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1、第八章第八章 预应力混凝土结构的一般知识预应力混凝土结构的一般知识 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 8.1 8.1 预应力混凝土结构的基本概念预应力混凝土结构的基本概念 一、钢筋混凝土的缺欠一、钢筋混凝土的缺欠 Disadvantages of RCDisadvantages of RC L0=5.2m的简支梁 截面尺寸为200450mm2 均布活荷载标准值qk=10kN/m 均布恒荷载标准值gk=5kN/m 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 产
2、生上述问题原因主要是因为产生上述问题原因主要是因为混凝土抗拉强度太低混凝土抗拉强度太低 受拉区混凝土的受拉区混凝土的过早开裂过早开裂，截面抗弯，截面抗弯刚度显著降低刚度显著降低。 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大 截面尺寸，会导致自重进一步增大，截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。 如果增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用如果增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用 ，造成浪费。，造成浪费。 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面
3、抗 弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制挠度变形控制难以难以 满足。满足。 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 设计控制条件：设计控制条件： 一般一般RCRC梁梁承载力承载力 大跨大跨RCRC梁梁挠度变形挠度变形 高强钢筋高强钢筋裂缝宽度裂缝宽度 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 裂缝宽度与钢筋应力基本成正比 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 一般Msk=(0.50.7)My，如配筋按正截面承载力计算，Msk下 sk=(0.50.7)fy。
4、 对于HRB335级钢筋，fy =300MPa，sk=150210MPa，裂 缝宽度已达(0.15 0.25) mm。 如采用高强钢筋，fy=580MPa，则sk= 290 406MPa，裂 缝宽度已超过容许限值。 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念 Concrete is weak in tension Concrete is weak in tension but strong in compressionbut strong in compression 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土
5、结构的基本概念 二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念 ep pcNpNp c 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 由于预加应力由于预加应力 pcpc较大，受拉 较大，受拉 边缘仍处于受压状态，边缘仍处于受压状态，不会不会 出现开裂；出现开裂； 受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混 凝土的抗拉强度，凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂； 受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产 生裂缝，但比钢筋混凝土构件（生裂缝，但比钢筋混凝土构件（N N p p =0 =0）的
6、的开裂明开裂明 显推迟，裂缝宽度也显著减小显推迟，裂缝宽度也显著减小。 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 抗裂性能好抗裂性能好 减小截面尺寸减小截面尺寸 提高刚度减小变形（如受弯构件挠度）提高刚度减小变形（如受弯构件挠度） 但注意：施加预应力但注意：施加预应力不提高不提高构件的承载力构件的承载力 三、施加预应力的好处 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 四、施加预应力的方法 先张
7、法：浇注混凝土前张拉钢筋 后张法：混凝土结硬后在构件上张拉钢筋 施加预应力的一般方法：张拉（加热）纵向受拉钢筋（预应力 钢筋）并将其锚固在混凝土构件内，依靠钢筋对构件的弹性压 缩，从而使混凝土获得压应力。 张拉机具：千斤顶 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 三、施加预应力的方法 先张法 Pre-tension Method 预应力的传递是通过钢筋和混凝土的粘结力实现的 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 后张法 Post-tension Method 三、施加预应力的方法 预应力的传递是通过构件端部锚具直接挤压混凝土而获
8、得的 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 五、预应力混凝土的材料五、预应力混凝土的材料 预应力筋的要求预应力筋的要求 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好 在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力 筋中预先施加的张拉应力会产生损失，为使得扣除应力损失筋中预先施加的张拉应力会产生损失，为使得扣除应力损失 后仍具有较高的张拉应力，后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预也必须使用高强钢筋（丝）作预 应力筋应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须为避免在超载情况
9、下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一具有一 定的塑性定的塑性。 具有良好的加工性能，钢筋焊接、镦粗加工具有良好的加工性能，钢筋焊接、镦粗加工 钢丝类预应力筋，要求钢丝类预应力筋，要求低松弛性低松弛性，与混凝土良好的粘结性能，与混凝土良好的粘结性能 ， 刻痕刻痕 或或 压波压波 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 钢丝钢丝 WireWire 中强钢丝：中强钢丝：8001200MPa8001200MPa 高强钢丝：高强钢丝： 1470 1860MPa1470 1860MPa 延伸率：延伸率：d d10 10=6% =6%，d d100 10
10、0=3.54% =3.54% 直径直径39mm39mm，有光面、刻痕和螺旋肋三种，有光面、刻痕和螺旋肋三种 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 钢绞线钢绞线Strand or TendonStrand or Tendon 有二股、三股和七股钢绞线，有二股、三股和七股钢绞线， 7 7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多 外接圆直径外接圆直径9.515.2 mm9.515.2 mm 无粘结预应力束 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 预应力筋的应力预应力筋的应力- -应变曲线大多应变曲线大多 为为无明显屈服点
11、无明显屈服点 条件屈服点：条件屈服点：残余应变为残余应变为0.2%0.2% 的抗拉强度的抗拉强度 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.1 预应力混凝土结构的基本概念 混凝土的要求混凝土的要求预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率可以施加较大的预压应力，提高预应力效率 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求 具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时
12、 的弹性回缩的弹性回缩 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失 与钢筋粘结强度较大，减少先张法预应力筋的应力传递长度与钢筋粘结强度较大，减少先张法预应力筋的应力传递长度 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具布置，减小锚具垫板有利于提高局部承压能力，便于后张锚具布置，减小锚具垫板 尺寸尺寸 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高 台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不
13、低于C30C30，当采用当采用 高强钢丝时不低于高强钢丝时不低于C40C40。 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定 8.2 8.2 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 一、一、张拉控制应力张拉控制应力 张拉控制应力张拉控制应力 concon：张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张 ：张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张 拉力拉力N Np,con p,con除以预应力筋面积 除以预应力筋面积A A p p 得到的应力得到的应力 它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。 张拉控制应力张拉控制应力
14、 concon取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越 取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越 大，预应力筋的利用效率越高。大，预应力筋的利用效率越高。 但但 concon取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应 取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应 力松弛。力松弛。因此，因此，规范规范规定了规定了张拉控制应力限值张拉控制应力限值 concon 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定 张拉预应力筋的过程是在施工阶段进行的张拉预应力筋的过程是在施工阶段进行的 是对预应力筋进行的一次检验是对预应力筋进行的一次检验 所以表中所以表中 concon
15、 是以预应力筋的 是以预应力筋的标准强度标准强度给出的给出的 且且 concon 可不受抗拉强度设计值的限制 可不受抗拉强度设计值的限制 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定 在下列情况下，在下列情况下， concon 可提高 可提高0.050.05 f fptk ptk： ： 为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内为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；设置的预应力筋； 为抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生的预应力损失为抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生的预应力损失 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定 为避免为避免 concon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用 的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用 规范规范规定规定 concon不应小于 不应小于0.40.4 f fptk ptk 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定 二、预应力损失：二、预应力损失： 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上 原因，原因，预应力筋中预应力会从预应力筋中预应力会从 concon逐步减少 逐步减少，并经
