结构设计PPT课件

《结构设计PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构设计PPT课件（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第十二章预应力混凝土结构的基本概念及其材料BasicConceptandMaterialsofPCStructure 1 本章主要内容 预应力混凝土结构的概念 特点 分类 预应力度 消压弯矩 全预应力混凝土结构 部分预应力混凝土结构的基本概念 预应力混凝土结构的基本工作原理 先张法和后张法的施工工艺 相同和不同点 预应力混凝土结构对混凝土 预应力钢筋的要求 锚具的分类及其受力原理 预应力混凝土结构的三种概念的内涵 2 一 钢筋砼结构的缺点 需要带裂缝工作 使构件刚度下降 不能应用于不允许开裂的结构中 不开裂 t 20 30MPa影响耐久 功能 刚度 疲劳性 无法充分发挥高强度钢筋及高标号混凝土

2、的作用与 max对应的 t 200N mm2 而高强钢丝可达1800N mm2 提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用不大 自重大 构件跨径受到限制 12 1概述 3 二 预应力混凝土的基本概念 prestressedconcretestructure 预应力混凝土结构 就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力 且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的内力抵消到一个合适程度的混凝土 这种预先给混凝土引入内部应力的结构 就称为预应力混凝土结构 要使钢筋混凝土结构得到进一步发展 就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点 于是人们在长期的生产实践中 创造出了预应力混凝土结构 4 设

3、有一矩形简支梁 计算跨径为L 截面为b h 承受均布荷载q 含自重在内 如图所示 下面以简支梁为例 进一步说明预应力混凝土的基本概念 5 该矩形简支梁由均布荷载产生的跨中最大弯矩为M qL2 8 跨中截面应力为 上缘 压应力 下缘 拉应力 为了使截面下缘不出现拉应力 采用预加应力的方法来抵消下缘拉应力 6 一种方法是 先在截面重心处施加预压力 令Ny 6M h 产生的截面应力为 7 在预加力Np和均布荷载q共同作用下 将该预加应力与均布荷载应力叠加 求得截面上 下缘的总应力为 上缘 下缘 压应力 8 另一种方法是 在距截面下缘h 3处 即偏心距e h 6 处 施加预应力 令Np 3M h 产生

4、的截面上 下缘应力为 上缘 下缘 压应力 9 在预加力Np和均布荷载q共同作用下 将该预加应力与均布荷载应力叠加 求得截面上 下缘的总应力为 上缘 下缘 压应力 10 实际简支梁应力情况 11 施加预应力后 可以避免混凝土出现裂缝 混凝土梁可以全截面参加工作 预加力的大小以及预加力的作用点位置是预应力混凝土结构设计计算的关键问题 由于预先给混凝土梁施加了预压力 使混凝土梁在均布荷载 作用下 下缘产生的拉应力完全或部分被预压应力所抵消 因而可以避免混凝土出现裂缝或推迟裂缝出 必须针对荷载作用下可能产生的应力状态来施加预应力 所需施加的预压应力 y 不仅与荷载 或者说弯矩 值的大小有关 而且也与

5、y的作用位置 即偏心距 的大小 有关 12 配筋混凝土结构的分类 全预应力混凝土 fullprestressedconcretestructure 部分预应力混凝土 partiallyprestressedconcretestructure 普通钢筋混凝土 非预应力混凝土 non prestressedconcretestructure 13 按预应力度分类 1 预应力度 由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩Ms的比值 M0 消压弯矩 也就是构件抗裂边缘预压应力抵消到0时的弯矩 Ms 按作用 或荷载 短期效应组合计算的弯矩 预应力度 14 全预应力混凝土 部分预应力混凝土 钢筋混

6、凝土 2 配筋混凝土结构的分类 沿预应力方向的正截面不出现拉应力 即 沿预应力方向的正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝 即 不施加预应力的混凝土结构 即 分为A类和B类 15 三 预应力混凝土结构优缺点 1 优点 提高了构件的抗裂度和刚度 节约材料 降低造价 结构质量安全可靠 增强结构耐久性 durability 能促进桥梁新体系的发展 2 缺点 工艺较复杂 对质量要求高 需要有一定的专门设备 预应力反拱不易控制 设计要求高 16 四 预应力原理在日常生活中的应用 木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向压应力 当桶中盛水后 水压引起的拉应力小于预压应力时 桶就不会漏水 17 从书架上取下一

