《第10章预应力混凝土构件的受力性能与设计-12学时》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第10章预应力混凝土构件的受力性能与设计-12学时（150页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学习目标,掌握预应力混凝土结构的基本概念； 掌握预应力损失的概念及计算方法； 熟练掌握轴心受拉构件各阶段的应 力状态及其设计计算方法；,第十章 预应力混凝土构件的 受力性能与设计,学习目标 掌握受弯构件各阶段的应力状态及其设 计计算方法； 熟悉预应力混凝土结构的主要构造要求； 了解部分预应力混凝土构件及无粘结 预应力混凝土构件的概念。,教学提示 本章应对预应力混凝土结构的基本概念、各 项预应力损失值的意义和计算方法、预应力 混凝土构件各阶段的应力状态、设计计算方 法作重点讲述。 本章的难点是各项预应力损失值的意义和计 算方法、预应力损失值的组合。,10.1 预应力混凝土的概念 一、钢筋混凝土的
2、缺点,第十章 预应力混凝土构件,（1）抗裂性能差 通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。 （2）不能使用高强钢筋。,第十章 预应力混凝土构件,第一：砼的极限拉应变一般为（0.10.15）10-3， 故砼开裂时，钢筋的应力只有2030MPa； 第二：对应于裂缝宽度为(0.2 0.3) mm时的钢筋应力 约为250MPa。 可见，普通砼中采用高强钢筋，不能发挥高强钢筋的 强度优势。,二、预应力的基本概念,第十章 预应力混凝土构件,spc较大，全截面处于受压状态， 不会开裂；称全预应力砼。,拉应力超过混凝土的抗拉强度， 会产生裂缝，称部分预应力砼。,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件
3、,10.2 施加预应力的方法,先张法,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,后张法,第十章 预应力混凝土构件,10.2 施加预应力的方法,后张法,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,10.3 预应力混凝土构件的基本分析方法,方法一：利用材料力学公式计算截面应力,认为开裂前材料是线弹性的， 截面应力=预加力Np产生的应力+外力矩M产生的应力,第十章 预应力混凝土构件,受荷前,受荷后,方法二：采用与钢筋混凝土类同的计算方法,（认为外力矩M由截面上的抵抗内力偶相平衡。）,第十章 预应力混凝土构件,1、预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂a的变化 来
4、抵抗外弯矩的作用， 在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np， 混凝土一直承受压力C, 且Np 、 C 的值变化较小。,由方法二可知：,第十章 预应力混凝土构件,2、而钢筋混凝土受弯构件开裂后， 内力臂h0基本保持不变， 而钢筋拉力T和压区混凝土的压力C随弯矩增长 而不断增大。,第十章 预应力混凝土构件,3、预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了 钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高的特性， 可以使得高强度材料的性能得以发挥。,方法三：平衡荷载法,1、由外荷载g产生的弯矩,2、布置预应力钢筋,使预加力产生的弯矩Npep和外荷载g产生的弯矩Mg抵消,第十章 预应力混凝土构件,则,10.4 预应力混凝
5、土的材料及锚夹具,（1）强度高：第一要在钢筋中建立起高应力； 第二预应力混凝土会产生各种预应力损失 （2）一定的塑性：避免超载、低温、冲击及地震时 的脆性断裂。 （3）良好的加工性能：以满足焊接、镦粗等加工要求。 （4）低松弛性：以减小由于松弛而产生的预应力损失。 （5）与混凝土良好的粘结性能：采用刻痕、压波等方法 来提高粘结强度。,一、预应力钢筋,1、对预应力钢筋的性能要求,第十章 预应力混凝土构件,2、预应力钢筋的种类,是用3或7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。,无粘结预应力束,（1）钢绞线,第十章 预应力混凝土构件,是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到
