結構設計原理于輝北京理工大學出版社目錄0前言下一頁返回目錄124335第一章鋼筋混凝土結構的基本知識第二章鋼筋混凝土結構設計的基本原理第三章鋼筋混凝土受彎構件構造及正截面承載力計算第四章鋼筋混凝土受彎構件斜截面承載力計算第五章鋼筋混凝土受彎構件的應力、裂縫和變形計算下一頁返回上一頁目錄6793810第六章鋼筋混凝土梁的施工預制第七章軸心受壓構件的構造要求及計算第八章偏心受壓構件第九章鉆孔灌注樁施工第十章預應力混凝土結構的基本概念及材料上一頁返回目錄11121431315第十一章預應力混凝土簡支梁的設計第十二章預應力混凝土梁的施工工藝第十三章圬工結構的基本概念與材料第十四章圬工結構的強度計算第十五章石砌墩臺施工上一頁返回前言為了適應２１世紀國家建設對交通土建類高職人才的需求，滿足高職院校教學改革對教材建設的需要，北京理工大學出版社于２００８年組織知名專家、學者及企業一線路橋設計施工人員進行反復研討，確定了“以學生就業所需專業知識和操作技能為著眼點，緊跟最新的技術發展和技術應用，在理論知識夠用的前提下，著重講解應用型人才培養所需的技能，突出實用性和可操作性”的思路，編寫了高等職業教育特色精品課程系列規劃教材。自２００９年第１版教材出版以來，橋梁建設有了很大的發展，各種新規范、新標準相繼頒布，同時我們收到了很多讀者和一線教師的有關教材的反饋意見，為了適應社會需求，我們于２０１３年秉承“理論夠用，加強實踐，以能力培養為主線”的思想對教材進行了再版。本次再版主要更換了原書部分內容，并增補了部分內容，引用了目前施工中的新技術、新工藝、新案例。下一頁返回前言第２版教材特點如下：１．先進性與科學性：新標準、新規范內容及時在教材中更新和體現，以更加貼近工程實踐需要；根據本課程特點，淘汰過時的、落后的舊內容，以社會發展和科技進步的新近成果充實、更新教材內容。２．實用性：根據交通土建專業工程生產特點和應用型人才的發展方向，結合注冊監理工程師、注冊建造師、注冊造價工程師等考試大綱要求修訂，增強教材實用性。３．設置更適合教學的架構：在每章前增加學習任務單，包括“知識目標、能力目標、教學過程設計、教學方式、單項考核、教師技能、學生技能”等項目，供學生及教師在教學過程中做預習及教學參考。4．教材具備完善的立體化教學體系：圍繞教材形成了在教學過程中以“工作過程引領”作為授課的主導思想，以文字圖片、影音、網絡課程為主的教學方式，并且另配備輔導教材《結構設計原理習題指導》供學生使用。下一頁返回上一頁前言５．素質培養的拓展性：教材編寫注重工程實踐的應用。教材理論闡述簡明，涉及廣泛的工程應用問題，在保留原教材各章思考題的基礎上，在每個項目后增加了能力訓練，突出實踐技能訓練，滿足了培養高素質應用型人才的要求參與本書編寫人員有：吉林交通職業技術學院于輝、崔巖、陳立春、申建、郭梅、王東杰、慕平、錢雪松、姜仁安、閆淑杰、朱春鳳、陳晴，吉林省交通基本建設質量監督站謝守軍、張宏斌、李春風。本書由于輝、崔巖擔任主編，陳立春、申建擔任副主編。具體分工如下：于輝編寫總說明和項目一中的第一章、第二章、第三章、第四章、第五章、第六章，崔巖編寫項目一中的第七章、第八章、第九章，陳立春編寫項目二中第十章和全書復習思考題及習題，申建編寫項目二中第十一章，郭梅、姜仁安編寫項目二中第十二章，王東杰、慕平、錢雪松編寫項目三中第十三章，閆淑杰、朱春鳳、陳晴、謝守軍、張宏斌、李春風編寫項目三中第十四、十五章及全書的能力訓練。全書由于輝、崔巖統稿，由吉林大學劉寒冰教授主審。在本書編寫過程中，得到了兄弟院校的幫助和支持，在此表示深深的謝意，并對本書所參考論著和資料的編者表示感謝！由于編者水平有限，時間倉促，教材中難免出現不足和欠妥之處，懇請廣大讀者批評指正。編者下一頁返回上一頁謝謝觀賞第十五章石砌墩臺施工一、石料、砂漿與腳手架石砌墩臺是用片石、塊石及粗料石由水泥砂漿砌筑的，石料與砂漿的規格要符合有關規定。漿砌片石一般適用于高度小于６ｍ的墩臺身、基礎、鑲面以及各種墩臺身填腹；漿砌粗料石則用于磨耗及沖擊嚴重的分水體及破冰體的鑲面工程以及有整齊美觀要求的橋墩、臺身等。將石料吊運并安砌到正確位置是砌石工程中比較困難的工序。當重量小或距地面不高時，可用簡單的馬凳跳板直接運送；當重量較大或距地面較高時，可采用固定式動臂吊機或桅桿式吊機或井式吊機，將材料運到墩臺上，然后再分運到安砌地點。用于砌石的腳手架應環繞墩臺搭設，用以堆放材料，并支持施工人員砌筑鑲面定位行列及勾縫。腳手架一般常用固定式輕型腳手架（適用于６ｍ以下的墩臺）、簡易活動腳手架（能用在２５ｍ以下的墩臺）以及懸吊式腳手架（用于較高的墩臺）。上一頁下一頁返回第十五章石砌墩臺施工二、墩臺砌筑要點１墩臺砌筑的一般要求（１）砌塊在使用前必須澆水濕潤，表面如有泥土、水銹，應清洗干凈。（２）砌筑基礎的第一層砌塊時，如基底為巖層或混凝土基礎，應先將基底表面清洗、濕潤，再坐漿砌筑；如基底為土質，可直接坐漿砌筑。（３）砌體應分層砌筑，砌體較長時，可分段分層砌筑，但兩相鄰工作段的砌筑差一般不宜超過１．２ｍ；分段位置宜盡量設在沉降縫或伸縮縫處，各段水平砌縫應一致。上一頁下一頁返回第十五章石砌墩臺施工（４）各砌層應先砌外圈定位行列，然后砌筑里層，外圈砌塊應與里層砌塊交錯連成一體。砌體外露面鑲面種類應符合設計規定，位于流冰或有嚴重漂流物河中的墩臺，宜選用較堅硬的石料或高強度混凝土預制塊進行鑲砌。砌體里層應砌筑整齊，分層應與外圈一致，應先鋪一層適當厚度的砂漿再安放砌塊和填塞砌縫。砌體外露面應進行勾縫，并應在砌筑時靠外露面預留深約２０ｍｍ的空縫備作勾縫之用。砌體隱蔽面砌縫可隨砌隨刮平，不另勾縫。（５）各砌層的砌塊應安放穩固，砌塊間應砂漿飽滿，粘結牢固，不得直接貼靠或脫空。砌筑時，底漿應鋪滿，豎縫砂漿應先在已砌石塊側面鋪放一部分，然后于石塊放好后填滿搗實。用小石子混凝土塞豎縫時，應以扁鐵搗實。上一頁下一頁返回第十五章石砌墩臺施工（６）砌筑上層砌塊時，應避免振動下層砌塊。砌筑工作中斷后恢復砌筑時，已砌筑的砌層表面應加以清掃和濕潤。２砌筑方法砌石順序為先角石，再鑲面，后填腹。填腹石的分層厚度應與鑲面相同；圓端、尖端及轉角形砌體的砌石順序，應自頂點開始，按丁順排列接著砌鑲面石。砌筑圖例如圖１５-１所示，圓端形橋墩的圓端頂點不得有垂直灰縫，砌石應從頂端開始先砌石塊①［圖１５-１（ａ）］，然后應丁順相間排列，安砌四周鑲面石；尖端形橋墩的尖端及轉角處不得有垂直灰縫，砌石應從兩端開始，先砌石塊①［圖１５-１（ｂ）］，砌側面轉角②，然后丁順相間排列，安砌四周的鋪面石。上一頁返回圖１５-１橋墩的砌筑返回謝謝觀賞第十四章圬工結構的強度計算12第一節圬工受壓構件正截面承載力計算第二節砌體結構受彎、受剪構件的計算返回第一節圬工受壓構件正截面承載力計算受壓構件是圬工結構中應用最為廣泛的構件，如橋梁的重力式墩臺、圬工拱橋的拱圈等。受壓構件按軸向壓力在截面上的作用位置的不同，可分為軸向受壓、單向偏壓和雙向偏壓；按構件長細比的不同，可分為短柱和長柱。理想的軸向受壓構件在軸心力作用下截面產生均勻的壓力。但構件的長細比較大時，由于構件實際軸線的偏移、材料的不均勻性、軸心力的實際作用點偏離截面的幾何重心軸等原因使構件產生側向變形，會在截面內引起相當大的附加應力，使構件的承載力大大降低。下一頁返回第一節圬工受壓構件正截面承載力計算一、砌體受壓構件承載力計算對于砌體受壓構件，可以采用一個系數φ來綜合考慮縱向彎曲和軸向力的偏心距對受壓構件承載力的影響。在《橋規》中規定的受壓偏心距限值范圍內，砌體（包括砌體與混凝土組合）受壓構件的承載力應按下列公式計算：式（１４-１）適用于砌體軸向受壓和偏心受壓。砌體偏心受壓構件承載力的影響系數φ，按下列公式計算：上一頁下一頁返回第一節圬工受壓構件正截面承載力計算不同物體材料構件的長細比修正系數，按表１４-１的規定采用；構件計算長度，見表１４-２；二、混凝土受壓構件承載力計算試驗結果表明，若軸向力作用點的偏心距較大，當軸向力增加致使截面受拉邊緣的應力大于圬工砌體的彎曲抗拉強度時，構件的受拉邊會出現水平裂縫，截面的受壓區逐漸減小，截面的剛度相應的削弱，縱向彎曲的不利影響隨之增加，進而導致構件的承載力顯著降低。