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1、,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,第 9 章 预应力混凝土构件设计,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,本章重点,预应力混凝土的概念及其优点 ；,预应力混凝土构件的截面设计。,预应力损失的原因及其计算和组合；,预应力混凝土构件的受力性能分析；,施加预应力的方法及预应力混凝土材料的要求；,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,1. 预应力混凝土的基本原理,9.1.1 一般概念,普通混凝土的缺点：,在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐久、 刚度和抗疲劳性。,难以利用高强度钢筋。与wmax对应的s = 200N
2、/mm2。 而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上 。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,预应力混凝土的基本原理：,预应力：在混凝土结构承受使用荷载之前的制作阶段预先对混凝土施加应力。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,日常生活中有许多应用预应力的例子。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,2.预应力混凝土构件的受力特征,提高了构件的抗裂性；,预应力的大小可根据需要调整。,在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作阶段(未裂)。,施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。,第 9 章,混凝土结构设计原
3、理,主 页,目 录,上一章,帮 助,3.预应力混凝土的优、缺点,优点：,b. 增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。,c. 充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPy,d. 扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。,缺点：成本高，材料质量要求高，工序复杂，技术水平要求高。,a. 提高构件的抗裂能力。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,9.1.2预应力混凝土的分类,根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.先张法,张拉钢筋 支模、浇混凝
4、土 混凝土达到一定强度剪钢丝 产生预应力,9.1.3预应力的建立方法,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 产生预应力 孔道灌浆,2.后张法,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,先张法、后张法有各自适用范围和优、缺点。,无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工 艺相结合。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,锚、夹具：用于固定钢筋,不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时，固定预应力筋、锚具不同，则钢筋的回缩量不同，锚具的尺寸外形对构件的影响也不同。,9.1.4预
5、应力混凝土构件的锚、夹具,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,混凝土：一般要求不应低于C30；采用钢丝，钢铰 线，热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝 土强度等级不宜低于 C40。,钢筋：预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢筋；普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335 级钢筋，也可采用HPB235级钢筋。,9.1.5预应力混凝土构件的材料,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,1.使用阶段计算,9.2.1 计算内容,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,
6、帮 助,指构件制作、运输、吊装等施工阶段承载力、抗裂或裂缝宽度验算。,2.施工阶段验算,con：张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力筋面积。,con的确定原则：与预应力的施加方式及钢筋的强度标准值fptk有关。,9.2.2 张拉控制应力con,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,con 过高，可能引起张拉时个别钢丝拉断，所以 ，控制应力的大小必须适当。,con 过高，施工阶段可能引起构件某些部分受拉开裂或局部受压破坏。,确定con时考虑的因素,con 增加。产生的预应力大，抗裂性好。 所以 con 0.4 fptk。,第 9 章,混凝土结构设计原
7、理,主 页,目 录,上一章,帮 助,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。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失。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计算和组合。,9.2.3 预应力损失l,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上
8、一章,帮 助,rc 曲线的曲率半径；, k 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数及局部 偏差的摩擦系数；,x 张拉端至计算截面的距离 x lf；,l 张拉端至锚固端距离。,lf 反向摩擦影响长度（m） ；,93,a张拉端锚具变形和钢筋回缩量；,式中：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,2. 预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失l2,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,3. 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失l3,加热养护：此时混凝土未硬结，钢筋自由伸长，而台 座不动。钢筋松了 产生温差损失。,小钢模生产的构件无此项损失。,第
9、 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,4. 预应力钢筋的应力松弛引起的损失l4,应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋 的塑性变形而使应力随时间的增长 而降低的现象。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,利用超张拉工序可以减少l4,原理：超张拉的持荷2min，已将部分松 弛在钢筋锚固前完成，所以可达到减少l4的目的。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,预应力钢丝、钢绞线：,当con 0.5 fptk ,l4 = 0。因为，应力不高，其徐变不明显。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮
10、助,5. 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失l5,收缩、徐变将引起构件缩短，所以 钢筋回缩，引起l5。,此时预应力损失值的大小，与纵筋含钢率、混凝土预压应力的大小pc及混凝土抗压强度f cu有关。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助, 、 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，受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处混凝土的法向压应力。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,6.混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6,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
11、上进行预应力钢筋的张拉。这时钢筋对构件产生外壁的径向压力，使混凝土局部挤压，构件的直径局部减小，带来一圈内钢筋周长的减小，因而钢筋松驰，引起l6。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,总损失： l = lI +lII,9.2.4 预应力损失值的组合,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,针对引起不同预应力损失的原因，寻找措施:,9.2.5 减少预应力损失的措施,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,主要是先张法:,9.2.6 有效预应力沿构件长度的分布,预应力传递长度:ltr,锚固长度: la,93,第 9 章,混
12、凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,9.3.1 先张法轴心受拉构件,1.施工阶段,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,由截面平衡条件： pI Ap = pcI Ac + sI As,(conlI EpcI ) Ap = pcI Ac + sI As,式中：A0 换算截面面积， A0 = Ac +Es As + E Ap 。,扣除孔道、钢筋等截面面积后截面上的混凝土截面面积。,完成第一批损失之后：,910,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,完成第二批损失之后：,
13、第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,2.使用阶段,受力过程的三个特征点：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,加载至混凝土应力为零：,式中 Np0 消压轴力，抵消截面上混凝土有效预 压应力所需的轴向力。,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,加载至构件截面即将开裂：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,加载至构件破坏：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,预应力钢筋锚固后：(完成lI),9.3.2 后张法轴心构件,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目
14、录,上一章,帮 助,完成第二批损失后：,截面平衡： p Ap = cAc + s As,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,消压 (加载到混凝土应力为零),第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,构件即将开裂,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,构件加载达到极限承载力：,先张法、后张法轴心受力构件各阶段的应力状态及公式的表达有什么共同点和差异。,想一想：,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,9.4.1 使用阶段计算,1.正截面承载力计算,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录,上一章,帮 助,2. 裂缝控制验算,第 9 章,混凝土结构设计原理,主 页,目 录
