5.3 正常使用极限状态验算
5.3.1 缓粘结预应力混凝土构件,应按下列规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算:
1 一级裂缝控制等级构件,在荷载标准组合下,受拉边缘应力应符合下式规定:
2 二级裂缝控制等级构件,在荷载标准组合下,受拉边缘应力应符合下式规定:
3 三级裂缝控制等级构件,最大裂缝宽度可按荷载标准组合并考虑长期作用影响的效应计算,最大裂缝宽度应符合下式规定:
对于环境类别为二a类的预应力混凝土构件,在荷载准永久组合下,受拉边缘应力尚应符合下式规定:
式中:σck、σcq——荷载标准组合、准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力(N/mm2);
σpc——厂扣除相应阶段预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力(N/mm2),按本规程第5.1.5条的规定计算;
ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值(N/mm2);
ωmax——按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度(mm),按本规程第5.3.2条计算;
ωlim——最大裂缝宽度限值(mm),按本规程第4.1.11条采取。
5.3.2 在矩形、T形、倒T形和I形截面的缓粘结预应力混凝土轴心受拉和受弯构件中,按荷载标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度ωmax(mm),可按下列公式计算:
缓粘结剂固化前:
缓粘结剂固化后:
式中:acr——构件受力特征系数,对受弯、偏心受压构件取1.5,轴心受拉构件取2.2;
ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,当ψ≤0.2时,取ψ=0.2;当ψ>1.0时和对直接承受重复荷载的构件,取ψ=1.0;
σsk——按荷载效应的标准组合计算的缓粘结预应力混凝土构件纵向受拉钢筋的等效应力(N/mm2),按本规程第5.3.3条计算;
Es——钢筋弹性模量(N/mm2);
cs——最外层纵向受拉非预应力筋外边缘至受拉区底边的距离(mm),当cs≤20时,取cs=20;当cs≥65,取cs=65;
ρte——按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率,缓粘结剂固化前,仅取纵向受拉普通钢筋计算配筋率;在最大裂缝宽度计算中,当ρte<0.01时,取ρte=0.01 ;
Ate——有效受拉混凝土截面面积(mm2),对轴心受拉构件,取构件截面;对受弯、偏心受压和偏心受拉构件,取Ate=0.5bh+(bf—b)hf,此处,bf、hf为受拉翼缘的宽度、高度;
As——受拉区纵向非预应力筋截面面积(mm2);
Ap——受拉区缓粘结预应力筋截面面积(mm2);
deq——受拉区纵向受拉非预应力筋的等效直径(mm),缓粘结剂固化前,仅考虑受拉区纵向普通钢筋;缓粘结剂固化后,应考虑预应力钢绞线;
di——受拉区第i种纵向钢筋的公称直径(mm);缓粘结剂固化后,预应力钢绞线束的直径取为dp1,其中dp1为单根钢绞线的公称直径,按本规程表,3.2.2-1中的d取值,n1为单束钢绞线的根数;
ni——受拉区第i种纵向受拉钢筋的根数;对于缓粘结预应力钢绞线束.当缓粘结剂固化后,取为钢绞线束数;
νi——受拉区第i种纵向受拉钢筋的相对粘结特性系数,对光面钢筋,取νi=0.7;对带肋钢筋,取νi=1.0;对缓粘结预应力钢绞线,专用粘合剂固化后,取νi=0.4。
5.3.3 在荷载效应的标准组合下,缓粘结预应力混凝土构件受拉区纵向钢筋等效应力由可按下列公式计算:
1 轴心受拉构件:
2 受弯构件:
式中:Ap——受拉区预应力筋截面面积(mm2):对轴心受拉钩件,取全部纵向预应力筋截面面积;对受弯构件,取受拉区纵向预应力筋截面面积;
ep——混凝土法向应力等于零时预加力NpO或的作用点至受拉区纵向预应力筋和非预应力筋合力点的距离(mm);
e——等效轴向压力作用点至受拉区纵向预应力筋和非预应力筋合力点的距离(mm);
yps——受拉区纵向预应力筋和非预应力筋合力点的偏心距(mm);