這樣，結構就不安全，而且材料強度的利用率很低，也不經濟。為控制受拉區水平裂縫的過早出現與開展，既為了保證結構的正常使用狀態，也為了保證截面的穩定性，應該對軸向力作用的偏心距e有所限制。根據試驗結果并參考國內外有關規范，《橋規》建議砌體和混凝土的單向和雙向偏心受壓構件，其受壓偏心距e的限值應符合表１４-３的規定。上一頁下一頁返回第一節圬工受壓構件正截面承載力計算１單向偏心受壓受壓區高度hｃ，應按下列條件確定（圖１４-２）：矩形截面的受壓承載力可按下列公式計算：彎曲平面內受壓構件彎曲系數，按表１４-４采用；２雙向偏心受壓受壓區高度和寬度，應按下列條件確定［圖１４-２（ｂ）］：上一頁下一頁返回第一節圬工受壓構件正截面承載力計算三、偏心距e超過限值時構件承載力計算當軸向力的偏心距e超過表１４-３中偏心距限值時，構件承載力應按下列公式計算。單向偏心：上一頁返回第二節砌體結構受彎、受剪構件的計算一、受彎構件承載力計算在彎矩作用下，砌體可能沿通縫截面或齒縫截面產生彎曲受拉而彎曲破壞。對受彎構件正截面的承載力，要求截面的受拉邊緣最大計算拉應力必須小于彎曲抗拉強度設計值，考慮到結構的安全等級，計入橋梁結構重要性系數，《橋規》規定按下式計算：二、受剪構件承載力計算下一頁返回第二節砌體結構受彎、受剪構件的計算砌體構件的試驗表明，砌體沿水平向縫的抗剪承載能力為砌體沿通縫的抗剪承載能力及作用在截面上的壓力所產生的摩擦力的總和。這是由于隨著剪力的加大，砂漿產生很大的剪切變形，一層砌體對另一層砌體開始移動，當有壓力時，內摩擦力將抵抗滑移。因此，構件正截面通縫直接受剪時，《橋規》規定砌體構件或混凝土構件直接受剪時其承載力按下式計算：上一頁返回表１４-１長細比修正系數γβ返回表１４-２構件計算長度l０返回表１４-３受壓構件偏心距限值返回圖１４-１受壓構件偏心距返回圖１４-２混凝土構件偏心受壓返回表１４-４混凝土受壓構件彎曲系數返回謝謝觀賞第十三章圬工結構的基本概念與材料12第一節圬工結構砌體的種類第二節砌體的強度與變形返回第一節圬工結構砌體的種類一、石材砌體石材是無明顯風化的天然巖石，經過人工開采和加工后，外形規則的建筑用材。它具有強度高、抗凍與抗氣性能好等優點，在有開采和加工能力的地區，石材廣泛應用于建造橋梁基礎、墩臺、擋土墻等。橋涵結構應選擇質地堅硬、均勻、無裂縫，且不易風化的石材。常用天然石材的種類主要有花崗石、石灰石等。石材根據開采方法、形狀、尺寸及清鑿加工程序的不同，可分為下列幾類：１片石砌體片石是由爆破開采、直接炸取的不規則石材。使用時形狀不受限制，但厚度不得小于１５０ｍｍ，卵形和薄片不得采用。下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類２塊石砌體塊石是按巖石層理放炮或鍥劈而成的石材。要求形狀大致方正，上下面大致平整，厚度為２００～３００ｍｍ，寬度為厚度的１．０～１．５倍，長度為厚度的１．５～３．０倍。塊石一般不修鑿加工，但應敲去尖角凸出部分。３細料石砌體細料石是由巖層或大塊石材開劈并經粗略修鑿而成。要求外形方正，成六面體，表面凹陷深度不大于１０ｍｍ，其厚度為２００～３００ｍｍ，寬度為厚度的１．０～１．５倍，長度為厚度的２．５～４．０倍。上一頁下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類４半細料石砌體半細料石砌體同細料石砌體，但砌縫寬度不大于１５ｍｍ。５粗料石砌體粗料石砌體同半細料石砌體，但粗料石凹陷深度不大于２０ｍｍ，砌縫寬度不大于２０ｍｍ。橋涵結構中所用的石材強度等級有ＭＵ１２０、ＭＵ１００、ＭＵ８０、ＭＵ６０、ＭＵ５０、ＭＵ４０、ＭＵ３０。石材強度等級采用邊長為７０ｍｍ含水飽和的立方體試件的抗壓強度（ＭＰａ）。不同強度等級石材的強度設計值和不同尺寸的石材試件強度的換算系數分別見表１３-１和表１３-２上一頁下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類二、混凝土圬工（１）混凝土預制塊：是根據結構構造與施工要求，預先設計成一定形狀和尺寸，然后澆筑而成。其尺寸要求不低于粗料石，且其表面應較為平整。應用混凝土預制塊，可節省石材的開采加工工作，加快施工進度；對于形狀復雜的塊材，難以用石材加工時，更可顯示出其優越性；另外，由于混凝土預制塊形狀、尺寸統一，因而砌體表面整齊美觀。（２）整體澆筑的混凝土：整體澆筑的素混凝土結構，由于收縮應力較大，受力不利，故較少采用。對于大體積混凝土，為了節省水泥，可在其中分層摻入含量不多于２０％的片石，這種混凝土稱為片石混凝土。其中片石強度等級不低于表１３-３規定的最低強度等級且不低于混凝土強度等級。（３）小石子混凝土：是由膠結料（水泥）、粗集料（細卵石或碎石，粒徑不大于２０ｍｍ）、細料石（砂）加水拌合而成。上一頁下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類在砌筑片石、塊石砌體時，若用小石子混凝土代替砂漿，則砌體稱為小石子混凝土砌體。小石子混凝土砌體的抗壓強度比同強度等級的砂漿砌體的抗壓強度高。對大體積結構如墩身等可采用片石混凝土砌體。該砌體是在混凝土中分層加入片石，但要求片石含量控制在砌體體積的５０％～６０％，片石強度等級不低于表１３-３中規定的石材最低強度等級，且不低于混凝土強度等級（表１３-４），片石凈距４０～６０ｍｍ。三、砂漿砂漿是由膠結料（如水泥、石灰和黏土等）、粒料（砂）及水拌制而成。砂漿在砌體結構中的作用是將塊材粘結成整體，并在鋪砌時抹平塊材不平的表面而使塊材在砌體受壓時能比較均勻地受力，此外，因砂漿填滿了塊材間隙，減少了砌體的透氣性，從而提高了砌體的密實性、保溫性與抗凍性。上一頁下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類由于石灰砂漿及混合砂漿的強度較低，使用性能較差，故在橋梁工程中大都采用水泥砂漿。砂漿的物理力學性能指標主要有砂漿的強度、和易性和保水性。橋涵結構中采用的砂漿的強度等級有Ｍ２０、Ｍ１５、Ｍ１０、Ｍ７．５、Ｍ５。砂漿的強度等級采用邊長為７．０７ｃｍ的標準立方體試件２８ｄ抗壓強度（ＭＰａ）表示。設計時，砂漿強度等級應與塊材強度等級相配合，如塊材強度高，應配用強度較高的砂漿，如塊材強度低，宜配用強度低的砂漿。上一頁下一頁返回第一節圬工結構砌體的種類砂漿的保水性是指砂漿在運輸和使用過程中保持其均勻程度的能力。它直接影響砌體的砌筑質量，保水性好，砂漿在塊材上能鋪設均勻，若砂漿保水性差，砂漿易發生離析現象，新鋪在塊材上砂漿的水分很快散失或被塊材吸去，使砂漿難抹平，從而降低砌體的砌筑質量，同時，砂漿因失去過多水分而不能進行正常的硬化作用，因而會大大降低砌體的質量，因此，在砌筑砌體前必須對吸水性很大的干燥塊材灑水濕潤其砌筑表面。上一頁返回第二節砌體的強度與變形一、砌體的抗壓強度１砌體受壓應力狀態砌體是由單塊塊材用砂漿粘結而成，它受壓時的工作性能與單一均質的整體結構有很大的差別，而且砌體的抗壓強度一般低于單塊塊材的抗壓強度。砌體在受壓破壞時，一個重要的特征是單塊塊材先開裂，且砌體的抗壓強度總是低于它所用的塊件的抗壓強度，致使砌體的抗壓強度不能充分發揮。這是由于砌體雖然承受軸向均勻壓力，但砌體中塊材并不是均勻受壓，而是處于復雜應力狀態，其原因如下：下一頁返回第二節砌體的強度與變形（１）砂漿層的非均勻性及塊材表面的不平整。由于在砌筑時，砂漿的鋪砌不可能很均勻，又由于砂漿拌合不均勻，使砌縫砂漿層各部位成分不均勻，砂子多的部位收縮小，而砂子少的部位收縮大；另外，由于塊材表面的不平整等，這些都導致了塊材與砂漿層并非全面接觸。因此，塊材在砌體受壓時，實際上處于受彎、受剪與局部受壓等復雜的應力狀態。（２）砌體橫向變形時塊材和砂漿的相互作用。砌體受壓后，若塊材和砂漿的變形為自由變形，一般塊材的橫向變形小，而砂漿的變形大，但是由于塊材和砂漿間的粘結力和摩擦阻力約束了它們彼此的橫向自由變形，只能有橫向約束變形。