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1、 1 1第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算 第十章 预应力混凝土构件计算1.了解预应力混凝土的基本原理和施加预应力的方 法。2.理解张拉控制应力的概念及其确定原则 。3.理解预应力损失的概念、种类及减小措施 。4.熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力 分析及施工阶段和使用阶段的计算与验算。5.了解预应力混凝土构件的一般构造要求。 2 2第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算第一节 预应力混凝土的基本概念一、 预应力混凝土的基本概念和基本原理1.基本概念普通钢筋混凝土构件在荷载作用下通常是带裂缝工 作的，导致构件刚度降低，不适应于采用高强钢筋； 解决这些
2、问题的有效途径是采用预应力混凝土。预应力混凝土是指在构件承受荷载以前，用某种方 法预先在构件的受拉区施加压应力的构件。预应力混凝土可明显提高构件的抗裂性能和刚度。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算3 32.基本原理第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算4 4二、预应力混凝土的分类1）根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序分为先张法和后张法预应力混凝土。2）根据预应力对构件抗裂度的影响分为三种类型：全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。属严格要求不出现裂缝的构件，相当于裂缝控制等级为一级的构件。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应
3、力混凝土构件计算5 5有限预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许截面上混凝土出现拉应力，但不能超过混凝土的抗拉强度。属一般要求不出现裂缝的构件，相当于裂缝控制等级为二级的构件。部分预应力混凝土：允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过限值的构件。属允许出现裂缝的构件。相当于裂缝控制等级为三级的构件。3）根据钢筋与混凝土之间是否有粘结力分为有粘结预应力混凝土和后张法无粘结预应力混土。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算6 6三、预应力混凝土的特点：优点：1）提高构件的抗裂度和刚度；2）可充分利用高强度材料，减小构件重；3）可提高构件的抗剪能力。缺点：1）工艺较复杂；2）预应力反拱度不易
4、控制；3）预应力混凝土构件的设计较复杂。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算7 7第二节 预加应力的方法一、先张法（a）穿钢筋（b）张拉钢筋（c)浇筑混凝土（d）切断钢筋，钢筋回缩混凝土受压第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算8 8二、后张法（a）浇砼，预 留孔道，穿筋（b）安装千斤顶（c）张拉钢筋（d）锚固、灌浆第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算9 9三、后张法无粘结预应力混凝土第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1010（1）无粘结预应力钢筋在钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防腐材料，以减小摩擦力并防锈蚀，外套塑
5、料 套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰 坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，张拉时可 沿纵向发生相对滑移的后张法预应力钢筋。后张法预应力混凝土构件需要预留孔道、穿 钢筋、灌浆，且预留孔道和灌浆较麻烦，灌浆 不密实易造成事故隐患。采用后张法无粘结预 应力技术可克服这些缺点。（2）施工工序1）制作无粘结预应力钢筋;2）将无粘结预应力钢筋象普通钢筋一样按设计位置敷设在钢筋骨架内，并与普通钢筋一起绑扎形成骨架，然后浇筑混凝土并养护;3）当混凝土强度达到预期强度后，利用构件本身作为台座张拉预应力钢筋，张拉到设计应力后，用锚具锚固在构件上。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1111第
6、三节 预应力混凝土材料及锚夹具 混凝土高强度 收缩、徐变小快硬、早强 预应力钢筋高强度 较好的塑性 良好的加工性能 应力松弛损失低较好的粘结性能一、预应力混凝土材料第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1212夹具构件制作完后，可取下重复使用。锚具用于永久固定钢筋、作为构件的一部分。预应力筋的常用锚具如下图：二、锚具和夹具第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1313墩头锚具精轧螺纹钢筋锚具第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1414夹片式锚具钢质锥形锚具第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1515第四节 张拉控制应力和预应力
7、损失张拉控制应力con ：张拉预应力钢筋时，张拉设备所显示的总张拉力除以被张拉预应力钢筋的截面面积所得的应力值。张拉控制应力con取值：主要与采用的张拉方法和预应力钢筋种类有关。取值见规范或教材表所列。一、张拉控制应力con第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1616二、预应力损失及其组合预应力损失：由于各种因素的影响，使预应力钢筋从张拉开始直至构件使用的整个过程中，张拉控制应力逐渐降低，同时混凝土所建立的预应力也逐渐降低的现象。六种预应力损失的原因及计算如下：第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1717（一）预应力损失1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预
