中华人民共和国行业标准
预应力混凝土结构设计规范
Code for design of prestressed concrete structures
JGJ 369-2016
批准部门:中华人民共和国住房和城乡建设部
施行日期:2016年9月1日
中华人民共和国住房和城乡建设部公告
第1061号
住房城乡建设部关于发布行业标准《预应力混凝土结构设计规范》的公告
现批准《预应力混凝土结构设计规范》为行业标准,编号为JGJ 369-2016,自2016年9月1日起实施。其中,第4.1.1、4.1.6条为强制性条文,必须严格执行。
本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部
2016年3月14日
前言
根据住房和城乡建设部《关于印发<2009年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2009]88号)的要求,编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制了本规范。
本规范的主要技术内容是:1.总则;2.术语和符号;3.材料;4.基本规定;5.承载能力极限状态计算;6.正常使用极限状态验算;7.超长结构的预应力设计;8.预应力型钢混凝土及预应力钢与混凝土组合梁设计;9.体外预应力混凝土结构设计;10.纤维增强复合材料预应力筋混凝土结构设计;11.构造规定。
本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文,必须严格执行。
本规范由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释,由同济大学负责具体技术内容的解释。执行过程中如有意见或建议,请寄送同济大学(地址:上海市四平路1239号,邮编:200092)。
本规范主编单位:同济大学
上海建工七建集团有限公司
本规范参编单位:中国建筑设计研究院
上海建筑设计研究院有限公司
华东建筑设计研究院有限公司
同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司
北京市建筑设计研究院有限公司
北京市建筑工程研究院有限责任公司
中国京冶工程技术有限公司
上海同吉建筑工程设计有限公司
北京中建建筑科学研究院有限公司
中铁上海设计院集团有限公司
天华建筑设计有限公司
长安大学
江阴华新钢缆有限公司
中国航空规划建设发展有限公司
中信建筑设计研究总院有限公司
上海市城市建设设计研究院
本规范主要起草人员:熊学玉 王美华 顾亚囝 任庆英 尤天直 李亚明 周建龙 郑毅敏 束伟农 李晨光 王丰 尚仁杰 吴转琴 顾炜 焦振刚 苏小卒 周建民 刘建红 谢旺兰 王步 陈华青 葛家琪 李伟兴 熊火清 陆元春 高峰
本规范主要审查人员:娄宇 郑文忠 顾渭建 孟少平 邓华 秦士洪 章一萍 卢永成 陈宇峰 易伟建 朱万旭
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1 总 则
1.0.1 为了在预应力混凝土结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策,做到安全适用、技术先进、经济合理、保证质量,制定本规范。
1.0.2 本规范适用于房屋和一般构筑物的预应力混凝土结构设计。
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1.0.3 预应力混凝土结构的设计除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术 语
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2.1.1 预应力混凝土结构 prestressed concrete structure
配置受力的预应力筋,通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土结构。
2.1.2 先张法预应力混凝土结构 pretensioned prestressed concrete structure
在台座上张拉预应力筋后浇筑混凝土,并通过放张预应力筋由粘结传递而建立预应力的混凝土结构。
2.1.3 后张法预应力混凝土结构 post-tensioned prestressed concrete structure
在混凝土达到规定强度后,通过张拉预应力筋并在结构上锚固而建立预应力的混凝土结构。
2.1.4 无粘结预应力混凝土结构 unbonded prestressed con-crete structure
配置与混凝土之间可保持相对滑动的无粘结预应力筋的后张法预应力混凝土结构。
2.1.5 体外预应力混凝土结构 externally prestressed struc-ture
混凝土构件截面之外配置后张预应力筋的结构。
2.1.6 预应力型钢混凝土结构 prestressed steel reinforced concrete structure
预应力混凝土结构内配置轧制或焊接成型型钢的结构。
2.1.7 预应力筋 tendon
