超静定预应力砼结构

超静定预应力砼结构第1页，共45页，2023年，2月20日，星期二第一节超静定预应力混凝土结构的优缺点优点设计弯矩小，可使截面尺寸减小跨中和支座弯矩分布均匀可考虑内力重分布结构刚度好，变形小，抗侧刚度高预应力筋的利用率高减小锚具用量第2页，共45页，2023年，2月20日，星期二超静定预应力混凝土结构体系预应力混凝土连续梁预应力混凝土框架结构预应力混凝土井式楼板结构预应力混凝土多跨刚架缺点预应力筋曲线布置，摩擦损失大温度、徐变、支座变形引起附加内力存在次内力，设计复杂施工麻烦第3页，共45页，2023年，2月20日，星期二第二节次弯矩、次内力静定预应力混凝土结构的验算正常使用极限状态（抗裂）：一般可采用名义拉应力法承载能力极限状态第4页，共45页，2023年，2月20日，星期二特点：预应力的施加不引起支座反力的变化第5页，共45页，2023年，2月20日，星期二超静定结构中施加预应力后的支座反力第6页，共45页，2023年，2月20日，星期二第7页，共45页，2023年，2月20日，星期二关于次弯矩次弯矩是由于预应力施加时支座约束预应力构件变形产生的支座反力引起的在超静定结构的受力验算时应考虑次弯矩第8页，共45页，2023年，2月20日，星期二主弯矩：预应力筋有效预应力合力与其偏心矩的乘积综合弯矩：是预应力作用于结构产生的总效应弯矩第9页，共45页，2023年，2月20日，星期二次弯矩的求解：力法：根据变形协调，求解冗余支座的支座反力，进而求解支座反力也可以通过将等效荷载作用在原结构上求出第10页，共45页，2023年，2月20日，星期二等效荷载法依据：等效荷载作用在原结构上的弯矩是预应力对结构的总弯矩，即综合弯矩。注意点：等效荷载不要漏项第11页，共45页，2023年，2月20日，星期二曲线预应力钢筋的等效荷载构件及配筋基本隔离体:构件隔离体与预应力钢筋组装件隔离体曲线方程：y=ax2+bx+c第12页，共45页，2023年，2月20日，星期二微段隔离体及其平衡端部隔离体的平衡第13页，共45页，2023年，2月20日，星期二预应力－锚具组装件的受力作用力与反作用力第14页，共45页，2023年，2月20日，星期二次弯矩的特性次弯矩不一定比主弯矩小次弯矩在支座间直线分布一般情况下，次弯矩位于框架梁下侧次弯矩不仅存在于预应力构件第15页，共45页，2023年，2月20日，星期二次内力：次弯矩、次剪力、次轴力…综合内力、主内力的概念主内力：预应力等效荷载作用于超静定结构的静定基上产生的内力按照前述公式进行验算时，应包含预应力引起的次内力第16页，共45页，2023年，2月20日，星期二全面考虑次内力后的验算公式正常使用极限状态（名义拉应力）抗弯承载能力极限状态第17页，共45页，2023年，2月20日，星期二很幸运！一般情况下梁的次轴力（柱的次剪力）较小对于柱子抗侧刚度大的情况必须考虑次轴力的影响极端的情况：两端固定梁第18页，共45页，2023年，2月20日，星期二作业预应力混凝土框架结构，预应力筋采用三段抛物线，反弯点位于距离柱轴线2.7米处，h1＝312mm，h2＝728mm，有效预应力合力为1000kN第19页，共45页，2023年，2月20日，星期二1不考虑柱次剪力、梁次轴力及其效应，计算次弯矩（提示：预应力等效荷载可不计入端部水平等效集中力）2考虑柱次剪力、梁次轴力及其效应，计算次内力内力计算可采用有限元分析程序进行第20页，共45页，2023年，2月20日，星期二第三节压力线、线性变换和吻合束压力线各个截面上压力中心作用点的连线静定结构中，压力线为预应力筋线超静定结构中，压力线有偏移第21页，共45页，2023年，2月20日，星期二预应力单独作用下的压力线表示了预应力对结构的总效应压力线偏心与预应力筋有