7、叠书 由于受到双手施加的压力 这一叠书就如同一横梁 可以承担全部书的重量 18 木锯是利用预拉力来抵抗压力预先拧紧另一侧的绳子使锯条预先受拉 如预加拉力大于锯木时产生的压力 锯条就始终处于受拉状态 不会产生压曲失稳 19 20 南京世纪塔 塔高74m 混凝土拱63m 21 22 金属波纹管穿入钢筋笼内曲线顺畅 23 24 预应力施工 双向预应力梁节点波纹管安装和泌水孔设置 25 一 先张法 pretensioningmethod 1 定义先张法是先张拉钢筋 后浇筑构件混凝土的方法 先张法所用的预应力钢筋 一般可用高强钢丝 直径较小的钢铰线和小直径的冷拉钢筋 2 特点靠钢筋和混凝土之间的粘结力来

8、传递和保持预应力 12 2预加应力的方法与设备 26 3 先张法工艺流程图 张拉钢筋 支模 浇砼 砼达到一定强度剪丝 产生预应力 先张法是靠粘结力来传递并保持预加应力的 27 28 4 优点 先张法生产工艺简单 工序少 效率高 质量容易保证 适宜工厂化大批量生产 5 缺点 需要专门的张拉台座 基建投资较大 先张法一般宜于生产直线配筋的中小型构件 29 二 后张法 posttensioningmethod 1 定义先浇筑混凝土后张拉钢筋的方法 张拉钢筋的同时 构件混凝土受到预压 2 特点后张法主要是靠锚具传递和保持预加应力的 30 浇砼 预留孔道 达到强度 穿筋 张拉钢筋 锚固 孔道灌浆 后张法

9、是靠工作锚具来传递并保持预加应力的 3 后张法工艺流程图 31 32 4 优点 后张法不用加力台座 张拉设备简单 便于现场施工 是生产大型预应力混凝土构件的主要方法 预应力钢筋可按照需要布置成合理的曲线形 33 三 锚具与夹具 1 概念锚具是在制作预应力混凝土构件时锚固预应力筋的一种装置 2 对锚具要求 锚具受力安全可靠 预应力损失小 构造简单 制作方便 用钢量少 价格便宜 施工设备简便 张拉锚固方便迅速 构件制作完后 能取下重复使用 夹具 用于永久固定钢筋 作为构件的一部分 锚具 34 3 锚具的分类 1 依靠摩阻力锚固的锚具如锥形锚 夹片式群锚 JM锚 2 依靠承压锚固的锚具如镦头锚 钢筋

10、螺纹锚 3 依靠粘结力锚固的锚具如先张法的筋束锚固 后张法固定端的钢绞线压花锚具 4 几种常用的锚具 按原理分类 锥形锚具 镦头锚具 螺丝端杆锚具 夹片锚具 挤压锚具 压花锚具 35 钢制锥形锚具 GZ型钢质锥形锚具每套含锚圈和锚塞 其可锚固标准强度为1570MPa 1670MPa的 5 7高强钢丝束 用于后张法预应力混凝土结构和构件中 配套YDZ系列专用千斤顶张拉 36 其工作原理是通过张拉钢束时顶压锚塞 将预应力钢丝卡在锚圈与锚塞间 当张拉千斤顶放松预应力钢丝后 钢丝向梁内回缩时带动锚塞向锚圈内楔紧 这样预应力钢丝通过摩阻力将预应力传到锚圈 然后由锚圈承压 将预加力传到混凝土构件上 37

11、锥塞式锚具 38 张拉好的GZ钢质锥形锚具 39 镦头锚 40 其工作原理 先将钢丝逐一穿过锚杯的蜂窝眼 然后用专门的镦头机将钢丝端头镦粗 借镦粗头直接承压将钢丝固定于锚杯上 锚杯的外缘车有螺纹 穿束后 在固定端将锚圈 螺帽 拧上 即可将钢束锚固于梁端 在张拉端 则先将与千斤顶连接的拉杆旋入锚杯内进行张拉 待锚杯带动钢筋或钢丝伸长到设计需要时 将锚圈沿锚杯外的螺纹旋紧顶在构件表面 再慢慢放松千斤顶 退出拉杆 于是钢丝束的回缩力就通过锚圈 垫板 传到梁体混凝土上而获得锚固 41 DM型镦头锚 DM型镦头锚体系包括四种锚具 A型 B型 C型和L型 可张拉标准强度为1570MPa 1670MPa的