這樣，塊材因砂漿的影響而增大了橫向變形，砂漿因塊材的影響又使其橫向變形減小，因此，塊材會受到橫向拉力作用，而砂漿則處于三向受壓狀態，其抗壓強度將提高。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形２影響砌體抗壓強度的主要因素（１）塊材的強度、尺寸和形狀的影響。塊材是砌體的主要組成部分，在砌體中處于復雜的受力狀態，因此，塊材的強度對砌體強度起主要的作用。（２）砂漿的物理力學性能。除砂漿的強度直接影響砌體的抗壓強度外，砂漿等級過低將加大塊材和砂漿的橫向差異，從而降低砌體強度，但應注意單純提高砂漿等級并不能使砌體強度有很大的提高。（３）砌筑質量的影響。砌筑質量的標志之一是灰縫的質量，包括灰縫的均勻性和飽滿程度。砂漿鋪砌得均勻、飽滿，可以改善塊材在砌體內的受力性能，使之比較均勻地受壓，提高砌體抗壓強度；反之，則降低砌體強度。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形３砌體抗壓強度設計值《橋規》對砂漿砌體抗壓強度設計值規定如下：（１）混凝土預制塊砂漿砌體抗壓強度設計值fｃｄ應按表１３-５的規定采用。（２）塊石砂漿砌體抗壓強度設計值fｃｄ應按表１３-６的規定采用。（３）片石砂漿砌體抗壓強度設計值fｃｄ應按表１３-７的規定采用。二、砌體的抗拉、抗彎與抗剪強度試驗證明，在多數情況下，砌體的受拉、受彎以及受剪破壞一般發生于砂漿與塊材的連接面上，因此，砌體的抗拉、抗彎與抗剪強度取決于砌縫強度，亦取決于砌縫間塊材與砂漿的粘結強度，而只有在砂漿與塊材間的粘結強度很大時，才可能產生沿塊材本身的破壞。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形砂漿與塊材間的粘結強度按照砌體受力方向的不同分為兩類：一類是作用力平行于砌縫時［圖１３-１（ａ）］的切向粘結強度；一類是作用力垂直于砌縫［圖１３-１（ｂ）］時的法向粘結強度。在正常情況下，粘結強度和砂漿強度有關，由于法向粘結強度不易保證，所以，在實際工程中不允許設計成利用法向粘結強度的軸心受拉構件。１軸心受拉強度在平行于水平砌縫的軸心拉力作用下，砌體的破壞有兩種情況：一是砌體沿齒縫截面發生破壞，破壞面成齒狀，如圖１３-２（ａ）所示，其強度主要取決于砌縫與塊材之間切向粘結強度；二是砌體沿豎向砌縫和塊材破壞，如圖１３-２（ｂ）所示，其強度主要取決于塊材的抗拉強度。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形當拉力作用方向與水平砌縫垂直時，砌體可能沿通縫截面發生破壞，如圖１３-２（ｃ）所示，其強度主要取決于砌縫與塊材的法向粘結強度。２彎曲抗拉強度砌體處于彎曲狀態時，可能沿圖１３-３（ａ）所示的通縫截面發生破壞。此時砌體彎曲抗拉強度主要取決于砂漿與塊材間的法向粘結強度。亦可能沿如圖１３-３（ｂ）所示的齒縫截面發生破壞，其強度主要取決于砌體中砌塊與砂漿間的切向粘結強度。３受剪強度砌體可能發生如圖１３-４（ａ）所示的通縫截面受剪破壞，其強度主要取決于灰縫的粘結強度。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形砌體在發生如圖１３-４（ｂ）所示的齒縫截面破壞時，其抗剪強度與塊材的抗剪強度以及砂漿的切向粘結強度有關，隨砌體種類而不同。片石砌體齒縫抗剪強度采用通縫抗剪強度的兩倍。規則塊材砌體的齒縫抗剪強度，取決于塊材的直接抗剪強度，不計灰縫的抗剪強度，見表１３-８。《橋規》規定的各類砂漿砌體的軸心抗拉強度設計值fｔｄ、彎曲抗拉強度設計值fｔｍｄ和直接抗剪強度設計值fｖｄ應按表１３-８的規定采用。小石子混凝土砌塊石、片石砌體強度設計值，應分別按表１３-９～表１３-１１的規定采用。上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形三、砌體變形１砌體的彈性模量由砌體的應力－應變曲線可知，砌體的受壓變形模量ｄσ/ｄε是一個變量，因而砌體的受壓變形模量也有三種表示方法，即初始彈性模量、割線彈性模量以及切線彈性模量。由于在工程實際中，砌體的實際壓力不超過（０．３～０．４）fｃｄ，而在此范圍內，應力－應變曲線與割線較接近，因此，《橋規》中取σ＝０．４３fｃｄ處的割線模量作為圬工砌體的彈性模量，即上一頁下一頁返回第二節砌體的強度與變形《橋規》規定的砌體彈性模量按表１３-１２和表１３-１３取值。２圬工砌體的溫度變形圬工砌體的溫度變形在計算超靜定結構溫度變化所引起的附加內力時應予以考慮。溫度變形的大小隨砌筑塊材與砂漿的不同而不同。設計中把溫度每升高１℃，單位長度砌體的線性伸長稱為該砌體的溫度膨脹系數，又稱線膨脹系數。上一頁返回表１３-１石材強度設計值返回表１３-２石材試件強度的換算系數返回表１３-３圬工材料的最低強度等級返回表１３-４混凝土強度設計值返回表１３-５混凝土預制塊砂漿砌體抗壓強度設計值fcd返回表１３-６塊石砂漿砌體抗壓強度設計值fcd返回表１３-７片石砂漿砌體抗壓強度設計值fcd返回圖１３-１粘結強度返回圖１３-２軸心受拉砌體的破壞形式返回圖１３-３受彎砌體的破壞形式返回圖１３-４剪切破壞位置返回表１３-８砂漿砌體軸心抗拉、彎曲抗拉和直接抗剪強度設計值返回表１３-９小石子混凝土砌塊石砌體軸心抗壓強度fcd設計下一頁表１３-１０小石子混凝土砌片石砌體軸心抗壓強度設計值fcd下一頁表１３-１１小石子混凝土砌塊石、片石砌體的軸心抗拉、彎曲抗拉和直接抗剪強度設計值返回表１３-１２混凝土的受壓彈性模量Ec返回表１３-１３各類砌體受壓彈性模量Em返回謝謝觀賞第十二章預應力混凝土梁的施工工藝12第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝第二節先張法預應力混凝土梁的施工工藝返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝后張法預應力是先預留孔道、澆筑混凝土，待混凝土達到設計強度后，穿筋、張拉、壓漿、封錨，形成預應力混凝土梁。后張法施工工藝流程如圖１２-１所示。一、張拉前的準備工作張拉前需完成梁內預留孔道、制索、制錨等準備工作。（一）預應力鋼筋伸長值的計算與要求在預應力混凝土結構張拉施工時，預應力鋼筋的張拉應采用雙控，即張拉應力和伸長值控制?？刂埔詮埨瓚橹?，同時校核預應力鋼筋的伸長值，若張拉過程中張拉伸長值超過規范偏差范圍，應立即停止操作檢查原因，待采取措施并排除故障后才能繼續張拉。實際伸長值與理論伸長值要控制在６％以內，下面就理論伸長值與實際伸長值進行量算。１后張預應力鋼筋理論伸長值及預應力平均值的量測下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝（二）預留孔道工藝為了能在梁體混凝土內形成鋼束管道，應在澆筑混凝土前安置制孔器。按照制孔的方式不同，可分為預埋式制孔器和抽拔式制孔器兩大類。預埋式制孔器按預應力鋼筋設計位置和形狀固定在鋼筋骨架中，本身便是孔道。抽拔式制孔器是按設計位置固定在鋼筋骨架中，待混凝土達到一定強度時，再將制孔器抽拔出以形成孔道。１預埋式制孔器上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝預埋式制孔器包括金屬波紋管、塑料波紋管等。金屬波紋管由制管機卷制而成，橫向剛度大，縱向也便于制成各種線性，與混凝土梁的粘結較好，故較適用。塑料波紋管是一種新型成孔材料，與金屬波紋管相比，它具有以下優點：（１）塑料波紋管為連續擠出成型，密封性好，無滲水漏漿現象。（２）塑料波紋管原材料為高密度聚乙烯（簡稱為“ＨＤＰＥ”），耐酸堿腐蝕，耐老化，永不生銹。（３）塑料波紋管與鋼絞線的摩擦系數小，能有效地減小張拉過程中的預應力摩擦損失。（４）塑料波紋管柔韌性好，環向剛度高，不怕踩壓。（５）塑料波紋管不導電，可以防止雜散電流腐蝕。（６）塑料波紋管彎曲度大，連接方便，可以大力提高施工效率。