epO 一一计算截面上混凝土法向预应力等于零时预加力NpO作用点的偏心距;
z一一受拉区纵向非预应力筋和预应力筋的合力点至截面受压区合力点的距离(mm);
Nk、Mk——按荷载效应的标准组合计算的轴向力值(N)、弯矩值(N·mm),超静定结构考虑次内力组合;
NpO——预应力构件混凝土法向预应力等于零时的预应力(N);
γ'f——受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值;
ap——考虑缓粘结剂固化影响的预应力筋等效折减系数,缓粘结剂固化前取0.3,固化后取1.0。
5.3.4 在荷载标准组合和准永久组合下,抗裂验算时截面边缘混凝土的法向应力应按下列公式计算:
1 轴向受拉构件:
2 受弯构件:
3 偏心受拉和偏心受压构件:
式中: AO——构件换算截面面积(mm2);
ωO——构件换算截面的弹性抵抗矩(mm3);
Nq、Mq——按荷载效应的准永久组合计算的轴向力值(N)、弯矩值(N·mm)。
5.3.5 预应力混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度,可根据构件的刚度用结构力学方法计算,其刚度取值及挠度限值应符合下列规定:
1 在等截面构件中,可假定各同号弯矩区段内的刚度相等,并取用该区段内最大弯矩处的刚度。当计算跨度内的支座截面刚度不大于跨中截面刚度的2倍或不小于跨中截面刚度的1/2时,该跨也可按等刚度构件进行计算,其构件刚度可取跨中最大弯矩截面的刚度。
2 受弯构件的挠度应按荷载效应标准组合并考虑荷载长期作用影响的刚度B进行计算,所求得的挠度计算值不应超过本规程第4.1.9条规定的限值。
5.3.6 矩形、T形、倒T形和I形截面的缓粘结预应力混凝土受弯构件考虑荷载长期作用影响的刚度B可按下式计算:
式中:Mk——按荷载效应的标准组合计算的弯矩值(N·mm),取计算区段内的最大弯矩值;
Mq——按荷载效应的准永久组合计算的弯矩值(N·mm),取计算区段内的最大弯矩值;
θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数,取2.0;
Bs——荷载效应的标准组合作用下受弯构件的短期刚度(N·mm2),按本规程第5.3.7条的公式计算。
5.3.7 在荷载效应的标准组合作用下,缓粘结预应力混凝土受弯构件的短期刚度且可按下列公式计算,对施加预应力时预拉区出现裂缝的构件,Bs应降低10%:
1 要求不出现裂缝的构件:
2 允许出现裂缝的构件:
式中:IO——换算截面惯性矩(mm4);
Ec——混凝土弹性模量(N/mm2);
aE——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;
ρ——纵向受拉钢筋配筋率,取(apAp+As)/(bhO),缓粘结剂固化前取ap=0.3,固化后取ap=1.0;
Mcr——受弯构件的正截面开裂弯矩值(N·mm);
γf——受拉翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值;
γ——混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数,应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010规定计算;
bf、hf——受拉翼缘的宽度、高度(mm);
kcr——缓粘结预应力混凝土受弯构件正截面的开裂弯矩
Mcr与弯矩Mk的比值,当kcr>1.0时,取kcr=1.0;
σpc——扣除全部损失后,由预加力在抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力(N/mm2)。
5.3.8 缓粘结预应力混凝土受弯构件在使用阶段的预加力反拱值计算应符合下列规定:
1 可用结构力学方法按刚度EcIO进行计算,并应考虑预压应力长期作用的影响,简化计算时可将计算求得的预加力反拱值乘以增大系数2.0;
2 缓粘结预应力筋的应力应扣除全部预应力损失;
3 对重要的或特殊的预应力混凝土受弯构件的长期反拱值,可根据专门的试验分析确定或采用合理的收缩、徐变计算方法经分析确定;
4 当考虑反拱后构件挠度仍不能满足规范要求时,可采用施工起拱等方式控制挠度,对恒载较小的构件,应考虑反拱过大对使用的不利影响。