用于混凝土结构构件中施加预应力的钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋和纤维增强复合塑料筋的总称。
2.1.8 填充型环氧涂层钢绞线 epoxy-coated prestressing steel strand
外层由熔融结合环氧涂层涂覆,钢丝间的空隙由熔融结合环氧涂层完全填充,防止腐蚀介质通过毛细作用力或其他流体静力侵入的预应力钢绞线。
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2.1.9 纤维增强复合材料预应力筋 FRP tendon
由多股连续芳纶纤维复合材料或碳纤维复合材料采用聚酰胺树脂、聚乙烯树脂或环氧树脂等基底材料胶合后,经过特制的模具挤压、拉拔成型的纤维增强复合塑料预应力筋,简称FRP预应力筋。
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2.1.10 无粘结预应力筋 unbonded tendon
表面涂防腐油脂并包护套后,与周围混凝土不粘结,靠锚具传递压力给构件或结构的一种预应力筋。
2.1.11 有粘结预应力筋 bonded tendon
张拉后直接与混凝土粘结或通过灌浆使之与混凝土粘结的一种预应力筋。
2.1.12 缓粘结预应力筋 retard-bonded prestressing steel strand
用缓凝粘合剂和高密度聚乙烯护套涂包的预应力钢绞线。
2.1.13 体外预应力筋 external tendon
布置在结构构件截面之外的预应力筋。通过与结构构件相连的锚固端块和转向块将预应力传递到结构上。
2.1.14 锚具 anchorage
后张法预应力构件或结构中,为保持预应力筋的拉力并将压力传递到构件或结构上所采用的永久性锚固装置。
2.1.15 连接器 coupler
连接预应力筋的装置。
2.1.16 锚固区 anchorage zone
在后张预应力混凝土结构构件中,承受锚具传来的预加力并使混凝土截面应力趋于均匀的部分构件区段。
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2.1.17 转向块 deviator
在腹板、翼缘或腹板翼缘交接处设置的混凝土或钢支承块。
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2.1.18 张拉控制应力 control stress for tensioning
预应力筋张拉时在张拉端所施加的应力值。
2.1.19 预应力损失 prestressing loss
预应力筋张拉过程中和张拉后,由于材料特性、结构状态和张拉工艺等因素引起的预应力筋应力降低。
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2.1.20 有效预应力 effective prestress
预应力损失完成后,在预应力筋中保持的应力值。
2.1.21 主内力 primary internal force
预加力对去除约束的预应力构件截面形心产生的内力。
2.1.22 综合内力 resultant internal force
预加力在后张法超静定预应力结构的构件截面上产生的内力。
2.1.23 次内力 secondary internal force
预加力对后张法超静定预应力结构在多余约束处引起的附加内力。
2.2 符 号
2.2.1 材料性能
C30——立方体抗压强度标准值为30N/mm2的混凝土强度等级;
Ea——型钢弹性模量;
Ec——混凝土弹性模量;
Efc——混凝土疲劳变形模量;
Ep——预应力筋弹性模量;
Es——钢筋弹性模量;
fa、f′a——型钢抗拉、抗压强度设计值;
fak、f′ak——型钢抗拉、抗压强度标准值;
fck、fc——混凝土轴心抗压强度标准值、设计值;
f′ck、f′tk——施工阶段的混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值;
f′cu——边长为150mm的现场同等条件养护下施工阶段混凝土立方体的抗压强度;
ffpc——纤维增强复合材料预应力筋的持久强度设计值;
fpy、f′py——预应力筋的抗拉、抗压强度设计值;
fstk、fptk——普通钢筋、预应力筋极限强度标准值;
ftk、ft——混凝土轴心抗拉强度标准值、设计值;
fy、f′y——普通钢筋的抗拉、抗压强度设计值;
fyk、fpyk——普通钢筋、预应力筋屈服强度标准值。
2.2.2 作用和作用效应
Fl——局部荷载设计值或集中反力设计值;
M——弯矩设计值;
M2——由预加力在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次弯矩;
Mk、Mq——按荷载效应的标准组合、准永久组合计算的弯矩值;
Mu——构件的正截面受弯承载力设计值;
Mcr——受弯构件的正截面开裂弯矩值;
N——轴向力设计值;
N2——由预加力在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次轴力;
Nk、Nq——按荷载效应的标准组合,准永久组合计算的轴向力值;