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝２抽拔式制孔器為了增加橡膠管的剛度和控制位置的準確，需在橡膠管內設置圓鋼筋（又稱芯棒），以便在先抽出芯棒之后，橡膠管易于從梁體內拔出。（三）錨具的種類錨具是在制作預應力混凝土構件時錨固預應力鋼筋的一種裝置。對錨具的要求是：受力安全可靠；預應力損失?。粯嬙旌唵危谱鞣奖悖娩摿可伲瑑r格低廉；施工設備簡便，張拉錨固方便迅速。１錐塞式錨具其工作原理是通過張拉鋼束時頂壓錨塞，將預應力鋼絲卡在錨圈與錨塞間，當張拉千斤頂放松預應力鋼絲后，鋼絲向梁內回縮時帶動錨塞向錨圈內緊，這樣預應力鋼絲通過摩擦阻力將預應力傳到錨圈，然后由錨圈承壓，將預加力傳到混凝土構件上，如圖１２-２所示。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝２夾片式錨具夾片式錨具主要用于錨固鋼絞線筋束。由于鋼絞線與周圍接觸面積小，且強度高，硬度大，所以對錨具性能要求高。ＪＭ錨（圖１２-３）是我國２０世紀６０年代研制的鋼絞線夾片錨具。之后我國又先后研制出ＸＭ錨具、ＱＭ錨具、ＹＭ錨具及ＯＶＭ錨具系列等。３鐓頭錨具鐓頭錨具工作原理：先將鋼絲逐一穿過錨杯的蜂窩眼，然后用專門的鐓頭機將鋼絲端頭鐓粗，借鐓粗頭直接承壓將鋼絲固定于錨杯上（圖１２-４）。錨杯的外圈軋有螺紋，穿束后，在固定端將錨圈（螺帽）擰上，即可將鋼束錨固于梁端上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝。在張拉端則先將與千斤頂連接的拉桿旋入錨杯內進行張拉，待錨杯帶動鋼筋或鋼絲伸長到設計需要時，將錨圈沿錨杯外的螺紋旋緊頂在構件表面，再慢慢放松千斤頂，退出拉桿，于是鋼絲束的回縮力就通過錨圈、墊板，傳到梁體混凝土上而獲得錨固。（四）千斤頂（１）錐錨式千斤頂。圖１２-５所示是ＴＤ—６０型錐錨式三作用千斤頂的構造和張拉裝置簡圖。這種千斤頂具有張拉、頂錨和退楔塊三種功能，適用于錐形錨具的鋼絲束。千斤頂的工作靠高壓油泵的進油與回油來控制，施加預應力的大小靠油表讀值及力筋延伸率大小來控制。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝（２）拉桿式千斤頂。拉桿式千斤頂構造簡單，操作方便，適用于張拉常用螺桿式和墩頭式錨、夾具的單根粗鋼筋、鋼筋束或碳素鋼絲束。圖１２-６所示為常用的ＧＪＺＹ—６０Ａ型拉桿式千斤頂的構造示意圖。張拉前先用連接器將預應力鋼筋和張拉桿連接。（３）穿心式千斤頂。這種千斤頂主要用于張拉帶有夾片式錨、夾具的單根鋼筋、鋼筋束和鋼絞線束。圖１２-７所示為ＧＪＺＹ—６０型穿心式千斤頂的構造簡圖。張拉前先將預應力鋼筋穿過千斤頂，在其后端用錐銷式工具錨將力筋錨住，然后借助高壓油泵完成張拉工作。（４）千斤頂應在下列情況下進行標定：１）新千斤頂初次使用前。２）壓力表受到碰撞或出現失靈現象，油壓表指針不能退回零點。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝３）千斤頂、油壓表和油管進行過更換或維修后。４）張拉１００～２００次或連續張拉１～２個月后。５）停放三個月不用后重新使用前。６）張拉過程中，預應力鋼筋突然發生成束破斷。二、預應力鋼筋的張拉滿足設計要求后才可進行穿束張拉；設計無要求時，應在梁體混凝土的強度達到設計強度的８０％以上，混凝土養護時間不少于１４ｄ時，才可進行穿束張拉。穿束前用空壓機吹風等方法清理孔道內的污物和積水，以確?？椎罆惩ǎū恚保?１）。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝三、孔道壓漿、真空灌漿與封端１孔道壓漿壓漿的目的是防護預應力鋼筋免予銹蝕，使之與構件相粘結而形成整體，減輕錨具受力，提高梁承載力、耐久性、抗裂性能。壓漿是用壓漿機將水泥漿壓入孔道，要使孔道從一端到另一端充滿，并且不使水泥漿在凝結前漏掉；需設帶閥壓漿嘴的接口和排氣孔。二次壓漿時，第一次從甲端壓入直至乙端流出濃漿時將乙端的閥關閉，待灰漿壓力達到要求且各部再無漏水現象時，再將甲端的閥關閉。待第一次壓漿后３０ｍｉｎ，打開甲、乙端的閥，自乙端再進行第二次壓漿，重復上述步驟，待第二次壓漿完成經３０ｍｉｎ后，卸除壓漿管，壓漿工作便告完成。上一頁下一頁返回第一節后張法預應力混凝土梁的施工工藝２真空灌漿真空灌漿是后張預應力混凝土結構施工中的一項新技術，其基本原理是：在孔道的一端采用真空泵對孔道進行抽真空，使之產生０．０８～０．１ＭＰａ的真空度，然后用灌漿泵將優化后的特種水泥漿從孔道的另一端灌入，直至充滿整條孔道，并加以０．５～０．７ＭＰａ的正壓力，持壓１～２ｍｉｎ，以提高預應力孔道灌漿的飽滿度和密實度。采用真空灌漿工藝是提高后張法預應力混凝土結構安全度和耐久性的有效措施。３封端孔道壓漿后，應立即將梁端水泥漿沖洗干凈，并將端面混凝土鑿毛。在綁扎端部鋼筋網和安裝封端模板時，要妥善固定，以免在灌筑混凝土時因模板走動而影響梁長。封端混凝土的強度應不低于梁體的強度。澆完封端混凝土并靜置１～２ｈ后，按一般規定進行澆水養護。封錨混凝土強度等級應符合設計要求，一般不低于梁體混凝土強度的８０％，并不宜低于Ｃ３０上一頁返回第二節先張法預應力混凝土梁的施工工藝先張法是在澆筑混凝土構件前把張拉后的預應力鋼筋（絲）臨時錨固在臺座（在固定的臺座上生產時）或鋼模（機組中流水生產時）上，然后澆筑混凝土構件，待混凝土達到一定強度時放松預應力，借助混凝土與預應力鋼筋（絲）之間的粘結，對混凝土產生預壓應力。先張法施工設備包括臺座、張拉機具和夾具等。先張法施工工藝流程如圖１２-８所示。一、臺座１墩式臺座墩式臺座是靠自重和土壓力來平衡張拉力所產生的傾覆力矩，并靠土壤的反力和摩擦力來抵抗水平位移。臺座由臺面、承力架、橫梁和定位鋼板等組成，如圖１２-９所示。下一頁返回第二節先張法預應力混凝土梁的施工工藝２槽式臺座當現場地質條件較差，臺座又不很長時，可以采用由臺面、傳力柱、橫梁、橫系梁等構件組成的槽式臺座，如圖１２-１０所示。傳力柱和橫系梁一般用鋼筋混凝土做成，其他部分與墩式臺座相同。二、張拉為了避免臺座承受過大的偏心力，應先張拉靠近臺座截面重心處的預應力鋼筋（見表１２-２）。放張時，混凝土應達到設計規定的放張強度，若設計無規定，則不得低于設計混凝土強度標準值的８０％。從臺座上將預應力鋼筋的張拉力放松，逐漸將此力傳遞到混凝土構件上。放松的方法有多種，下面僅介紹常用的兩種方法。上一頁下一頁返回第二節先張法預應力混凝土梁的施工工藝（１）千斤頂放松：首先要在臺座上重新安裝千斤頂，先將力筋稍張拉至能夠逐步扭松端部固定螺帽的程度，然后逐漸放松千斤頂，讓鋼筋慢慢回縮完畢為止（圖１２-１１）。（２）砂筒放松：在張拉預應力之前，在承力架和橫梁之間各放一個灌滿被烘干過的細砂子的砂筒（圖１２-１２）。張拉時筒內砂子被壓實。當需要放松預應力鋼筋時，可將出砂口打開，使砂子慢慢流出，活塞徐徐頂入，直至張拉力全部放松為止。本法易于控制放松速度，應用較廣。上一頁返回圖１２-１后張法施工工藝流程返回圖１２-２錐塞式錨具返回圖１２-３ＪＭ１２型夾片式錨返回圖１２-４鐓頭錨具返回圖１２-５ＴＤ—６０型錐錨式三作用千斤頂的構造和張拉裝置簡圖返回圖１２-６ＧＪＺＹ—６０Ａ型拉桿式千斤頂的構造示意圖返回圖１２-７ＧＪＺＹ—６０型穿心式千斤頂的構造簡圖返回表１２-１后張法預應力張拉程序返回圖１２-８先張法施工工藝流程返回圖１２-９墩式臺座構造示意圖返回圖１２-１０槽式臺座構造示意圖返回表１２-２先張法預應力鋼筋張拉程序返回圖１２-１１千斤頂放松示意圖返回圖１２-１２砂筒放松示意圖返回謝謝觀賞第十一章預應力混凝土簡支梁的設計12433第一節預應力混凝土簡支梁的構造第二節預應力混凝土受彎構件計算第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造一、預應力混凝土梁常用截面形式（１）預應力混凝土空心板［圖１１-１（ａ）］。