6、。 中强钢丝的强度为8001200MPa， 高强钢丝的强度为15701770MPa。 为增加与混凝土的粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或 压波，也可制成螺旋肋。,（2）中高强钢丝,第十章 预应力混凝土构件,消除应力钢丝： 钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。 消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。,第十章 预应力混凝土构件,用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋。直径为610mm，抗拉强度为1470MPa。,除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显屈服点，取残余应变为0.2%的条件屈服
7、点作为抗拉强度设计指标。,（3）热处理钢筋,第十章 预应力混凝土构件,预应力钢筋强度标准值（N/mm2）,第十章 预应力混凝土构件,（1）高强度：一是可施加较大的预压应力； 二是可减小截面尺寸、自重，实现大跨。 （2）具有较高的弹性模量： 可提高截面抗弯刚度； 可减少预压时的弹性回缩，减少预应力损失。 （3）收缩、徐变小：可减少预应力损失。 （4）与钢筋有较大粘结强度： 可减少先张法预应力筋的应力传递长度。,二、混凝土,1、对预应力“混凝土”的性能要求,第十章 预应力混凝土构件,（5）快硬、早强： 有利于较早施加预应力，加快施工进度， 提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用,2、对预应力“
8、混凝土”强度等级要求 不应低于C30； 当采用高强钢绞线、钢丝和热处理钢筋时 不宜低于C40。,第十章 预应力混凝土构件,三、锚具和夹具,第十章 预应力混凝土构件,组成及组装,1、单孔夹片锚,单孔夹片锚 及相应锚垫板,组成,2、多孔夹片锚,多孔夹片锚、锚垫板及螺旋筋,扁锚,扁锚施工现场,第十章 预应力混凝土构件,挤压锚具锚杯及 异形钢丝环,4、挤压锚,第十章 预应力混凝土构件,挤压机,镦头锚及 镦头器,5、镦头锚,镦头锚具高强钢丝 组装件,压花锚及 压花机,6、压花锚,拉索锚具及其结构组成,7、拉索锚具,拉索锚具应用,钢筋长度不足时，可通过连接器来接长。 普通钢筋的连接：,8、连接器,单孔连接
9、器,预应力筋的连接器：,多孔连接器,扁型锚具 连接器,多孔连接器及配套护筒,第十章 预应力混凝土构件,10.5 张拉控制应力和预应力损失,1、 scon的定义：张拉预应力钢筋时，张拉设备（千斤顶或油泵）上的压力表所控制的总张拉力Np,con除以预应力钢筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力scon。,一、张拉控制应力scon, 它是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。,第十章 预应力混凝土构件,2、 scon的取值 （1）取值的一般概念： 张拉控制应力scon取值越高， 预应力筋对混凝土的预压作用越大， 可以使预应力筋充分发挥作用。 （2） scon的上限值 scon取值过高， 第一可能发生
10、预应力钢筋拉断事故； 第二会产生过大的应力松弛。 因此，规范规定了张拉控制scon的上限值。,第十章 预应力混凝土构件,（3） scon的下限值,scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于0.4 fptk。,随时间，预应力钢筋中的应力从 scon 逐步减少，这种应力的降低现象称为“预应力损失”。,二、预应力损失,1、预应力损失的概念,只有稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。 因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键问题。,第十章 预应力混凝土构件,（1）锚固损失：由“锚具变形”引起。 （2）摩擦损失：在“张拉过程”中发生。 后张法预应力筋与孔
