第10章 预应力混凝土构造规定

10.1  一般规定

第10.1.1条   

预应力混凝土结构构件,除应根据设计状况进行承载力计算及正常使用极限状态验算外,尚应对施工阶段进行验算。

  

第10.1.2条   

预应力混凝土结构设计应计入预应力作用效应;对超静定结构,相应的次弯矩、次剪力及次轴力应参与组合计算。

对承载能力极限状态,当预应力作用效应对结构有利时,预应力作用分项系数γp  应取1.0,不利时γp  应取1.2;对正常使用极限状态,预应力作用分项系数γp

应取1.0。

对参与组合的预应力作用效应项,当预应力作用效应对承载力有利时,结构重要性系数γ0  应取1.0;当预应力效应对承载力不利时,结构重要性系数γ0  应按

本规范第3.3.2 条确定。

 

第10.1.3条   

预应力筋的张拉控制应力 σcon 应符合下列规定,且不宜小于0.4fptk  :

1 钢丝、钢绞线

(10.1.3-1)

2 预应力螺纹钢筋

(10.1.3-2)

当符合下列情况之一时,上述张拉控制应力限值可相应提高 0.05fptk 或0.05fpyk  :

1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋;

2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。

 

第10.1.4条   

施加预应力时,所需的混凝土立方体抗压强度应经计算确定,但不宜低于设计的混凝土强度等级值的75%。

※注:

当张拉预应力筋是为防止混凝土早期出现的收缩裂缝时,可不受上述限制,但应符合局部受压承载力的规定。

 

第10.1.5条   

后张法预应力混凝土超静定结构,由预应力引起的内力和变形可采用弹性理论分析,并宜符合下列规定:

1 按弹性分析计算时,次弯矩M2 宜按下列公式计算:

(10.1.5-1)

 

(10.1.5-2)

式中

: 后张法预应力混凝土构件的预加力,按本规范公式(10.1.7-3)计算;
 

: 净截面重心至预加力作用点的距离,按本规范公式(10.1.7-4)计算;
 

: 预加力p N 对净截面重心偏心引起的弯矩值;

 

: 由预加力p N 的等效荷载在结构构件截面上产生的弯矩值。

 

次剪力可根据构件次弯矩的分布分析计算,次轴力宜根据结构的约束条件进行计算。

2 在设计中宜采取措施,避免或减少支座、柱、墙等约束构件对梁、板预加力效应的不利影响。

 

 

第10.1.6条   

由预加力产生的混凝土法向应力及相应阶段预应力筋的应力,可分别按下列公式计算:

1 先张法构件

由预加力产生的混凝土法向应力

(10.1.6-1)

 

相应阶段预应力筋的有效预应力

(10.1.6-2)

 

预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力筋应力

(10.1.6-3)

2 后张法构件

由预加力产生的混凝土法向应力

(10.1.6-4)

 

相应阶段预应力筋的有效预应力

(10.1.6-5)

 

预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力筋应力

(10.1.6-6)

 

式中

: 净截面面积,即扣除孔道、凹槽等削弱部分以外的混凝土全部截面面积及纵向非预应力筋截面面积换算成混凝土的截面面积之和;对由不同混凝土强度等级组成的截面,应根据混凝土弹性模量比值换算成同一混凝土强度等级的截面面积;
 

: 换算截面面积:包括净截面面积以及全部纵向预应力筋截面面积换算成混凝土的截面面积;
 

: 换算截面惯性矩、净截面惯性矩;

 

: 换算截面重心、净截面重心至预加力作用点的距离,按本规范第10.1.7 条的规定计算;

 

: 换算截面重心、净截面重心至所计算纤维处的距离;
 

: 相应阶段的预应力损失值,按本规范第10.2.1 条至10.2.7 条的规定计算;
 

: 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值: Es = Ec/Eα ,此处,Es按本规范表4.2.4 采用,Ec 按本规范表4.1.5 采用;

 

: 先张法构件、后张法构件的预加力,按本规范第10.1.7 条计算;

 

: 由预应力次内力引起的混凝土截面法向应力。

 

※注:

在公式(10.1.6-1)、(10.1.6-4)中,右边第二项与第一项的应力方向相同时取加号,相反时取减号;公式(10.1.6-2)、(10.1.6-6)适用于σpc 为压应力的情况,当σpc 为

拉应力时,应以负值代入。

 

第10.1.7条   

预加力及其作用点的偏心距(图10.1.7)宜按下列公式计算:

 

1 先张法构件

(10.1.7-1)

(10.1.7-2)

2 后张法构件:

(10.1.7-3)

(10.1.7-4)

 

式中

: 受拉区、受压区预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力筋应力;
 

: 受拉区、受压区预应力筋的有效预应力;
 

: 受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积;

 

: 受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积;

 

: 受拉区、受压区预应力合力点至换算截面重心的距离;
 

