预应力混凝土轴心受拉构

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1、第12章预应力混凝土轴心受拉构件§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析12.1.0预备知识轴心受拉预应力钢筋混凝土构件中一般配有预应力钢筋Ap和非预应力钢筋As，而且应对称布置，预应力钢筋一般布置于构件的中间部位，配筋情况见图12.6所示。换算截面就是将钢筋和混凝土两种不同材料组成的截面，根据应变相等的原则换算成相应的纯混凝土截面。所谓应变相等原则是指在截面的同一纤维层上的钢筋应变εs和混凝土应变εc是相等的。图12.6预应力轴心受拉构件配筋示意图§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析普通钢筋的应变εs=σs/Es预应力钢筋的应变εp=σp/Es混凝土的应变值εc=σc

2、/Ec因应变相等，即εs=εc，故σs/Es=σc/Ec普通钢筋的合力σsAs=σcαEAs预应力筋的合力σpAp=σcαEAp换算截面面积用A0：A0=Ac+αEAs+αEAp净截面面积An即：An=A0-αEAp=Ac+αEAs12.1.0预备知识12.1.1先张法构件1.施工阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（1）张拉预应力钢筋和浇筑混凝土。先张法构件在台座上按规定张拉好钢筋后，将预应力筋锚固在台座上，布置非预应力筋，浇捣混凝土，养护。预应力钢筋应力为σcon12.1.1先张法构件1.施工阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（2）张拉预应力钢筋

3、和浇筑混凝土。预应力钢筋应力为σp=σcon-σlⅠ；混凝土和非预应力钢筋均未受压，则相应的应力分别为：σpc=0和σs=0，详见图12.7所示。图12.7放松预应力钢筋之前的受力状态(a)构件在台座上的情况；(b)脱离体图12.1.1先张法构件1.施工阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（3）切断（放松）预应力钢筋。混凝土压应力沿截面均匀分布，其值为σpcⅠ；非预应力钢筋应力自然为σsⅠ=αeσpcⅠ；预应力钢筋因缩短，则应力为：σpⅠ=σcon-σlⅠ-αeσpcⅠ由截面内力平衡条件可得:（见图12.8)σpcⅠAc+σsⅠAs=(σcon-σlⅠ-αeσp

4、cⅠ)Ap将上式整理得：图12.8先张法构件放松预应力钢筋时的受力状态12.1.1先张法构件1.施工阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（4）完成第二批损失之后。预应力总损失为σl=σlⅠ+σlⅡ。设此时的混凝土压应力为σpcⅡ，非预应力钢筋应力为σsⅡ=σl5+αesσpcⅡ，预应力钢筋应力为σpⅡ=σcon-σl-αeσpcⅡ混凝土预压应力σpcⅡ仍利用截面平衡条件求得（图12.9）；图12.9先张法构件完成第二批损失之后的受力状态12.1.1先张法构件1.施工阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（4）非预应力钢筋对预应力的影响。非预应力钢筋对预应力

5、既有有利的一面，也有不利的一面，综合考虑后，规范近似取混凝土的有效预压应力为12.1.1先张法构件2.使用阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析使用阶段在轴向力逐渐增加时，预应力轴心受拉构件不断伸长，混凝土预压应力逐渐减少至零；接着混凝土应力变为拉应力（非预应力钢筋也会稍后一步受拉）；当拉应力达到混凝土轴心抗拉强度标准值时，构件处于开裂极限状态；开裂后裂缝截面的内力全部由钢筋承受，裂缝逐渐开展，当钢筋达到屈服强度时，构件处于承载力极限状态。12.1.1先张法构件2.使用阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（1）混凝土应力为零时。在外力Np0的作用下，使建

6、立起来的预压应力σpcⅡ全部抵消，混凝土应力为零，此状态也称为消压状态。由截面内、外力平衡条件可求得消压状态时的轴心拉力（图12.10)：Np0=(σcon-σl)Ap-σl5As=σpcⅡA0图12.10先张法构件消压状态时的受力状态12.1.1先张法构件2.使用阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（2）构件即将开裂时。外荷载继续增加，当混凝土拉应力达到混凝土轴心抗拉强度标准值时，构件处于即将开裂的极限状态（图12.11)，此时混凝土应力为ftk，非预应力钢筋应力为σs=αesftk-σl5，预应力钢筋应力为σp=σcon-σl+αeftk，由内外力平衡条件

7、可求得构件即将开裂时的轴心拉力Np,cr，即Np,cr=A0ftk+σpcⅡA0=(ftk+σpcⅡ)A0即Np,cr=(ftk+σpcⅡ)A0图12.11先张法构件即将开裂时的受力状态12.1.1先张法构件2.使用阶段：§12.1预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析（3）构件开裂后此时荷载不再变化，混凝土中的应力全部转化给钢筋和预应力筋。σp=σp0II+αeftk+ftkAc/(Ap+As)=σp0II+ftkA0/(Ap+As)σs=σl5-αeftk-ftkA