建筑结构电子教案六

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1、0 0 绪论绪论 1 1 建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本原则 2 2 建筑结构材料建筑结构材料 3 3 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件 4 4 钢筋混凝土纵向受力构件钢筋混凝土纵向受力构件 5 5 钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土受扭构件 6 6 预应力混凝土构件预应力混凝土构件 7 7 钢筋混凝土楼屋盖钢筋混凝土楼屋盖钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构Reinforced Concrete StructureReinforced Concrete Structure6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件由于混凝土的抗拉性能很差， 使得钢筋混凝土构件出现了两个问题： 1

2、、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作； 2、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。解决问题的首先想到的方法： 1、加大截面尺寸自重过大； 2、采用高强度钢筋裂缝过宽，无法满足使用要求； 3、提高混凝土强度等级抗裂性能提高不明显。 上述方法都不能很好地解决大跨度结构，以及承受动载结构 中裂缝宽度过大，变形严重的问题。对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言，承载力可能已不是控制条件， 起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力达到500 1000N/mm2时，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很

3、低。其抗拉强 度只有抗压强度的1/101/18，极限拉应变仅为0.0001 0.00015，即每米只能拉长0.10.15mm，超过后就会出现 裂缝。而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多，约为 0.00050.0015，如HPB235级钢筋就达110-3。对使用上 不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到 2030N/mm2，不能充分利用其强度。对于允许开裂的构 件，当受拉钢筋应力达到250N/mm2时，裂缝宽度已达 0.20.3mm.。继续思考： 能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足？6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件、预应力构件 基本原理 ：预先在混凝

4、土受 拉区施加压应力， 使其减小或抵消荷 载引起的拉应力， 将构件受到的拉应 力控制在较小范围 ，甚至处于受压状 态，即可控制构件 裂缝宽度，甚至可 以使构件不产生裂 缝。6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件预应力与木桶鸡：木桶在制作过程中，用铁箍 把木板箍紧，目的是为了使木板 间产生环向预压力，装水或装汤 后，由水产生环向拉力，预压力 抵消掉全部拉力，就不会漏水。 2、预应力混凝土的分类 分为全预应力混凝土 和部份预应力混凝土两类。 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，称为全预应力混凝土，属 严格要求不出现裂缝的构件；允许出现裂缝，但最大裂缝 宽

5、度不超过允许值的构件，则 称为部分预应力混凝土，属允 许出现裂缝的构件。 6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件2、预应力混凝土的分类 按照粘结方式，预应力混凝土 还可分为有粘结预应力混凝土 和无粘结预应力混凝土。无粘结预应力混凝土，是指配 置无粘结预应力钢筋的后张法 预应力混凝土。 无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防 锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、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，而在张拉时可沿纵向 发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点：不需要预留孔道，也不必灌浆， 施工简便、快速，造价较低，易

6、于推广应用。从90年代开始，无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用，目前最大跨度可达到20m。6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件3、预应力混凝土的特点 1、构件的抗裂性能较好2、构件的刚度较大3、构件的耐久性较好4、减小构件截面尺寸，节省材料，减轻自重5、工序较多，施工较复杂，且需张拉设备和锚具等。 注意： 预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说，当截面和材 料相同时，预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 （1）、先张法先张拉预应力钢筋， 然后浇筑混凝土的施 工方

7、法，称为先张法 。主要工艺过程：穿钢筋 张拉钢筋 浇筑混凝土并养护至75 切断钢筋预压应力的传递主要靠 钢筋和混凝土间的粘结力6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 先张法主要优点：生产工艺简单，工序少，效率高， 质量易于保证，同时由于省去了锚具和减少了预埋件，构件 成本较低。 适用范围：主要用于工厂化大量生产，尤其适宜用于 长线法生产中、小型构件。6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 （2）、后张法先浇筑混凝土，待混凝 土硬化

8、后，在构件上直接 张拉预应力钢筋，这种施 工方法称为后张法 。主要工艺过程： 浇筑混凝土构件（在构件 中预留孔道）并进行养护 至75 穿预应力钢筋 张拉钢筋并用锚具锚固 往孔道内压力灌浆。 预压应力的传递主要通过 工作锚具传递6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 锚 具张 拉 设 备6.1 预应力混凝土的基本概念 第六章 钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法 后张法主要优点：预应力钢筋直接在构件上张拉，不 需要张拉台座，所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可 在施工现场生产。大型构件在现场生产可以避免长途搬运， 故我国大型预应力混凝土构件主要采用