: 受拉区、受压区普通钢筋重心至换算截面重心的距离;
 

: 受拉区、受压区预应力筋在各自合力点处混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值,按本规范第10.2.5 条的规定计算;

 

: 受拉区、受压区预应力合力点至净截面重心的距离;

 

: 受拉区、受压区普通钢筋重心至净截面重心的距离。

※注:

    1 当公式(10.1.7-1)至公式(10.1.7-4)中的 A′p =0 时,可取式中5σ′l =0。

    2 当计算次内力时,公式(10.1.7-3)、(10.1.7-4)中的5σl 和5σ′l 可近似取零。

 

第10.1.8条   

对允许出现裂缝的后张法有粘结预应力混凝土框架梁及连续梁,在重力荷载作用下按承载能力极限状态计算时,可考虑内力重分布,并应满足正常使用

极限状态验算要求。当截面相对受压区高度ξ 不小于0.1 且不大于0.3 时,其任一跨内的支座截面最大负弯矩设计值可按下列公式确定:

 

(10.1.8-1)

 

(10.1.8-2)

且调幅幅度不宜超过重力荷载下弯矩设计值的20%。

式中

: 支座控制截面弯矩设计值;
 

: 控制截面按弹性分析计算的重力荷载弯矩设计值;
 

: 截面相对受压区高度,应按本规范第6 章的规定计算;

 

: 弯矩调幅系数。

 

第10.1.9条   

先张法构件预应力筋的预应力传递长度ltr 应按下列公式计算:

(10.1.9)

式中

: 放张时预应力筋的有效预应力;
 

: 预应力筋的公称直径,按本规范附录A 采用;
 

: 预应力筋的外形系数,按本规范表8.3.1 采用;

 

: 与放张时混凝土立方体抗压强度 f ′cu 相应的轴心抗拉强度标准值,按本规范表4.1.3 以线性内插法确定。

当采用骤然放松预应力的施工工艺时,对光面预应力钢丝,ltr 的起点应从距构件末端0.25ltr 处开始计算。

 

第10.1.10条   

计算先张法预应力混凝土构件端部锚固区的正截面和斜截面受弯承载力时,锚固长度范围内的预应力筋抗拉强度设计值在锚固起点处应取为零,在锚

固终点处应取为fpy,两点之间可按线性内插法确定。预应力筋的锚固长度la 应按本规范第8.3.1 条确定。

 

第10.1.11条   

对制作、运输及安装等施工阶段预拉区允许出现拉应力的构件,或预压时全截面受压的构件,在预加力、自重及施工荷载作用下(必要时应考虑动力系

数)截面边缘的混凝土法向应力宜符合下列规定(图10.1.11):

(10.1.11-1)

(10.1.11-2)

 

简支构件的端截面预拉区边缘纤维的混凝土拉应力允许大于 f′tk ,但不应大于1.2 f′tk  。

截面边缘的混凝土法向应力可按下列公式计算:

(10.1.11-3)

 

式中

: 相应施工阶段计算截面预拉区边缘纤维的混凝土拉应力;
 

: 相应施工阶段计算截面预压区边缘纤维的混凝土压应力;
 

: 与各施工阶段混凝土立方体抗压强度 f′cu 相应的抗拉强度标准值、抗压强度标准值,按本规范表4.1.3 以线性内插法确定;

 

: 构件自重及施工荷载的标准组合在计算截面产生的轴向力值、弯矩值;
 

: 验算边缘的换算截面弹性抵抗矩。

※注:

1 预拉区、预压区分别系指施加预应力时形成的截面拉应力区、压应力区;

2 公式(10.1.11-3)中,当σ pc 为压应力时,取正值,当σ pc 为拉应力时,取负值;当Nk 为轴向压力时,取正值,当Nk 为轴向拉力时,取负值;当Mk 产生的边缘纤

维应力为压应力时式中符号取加号,拉应力时式中符号取减号。

3 当有可靠的工程经验时,叠合式受弯构件预拉区的混凝土法向拉应力可按  σct ≤ 2f′tk 控制。

 

 

第10.1.12条   

施工阶段预拉区允许出现拉应力的构件,预拉区纵向钢筋的配筋率(A′s+ A′p) / A不宜小于0.15%,对后张法构件不应计入 A′p ,其中,A 为构件截面

面积。预拉区纵向钢筋的直径不宜大于14mm,并应沿构件预拉区的外边缘均匀配置。

 

※注:

施工阶段预拉区不允许出现裂缝的板类构件,预拉区纵向钢筋的配筋可根据具体情况按实践经验确定。

 

第10.1.13条   

先张法和后张法预应力混凝土结构构件,在承载力和裂缝宽度计算中,所用的混凝土法向预应力等于零时的预加力Np0 及其作用点的偏心距ep0,均应

按本规范公式(10.1.7-1)及(10.1.7-2)计算,此时,先张法和后张法构件预应力筋的应力 σp0 、σ′p0 均应按本规范第10.1.6 条的规定计算。

