)算圖9.32 矩形截面預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件垂直截面當(dāng)x2a時(shí)的計(jì)算簡(jiǎn)圖 設(shè)計(jì)截面時(shí)： 截面復(fù)核時(shí)：圖9.33 T形截面受彎構(gòu)件受壓區(qū)高度位置 9.5.3 正截面受彎抗裂度與裂縫寬度的計(jì)算 (1)受彎構(gòu)件的正截面抗裂度驗(yàn)算

23、 (2)受彎構(gòu)件正截面裂縫寬度驗(yàn)算圖9.34 受拉區(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)至受壓區(qū)合力點(diǎn)的距離 9.5.4 受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力的計(jì)算 (1)斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式圖9.35 預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度范圍內(nèi)有效預(yù)應(yīng)力值的變化 (2)計(jì)算公式的適用范圍 截面限制條件圖9.36 Apb、Asv圖 9.5.5 受彎構(gòu)件斜截面抗裂度驗(yàn)算 (1)主拉應(yīng)力tp和主壓應(yīng)力cp的計(jì)算 在荷載短期效應(yīng)組合彎矩Ms及荷載短期效應(yīng)組合剪力Vs的作用下，截面上位一點(diǎn)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力分別為： 如果梁內(nèi)僅配預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋，則將產(chǎn)生有效預(yù)壓力pc，這時(shí)由預(yù)應(yīng)力和荷載(Ms)作用下，在截面計(jì)算處產(chǎn)生的沿x方向的

24、混凝土法向應(yīng)力為： 如果梁中還配有預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋，預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋中的預(yù)拉力不僅產(chǎn)生平行于梁縱軸方向(x方向)的預(yù)壓力pc，而且還要 產(chǎn)生垂直于梁縱軸方向(y方向)的預(yù)應(yīng)力y以及預(yù)剪應(yīng)力qc，其值可分別按下式確定： 當(dāng)Vs和預(yù)應(yīng)力彎起鋼筋在計(jì)算處所產(chǎn)生的混凝土剪應(yīng)力為： 當(dāng)有集中荷載作用時(shí)，如對(duì)預(yù)應(yīng)力吊車(chē)梁，在集中荷載作用點(diǎn)兩側(cè)各0.6h的長(zhǎng)度內(nèi)，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值(Fk)產(chǎn)生的混凝土豎向壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，可按圖9.37線(xiàn)性分布取值。圖9.37 預(yù)應(yīng)力混凝土吊車(chē)梁集中力作用點(diǎn)附近應(yīng)力分布圖(a)截面 (b)豎向壓應(yīng)力y分布 (c)剪應(yīng)力分布 混凝土的主拉應(yīng)力tp和主壓應(yīng)力cp按下列公式計(jì)算： (2)斜

25、截面抗裂度驗(yàn)算 對(duì)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件： 對(duì)一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件： 對(duì)以上二類(lèi)構(gòu)件均應(yīng)滿(mǎn)足： (3)斜截面抗裂度驗(yàn)算位置 9.5.6 受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算 (1)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下構(gòu)件的撓度 f1 1)荷載短期效應(yīng)組合作用下的受彎構(gòu)件的短期剛度Bs，可按下列公式計(jì)算： 對(duì)于使用階段不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 2)荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合作用下的長(zhǎng)期剛度B (2)預(yù)應(yīng)力引起的反拱 f 2 (3)撓度計(jì)算 f = f1l- f2l (9.127) 9.5.7 受彎構(gòu)件 施工階段的驗(yàn)算圖9.38 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件受彎特點(diǎn)(a)制作階段 (b)吊裝階段 (c)使用階段圖9.39 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工階段驗(yàn)算(a

26、)先張法構(gòu)件 (b)后張法構(gòu)件圖9.40 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)步驟框圖 9.5.8 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)計(jì)算實(shí)例圖9. 41圖9. 42 9.6 部分預(yù)應(yīng)力混凝土及無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 9.6.1 部分預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念 (1)部分預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展 (2)部分預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn) 1)節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼材與錨具 2)改善結(jié)構(gòu)性能 能較好地控制反拱。 提高延性。 合理控制裂縫。 9.6.2 施加部分預(yù)應(yīng)力的方法及非預(yù)應(yīng)力筋的布置圖9.43 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置 (1)施加部分預(yù)應(yīng)力的方法 (2)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的用途及布置 9.6.3 部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的荷載撓度曲線(xiàn)圖9.44 全預(yù)應(yīng)力、

