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1、,普通钢筋混凝土的缺点：,（1） 在使用荷载下带裂缝工作：影响耐久，功能！刚度！疲劳性！若不裂，加大截面面积增加自重。,不开裂 3 = 2030M/a,（2）难以利用高强度材料。与max对应的3 = 200N/mm2，而高强钢丝可达160N/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。,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。,所谓预应力砼，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，而且其数值和分布有利于抵消使荷载产生的应力，称其为预应力混凝土。,预应力砼的基本原理：,例
2、如，对混凝土或钢筋混凝土的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的应力，因而使混凝土构件在使用荷载下允许出现拉应力而不致开裂，或推迟开裂，或者限制裂缝宽度大小。,设有一矩形简支梁，计算跨径为L，截面为bh，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。,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,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。,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：,在预加力Ny
3、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）,=,+,=,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Ny=3M/h。,产生的截面上、下缘应力为：,上缘：,下缘：,（压应力）,=,在预加力Ny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）,=,+,=,（1）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。,（2）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。,预应力混凝土的优点：,
4、a. 节省材料，减轻自重，增加跨越能力。,b. 提高构件的抗裂性、增加截面刚度。,c. 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。,d. 结构质量安全可靠。,e. 预加力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。,预应力混凝土的缺点：,a. 最主要的问题是在使用阶段如何保持有效预 应力不至于降低到最小。,b.需要有一定的专门设备和配备一支技术 熟练的专业队伍。,c. 预应力反拱度不易控制。,预应力混凝土的应用：,大跨度结构（大跨度桥梁）；,特种结构（防漏 、防渗和压力容器 ）；,对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。,预应力度,公路桥规将预应力度（）定义为由预加应力大
5、小确定的消压弯矩MO与外荷载产生的弯矩M的比值，即, =M0/M,式中：,预应力度；,M0消压弯矩。即将控制截面边缘由预 加力产生的预压应力抵消为零时所施加的荷载弯矩；,M使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩。,全预应力混凝土,部分预应力混凝土,钢筋混凝土,加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,力学与实践；生活中预应力；,桶箍，使木板预受压，在使用中受水的张力，受 拉 木锯 - 锯条受压，会发生压屈，但锯条的受拉性能好 ，拧 紧拉绳使锯条受拉，不易产生压屈 自行车
6、幅条和钢圈，辐条细，易压屈，受拉 钢圈截面较大，可受压，旋紧辐条，使辐条 预先受拉，在受力时不会产生压屈 搬书上架 双手对书施加预压力，书就不会掉下来 橡皮筋捆饭票,10.2.1 施加预应力的方法 按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后次序分为：,先张法：,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。,后张法：,浇砼，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 孔道灌浆,后张法是靠工作锚具来传递并保持预加应力的。,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,不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时固定预应力筋不同。锚具不同则
7、回缩量不同，尺寸外形对构件的影响不同。,其作用为固定力筋。,（1） 对锚、夹具的要求：,A. 安全可靠，其本身具有足够的强度和刚度。,B. 应使预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少预应力损失。,C. 构造简单，便于机械加工制作。,D. 使用方便，省材料、价格低。,锚具的形式：,锚具的型式繁多，按其传力锚固受力原理，可分为三类：,依靠摩擦力锚固的锚具。,依靠承压锚固的锚具。,依靠粘结力锚固的锚具。,如楔形锚、锥形锚和用 于锚固钢绞线的JM锚与夹片式群锚等。,如墩头锚、钢筋螺纹锚等。,如先张法的筋束锚固，以及后张法固定端的钢绞线压花锚具等。,其它设备：,预加应力的其它设备,千斤顶,制孔器,抽
8、拔橡胶管,螺旋金属波纹管,穿索机,压浆机,张拉台座（先张法）,千斤顶 油泵 卷扬机,10.3.1 钢 材,（1）对钢材的要求：,强度高,具有一定的塑性,良好的加工性能,与混凝土之间有较好的粘结强度,（2）预应力钢材的种类：,钢筋,钢丝,钢绞线（一般由七股3、 4或5 的高强钢丝捻制而成）,冷拉低合金钢筋,热处理钢筋,冷拔低碳钢丝（常见直径为5mm、4mm和3mm）,高强钢丝（碳素钢丝，刻痕钢丝），直径45mm。,10.3.2 混凝土,选择混凝土强度等级时，应综合考虑施工方法（先张或后张）、构件跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种类等因素。, 规范规定预应力混凝土构件的混凝土强度等级不宜低