其挖空部分采用圓形、圓端形、矩形等形式，跨徑較大的后張法空心板則做成薄壁箱形截面，僅在頂板做成拱形?？招陌宓慕孛娓叨扰c跨度有關，一般取高跨比h／L＝１／１５～１／２０，板寬一般取１１００～１４００ｍｍ，頂板和底板的厚度均不宜小于８０ｍｍ。先張法預應力混凝土空心板一般采用預制工廠預制直線配筋的生產方式，適用跨徑為８～２０ｍ；后張法預應力混凝土空心板的適用跨徑為１６～２２ｍ。下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造（２）預應力混凝土Ｔ形梁［圖１１-１（ｂ）］。Ｔ形梁是我國應用最廣泛的預應力混凝土簡支梁橋截面形式，為了布置鋼絲束的要求，常將下緣加寬成馬蹄形。預應力混凝土簡支Ｔ梁橋的標準跨徑為２５～５０ｍ。Ｔ形梁的高跨比一般為h／L＝１／１５～１／２５。下緣加寬部分的尺寸，根據布置鋼筋束的構造要求確定，腹板一般?。保叮啊玻埃埃恚?。（３）預應力混凝土工字梁現澆整體組合式截面梁［圖１１-１（ｃ）］。這種梁是在預制工字梁安裝定位后，再現澆橫梁和橋面混凝土使截面整體化。其受力性能如同Ｔ形截面，但橫向聯系較Ｔ形梁好，構件吊裝重量相對較輕。特別是它能較好地適用于各種斜橋，平面布置較容易。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造（４）預應力混凝土槽形截面梁［圖１１-１（ｄ）］。槽形梁屬于組合式截面，預制主梁采用開口槽形截面。槽形梁架設就位后，再橫向鋪設先張法預應力混凝土板或鋼筋混凝土板，最后再澆筑混凝土鋪裝層，將全橋連接成整體。（５）預應力混凝土箱形截面梁［圖１１-１（ｅ）］。箱形截面為閉口截面，其抗扭剛度比一般開口截面（如Ｔ形截面）大得多，可以使荷載分布更加均勻，跨越能力大，材料利用合理，結構自重輕，所以，預應力混凝土箱形截面梁常用在連續梁及Ｔ形剛構等大跨徑橋梁中。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造二、預應力鋼筋的選擇及布置原則１預應力鋼筋的估算預應力混凝土梁的設計，應滿足不同設計狀況下規范規定的控制條件要求（如承載力、抗裂性、裂縫寬度、撓度及應力等）。在這些控制條件中，最重要的是滿足結構在正常使用極限狀態下的使用性能要求和保證結構對達到承載能力極限狀態具有一定的安全儲備。對橋梁結構來說，結構使用性能要求包括抗裂性、裂縫寬度、撓度和反拱等項限制。一般情況下，以抗裂性及裂縫寬度限制控制設計。在截面尺寸已定的情況下，結構的抗裂性及裂縫寬度主要與預加力的大小有關，而構件的承載力則與預應力鋼筋和普通鋼筋的總量有關。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造因此，預應力混凝土梁鋼筋數量估算的一般方法是：首先根據結構的使用性能要求（即正常使用極限狀態正截面抗裂性或裂縫寬度限值）確定預應力鋼筋的數量，然后再由構件的承載能力極限狀態要求，確定普通鋼筋的數量。換句話說，預應力混凝土梁鋼筋數量估算的基本原則，是按結構使用性能要求確定預應力鋼筋數量，極限承載力的不足部分由普通鋼筋來補充２預應力鋼筋的布置原則（１）大部分預應力鋼筋在靠近支點時，均需逐步彎起。只有這樣，才能保證構件無論是在施工階段，還是在使用階段，其任意截面上、下緣混凝土的法向應力都不致超過規定的限制值。同時，預應力鋼筋彎起將產生預剪力，這對抵消支點附近較大的外荷載剪力也是非常有利的。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造此外，從構造上來說，預應力鋼筋的彎起，可使錨固點分散，有利于錨具的布置，使梁端部承受的集中力也相應地分散，從而可改善局部承壓的受力情況。（２）預應力鋼筋束的起彎點一般設在距支點L／４～L／３之間，彎起角度一般不宜大于２０°。對于彎出梁頂錨固的鋼筋束，彎起角度常在２５°～３０°之間，以免摩擦應力損失過大。鋼束彎起的曲線可采用圓弧線、拋物線或懸鏈線三種形式。在矢跨比較小的情況下，這三種曲線的坐標值相差不大。但從施工角度來說，選擇懸鏈線比較方便，懸鏈線彎起不急；從滿足彎起角度來說，圓弧線比較好，施工放樣也比較方便。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造３非預應力鋼筋的選擇預應力混凝土Ｔ形梁的配筋（橫斷面）如圖１１-２所示。（１）箍筋的設置。預應力混凝土Ｔ形截面梁或箱形截面梁應設置直徑不小于１０ｍｍ和１２ｍｍ的箍筋，且應采用帶肋鋼筋，其間距不宜大于２５０ｍｍ，自支座中心起，長度不小于一倍梁高的范圍內，應采用閉合式箍筋，其間距不宜大于１００ｍｍ。（２）縱向水平防收縮鋼筋。設置在腹板兩側的縱向水平防收縮鋼筋，其直徑為６～８ｍｍ，鋼筋的截面面積宜為（０．００１～０．００２）bh，其中b為腹板寬度，h為梁的高度。其間距在受拉區不應大于腹板寬度，且不應大于２００ｍｍ，在受壓區不應大于３００ｍｍ，在支點附近剪力較大區段和預應力混凝土梁的錨固區段，腹板兩側縱向鋼筋截面面積應予增加，縱向鋼筋間距宜為１００～１５０ｍｍ。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土簡支梁的構造（３）局部加強鋼筋———在集中力作用處（如錨具底面），需布置鋼筋網或螺旋筋進行局部加固，以加強局部抗壓和抗剪強度。在后張法預應力混凝土構件中，預應力鋼筋端部周圍應采用以下局部加強措施：后張法預應力混凝土構件的端部錨固區，在錨具下面應設置厚度不小于１６ｍｍ的墊板或采用具有喇叭管的錨具墊板，錨具后設置螺旋筋，錨具墊板下應設間接鋼筋，其體積配筋率ρｖ不應小于０．５％。上一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算一、預應力混凝土受彎構件各受力階段分析預應力混凝土受彎構件，從預加應力到承受外荷載，直至最后破壞，可分為三個主要階段，即預加應力階段、使用階段和破壞階段。這三個階段有各自不同的受力過程。１第一階段———預加應力階段鋼筋張拉錨固后，梁受到預加力的作用，將向上撓曲，梁就自然地脫離底模而變為兩端支承，梁的自重隨即參加工作。換句話說，在預加應力階段梁將受到預加力和自重的共同作用，此時的預加力應扣除第一批應力損失，對后張法構件，因管道尚未灌漿，計算截面應力時應采用扣除管道影響的凈截面幾何特征值。預加應力階段梁處于彈性工作階段。下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算預加應力階段是指從預加應力開始，至預加應力結束（即傳力錨固）的受力階段。構件所承受的作用主要是偏心預壓力（即預加應力的合力）犖ｐ；對于簡支梁，偏心力Nｐ將使構件產生向上的反拱，形成以梁兩端為支點的簡支梁，因此，梁的一期恒載（自重）G１和Nｐ一起同時參加作用（圖１１-３）。２第二階段———使用階段使用階段是指橋梁建成至營運通車的整個工作階段。在該階段，構件除承受偏心預加力Nｐ和梁的一期恒載G１外，還要承受橋面鋪裝、人行道、欄桿等后加的二期恒載G２和車輛、人群等活荷載犙。試驗研究證明，在該階段預應力混凝土梁基本處于彈性工作階段，截面應力狀態如圖１１-４所示。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算本階段各項預應力損失將相繼發生并全部完成，最后的預應力鋼筋中建立相對不變的預拉應力（即扣除全部預應力損失后所存余的預應力）σｐｅ，稱之為永存預應力。顯然，永存預應力要小于施工階段的有效預應力值。（１）整體工作階段。構件僅在永存預加力Nｐ作用下，其下邊緣混凝土的有效預壓應力為σｐｃ。當構件加載至某一特定荷載，其下邊緣混凝土的預壓應力σｐｃ恰被抵消為零，此時在控制截面上所產生的彎矩M０稱為消壓彎矩［圖１１-５（ｂ）］，則有：上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算一般把在犕０作用下控制截面上的應力狀態稱為消壓狀態。（２）加載至受拉區裂縫即將出現。