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1、第七章第七章 受拉构件和预应受拉构件和预应力混凝土构件力混凝土构件本章的内容本章的内容v1.1.了解受拉构件的特点和分类。了解受拉构件的特点和分类。v2. 2. 熟悉轴心受拉构件、偏心受拉构件正截面承载熟悉轴心受拉构件、偏心受拉构件正截面承载力计算，了解偏拉构件斜截面承载力计算。力计算，了解偏拉构件斜截面承载力计算。v3.3.了解预应力混凝土概念，了解预加应力的方法了解预应力混凝土概念，了解预加应力的方法先张法和后张法，张拉控制应力的概念，了解先张法和后张法，张拉控制应力的概念，了解预应力混凝土的材料及预应力损失及其组合的概预应力混凝土的材料及预应力损失及其组合的概念。念。v4.4.了解预应力
2、混凝土构件的计算内容及的构造要了解预应力混凝土构件的计算内容及的构造要求内容。求内容。受拉构件简介v轴心受拉构件轴心受拉构件 钢筋混凝土屋架下弦杆高压圆形水管圆形水池等正截面承载力v偏心受拉构件偏心受拉构件(大、小大、小) 钢筋混凝土矩形水池、 工业厂房中双肢柱的肢杆 浅仓的墙壁正截面承载力斜截面承载力抗裂度 裂缝宽度不做计算要求需要计算的内容需要计算的内容轴心受拉构件承载力计算轴心受拉构件承载力计算v混凝土开裂前，混凝土与钢筋共同承受拉力，而开裂后，混凝土退出受拉工作，全部拉力由钢筋承担。当钢筋受拉屈服时，构件即将破坏。v计算公式：v 式中符号含义同前，注意As为全部纵向钢筋截面面积 Nfy
3、AsNNNN偏心受拉构件正截面偏心受拉构件正截面承载力计算承载力计算v小偏心受拉构件v当纵向拉力当纵向拉力N N作用在钢筋作用在钢筋AsAs和和 AsAs合力点之间时，为小偏心受合力点之间时，为小偏心受拉拉。 构件破坏时，全截面受拉，钢筋As和 As的拉应力均达到屈服。v计算公式：hho-asfyAsfyAsNeoeehohoasasAsAsNe=fyAs(ho-as)Ne=fyAs(ho-as)不对称配筋AsAs其中其中v大偏心受拉构件v当纵向拉力当纵向拉力N N作用在钢筋作用在钢筋AsAs合力点与合力点与 AsAs合力点范围之外时，为大偏心受合力点范围之外时，为大偏心受拉。拉。截面部分开裂
4、，但仍有受压区。当采用不对称配筋时，破坏时As和 As均达到屈服。受压区混凝土也达到弯曲时抗压强度设计值。v计算简图参见教材偏心受拉构件正截面承载力偏心受拉构件正截面承载力根据平衡条件可得基本计算公式如下式中式中公式的适用条件为：公式的适用条件为：为了使为了使As、As的总用量最小，与偏心受压构件一样，取的总用量最小，与偏心受压构件一样，取则注：注：当采用对称配筋当采用对称配筋时，求得的时，求得的x为负为负值，取值，取x=2as,并并对对As合力点取矩，合力点取矩，计算计算As。偏心受拉构件斜截面承载力偏心受拉构件斜截面承载力v 偏心受拉构件同时承受较大剪力作用时，需验算斜截面受剪承载力。纵向
5、拉力N的存在，使得裂缝提前出现，甚至形成贯通全截面的斜裂缝，使截面受剪承载力降低。计算公式式中：式中：各符号含各符号含义及取值，参见义及取值，参见教材教材预应力混凝土预应力混凝土主要内容及重点主要内容及重点v预应力混凝土的预应力混凝土的受力特点受力特点v施加预应力的施加预应力的方法方法v预应力损失预应力损失预应力混凝土预应力混凝土v一一.预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念v1.概念：概念：在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产生的应力（如压应力）与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反，生的应力（如压应力）与使用荷载产生的
6、应力（如拉应力）方向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉应力）；从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉应力）；v2.意义：意义：v（1 1）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度；）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度；v（2 2）充分利用高强材料、降低构件自重。）充分利用高强材料、降低构件自重。v3.使用范围：使用范围：裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高问题提出问题提出 普通的钢筋混凝土构件，由于混凝土的抗普通的钢筋混凝土构件，由于混凝土的抗拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降低，采用高强度钢筋毫无意义。低，