12、5 7高强钢丝束 主要用于工程中的后张法预应力混凝土构件中 预应力筋采用LD系列钢丝镦头器镦头成型 配套张拉的千斤顶主要是YDC系列穿心式千斤顶 配套使用时必须配备YDC系列千斤顶的附件 42 镦头锚具 43 44 LM型螺丝端杆锚具构造图 LM型螺丝端杆锚具每套包含螺丝端杆 螺母和垫板 其可锚固冷拉 级钢筋 主要用于先张法施工的预应力板梁及大型建筑屋架及桥梁中的横向 竖向预应力 螺丝端杆锚具 45 螺丝端杆锚具 46 夹片锚 47 夹片式锚具 48 49 50 51 VLM15 13 B扁形张拉端锚具构造图 VLM型张拉扁形 B型 锚固体系是由VLM15B型 VLM13B型扁形锚具 锚具每套

13、含 扁形工作锚板 工作夹片 扁形锚垫板 扁形螺旋筋 扁形金属波纹管 预应力钢绞线或预应力钢丝束组成 VLM15B型 VLM13B型扁形锚具主要就用于后张空心板梁中 扁形锚具在施工张拉时 与其配套的张拉设备有YDQ260型前卡式千斤顶和YDB扁锚整体张拉千斤顶 YDQ260千斤顶在张拉时是单孔逐根张拉 YDB系列千斤顶可整体一次性张拉 YDB系列千斤顶在预制场中非常适用 张拉效率每束可提高3 5倍 张拉应力均匀 可配套YDZ1 5 63手提高压电动油泵使用也可配套2YBZ2 80型高压电动油泵使用 52 VLM15 13 B扁形工作锚板 张拉好的VLM型扁形锚具 53 固定端锚具 挤压锚 54

14、压花锚 压成型后的梨形头结构示意图 55 连接器 56 四 预应力张拉机具及其它设备 57 58 59 60 61 62 YH30型压花机 YH30型压花机压花过程 YH30型压花机是制作H型固定端锚具的专用挤压设备 YH30型压花机具有体积小 重量轻 操作方便等特点 63 LD型系列镦头机器 已镦好 7钢丝 LD系列镦头器是一种预应力工程专用设备 可在各种后张法预应力工程中制作高强度钢丝束镦头 还可以应用于各预制厂的先张制品工艺 64 YDQ型前卡式千斤顶千斤顶张拉实例图 65 挤压结束 66 67 群锚千斤顶张拉过程示意图 68 群锚千斤顶张拉过程示意图 69 一 混凝土材料 2 混凝土的

15、收缩与徐变混凝土的收缩和徐变 使预应力混凝土构件缩短 因而引起预应力钢筋预应力下降 通常称此为预应力损失 lossofprestress 预应力混凝土结构中常用混凝土强度等级 公路桥规 规定 预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C40 12 3预应力混凝土结构的材料 70 混凝土的收缩混凝土的收缩包括两部分 一部分为凝缩 系由水泥凝结硬化时所产生的收缩变形 另一部分为干缩 它是由于混凝土干硬出水后产生的收缩变形 影响徐变的主要因素 应力的大小和受荷时混凝土的龄期 应力小于0 5fck时 徐变与应力成正比 为线性徐变 应力大于0 5fck时 徐变与应力不成正比 为非线性徐变 混凝土的徐变混凝

16、土在受力后立即产生的变形称为急变 包括弹性变形和一部分塑性变形 在应力不变的情况下 随时间增长的塑性变形称为徐变 71 二 预应力钢筋 72 2 预应力钢筋的类型高强度钢丝 钢绞线 精轧螺纹钢筋 普通钢筋类型 光圆钢筋R235 带肋钢筋HRB335 HRB400和KL400 73 74 环氧涂层钢绞线 75 76 FRP预应力筋 索 锚具 FRP预应力筋和预应力钢筋对比强度 质量比为钢材的5倍疲劳应力幅为钢材的3倍 GFRP外 抗腐性好 非磁性 热膨胀系数低极限延伸率低 破坏呈脆性抗剪强度为钢材的1 5 1 4静载长期与短期强度的比值低 77 一 预应力混凝土结构的分类 按照钢筋与砼之间的粘结情况分 有粘结预应力结构和无粘结预应力结构 按照钢筋是否布置在砼截面内分 体内预应力砼结构和体外预应力砼结构 12 4预应力混凝土结构的三种概念 78 二 体内有粘结预应力砼结构的三种基本概念 1 预加应力的目的是将砼变成弹性材料 预加应力的目的只是为了改变混凝土的性能 变脆性材料为弹性材料 这种概念认为预应力混凝土与普通钢筋混凝土是两种完全不同的材料 预应力钢筋的作用不是配筋而是施加预压应力以改