预应力混凝土结构1.ppt

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1、第十章 预应力混凝土结构本章重点本章重点混凝土结构设计基本原理第十章 预应力混凝土的概念及其优点预应力混凝土的概念及其优点；预应力混凝土构件的截面设计预应力混凝土构件的截面设计。预应力损失的原因及其计算和组合；预应力损失的原因及其计算和组合；预应力混凝土构件的受力性能分析；预应力混凝土构件的受力性能分析；施加预应力的方法及预应力混凝土材施加预应力的方法及预应力混凝土材料的要求；料的要求；混凝土结构设计基本原理第十章第一节第一节概概 述述一、预应力混凝土结构的基本概念一、预应力混凝土结构的基本概念1、普通钢筋砼结构的缺点：、普通钢筋砼结构的缺点：在使用荷载下带裂缝工作；影响使用功能，耐在使用荷载

2、下带裂缝工作；影响使用功能，耐久、久、刚度和抗疲劳性。刚度和抗疲劳性。不能充分利用高强度钢筋。不能充分利用高强度钢筋。难以应用于大开间、大跨度结构。难以应用于大开间、大跨度结构。采用预应力是改善普通钢筋采用预应力是改善普通钢筋混凝土混凝土构构件抗裂性能的有效途径。件抗裂性能的有效途径。eqmaxstske1.90.08crdcE s2s0sEf61.150.213.5BAEhr s00yMAh fysfA挠度增加挠度增加混凝土结构设计基本原理第十章一、预应力混凝土结构的基本概念一、预应力混凝土结构的基本概念2、预应力砼的基本原理、预应力砼的基本原理预应力：预应力：在砼结构承受使用荷载之前的在砼

3、结构承受使用荷载之前的制作阶段制作阶段预先对预先对砼施加永久性的内应力；其目的是为了改善砼施加永久性的内应力；其目的是为了改善结构或构件的工作性能、提高强度。结构或构件的工作性能、提高强度。预应力的日常应用预应力的日常应用混凝土结构设计基本原理第十章提高梁的抗裂性能；提高梁的抗裂性能；减小梁的挠度；改善减小梁的挠度；改善结构的受力状态。结构的受力状态。预应力砼结构：预应力砼结构：按照需要预先引入某种量值与分布的内应力，按照需要预先引入某种量值与分布的内应力，以局部或全部抵消使用荷载产生的应力的一种混以局部或全部抵消使用荷载产生的应力的一种混凝土结构。凝土结构。混凝土结构设计基本原理第十章二、预

4、应力砼结构的优缺点二、预应力砼结构的优缺点 抗裂性好；抗裂性好；结构刚度大，挠度小；结构刚度大，挠度小；结构自重轻；结构自重轻；耐久性好；耐久性好；抗剪能力强；抗剪能力强；疲劳性能好。疲劳性能好。施工机械设备要求高；施工机械设备要求高；施工工序多；施工工序多；设计计算复杂。设计计算复杂。优点：优点：缺点：缺点：混凝土结构设计基本原理第十章第二节第二节预应力砼结构设计基础知识预应力砼结构设计基础知识一、预应力混凝土构件的分类一、预应力混凝土构件的分类根据根据设计理论、设计理论、施工方法施工方法和和受力特征受力特征的不同，预应力混的不同，预应力混凝土有多种不同的分类方式：凝土有多种不同的分类方式：

5、1.先张法和后张法先张法和后张法钢筋张拉先于混凝土浇筑钢筋张拉先于混凝土浇筑先张法先张法钢筋张拉后于混凝土浇筑钢筋张拉后于混凝土浇筑后张法后张法预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起有粘结有粘结2.有粘结预应力和无粘结预应力有粘结预应力和无粘结预应力混凝土结构设计基本原理第十章2、有限预应力砼有限预应力砼3.按预应力度大小按预应力度大小1、全截面受压、全截面受压全预应力砼全预应力砼epNppcsc 全预应力砼部分预应力砼有限预应力砼pcscpc有效预压应力；有效预压应力；sc外荷载标准组合下砼中的拉应力；外荷载标准组合下砼中的拉应力；3、部分预应力砼部分预