第10.1.14条   

无粘结预应力矩形截面受弯构件,在进行正截面承载力计算时,无粘结预应力筋的应力设计值 σpu 宜按下列公式计算:

(10.1.14-1)

 

(10.1.14-2)

 

(10.1.14-3)

 

 

对于不少于3 跨的连续梁、连续单向板及连续双向板, Δσp  取值不应小于50N/mm2。

此时,应力设计值σpu 尚应符合下列条件:

 

(10.1.14-4)

式中

: 扣除全部预应力损失后,无粘结预应力筋中的有效预应力(N/mm2);
 

: 无粘结预应力筋中的应力增量(N/mm2);
 

: 综合配筋指标,不宜大于0.4;对于连续梁、板,取各跨内支座和跨中截面综合配筋指标的平均值。

 

: 受弯构件截面高度;
 

: 无粘结预应力筋合力点至截面受压边缘的距离;

 

: 连续无粘结预应力筋两个锚固端间的总长度;
 

: 与l1 相关的由活荷载最不利布置图确定的荷载跨长度之和。

翼缘位于受压区的T 形、I 形截面受弯构件,当受压区高度大于翼缘高度时,综合配筋指标ξp 可按下式计算:

 

(10.1.14-4)

 

此处, h′f  为T 形、I 形截面受压区的翼缘高度;  b′f为T 形、I 形截面受压区

的翼缘计算宽度,应按本规范有关规定执行。

 

第10.1.15条   

无粘结预应力混凝土受弯构件的受拉区,纵向普通钢筋的配置应符合下列规定:

1 单向板纵向普通钢筋的截面面积As 应符合下式规定:

(10.1.15-1)

 

且纵向普通钢筋直径不应小于8mm,间距不应大于200mm。

式中

: 截面宽度;

: 截面高度。

2 梁中受拉区配置的纵向普通钢筋的最小截面面积s A 应取下列两式计算结果的较大值:

 

(10.1.15-2)

 

(10.1.15-3)

上述要求的纵向普通钢筋直径不宜小于14mm,且应均匀分布在梁的受拉边缘区。

3 对一级裂缝控制等级的梁,当无粘结预应力筋承担75%以上弯矩设计值时,纵向普通钢筋面积应满足承载力计算和公式(10.1.15-3)的要求。

 

第10.1.16条   

无粘结预应力混凝土板柱结构中的双向平板,纵向普通钢筋截面面积及其分布应符合下列规定:

1 负弯矩区纵向普通钢筋。在柱边的负弯矩区,每一方向上纵向普通钢筋的截面面积应符合下列规定:

 

(10.1.16-1)

式中

: 平行于计算纵向受力钢筋方向上板的跨度;

: 板的厚度。

由上式确定的纵向钢筋,应分布在各离柱边1.5 h 的板宽范围内。每一方向至少应设置4 根直径不小于16mm 的钢筋。纵向钢筋间距不应大于300mm,外

伸出柱边长度至少为支座每一边净跨的1/6。在承载力计算中考虑纵向钢筋的作用时,其外伸长度应按计算确定,并应符合本规范第8.3 节对锚固长度的规定;

2 在荷载标准组合下,当正弯矩区每一方向上抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力满足下列规定时,正弯矩区可仅按构造配置纵向普通钢筋:

(10.1.16-2)

 

3 在荷载标准组合下,当正弯矩区每一个方向上抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力超过0.4ftk且不大于1.0ftk时,纵向普通钢筋的截面面积应符合下列规定:

 

(10.1.16-3)

 

式中

: 在荷载标准组合下构件混凝土未开裂截面受拉区的合力;

: 钢筋的抗拉强度设计值,当fy 大于360 N/mm2 时,取360 N/mm2。

纵向普通钢筋应均匀分布在板的受拉区内,并应靠近受拉边缘布置。在承载力计算中考虑非预应力纵向受拉钢筋作用时,其锚固长度应符合本规范第8.3 节

的规定。

4 在平板的边缘和拐角处,应设置暗圈梁或设置钢筋混凝土边梁。暗圈梁的纵向钢筋直径不应小于12mm,且不应少于4 根;箍筋直径不应小于6mm,间距不应大于150mm。

※注:

在温度、收缩应力较大的现浇双向平板区域内,应按本规范第9.1.8 条配置普通构造钢筋网。

 

第10.1.17条   

预应力混凝土受弯构件的正截面受弯承载力设计值应符合下列要求:

(10.1.17-1)

 

式中

: 构件的正截面受弯承载力设计值,按本规范公式(6.2.10-1)、(6.2.11-2)或公式(6.2.14)计算,但应取等号,并将M 以Mu 代替;

: 构件的正截面开裂弯矩值,按本规范公式(7.2.3-6)计算。