構件到達消壓后繼續加載，并使受拉區混凝土應力達到抗拉極限強度fｔｋ，這時的應力狀態稱為裂縫即將出現狀態［圖１１-５（ｃ）］。構件出現裂縫時的理論臨界彎矩稱為開裂彎矩Mｃｒ。如果把受拉區邊緣混凝土應力從零增加到應力為犳ｔｋ所需的外彎矩用Mｃｒ，ｃ來表示，則Mｃｒ等于M０與Mｃｒ，ｃ之和，即上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算（３）帶裂縫工作階段。當荷載繼續增加時，梁的下緣就會出現裂縫。裂縫的出現，標志著混凝土中用以抵消拉應力的預壓應力的儲備大部分已被抵消。隨著荷載的增加，裂縫進一步向縱深發展，混凝土受壓區逐漸縮小。裂縫寬度不斷擴大，梁的變形不斷加大，此階段和鋼筋混凝土梁的受力狀態基本一致。３第三階段———破壞階段梁開裂后，再繼續增加荷載，混凝土的壓應力和鋼筋中的拉應力均增長很快，受壓區混凝土進入塑性狀態。隨著荷載的增加，鋼筋應力進一步加大，當鋼筋應力接近和達到其抗拉強度極限值時，裂縫繼續向上擴展，混凝土受壓高度迅速減少，最后混凝土應力達到其抗壓強度極限值，導致梁的破壞。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算破壞時，截面的應力狀態與鋼筋混凝土梁相似，計算方法可以參照鋼筋混凝土梁的計算。二、預應力與預應力損失的計算由于受施工因素、材料性能和環境條件等的影響，預應力鋼筋在拉伸時所建立的預拉應力（稱為張拉控制應力）將會有所降低，這些減少的應力稱為預應力損失。預應力鋼筋實際存余的預應力稱為有效預應力，其數值取決于張拉時的控制應力和預應力損失，即上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算１預應力鋼筋與管道壁摩擦引起的應力損失σl１在后張法構件中，由于張拉鋼筋時預應力鋼筋與管道壁之間接觸而產生摩擦阻力，此項摩擦阻力與張拉力方向相反，因此，鋼筋中的實際拉力較張拉端拉力計中的讀數要小，即造成鋼筋中的應力損失σl１。摩擦阻力引起的預應力損失與很多因素有關，例如鋼筋表面形狀、管道材料、管道形狀和施工質量等?！稑蛞帯方o出的后張法預應力鋼筋與管道壁之間的摩擦引起的預應力損失σl１的計算表達式為上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算２錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失σl２在后張法中，當鋼筋張拉結束并進行錨固時，錨具將受到巨大的壓力作用，在先張法及后張法中由于錨具本身的變形、鋼絲滑動、墊板縫隙壓密以及分塊拼裝時的接縫壓縮等因素，均會使已錨固好的鋼筋略有松動，造成應力損失。此項錨具變形的數值，因錨具形式而異，為１～６ｍｍ。由錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮引起的應力損失σl２的計算表達式為上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算３預應力鋼筋與臺座之間的溫差引起的應力損失σl３在先張法中，鋼筋的張拉和臨時錨固是在常溫下進行的。當采用蒸汽或其他加熱方法養護混凝土時，鋼筋將因受熱而伸長，而加力臺座不受升溫的影響，設置在兩個加力臺座上的臨時錨固點間的距離保持不變，這樣將使鋼筋松動，使鋼筋應力減小。等降溫時，鋼筋與混凝土已經粘結為一體，無法恢復到原來的應力狀態，于是產生了應力損失σl３。４混凝土的彈性壓縮引起的應力損失σl４預應力混凝土構件在受到預加力的作用后，混凝土將產生彈性壓縮變形，造成預應力損失。（１）先張法構件的彈性壓縮損失。在先張法中，構件受壓時鋼筋與混凝土粘結，兩者共同變形，由混凝土彈性壓縮引起的應力損失為上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算（２）后張法構件分批張拉引起的彈性壓縮損失。在后張法中，如果所有的預應力鋼筋一次同時張拉，預加力是在混凝土彈性壓縮完成后量出的，故無須考慮此項損失。但是事實上，由于受張拉設備的限制，鋼筋往往需分批張拉。這樣先張拉的鋼筋就要受到后張拉者所引起的混凝土彈性壓縮產生的應力損失。第一批張拉的鋼筋此項應力損失最大，以后逐批減小，最后一批無此項應力損失。分批張拉引起的各批預應力鋼筋的彈性壓縮，可按下列通式計算：上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算后張法預應力混凝土構件多為曲線配筋，鋼筋在多個截面位置不斷變化，按式（１１-１２）計算此項應力損失相當麻煩，當同一截面的預應力鋼筋逐束張拉時，由混凝土彈性壓縮引起的預應力損失，一般可按下列公式計算：５預應力鋼筋的應力松弛（徐舒）引起的應力損失σl５鋼筋或鋼筋束在一定拉力作用下，長度保持不變，則其應力將隨時間的增長而逐漸降低，這種現象稱為鋼筋的應力松弛，亦稱徐舒。鋼筋的松弛將引起預應力鋼筋中的應力損失，這種損失稱為鋼筋應力松弛損失σl５。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算試驗研究指出，鋼筋的應力松弛（徐舒）與鋼的成分、加工方式、張拉應力的大小及時間等因素有關。《橋規》規定，預應力鋼筋由于鋼筋松弛引起的預應力損失極值，可按下列規定計算：（１）預應力鋼絲、鋼絞線。（２）精軋螺紋鋼筋。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算預應力鋼絲、鋼絞線當需分階段計算鋼筋應力松弛損失時，其中間值與終極值的比值應根據建立預應力的時間按表１１-３確定。６混凝土收縮和徐變引起的應力損失σl６由于混凝土收縮和徐變的影響，會使預應力混凝土構件產生變形，因而引起預應力鋼筋的應力損失。《橋規》規定，由混凝土收縮、徐變引起的結構構件受拉區預應力鋼筋的應力損失，可按下式計算：上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算對于受壓區配置預應力鋼筋和普通鋼筋的情況，由混凝土收縮、徐變引起的構件受壓區預應力鋼筋應力損失，亦可參照式（１１-１７）計算，但式中有關符號的意義及取值方法，應改為以受壓區的有關參數表示。減少混凝土收縮和徐變引起的應力損失的措施有：（１）采用高強度水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土。（２）采用級配較好的集料，加強振搗，提高混凝土的密實性。（３）加強養護，以減少混凝土的收縮。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算各項預應力損失在不同的施工方法中所考慮的也不同。從損失完成的時間上看，有些損失出現在混凝土預壓完成以前，有些損失出現在混凝土預壓后；有些損失很快就完成，有些損失則需要延續很長時間。通常按損失完成的時間將其分為兩組：第一批損失σl，Ⅰ

，即傳力錨固時的損失，損失發生在混凝土預壓過程完成以前，即預加應力階段；第二批損失σl，Ⅱ