6、应力砼1tksc11ftksc10f4、普通钢筋砼、普通钢筋砼0混凝土结构设计基本原理第十章1.先张法预应力砼构件先张法预应力砼构件钢筋就位钢筋就位 张拉钢筋张拉钢筋 支模、浇砼支模、浇砼 砼达到一砼达到一定强度定强度 剪丝剪丝 钢筋回缩钢筋回缩 砼产生预应力砼产生预应力张拉钢筋浇注混凝土剪断钢筋图图10-2 先张法先张法应用于成批生产的中、小预应力构件。应用于成批生产的中、小预应力构件。混凝土结构设计基本原理第十章2.后张法预应力砼构件后张法预应力砼构件制作构件，预留孔道制作构件，预留孔道 达到强度，穿筋达到强度，穿筋 张拉钢张拉钢筋，锚固筋，锚固 产生预应力产生预应力 孔道灌浆孔道灌浆图图

7、10-3 后张法后张法浇注混凝土穿钢筋、张拉、锚固灌浆适用于大、中型构件。适用于大、中型构件。混凝土结构设计基本原理第十章先张法与后张法的区别：先张法与后张法的区别：1、施加预应力的途径不同；、施加预应力的途径不同；先张法：预应力钢筋和砼之间的黏结力；先张法：预应力钢筋和砼之间的黏结力；后张法：锚具。后张法：锚具。2、相同的张拉控制应力，建立的预压应力不同；、相同的张拉控制应力，建立的预压应力不同；先张法：低；先张法：低；（预应力筋回弹引起砼弹性压缩，使预应力（预应力筋回弹引起砼弹性压缩，使预应力筋缩短，应力降低）筋缩短，应力降低）后张法：高。后张法：高。（张拉时砼完成弹性压缩）（张拉时砼完成

8、弹性压缩）非预应力钢筋v 无粘结预应力砼结构通常与后张法结合。无粘结预应力砼结构通常与后张法结合。混凝土结构设计基本原理第十章二、预应力砼构件对材料的要求二、预应力砼构件对材料的要求钢筋钢筋1、高强，低松驰；2、与混凝土间有足够的粘结力；3、良好的加工性能和一定的塑性。要求纤维增强塑料（纤维增强塑料（FRP）：）：玻璃纤维增强塑料（GFRP）、碳纤维增强塑料（CFRP）钢筋：预应力钢筋宜采用预应力钢铰线、钢丝，也可采用热处理钢筋。（GB500102002）预应力钢筋应选用钢铰线、钢丝；中、小型构件或竖、横向预应力钢筋，也可选用精轧螺纹钢筋。（JTG D622004）钢铰线钢铰线：两股钢绞线、三

9、股钢绞线和七股钢绞线三种规格，其抗拉强度标准值为（14701860）MPa，并依松弛性能不同分成普通钢绞线和低松弛钢绞线两种 钢筋精轧螺纹钢筋：精轧螺纹钢筋：强度设计值和强度标准值的规定如附表3-5、3-7；预应力钢筋的弹性模量见附表3-8。高强度钢丝高强度钢丝：光面钢丝、螺旋肋钢丝和刻痕钢丝。混凝土结构设计基本原理第十章混凝土：混凝土：一般要求不应低于一般要求不应低于C30。采用钢丝，钢铰线，。采用钢丝，钢铰线，热处理钢筋作预应力钢筋时热处理钢筋作预应力钢筋时，不宜低于，不宜低于 C40。预应力混凝土构件不应低于预应力混凝土构件不应低于C40。（。（JTG D622004）二、预应力砼构件对

10、材料的要求二、预应力砼构件对材料的要求混凝土混凝土高强度、高弹模；快硬、早强；自重轻；收缩、徐变小。要求长期荷载作用下混凝土的变形性能徐变徐变变形性能结硬过程中混凝土体积缩小的性质收缩收缩使预应力混凝土构件缩短，从而引起预应力钢筋中的预拉应力的下降 预应力损失 混凝土结构设计基本原理第十章三、锚三、锚 具具锚具：锚具：用于固定钢筋用于固定钢筋先张法：构件制作完后，能取下重复使用先张法：构件制作完后，能取下重复使用工具锚工具锚后张法：用于永久固定钢筋、作为构件的一部分后张法：用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 工作锚工作锚不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时不同种类的锚具，有不同的固定原理。同

11、时所固定预应力筋不同，锚具则不同，回缩量也不同，所固定预应力筋不同，锚具则不同，回缩量也不同，尺寸外形对构件的影响也不同。尺寸外形对构件的影响也不同。混凝土结构设计基本原理第十章1.摩擦型锚具摩擦型锚具利用预应力钢筋与夹片或锚塞间的摩擦力将预应力钢筋利用预应力钢筋与夹片或锚塞间的摩擦力将预应力钢筋的预拉力传给夹片或锚环，然后锚环再通过承压力或粘的预拉力传给夹片或锚环，然后锚环再通过承压力或粘结力将预拉力传给混凝土构件。结力将预拉力传给混凝土构件。(a)JM12型锚具(b)XM型与QM型锚具夹片(c)QM型单孔锚具(d)QM型多孔锚具QMXM钢铰线钢铰线 QM体系；体系；XM体系；体系；YM体系