9、于C30，用高强钢丝或钢绞线作预应力钢筋的结构，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不宜低于C40。,10.4 预应力混凝土构件计算的一般规定,其值为张拉设备（如千斤顶油压表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。,张拉控制应力(control stress by spread out) 是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。,张拉控制应力大小的确定 ：,考虑因素：,张拉控制应力 的确定原则：与预应力钢筋的钢种有关，还与施加预应力的方法有关。,a. con 。产生的预应力大，抗裂性好 con 0.4 fptk,0.5 fpyk,b. con 过高。可能引起张拉时钢丝拉断 也只
10、能适当。或Pcr 与 Pu 过干接近,c. 与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。软钢，硬，先张，后张,张拉控制应力允许值,钢种,先张法,后张法,张 拉 方 法,在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk(0.05fpyk),引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。conl =P 有效预应力。,预应力钢筋的张拉应力在预应力混凝土构件施工及使用过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因是在不断降低的，这种预应力钢筋应力的降低，称为预应力损失（the cost of
11、 prestressing force)。,预应力损失种类,瞬时损失,长期损失,对于不同种类的锚具、不同施工方法，可能还存在其他预应力损失。如：锚圈口摩阻损失等，应根据具体情况逐项考虑其影响。,a回缩量,l 张拉端锚固端距离,按下式计算：,式中：,Es 预应力钢筋的弹性模量,后张法：,x 从张拉端至计算截面的孔道长度(m)可用投影长度。, 从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹角(rad)。,当 + kx 0.2时， l2 = con(kx + ),加热养护：此时砼未结硬。筋自由伸长，而台座不动。松了 产生温差损失,小钢模生产的构件无此项损失。,（1）应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的
12、塑性变形而使应力随时间的增长而降低的现象。,（2）应力松弛：长度不变，应力随时间增长而降低。应力松弛的特点与钢种有关。软钢小而硬钢大，与时间有关，先快后慢。一天完成80%，一小时为50%。,（3）利用超引拉工序可以减少l4,超张拉工序：,对钢筋 从 01.05con(持荷2min) con,对钢丝 从 01.05con(持荷2min) 0 con,超张拉的持荷2min，已将部分的松弛完成，所以可达到减少l4的目的。,当con 0.5 l4 = 0 应力不高，其徐变不明显。,（4）l4的计算, 收缩、徐变将引起构件缩短， 钢筋回缩，引起l3，砼徐变 f cn,此时预应力的大小，纵筋含钢率等：,先
13、张法：,后张法：, 、 受拉区、受压区预应力筋和非预应力筋的含钢率。,pc、pc 产生第一批预应力损失后的预应力损失后，受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处砼的法向压应力,l5还可考虑环境和时间因素的影响,干燥 (l5) l5 (1.021.03),高温 (l5) l5 0.5),时间影响： l5 (l5) ,j 预加应力至承受外荷的天数( j 120天),后张法中，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件：电杆、水池、压力管道等。直接在混凝土上进行张拉。这时筋对构件产生外壁的径向压力，使砼局部挤压，钢筋松驰，引起l6,d 3m， l6 = 0,d 3m， 取l6 = 30N/mm2, 先张法构件
14、：砼预压前 lI = l1 +l3 +l2,砼预压后 lII = l5, 后张法构件：砼预压前 lI = l1 +l2,砼预压后 lII = l4 +l5 +l6,总损失： l = li +lII,先张法： l4 110N/mm2,后张法： l4 80N/mm2,预应力损失的组合,预应力损失组合： 先张法 后张法,先张法： l4 110N/mm2,后张法： l4 80N/mm2,混凝土预压前损失 （第一批损失),混凝土预压后损失 （第二批损失),预应力总损失,针对引起不同预应力损失的原因，寻找措施,l1：小变形夹具，减少垫板，增加台座长度。,l2：减小摩擦，两端张拉，超张拉。,l3：采用二次升
15、温养护：t 020 使砼达到一定强度，再升温；钢模上张拉预应力钢筋。,l4：超张拉，减少l4，让l4先部分完成。,l5：控制pc(完成第一批损失后的砼预应力)， pc 0.5f cm，f cm不太小，减小收缩徐变的一些措施。,1.先张法构件：,（1）施工阶段：,a）张拉预应力钢筋：,b）完成第一批损失（混凝土受到预压应力之前)：,c）放张预应力钢筋：,预应力钢筋应力：,非预应力钢筋应力：,根据截面内力平衡条件：,式中：A0 = Ac +E As + E Ap 换算截面面积。,d）完成第二批损失（混凝土受到预压应力之后)：,非预应力筋应力：,预应力筋应力：,pcI、pcII 可分别将Np =(con 2)Ap看作外力除以构件的核算截面面积。,规范规定，当受拉区非预应力钢筋AS大于0.4AP时，应考虑非预应力筋由于混凝土收缩和徐变引起的内力影响：,非预应力筋阻止徐变，使砼产生拉应力，使pcII降低：,sII= EspcII + l5,非预应力钢筋由于混凝土收缩和徐变引起的应力。,式中：,使用阶段受力过程的三个特征点：,N N0(