9、后张法。主要缺点：生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢筋 ，钢材消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，造价一 般高于先张法。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件锚具与夹具、锚固钢丝的套筒式夹具 、锚固粗钢筋用的螺丝端 杆锚具（如下图） 、锚固直径12mm或钢绞 线的夹片式锚具（如右图）螺丝端杆锚具钢绞线夹片式锚具6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件机具设备 1、张拉设备（如千斤顶） 2、制孔器材 （如抽拔橡胶管、螺旋金属波纹管） 3、灌孔水泥浆和压浆机用镀锌或不镀锌低碳钢 带螺旋折叠咬口制成的 金属管，用于后张法预 应力砼结构或构件的成 孔。

10、夹片锚张拉千斤顶在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力， 称为张拉控制应力，用 表示6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件1、张拉控制应力 张拉控制应力适当取高些是有利的，但不是越高越好。 控制应力与预应力钢筋的强度设计值越接近时， 构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近，构件延性就越差。 “超张拉” 为了减少预应力的损失，张拉预应力钢筋时 常采取 的一种工艺操作方法。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件1、张拉控制应力 表6.2.1 张拉控制应力限值钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋预应力钢筋极限抗拉强度标准值张拉控制应力值均不

11、应小于注：下列情况，表中数值可提高0.05 fptk； 要求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； 要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台 座之间的温差因素产生的预应力损失。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件（1）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 产生原因：由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座或构件上以后 ，锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，以及预应力钢筋在锚具中的滑 动，造成预应力钢筋回缩而产生的预应力损失。产生范围：先张法构件、后张法构件。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

12、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。2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种：由于张拉工艺和材料特性等原因，从张拉钢筋开始直到构件使用的 整个过程中，经张拉所建立起来的钢筋预应力将逐渐降低，这种现象称 为预应力损失。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种：（2）预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失 产生原因：后张法构件在预留孔道中张拉钢筋时，因钢筋与孔道壁 之间的接触引起摩擦阻力而产生的预应力损失。产生范围：后张法构件。减少措施：（1）采用两端张拉；

13、（2）采用“超张拉”工艺。其工艺程序为：停2min 停2min6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种：（3）混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座间温差引起的预应力损失产生原因：当先张法构件进行蒸汽养护时，随着钢筋温度升高，其 长度也增加（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。产生范围：采用蒸汽养护的先张法构件。减少措施：(1)蒸汽养护时采用两次升温养护，即第一次升温

14、至20，恒温养护 至混凝土强度达到710N/mm2 时，再第二次升温至规定养护温度。 (2)在钢模上张拉，将构件和钢模一起养护。此时，由于预应力钢筋 和台座间不存在温差，故温差损失为0。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种：（4）预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失产生原因：预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失实际上是钢筋的 应力松驰和徐变引起的预应力损失的统称。产生范围：先张法构件、后张法构件。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。（5）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 产生原

15、因：由于混凝土的收缩和徐变使构件长度缩短，被张紧的钢 筋回缩而产生的预应力损失。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。产生范围：先张法构件、后张法构件。减少措施：(1)设计时尽量使混凝土压应力不要过高；(2)采用高强度等级水泥，以减少水泥用量，同时严格控制水灰比；(3)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；(4)加强养护，使水泥水化作用充分，减少同的收缩。有条件时宜采 用蒸汽养护。6.2 张拉控制应力与预应力损失 第六章 钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以

16、下六种：（6）环形构件采用螺旋预应力筋时局部挤压引起的预应力损失产生原因：由于构件环形配筋时，预应力钢筋将混凝土局部压陷， 使构件直径减小而产生的预应力损失。产生范围：直径d3m的后张法构件中。 6.3 预应力混凝土构件的构造要求 第六章 钢筋混凝土预应力构件对混凝土的要求： 预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应小于C30； 采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时， 混凝土强度等级不宜低于C40。 无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级，板不低于 C30，梁及其他构件不低于C40。对钢筋的要求： 预应力钢筋宜采用冷轧 带肋钢筋、消除应力钢 丝、钢绞线和热处理钢 筋，以及冷拉、 级钢筋。钢绞线与钢绞线束的横断面图6.3 预应力混凝土构件的构造要求 第六章 钢筋混凝土预应力构件6.3.1 预应力混凝土构件中钢筋的布置 直线布置和曲线布置：曲线布置多用于跨度和荷载较大的构件，如预应力梁。 曲线布置一般用于后张法构件。 直线布置用于