8、应力损失l1直线：曲线：第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1818减小措施：1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，并尽量减少垫板的数量；2）对于先张法张拉工艺，选择长的台座。台座长度超过100m时，可忽略不计。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算19192.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失l2后张法：当 + kx 0.2时， l2 = con(kx + )减少措施:1）采用两端张拉；2）采用“超张拉”工艺。其工艺程序为： 持荷2min持荷2min卸载01.1con0.85concon第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2020
9、3.混凝土加热时受拉的钢筋与承受拉力的设备 之间的温差引起的预应力损失l3第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2121先张法构件进行蒸汽养护或其他加热养护时，随着钢筋温度升高，其长度增加，由于新浇混凝土尚未结硬，不能约束钢筋增长，而台座长度固定不变，因此张拉后的钢筋变松，预应力钢筋的应力降低。降温时混凝土和钢筋已粘结成整体，二者一起回缩，钢筋的应力不能恢复到原来的张拉应力值。产生原因：减少措施：1)两次升温；2)在钢模上张拉钢筋。4.预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失l4应力松弛：指钢筋在高应力状态下，长度不变，应力随时间增长而降低的现象。第十章第十章 预应力混凝土构件计算
10、预应力混凝土构件计算2222特点：1）张拉控制应力越高，应力松弛越 大， 同时松弛速度越快。2）24小时完成50% 80%。3）松弛量与钢筋的品种有关。4）钢筋松弛随温度升高而增加 。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2323对预应力钢丝、 钢绞线：（a）普通松弛一次张拉时，=1.0； 超张拉时， =0.9（b）低松弛当con0.7 fptk 时当0.7fptkcon0.8 fptk 时第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2424对热处理钢筋：l4 =0.05 con（b） 超张拉l4=0.035 con当con0.5 fptk 时 l4 = 0（a）一次
11、张拉减小措施：1)采用应力松驰损失较小的钢筋作预应力钢筋； 2)采用“超张拉”工艺。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算25255.混凝土收缩和徐变引起的预应力损失l5先张法：后张法：第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2626减少措施：1) 采用高强度等级混凝土和水泥，控制水泥用量 和水灰比；2)采用级配良好的骨料，增加骨料用量，同时加 强振捣，提高混凝土密实性；3)加强养护，使水泥水化作用充分，减少混凝土 的收缩。有条件时宜采用蒸汽养护；4)尽量使混凝土压应力pc和pc小于0.5f cu 。注意：此项预应力损失是各项损失中最大的一 项，在直线预应力配筋构
12、件中约占总损失的50 ，在曲线预应力配筋构件中约占30左右。第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算27276.用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，采用后张法直接在构件上进行张拉。由于预应力钢筋对混凝土局部挤压，使构件直径减小而产生的预应力损失。d 3m， l6 = 0 d 3m， l6 = 30N/mm2 第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2828（二）预应力损失值的组合砼预压前 lI = l1 +l3 +l4砼预压后 lII = l5砼预压前 lI = l1 +l2 砼预压后 lI
13、I = l4 +l5 +l6总损失： l = lI +lII先张法： l4 100N/mm2后张法： l4 80N/mm2先张法构件：后张法构件：第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算2929第五节 预应力混凝土轴心受拉构件计算一、预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力分析pc = 0pe = con lIs = 02）放松预应力筋之后： pe = peI = con lI EpcIs = sI = E pcI(压)(一)先张法构件pc = pcI1）放松预应力筋之前：1.施工阶段第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算3030peI Ap = pcI AC+ sI
14、As(conlI E pcI ) Ap = pcI Ac + E pcI As由上图可列出内力平衡条件: 第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算31313）完成第二批损失之后：s = sII=EpcII + l5pe= peII=con l EpcIIpc = pcII第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算3232式中：A0 = Ac + As + Ap由上图可列出内力平衡条件:(con l EpcII) Ap= pcII Ac+(EpcII+l5)As第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算33331）加载至截面上混凝土应力为零（荷载为Np0 ）
15、，混凝土的预压应力全部抵消时：pc= 0s= l5(压)pe= p0 = con l 2.使用阶段第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算3434Np0=p0Ap sAs=(con l)Ap l5As=pcIIA0 式中 Np0 混凝土法向预应力等于零时预应 力钢筋与非预应力钢筋的合力由上图可列出内力平衡条件：第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算35352）加载至构件截面即将开裂（荷载为Ncr）时，轴向力的增加使混凝土即将开裂，混凝土拉应力达到ftk 。此时：pc= ftks= E ftk l5pe= con l + E ftk 第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算3636由上图可列出内力平衡条件：Ncr=ftkAc + pe Ap + sAs= (pcII+ftk) A0 式中 Ncr 预应力混凝土轴心受拉构件即将 开裂时所能承受的轴向力。第十章第十章