27、部分預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋混凝土梁彎矩?fù)隙汝P(guān)系曲線(xiàn) 9.6.4 無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述 (1)無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)材料及錨具系統(tǒng) 1)無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力筋與錨具組裝件的靜載錨固性能 2)疲勞荷載性能 (2)無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失 當(dāng)無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力筋按直線(xiàn)布置時(shí)，l1與有粘接預(yù)應(yīng)力筋求l1的計(jì)算方式相同：圖9.45 錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的損失(a) 曲線(xiàn)預(yù)力筋 (b)第一批預(yù)應(yīng)力損失l1后的分布 無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力筋為拋物線(xiàn)形圖9.46 錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失于曲線(xiàn)拐點(diǎn)外的情況(a)預(yù)應(yīng)力筋輪廓(b)第一應(yīng)力損失l1后的分布圖9.47 錨固損失于折點(diǎn)外(a)預(yù)應(yīng)力筋輪廓 (b)第一應(yīng)力損失l1

28、后的分布 預(yù)應(yīng)力筋為折線(xiàn)形 無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力鋼筋采用分張拉時(shí)，張拉后批預(yù)應(yīng)力筋所產(chǎn)生的混凝土彈性壓縮損 失l6，即后批張拉鋼筋所產(chǎn)生的混凝土彈性壓縮，將先批張拉鋼筋的張拉應(yīng)力值con減少了l6=Epci。此處，pci為后批張拉鋼筋在先批張拉鋼筋重心處產(chǎn)生的混凝土法向應(yīng)力。 9.6.5 無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的受力性能 (1)純無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件 (2)無(wú)粘接部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 (3)無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力圖9.48 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力隨荷載變化的示意圖圖9.49 有粘接與無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力混凝土梁的裂縫形態(tài)(a)有粘接預(yù)應(yīng)力(b)純無(wú)粘接預(yù)應(yīng)力(c)無(wú)粘接部分預(yù)應(yīng)力圖9.50 粘接力對(duì)預(yù)應(yīng)力混

29、凝土梁撓度影響的示意響應(yīng)圖9.51 附加普通鋼筋的無(wú)粘接梁荷載-撓度曲線(xiàn)圖9.52 B-2、B-7梁頂面等彎矩區(qū)段混凝土壓應(yīng)變分布圖9.53 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增長(zhǎng)與荷載的關(guān)系圖9.54 配筋量與應(yīng)力增量關(guān)系 9.7 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求 9.7.1 一般構(gòu)造要求 (1)截面形式和尺寸 (2)預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置 (3)非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置 (4)預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率及直徑（非預(yù)應(yīng)力構(gòu)造筋） (5)構(gòu)件端部的構(gòu)造鋼筋圖9.55 預(yù)應(yīng)力鋼筋的布置(a)直線(xiàn)形 (b)曲線(xiàn)形 (c)折線(xiàn)形圖9.56 端部轉(zhuǎn)折處構(gòu)造1折線(xiàn)構(gòu)造鋼筋 2豎向構(gòu)造鋼筋 9.7.2 先張法構(gòu)件的構(gòu)造要求 (1)預(yù)應(yīng)力鋼筋

30、(絲)的凈間距 (2)混凝土保護(hù)層厚度 (3)鋼筋、鋼絲的錨固 (4)端部附加鋼筋 9.7.3 后張法構(gòu)件 的構(gòu)造要求 (1)預(yù)留孔道的 構(gòu)造要求圖9.57(a)預(yù)應(yīng)力鋼絲 (b)預(yù)留孔道 (2)曲線(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋 的曲率半徑 (3)端部構(gòu)造圖9.58 習(xí)題9.1圖圖9.60 習(xí)題9.3圖圖9.59 習(xí)題9.2圖圖9.61 習(xí)題9.5構(gòu)件端部構(gòu)件圖9.62 習(xí)題9.8構(gòu)件端部構(gòu)造圖9.63 習(xí)題9.10圖圖9.64 習(xí)題9.11圖圖9.65 習(xí)題9.13圖第10章 混凝土結(jié)構(gòu)按我國(guó) 公路橋涵規(guī)范的設(shè)計(jì)原理 10.1 半概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法及其在公路橋涵規(guī)范中的應(yīng)用 10.1.1 半概率法的概念 10.