，即傳力錨固后的損失，損失發生在混凝土預壓過程完成以后的若干年內，即使用荷載作用階段。不同施工方法所考慮的各階段預應力損失值的組合情況見表１１-５。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算三、預應力混凝土受彎構件承載力計算預應力混凝土受彎構件承載力計算包括正截面承載力計算和斜截面承載力計算兩部分。斜截面承載力計算又分斜截面抗剪承載力計算和斜截面抗彎承載力計算兩種情況。１正截面承載力計算預應力混凝土受彎構件正截面破壞時的受力狀態和普通鋼筋混凝土受彎構件類似，當預應力鋼筋的含筋量適當時，其正截面破壞形態一般為適筋梁破壞。由靜力平衡條件，得出計算預應力混凝土受彎構件正截面承載力的計算公式。（１）矩形截面受彎構件。矩形截面（包括翼緣板位于受拉邊的Ｔ形截面）受彎構件，按下列步驟計算正截面承載力（圖１１-７）。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算（２）Ｔ形截面受彎構件。同普通鋼筋混凝土梁一樣，先按下列條件判斷屬于哪一類Ｔ形截面（圖１１-８）。截面復核時：２斜截面承載力計算（１）斜截面抗剪承載力計算。對配置箍筋和彎起預應力鋼筋的矩形、Ｔ形和Ｉ形截面的預應力混凝土受彎構件，斜截面抗剪承載力計算的基本表達式為上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算１）斜截面內混凝土和箍筋共同的抗剪承載力設計值（Vｃｓ）。構件的預應力能夠阻滯斜裂縫的發生和發展，使混凝土的剪壓區高度增大，從而提高了混凝土所承擔的抗剪能力，《橋規》采用的斜截面內混凝土和箍筋共同的抗剪承載力（Vｃｓ）的計算公式為（２）斜截面抗彎承載力計算。當縱向鋼筋較少時，預應力混凝土受彎構件也有可能發生斜截面的彎曲破壞。上一頁下一頁返回第二節預應力混凝土受彎構件計算圖１１-９所示為配有受拉預應力鋼筋和普通鋼筋的預應力混凝土受彎構件斜截面抗彎承載力計算圖式。此時，與斜裂縫相交的縱向預應力鋼筋、縱向普通鋼筋、箍筋和彎起預應力鋼筋的應力均達到其抗拉強度設計值，受壓混凝土的應力達到抗壓強度設計值。斜截面抗彎承載力計算的基本方程式可由所有力對受壓區混凝土合力作用點取矩的平衡條件求得：上一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算一、短暫狀況的應力計算預應力混凝土受彎構件按短暫狀況計算時，應計算其在制作、運輸及安裝等施工階段，由預應力作用、構件自重和施工荷載等引起的正截面和斜截面的應力，并不應超過規定的應力限值。施工荷載除有特別規定外，均采用標準值，當有組合時，不考慮荷載組合系數。構件短暫狀況的應力計算，實屬施工階段的強度計算。除非有特殊要求，短暫狀況一般不進行正常使用極限狀態計算。１預加應力階段的正應力計算（１）由預加力Nｐ產生的混凝土法向壓力σｐｃ和法向拉應力σｐｔ。對于先張法構件：下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算式中Nｐ———先張法構件的預應力鋼筋的合力（圖１１-１０），按下式計算：（２）由構件一期恒載犌１產生的混凝土正應力σＧ１：先張法構件上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算（３）預加應力階段的總應力。將式（１１-３７）、式（１１-３９）、式（１１-４１）和式（１１-４２）分別相加，則可得預加應力階段截面上、下緣混凝土的正應力σtｃｔ、σtｃｃ：上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算２運輸、吊裝階段的正應力計算此階段構件應力計算方法與預加應力階段相同。唯應注意的是預加力Nｐ已變??；計算一期恒載作用時產生的彎矩應考慮計算圖式的變化，并考慮動力系數。３施工階段混凝土的限制應力由預加力和自重或施工荷載算得的混凝土正應力應符合下列規定：（１）混凝土壓應力。上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算二、持久狀況的應力計算預應力混凝土受彎構件按持久狀況計算時，應計算使用階段截面混凝土的法向壓應力、混凝土的主應力和受拉區鋼筋的拉應力，并不得超過規定的限值。１正應力計算在配有非預應力鋼筋的預應力混凝土構件中（圖１１-１１），混凝土的收縮和徐變使非預應力鋼筋產生與預壓力相反的內力，減少了受拉區混凝土的法向預壓應力，降低了構件的抗裂性能，計算時應加以考慮。為簡化計算，非預應力鋼筋的應力值均取混凝土收縮和徐變引起的預應力損失來計算。上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算（１）先張法構件。對于先張法構件，使用荷載作用效應仍由鋼筋與混凝土共同承受，其截面幾何特征也采用換算截面計算。此時，由作用（或荷載）標準值和預加力在構件截面上緣產生的混凝土法向壓應力為（２）后張法構件。后張法受彎構件，在其承受二期恒載及可變荷載作用時，一般情況下構件預留孔道均已壓漿凝固，認為鋼筋與混凝土已成為整體，并能有效地共同工作，故二期恒載與活荷載作用時均按換算截面計算。預加應力作用時，因孔道尚未壓漿，所以由預加力犖ｐ和梁的一期恒載犌１作用產生的混凝土應力，仍按混凝土凈截面特性計算，由作用（或荷載）標準值和預應力在構件截面上緣混凝土壓應力σｃｕ為上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算２混凝土主應力計算預應力混凝土受彎構件在斜截面開裂前，基本上處于彈性工作狀態，所以，主應力可按材料力學方法計算。預應力混凝土受彎構件由作用（或荷載）標準值和預加力作用產生的混凝土主壓應力σｃｐ、主拉應力σｔｐ可按下列公式計算，即：上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算３持久狀況的鋼筋和混凝土的應力限值對于按全預應力混凝土和Ａ類部分預應力混凝土設計的受彎構件，《橋規》中對持久狀況應力計算的限值規定如下。（１）使用階段預應力混凝土受彎構件正截面混凝土的最大壓應力應滿足：（２）使用階段受拉區預應力鋼筋的最大拉應力限值。在使用荷載作用下，預應力混凝土受彎構件中的鋼筋與混凝土經常承受著反復應力，而材料在較高的反復應力作用下，將使其強度下降，甚至造成疲勞破壞。為了避免這種不利影響，《橋規》對預應力鋼筋的最大拉應力限值具體規定為：對鋼絞線、鋼絲上一頁下一頁返回第三節預應力混凝土受彎構件的應力計算（３）使用階段預應力混凝土受彎構件混凝土主應力限值。混凝土的主壓應力應滿足：上一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算一、抗裂性驗算的內容及控制條件預應力混凝土受彎構件的抗裂性驗算包括正截面抗裂性驗算和斜截面抗裂性驗算兩部分。（１）正截面抗裂性是通過正截面混凝土的法向拉應力來控制的。（２）斜截面的抗裂性是通過斜截面混凝土的主拉應力來控制的。１）全預應力混凝土構件，在作用（或荷載）短期效應組合下二、全預應力混凝土及部分預應力混凝土犃類構件正截面抗裂性驗算１荷載在截面受拉邊緣產生的法向拉應力計算荷載在抗裂驗算截面受拉邊緣產生的法向拉應力按下式計算（以預應力混凝土簡支梁為例）：下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算２預加力在截面邊緣產生的有效預壓應力計算預加力在截面邊緣產生的有效預壓應力，按材料學給出的偏心受壓構件應力計算公式計算。預加力應扣除全部預應力損失，對先張法構件采用凈截面幾何性質，對后張法構件采用換算截面幾何性質。對先張法構件上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算三、預應力混凝土受彎構件斜截面抗裂性驗算斜截面抗裂性驗算的實質是選取若干最不利截面（如支點附近截面、梁肋寬度變化處截面等），驗算其上的主拉應力。對于配有縱向預應力鋼筋和豎向預應力鋼筋的預應力混凝土受彎構件，由預應力和荷載短期效應組合產生的混凝土主拉應力，按下式計算（以預應力混凝土簡支梁為例）：上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算