Np——后张法构件预应力筋及普通钢筋的合力;
Np0——混凝土法向预应力等于零时预应力筋及普通钢筋的合力;
Nu0——构件的截面轴心受压或轴心受拉承载力设计值;
Nux、Nuy——轴向力作用于x轴、y轴的偏心受压或偏心受拉承载力设计值;
T——扭矩设计值;
V——剪力设计值;
V2——由预加力在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次剪力;
Vcs——构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值;
σcon——预应力筋张拉控制应力;
σck、σcq——荷载效应的标准组合、准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力;
σfc,max、σfc,min——疲劳验算时受拉区或受压区边缘纤维混凝土的最大应力、最小应力;
σl、σ′l——受拉区、受压区预应力筋在相应阶段的预应力损失值;
σp0——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;
σpc——由预加力产生的混凝土法向应力;
σpe——预应力筋的有效预应力;
σpu——无粘结预应力筋和体外预应力筋的应力设计值;
σs、σp——正载面承载力计算中纵向普通钢筋、预应力筋的应力;
σsk——按荷载效应的标准组合计算的纵向受拉钢筋应力或等效应力;
σtp、σcp——混凝土中的主拉应力、主压应力;
τ——混凝土的剪应力;
wmax——按荷载效应的准永久或标准组合,并考虑长期作用影响的计算最大裂缝宽度。
2.2.3 几何参数
A——构件截面面积;
A0——构件换算截面面积;
Acor——钢筋网、螺旋筋或间接钢筋内表面范围内的混凝土核心面积;
Al——混凝土局部受压面积;
An——构件净截面面积;
Ap、A′p——受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积;
As、A′s——受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积;
Asb、Apb——同一弯起平面内普通钢筋、弯起预应力筋的截面面积;
Astl——受扭计算中取用的全部受扭纵向普通钢筋的截面面积;
Asvl、Astl——受剪、受扭计算中单肢箍筋的截面面积;
Asv、Ash——同一截面内各肢竖向、水平箍筋或分布钢筋的全部截面面积;
a、a′——纵向受拉钢筋合力点、纵向受压钢筋合力点至截面近边的距离;
ap、a′p——受拉区纵向预应力筋合力点、受压区纵向预应力筋合力点至截面近边的距离;
as、a′s——纵向非预应力受拉钢筋合力点、纵向非预应力受压钢筋合力点至截面近边的距离;
b——矩形截面宽度,T形,I形截面的腹板宽度;
bf、b′f——T形或I形截面受拉区、受压区的翼缘宽度;
B——受弯构件的截面刚度;
c——混凝土保护层厚度;
γc——曲率半径;
d——钢筋直径或圆形截面的直径;
e、e′——轴向力作用点至纵向受拉钢筋合力点、纵向受压钢筋合力点的距离;
ea——附加偏心距;
e0——轴向力对截面重心的偏心距;
ei——初始偏心距;
h——截面高度;
hf、h′f——T形或I形截面受拉区、受压区的翼缘高度;
h0——截面有效高度;
hp——纵向受拉预应力筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离;
hs——纵向受拉普通钢筋合力点至梁截面受压边缘的有效距离;
i——截面的回转半径;
I——截面惯性矩;
I0——换算截面惯性矩;
In——净截面惯性矩;
la——纵向受拉钢筋的锚固长度;
l0——梁板的计算跨度或柱的计算长度;
s——沿构件轴线方向上横向钢筋的间距,螺旋筋的间距或箍筋的间距;
W——截面受拉边缘的弹性抵抗矩;
W0——换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩;
Wn——净截面受拉边缘的弹性抵抗矩;
Wt——截面受扭塑性抵抗矩;
x——混凝土受压区高度;
y0、yn——换算截面重心、净截面重心至所计算纤维的距离;
z——纵向受拉钢筋合力至混凝土受压区合力点之间的距离。
2.2.4 计算系数及其他
α1——受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值;
αE——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;
β1——矩形应力图受压区高度与中和轴到受压区边缘的距离的比值;
βc——混凝土强度影响系数;
βl——局部受压时的混凝土强度提高系数;
γ——混凝土构件的截面抵抗矩塑性影响系数;
ηs——偏心受压构件考虑二阶效应影响的增大系数;
θ——考虑荷载长期作用对挠度增大的影响系数;
k——考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数;
λ——计算截面的剪跨比;
μ——预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数;
ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数。