7、采用高强度钢筋毫无意义。 解决问题思路：能否充分利用混凝土的抗解决问题思路：能否充分利用混凝土的抗压强度来推迟混凝土开裂？压强度来推迟混凝土开裂？预应力混凝土基本概念预应力混凝土基本概念v预先张拉钢筋，利用钢筋和砼的粘结性，在预先张拉钢筋，利用钢筋和砼的粘结性，在混凝土中建立起预压力。外荷载产生的拉应混凝土中建立起预压力。外荷载产生的拉应力被预压力部分或全部抵消。力被预压力部分或全部抵消。v利用拉区混凝土的原有抗压强度，用以抵消利用拉区混凝土的原有抗压强度，用以抵消或减少外荷载产生的拉力，达到推迟开裂，或减少外荷载产生的拉力，达到推迟开裂，提高构件的刚度的目的提高构件的刚度的目的v木桶盛水预应
8、力木桶盛水预应力epNpspcsc 全预应力砼全预应力砼 有限预应力砼有限预应力砼 部分预应部分预应力砼力砼力砼力砼预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理参见教材参见教材P136P136v预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类v1.1.我国规范对预应力混凝土分类的原则：根据裂缝控制程度划分；我国规范对预应力混凝土分类的原则：根据裂缝控制程度划分；v2.2.我国规范对预应力混凝土的具体分类我国规范对预应力混凝土的具体分类v（1 1）裂缝控制等级为一级：严格要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载）裂缝控制等级为一级：严格要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区不允许出现拉应力；下，构件受拉
9、区不允许出现拉应力；v（2 2）裂缝控制等级为二级：一般要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载）裂缝控制等级为二级：一般要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允许出现小于混凝土抗拉强度的拉应力；下，构件受拉区允许出现小于混凝土抗拉强度的拉应力；v（3 3）裂缝控制等级为三级：允许出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构）裂缝控制等级为三级：允许出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允许出现小于规定的混凝土最大裂缝宽度的的裂缝。件受拉区允许出现小于规定的混凝土最大裂缝宽度的的裂缝。v3.3.其他分类方法（仅供参考）其他分类方法（仅供参考）预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类v全预应力混凝土全
10、预应力混凝土使用荷载下，截面受拉边使用荷载下，截面受拉边缘砼不出现拉应力缘砼不出现拉应力v有限预应力混凝土有限预应力混凝土在使用荷载下，截面受在使用荷载下，截面受拉边缘砼出现拉应力，但不超过砼抗拉强度拉边缘砼出现拉应力，但不超过砼抗拉强度标准值标准值v部分预应力混凝土部分预应力混凝土受拉区允许出现裂缝，受拉区允许出现裂缝，但不超过允许最大裂缝宽度但不超过允许最大裂缝宽度施加预应力方法施加预应力方法v张拉钢筋和浇注混凝土的顺序不同，分为先张拉钢筋和浇注混凝土的顺序不同，分为先张法和后张法张法和后张法v先张法先张法先张拉钢筋，后浇注混凝土，需要先张拉钢筋，后浇注混凝土，需要台座或钢模，切断预应力钢
11、筋后，利用自相台座或钢模，切断预应力钢筋后，利用自相平衡的道理通过粘结力产生预压力平衡的道理通过粘结力产生预压力施加预应力方法施加预应力方法v后张法后张法先浇注砼，预留孔洞，后张拉钢筋，先浇注砼，预留孔洞，后张拉钢筋，利用锚具将钢筋锚固在构件上，产生预压力利用锚具将钢筋锚固在构件上，产生预压力一般是现场施工一般是现场施工其他电热法、自张法（略）其他电热法、自张法（略）其他电热法、自张法（略）其他电热法、自张法（略）两种方法的比较两种方法的比较先先 张张法法工艺简单工艺简单需要台座，需要台座，锚具可以锚具可以多次使用多次使用可以一次生可以一次生产大量构件，产大量构件，效率高效率高钢筋只能钢筋只能
12、是直线型是直线型适用于预制适用于预制构件厂施工构件厂施工中小型构件中小型构件后后张张法法工序多，工序多，复杂，不复杂，不需要台座需要台座需要永久性需要永久性锚固，成本锚固，成本高高可以采用可以采用曲线型钢曲线型钢筋筋适用与现场适用与现场浇注就地张浇注就地张拉的大型构拉的大型构件件v夹具和锚具夹具和锚具v1.1.夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；v2.2.夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；v3.3.锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；v4.4.对锚具的要求：对锚具的要求：v5.