31、1.2 極限狀態(tài)表達(dá)式 (1)承載能力極限狀態(tài) 1)鋼筋混凝土構(gòu)件按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，采用下列假定： 構(gòu)件彎曲后，其截面仍保持為平面，混凝土和鋼筋的應(yīng)變沿截面高度符合線(xiàn)性分布。 在極限狀態(tài)時(shí)，構(gòu)件受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達(dá)到抗壓的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，應(yīng)力計(jì)算圖形為矩形。 在極限狀態(tài)時(shí)，受彎、大偏心受壓、大偏心受拉構(gòu)件的受拉主筋達(dá)到抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度kg，受拉區(qū)混凝土不參與工作(抗剪計(jì)算除外)。 2)按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，荷載組合及荷載安全系數(shù)按下列規(guī)定采用： 當(dāng)結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車(chē)(或掛車(chē)、或履帶車(chē))荷載產(chǎn)生的效應(yīng)同號(hào)時(shí)： 當(dāng)結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車(chē)(或掛車(chē)，或履帶車(chē))荷載產(chǎn)生的效應(yīng)異號(hào)時(shí)： (2)正常使

32、用極限狀態(tài) 限制應(yīng)力 短期荷載下的變形 10.1.3 材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 (1)混凝土 1)混凝土的抗壓強(qiáng)度 2)混凝土抗拉強(qiáng)度 3)混凝土的受壓彈性模量根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)院大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)得出下列經(jīng)驗(yàn)公式： 混凝土的剪切彈性模量按下式取值： (2)鋼筋 1)鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 10.2 受彎構(gòu)件正截面與斜截面強(qiáng)度的計(jì)算 10.2.1 正截面受彎強(qiáng)度的計(jì)算圖10.1 受彎構(gòu)件截面應(yīng)力分布 1)當(dāng)符合下列條件時(shí)： 2)當(dāng)不符合公式(10.27)的條件時(shí)：即 時(shí)應(yīng)考慮截面腹板受壓混凝土的工作(圖10.2(b)，其正截面強(qiáng)度按下列公式計(jì)算：圖10.2 T形截面鋼筋混凝土受彎構(gòu)件中性軸位置圖 10.

33、2.2 斜截面受剪強(qiáng)度的計(jì)算 (1)受彎構(gòu)件斜截面驗(yàn)算的位置 (2)受彎構(gòu)件斜截面受剪承載力計(jì)算圖10.3 斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算示意圖圖10.4 斜截面抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算示意圖圖10.5 抗剪配筋計(jì)算圖Qoj支座中心處計(jì)算的最大剪力值； Qj距支座中心h/2處截面上的計(jì)算剪力值；QjL/2跨中截面上的計(jì)算剪力值； Q hk由混凝土與箍筋共同承擔(dān)的總剪力；Qw由彎起鋼筋承擔(dān)的總剪力；Qwj距支座中心h/2處由第一排彎起鋼筋承擔(dān)的剪力；Qw2、Qwi第一排、第i-1排彎起鋼筋彎起點(diǎn)處由第二排、第i排彎起鋼筋承擔(dān)的剪力；Aw1、Aw2、Awi第一、第二、第i排彎起鋼筋截面面積；h梁全高。 10.2.3 受彎

34、構(gòu)件斜截面受彎強(qiáng)度計(jì)算(圖10.4) 10.3 受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度計(jì)算 10.3.1 軸心受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度計(jì)算圖10.6 配置螺旋式間接鋼筋的鋼筋混凝土的軸心受壓構(gòu)件截面圖 10.3.2 不對(duì)稱(chēng)配筋矩形截面偏心受壓構(gòu)件正截面強(qiáng)度計(jì)算 (1)大偏心受壓破壞圖10.7 矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件的正截面強(qiáng)度計(jì)算圖 (2)小偏心受壓破壞 10.4 受拉構(gòu)件正截面強(qiáng)度的計(jì)算 10.4.1 軸心受拉構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 10.4.2 偏心受拉構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 (1)小偏心受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算圖10.8 矩形截面鋼筋混凝土偏心受拉構(gòu)件正截面強(qiáng)度計(jì)算圖 (2)大偏心受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算 10.5 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的應(yīng)力、裂縫與變形驗(yàn)算 10.5.1 施工階段的應(yīng)力驗(yàn)算 (1)基本假定 (2)受彎構(gòu)件正截面應(yīng)力驗(yàn)算 (3)受彎構(gòu)件中性軸處主拉應(yīng)力驗(yàn)算 10.5.2 受彎構(gòu)件的裂縫寬度驗(yàn)算 10.5.3 受彎構(gòu)件