混凝土法向應力σ犮狓σｃｘ為在預加力（扣除全部預應力損失后）和作用（或荷載）短期效應組合彎矩作用下，計算主應力點的混凝土法向應力。２混凝土豎向壓應力σcy由豎向預應力鋼筋預加力產生的混凝土豎向壓應力，按下式計算：上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算３混凝土剪應力τ8τｓ為由預應力彎起鋼筋預加力的豎直分力（又稱預剪力）Vｐ和按作用（或荷載）短期效應組合剪力Vｓ產生的計算主應力點處的混凝土剪應力。四、預應力混凝土構件的撓度驗算１變形的計算預應力混凝土受彎構件的變形由兩部分組成：一部分是由預加力產生的反撓度；另一部分是由荷載產生的撓度。由于這兩部分撓度方向相反，可以互相抵消一部分，所以預應力混凝土受彎構件的總撓度值一般是很小的。但總撓度值的大小不能反映結構的剛度大小，因此，用撓度值來控制預應力混凝土的變形是沒有意義的。上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算為了保證構件在使用過程不致產生過大變形，應對使用荷載作用階段梁的撓度值加以限制?！稑蛞帯芬幎?，預應力混凝土受彎構件在使用荷載作用階段的長期撓度值（按荷載短期效應組合計算，乘以撓度長期增長系數），在消除結構自重產生的長期撓度后，不應超過以下規定的限值：上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算撓度長期增長系數可按下列規定取用：采用Ｃ４０以下混凝土時，ηθ＝１．６０；采用Ｃ４０～Ｃ８０混凝土時，ηθ＝１．４５～１．３５；中間等級強度混凝土按直線內插取值。預應力混凝土受彎構件按上述計算的長期撓度值，在消除結構自重及恒載產生的長期撓度后，應滿足《橋規》規定的撓度限值。上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算２預拱度的設置《橋規》規定，預應力混凝土構件的預拱度可按下列規定設置：（１）當預應力產生的長期反拱值大于按作用（或荷載）短期效應組合計算的長期撓度時，可不設預拱度。（２）當預加應力的長期反拱值小于按作用（或荷載）短期效應組合計算的長期撓度時，應設預拱度，其值應按該項荷載的撓度值與預加應力長期反拱值之差采用。五、端部錨固區計算１先張法構件預應力鋼筋的傳遞長度與錨固長度上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算先張法構件預應力鋼筋的兩端，一般不設置永久性錨具，而是通過鋼筋與混凝土之間的粘結作用來達到錨固的要求。在預應力鋼筋放張時，端部鋼筋將向構件內部產生內縮、滑移，但鋼筋與混凝土間的粘結力將阻止鋼筋內縮。當鋼筋達到承載能力極限狀態時，預應力鋼筋將達到其抗拉設計強度。此時鋼筋將繼續內縮（因fｐｄ＞σｐｅ），直到內縮長度達到lａ時才會完全停止。于是把鋼筋從應力為零的端面至鋼筋應力為fｐｄ的截面的這一長度lａ稱為錨固長度，這一長度可保證鋼筋應力達到fｐｄ時不致被拔出。預應力鋼筋的傳遞長度見表１１-６，錨固長度見表１１-７。２后張法構件錨下局部承壓計算上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算局部承壓是指構件表面僅有部分面積承受壓力的受力狀態。后張法構件，在端部或其他布置錨具的地方，巨大的預加壓力犖ｐ將通過錨具及其下面不大的墊板傳遞給混凝土。因此，錨下的混凝土將承受著很大的局部應力，它可能使構件出現縱向裂縫，甚至破壞。所以，在設計時須進行錨下局部承壓計算。（１）局部承壓的承載力計算上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算Aｂ———局部承壓時的計算底面積，可按圖１１-１３確定；方格網［圖１１-１４（ａ）］螺旋筋［圖１１-１４（ｂ）］上一頁下一頁返回第四節預應力混凝土受彎構件抗裂性驗算k———間接鋼筋影響系數，混凝土強度等級為Ｃ５０及以下時，取k＝２．０；為Ｃ５０～Ｃ８０時，取k＝２．０～１．７０，中間直接插值取用，見表１１-８；s———方格網或螺旋形間接鋼筋的層距。（２）局部承壓區的抗裂性計算。為了防止局部承壓區段出現沿構件長度方向的裂縫，對于在局部承壓區中配有間接鋼筋的，局部承壓區的截面尺寸應滿足：上一頁返回圖１１-１預應力混凝土簡支梁橋常用截面形式返回圖１１-２預應力混凝土Ｔ形梁

的配筋（橫斷面）返回圖１１-３預加應力階段截面應力分布返回圖１１-４使用階段各種作用下的截面應力分布返回圖１１-５梁使用及破壞階段的截面應力圖返回表１１-１計算摩阻損失的系數k和μ值返回圖１１-６摩阻損失計算圖式返回表１１-２錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值返回表１１-３鋼筋應力松弛損失中間值與終極值的比值返回表１１-４混凝土收縮應變終極值和徐變系數終極值返回表１１-５各階段預應力損失值的組合返回圖１１-７矩形截面預應力混凝土受彎構件正截面承載力計算圖返回圖１１-８預應力混凝土Ｔ形截面受彎構件正截面承載力計算圖式返回圖１１-９斜截面抗彎、抗剪承載力計算圖式返回圖１１-１０預加應力階段預應力鋼筋和非心返回圖１１-１１使用階段預應力鋼筋和非預應力鋼筋合力及其偏心距返回圖１１-１２先張法預應力鋼筋的錨固返回表１１-６預應力鋼筋的傳遞長度ltr返回表１１-７預應力鋼筋的錨固長度la返回圖１１-１３局部承壓時的計算底面積Aｂ的示意圖返回圖１１-１４局部承壓的配筋返回表１１-８混凝土局部承壓計算系數ηs與間接鋼筋影響系數k返回謝謝觀賞第十章預應力混凝土結構的基本概念及材料1233第一節預應力混凝土的基本概念與特點第二節預應力混凝土結構的材料第三節預應力混凝土結構的分類返回第一節預應力混凝土的基本概念與特點一、預應力混凝土的基本原理由于對鋼筋混凝土的受拉區預先施加壓應力，使之建立一種人為的應力狀態，這種應力的大小和分布規律，能有利于抵消使用荷載作用下產生的拉應力，因而使鋼筋混凝土構件在使用荷載下允許出現拉應力而不致開裂，或推遲開裂，或者限制裂縫寬度大小。下面通過一個鋼筋混凝土梁的例子，進一步說明鋼筋混凝土預加應力的原理。如圖１０-１（ａ）所示，設一矩形簡支梁，計算跨徑為L，截面為b×h，承受均布荷載q（含自重在內），則該矩形簡支梁由均布荷載產生的跨中最大彎矩為M＝qL２／８；跨中截面應力為下一頁返回第一節預應力混凝土的基本概念與特點在預加力Nｐ和均布荷載q共同作用下，將該預加應力與均布荷載應力疊加，求得截面上、下緣的總應力為（１）由于預先給混凝土梁施加了預壓力Nｐ，使混凝土梁在均布荷載q作用下，下緣產生的拉應力完全或部分被預壓應力所抵消，因而可以避免混凝土出現裂縫或推遲裂縫出現。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土的基本概念與特點（２）必須針對荷載作用下可能產生的應力狀態來施加預應力。所需施加的預壓應力Nｐ，不僅與荷載（或者說彎矩犕）值的大小有關，而且與Nｐ的作用位置（即偏心距犲的大?。┯嘘P。預加力Nｐ所產生的反彎矩與偏心距犲成正比，為了節省預應力鋼筋的用量，設計中常常盡量減小Nｐ值，所以，在彎矩較大的跨中截面，必須盡量加大偏心距犲值；而在外彎矩較小的截面，則需將犲值也相應地減小，以免由于預應力彎矩過大，使梁的上緣出現拉應力，甚至出現裂縫。二、預應力混凝土結構的特點預應力混凝土結構具有下列主要優點：（１）提高了構件的抗裂度和剛度。對構件施加預應力后，使構件在使用荷載作用下可不出現裂縫，或可使裂縫大大推遲出現，有效地改善了構件的使用性能，提高了構件的剛度，增加了結構的耐久性。上一頁下一頁返回第一節預應力混凝土的基本概念與特點（２）可以節省材料，減少自重。預應力混凝土由于采用高強材料，因而可減小構件截面尺寸，節省鋼材與混凝土用量，降低結構物的自重。這對自重比例很大的大跨徑橋梁來說，更有著顯著的優越性。大跨度和重荷載結構，采用預應力混凝土結構一般是經濟合理的。（３）可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力。預應力混凝土梁的曲線鋼筋（束），可使梁中支座附近的豎向剪力減小；又由于混凝土截面上預壓應力的存在，使荷載作用下的主拉應力相應減小。這有利于減小梁的腹板厚度，使預應力混凝土梁的自重可以進一步減小。（４）結構質量安全可靠。施加預應力時，鋼筋（束）與混凝土都同時經受了一次強度檢驗。如果在張拉鋼筋時構件質量表現良好，那么在使用時也可以認為是安全可靠的。（５）預應力可作為結構構件連