11、道壁之间的摩擦； 先张法预应力钢筋与锚具之间以及折点处的摩 （3）混凝土的收缩和徐变引起的损失。 （4）松弛损失： 在高应力的长期作用下，预应力钢筋的松弛，引起的“预应力损失”。,（能使“预应力钢筋”产生缩短的一切因素）,2、引起预应力损失的因素,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,（6）混凝土的局部挤压损失 直径3m的环形构件中的螺旋式预应力钢筋。 （7）弹性压缩损失 “ 后”张拉钢筋对“先”张拉钢筋造成的压缩等。,（5）温差损失 先张法构件加热养护时，由“预应力钢筋与 台座之间的温差”引起。,第十章 预应力混凝土构件,（a）sl1的概念 锚具的受力变形 垫板缝隙的挤紧 钢筋
12、在锚具中的内缩 （b）sl1的计算,3、预应力损失的种类 （1）锚固损失sl1,对直线预应力钢筋的sl1,引起的损失sl1,第十章 预应力混凝土构件,（c）减小sl1的措施,一是选择变形小的锚夹具, 少用垫板；,二是增加台座长度l,后张法张拉钢筋时“存在摩擦”， 而引起的预应力钢筋中应力的减少值称为摩擦损失sl2,（2）摩擦损失sl2,（b）sl2的计算(了解）,第十章 预应力混凝土构件,（a）sl2的概念,（c）减少sl2的措施,第十章 预应力混凝土构件,（3）热养护时，温差引起的损失sl3,第十章 预应力混凝土构件,（先张法构件，缩短生产周期） 升温时， 混凝土尚未结硬 钢筋受热膨胀 台座
13、不动，即钢筋长度不变,引起的损失sl3,降温时，混凝土与预应力筋之间已有粘结作用， 两者共同回缩，sl3无法恢复。 温差D t ， 钢筋的温度膨胀系数为110-5/,第十章 预应力混凝土构件,则 有,（a）sl4的概念 高应力作用 钢筋长度不变,（4）钢筋松弛损失sl4,第十章 预应力混凝土构件,影响sl4的因素,而产生的钢筋应力的降低值-sl4,初始应力水平 作用时间长短 钢筋种类,对于普通松弛的预应力钢丝和钢绞线,-为超张拉系数： 一次张拉时，=1 超张拉时，=0.9,第十章 预应力混凝土构件,（b）sl4的计算（了解） （根据试验结果，规范取）,当scon0.7fptk时，,当0.7fp
14、tk scon0.8fptk时，,对于低松弛的预应力钢丝和钢绞线,第十章 预应力混凝土构件,对于热处理钢筋,一次张拉： sl4=0.05 scon ； 超张拉时： sl4=0.035 scon,（c）减少sl4的措施:,超张拉,程序为：,0,1.03con或1.05con,持荷2min,con,第十章 预应力混凝土构件,构件长度缩短 预应力筋回缩,（5）收缩徐变损失sl5,第十章 预应力混凝土构件,收缩 徐变,（a）sl5的概念,引起,引起的损失sl5,先张法,后张法,第十章 预应力混凝土构件,（b）sl5的计算-规范计算公式（了解）,先张法,A0=Ac+apAp+asAs,其中：,（c）减少
15、sl5的措施:,（与减小收缩、徐变的措施相同） 材料方面 减小水泥用量; 降低水灰比; 采用级配好、弹性模量大的骨料； 施工工艺方面（如振捣质量）； 养护条件方面（如温度、湿度） ； 受力方面（如加载大小、加载早晚）。,第十章 预应力混凝土构件,用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件， 当直径d3m时， 由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失。,（6）sl6,第十章 预应力混凝土构件,1、考虑预应力损失组合的原因 预应力混凝土构件从加预应力开始即需要进行计算； 预应力损失是分批发生的。 2、预应力损失组合的分批 第一批：混凝土预压前完成的损失lI； 第二批：混凝土预压后完成的损失lII。,三、预应力
16、损失的组合,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,（1）规定最小值的原因 考虑到预应力损失的计算误差。 （2）最小值 规范规定： 先张法构件 100MPa 后张法构件 80MPa,3、预应力损失的最小值,第十章 预应力混凝土构件,四、混凝土弹性压缩引起的损失sle 先张法构件：放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。,第十章 预应力混凝土构件,后张法构件： 当一次张拉所有预应力筋时： 无弹性压缩损失;,当分批张拉时： 应考虑后批张拉钢筋所产生的砼弹性压缩或伸长 对先批张拉钢筋的影响， 将先批张拉钢筋的控制应力con增加或减小E pci,第十章 预应力混凝土构件,第十章 预应力混凝土构件,一、