效预应力合力的矩为综合弯矩第22页，共45页，2023年，2月20日，星期二线性变换预应力筋在中间支座上移动而不改变其曲线形状，则由此引起的压力线不变也就是综合弯矩不变也就是预应力引起的各截面应力不变从等效荷载的角度来解释第23页，共45页，2023年，2月20日，星期二吻合束超静定预应力结构中，预应力筋线与压力线重合时的预应力曲线往往可以通过线性变换得到吻合束中没有次弯矩第24页，共45页，2023年，2月20日，星期二一根预应力梁里面可能存在多种吻合束方案连续梁中，与竖向荷载弯矩图相似的预应力筋线形是吻合束吻合束往往没有实际意义第25页，共45页，2023年，2月20日，星期二第四节荷载平衡法等效荷载的概念第26页，共45页，2023年，2月20日，星期二林同炎，1961如果等效荷载的取值＝恒载＋活载×0.5，则在所有荷载作用下的总效应为0.5×活载，而所有活载不作用时为-0.5×活载前提：端部偏心矩＝0的连续梁比较适合用于板的设计一般来讲不经济第27页，共45页，2023年，2月20日，星期二第五节预应力混凝土连续梁的设计连续梁的形式等截面连续梁加腋连续梁连接器连接悬臂法施工的连续梁第28页，共45页，2023年，2月20日，星期二预应力连续梁的研究成果开裂前符合弹性，内力可叠加开裂后有一定内力重分布，仍可用弹性预应力连续梁的挠度比相应简支梁小抗开裂性能好恢复性能好良好延性的预应力连续梁可实现内力重分布次反力有一定变化第29页，共45页，2023年，2月20日，星期二承载能力极限状态下次内力的考虑正常使用极限状态下应考虑次内力承载能力极限状态下次反力的考虑与否第30页，共45页，2023年，2月20日，星期二设计基本步骤基本尺寸：梁高：1/25~1/13；梁宽：1/6~1/3T形截面计算恒载、活载下的弯矩选择合理的抗裂要求确定预应力曲线和配筋次内力计算，抗裂验算按照承载能力极限状态验算，若不够则补充非预应力钢筋验算变形、抗剪、局部承压预应力筋的布置原则：与外荷载弯矩图相似第31页，共45页，2023年，2月20日，星期二相关计算公式第32页，共45页，2023年，2月20日，星期二第六节预应力混凝土框架设计设计步骤截面初定：梁高：1/20~1/15荷载作用下的弯矩计算，综合内力、次内力计算按照正常使用极限状态设计预应力钢筋按照承载能力极限状态设计非预应力钢筋上述两项中应考虑次内力变形、抗剪、局部承压延性的考虑第33页，共45页，2023年，2月20日，星期二次内力的简化考虑一般来讲，次内力主要是次弯矩一般来讲，次弯矩占外荷载作用下弯矩的10％～20％一般来讲，次弯矩对支座有利，对跨中不利第34页，共45页，2023年，2月20日，星期二第七节等效荷载法现有的计算公式问题：正常使用极限状态只需使用综合内力，而承载能力极限状态必须使用次弯矩第35页，共45页，2023年，2月20日，星期二进一步推广到压弯、拉弯结构构件进一步的问题：为什么要划分次内力和主内力？第36页，共45页，2023年，2月20日，星期二回顾：等效荷载的由来第37页，共45页，2023年，2月20日，星期二第38页，共45页，2023年，2月20日，星期二粘结前作用和粘结后作用分析隔离体粘结前作用：等效荷载粘结后作用：灌浆达到强度后，预应力钢筋和周围混凝土一起变形，产生应力增量。其实质是等效钢筋第39页，共45页，2023年，2月20日，星期二实用计算方法分析：：将等效荷载和外荷载一起施加在结构上计算得到：等效钢筋的作用第40页，共45页，2023年，2月20日，星期二第41页，共45页，2023年，2月20日，星期二计算方法的验证可得：第42页，共45页，2023年，2月20日，星期二进一步的简化注意点：常用预应力钢筋曲线的综合剪力第43页，共45页，2023年，2