ρ——纵向受力钢筋的配筋率;
ρsv、ρsh——竖向箍筋,水平箍筋或竖向分布钢筋,水平分布钢筋的配筋率;
ρv——间接钢筋或箍筋的体积配筋率;
φ——轴心受压构件的稳定系数。
3 材 料
3.1 混凝土及预应力钢筋
3.1.1 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30。
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3.1.2 预应力混凝土结构中预应力筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋,也可采用纤维增强复合材料预应力筋。
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3.1.3 预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋的屈服强度标准值fpyk、极限强度标准值fptk抗拉强度设计值fpy及抗压强度设计值f′py应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定。
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3.1.4 预应力筋的弹性模量Ep应按表3.1.4采用。
表3.1.4 预应力筋弹性模量(N/mm2)
注:必要时可采用实测的弹性模量。
3.1.5 预应力筋的疲劳应力幅限值△ffpy应根据预应力筋疲劳应力比值ρfp,按表3.1.5线性内插取值。预应力筋疲劳应力比值ρfp应按下式计算:
式中:σfp,min、σfp,max——构件疲劳验算时,同一层预应力筋的最小应力、最大应力(MPa)。
表3.1.5 预应力筋疲劳应力幅限值(N/mm2)
注:1 当ρfp≥0.9时,可不作钢筋疲劳验算;
2 当有充分依据时,可对表中规定的疲劳应力幅限值作适当调整。
3.1.6 预应力筋在最大力下的总伸长率δgt不应小于3.5%。
3.1.7 镀锌钢绞线的规格和性能应符合现行行业标准《高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线》YB/T 152的有关规定。热镀锌钢绞线适用于体外预应力结构,不应直接与混凝土、砂浆接触。
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3.1.8 填充型环氧涂层钢绞线性能应符合现行行业标准《环氧涂层预应力钢绞线》JG/T 387的有关规定。
3.1.9 单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线性能应符合现行国家标准《单丝涂覆环氧涂层预应力钢绞线》GB/T 25823的有关规定。
3.1.10 缓粘结预应力钢绞线性能应符合现行行业标准《缓粘结预应力钢绞线》JG/T 369的有关规定;缓凝胶粘剂应符合现行行业标准《缓粘结预应力钢绞线专用粘合剂》JG/T 370的有关规定。
3.1.11 无粘结预应力筋性能应符合现行行业标准《无粘结预应力钢绞线》JG 161的有关规定。
3.2 纤维增强复合材料筋
3.2.1 纤维增强复合材料筋混凝土构件应采用碳纤维增强复合材料筋或芳纶纤维增强复合材料筋,且其纤维体积含量不应小于60%。
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3.2.2 纤维增强复合材料预应力筋的截面面积应小于300mm2。
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3.2.3 纤维增强复合材料预应力筋应符合下列规定:
1 纤维增强复合材料预应力筋的抗拉强度应按筋材的截面面积含树脂计算,其主要力学性能指标应满足表3.2.3的规定;
2 纤维增强复合材料预应力筋的抗拉强度标准值应具有99.87%的保证率,其弹性模量和最大力下的伸长率应取平均值;
3 不应采用光圆表面的纤维增强复合材料筋。
表3.2.3 纤维增强复合材料预应力筋的主要力学性能指标
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3.2.4 纤维增强复合材料筋抗拉强度设计值应按下式计算:
式中:ffpd——纤维增强复合材料预应力筋抗拉强度设计值(MPa);
ffpk——纤维增强复合材料预应力筋抗拉强度标准值,按实测值和厂家提供的数据采用(MPa);
γe——环境影响系数,应按表3.2.4取值。
表3.2.4 纤维增强复合材料预应力筋的环境影响系数γe
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3.2.5 纤维增强复合材料预应力筋的持久强度设计值应按下式计算:
式中:ffpc——纤维增强复合材料预应力筋的持久强度设计值(MPa);
γfc——徐变断裂折减系数,碳纤维增强复合材料筋取1.4,芳纶纤维增强复合材料筋取2.0。
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