12、；体系；OVM体系。体系。混凝土结构设计基本原理第十章摩擦型锚具夹片式锚具铸铁喇叭管锚板锥孔螺旋筋铸铁喇叭管工作锚夹板工作锚接片钢绞线波纹管NconpN混凝土结构设计基本原理第十章2.承压型锚具承压型锚具利用螺帽、垫板等承压作用将利用螺帽、垫板等承压作用将预应力钢筋锚固在构件端部。预应力钢筋锚固在构件端部。螺丝端杆锚具单根预应力粗钢筋粗钢筋锚固螺母圆垫圈钢垫板螺旋筋预留孔道排气槽螺帽锚固板灌浆排气波纹套管钢筋梁体a）b）混凝土结构设计基本原理第十章镦 头 锚 具高强钢丝（束）3.黏结型锚具黏结型锚具利用构件端部预留锥形自锚孔，后利用构件端部预留锥形自锚孔，后浇混凝土锚固预应力钢筋，无特制浇混凝

13、土锚固预应力钢筋，无特制锚具。锚具。混凝土结构设计基本原理第十章四、张拉控制应力四、张拉控制应力v con：张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所指示的张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力总张拉力/预应力预应力钢筋钢筋面积面积。v con的确定原则：的确定原则：与预应力与预应力的施加方法、的施加方法、钢筋的强钢筋的强度标准值度标准值fptk有关。有关。con 不能不能过高过高。可能引起张拉时个别钢丝拉可能引起张拉时个别钢丝拉断，断，也只能适当也只能适当；或；或Pcr 与与 Pu 过于接近过于接近。con 过高过高，施工阶段可能引起构件某些部分受拉开施工阶段可能引起构件某些部分受拉开裂或局部

14、受压破坏裂或局部受压破坏。确定确定 con时考虑的因素：时考虑的因素：con 不应太低不应太低。con ，产生的预应力大，抗裂性好产生的预应力大，抗裂性好。con 0.4 fptk混凝土结构设计基本原理第十章张拉控制应力限值张拉控制应力限值 热处理钢筋热处理钢筋消除应力钢丝、钢铰线消除应力钢丝、钢铰线 0.75 fptk 后张法后张法 先张法先张法 钢筋种类钢筋种类 张拉方法张拉方法0.75fptk0.7 fptk0.65 fptk混凝土结构设计基本原理第十章五、五、预应力损失预应力损失 l预应力筋按张拉后，由于预应力筋按张拉后，由于各种原因各种原因会下降到一定会下降到一定的程度，这一现象称为

15、的程度，这一现象称为预应力损失预应力损失。引起预应力损失。引起预应力损失的原因有的原因有六大类六大类。先分别找出这些损失出现的原因，。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。损失的组合。p=con l最终有效预应力最终有效预应力：混凝土结构设计基本原理第十章1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1直线：直线：s1Elal103混凝土结构设计基本原理第十章1con fcf21lxlkrl圆弧曲线：圆弧曲线：1041.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损

16、失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1rc 曲线的曲率半径曲线的曲率半径（m）,k 预应力筋与孔道壁之间的预应力筋与孔道壁之间的摩擦摩擦系数及局部偏差的磨擦系数系数及局部偏差的磨擦系数。x 张拉端至计算截面的距离张拉端至计算截面的距离 x lflf 反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度(m)sfconc1000aElrk式中：式中：a张拉端锚具变形和钢筋张拉端锚具变形和钢筋回缩量回缩量混凝土结构设计基本原理第十章2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2x 从张拉端至计算截面的孔道长度从张拉端至计算截面的孔道长度(m)，可用投影长度。可用投影长度。从张拉端至计算截面曲线孔道长度的从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹角夹角(rad)。当（当（+kx）0.2时，时，l2=con(kx+)2con11lkxe1019混凝土结构设计基本原理第十章3.预应力筋与台座间温差引起的预应力损失预应力筋与台座间温差引起的预应力损失 l3加热养护：此时砼未结硬。加热养护：此时砼未结硬。钢筋自由伸长，而台座不钢筋自由伸长，而台座不动。动。钢筋松了钢筋松了 产生