13、5.常用锚具：常用锚具：部分预应力器具的图片DM型镦头锚具2几种锚具示例几种锚具示例固定端锚具固定端锚具精轧螺纹钢锚具预应力系列锚具预应力系列锚具几种预应力设备示例几种预应力设备示例顶推式千斤顶高压油泵前卡式千斤顶灰浆泵灰浆泵制管机预应力混凝土构件对材料的要求预应力混凝土构件对材料的要求混凝土混凝土：v一般不应低于一般不应低于C30C30；v当采用碳素钢丝、热处理钢筋时不应低于当采用碳素钢丝、热处理钢筋时不应低于C40C40v无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级：无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级： 对于板不低于对于板不低于C30C30，对于梁及其他构件不，对于梁及其他构件不低于低于C4
14、0C40钢材：钢材：v宜采用冷轧带肋钢筋、消除应力钢丝、钢绞线宜采用冷轧带肋钢筋、消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，以及冷拉和热处理钢筋，以及冷拉430430级、级、500500级和级和700700级钢筋级钢筋要求采用要求采用等级较高等级较高的混凝土的混凝土和钢筋和钢筋预应力技术的应用预应力技术的应用v广泛用于造桥广泛用于造桥 技术中技术中在建筑工程上的应用在建筑工程上的应用双双双双T T型板型板型板型板张拉控制应力张拉控制应力定定 义义 张拉预应力是指张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）张拉预应力是指张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）上的测力计所指示的总拉力除以预应力钢筋面积的应力上的测力计所指示
15、的总拉力除以预应力钢筋面积的应力值，用值，用con表示表示确定的原则确定的原则v控制应力越大，建立的预应力值越大，抗裂性越好。控制应力越大，建立的预应力值越大，抗裂性越好。v控制应力过大，预应力钢筋处于过高的应力状态，破坏前控制应力过大，预应力钢筋处于过高的应力状态，破坏前没有预兆，甚至会出现某些钢筋接近或达到屈服阶段。没有预兆，甚至会出现某些钢筋接近或达到屈服阶段。v控制应力过低，预应力值小，达不到效果控制应力过低，预应力值小，达不到效果张拉控制应力允许值张拉控制应力允许值见表见表71预应力损失预应力损失 按照某一控制应力值张拉的预应力钢筋，其按照某一控制应力值张拉的预应力钢筋，其初始的张拉
16、应力初始的张拉应力 会由于各种原因而降低，这种会由于各种原因而降低，这种预应力降低的现象称为预应力损失，用预应力降低的现象称为预应力损失，用l表示表示 预应力损失会降低预应力效果，降低构件的抗裂度预应力损失会降低预应力效果，降低构件的抗裂度和刚度，故在设计和施工中应设法降低预应力损失和刚度，故在设计和施工中应设法降低预应力损失v预应力损失分类：六类预应力损失分类：六类v预应力损失组合：第一批和第二批预应力损失预应力损失组合：第一批和第二批预应力损失v先张法和后张法的预应力损失不同先张法和后张法的预应力损失不同张拉锚具变形引起的预应力损失张拉锚具变形引起的预应力损失vl1锚具各部件之间和锚具与构
17、件之间的缝隙被压缩，锚具各部件之间和锚具与构件之间的缝隙被压缩，使得预应力钢筋回缩，引起的预应力损失使得预应力钢筋回缩，引起的预应力损失va -张拉端锚具变形和钢筋内缩值vL -张拉端至锚固端之间的距离（mm）v长度大于度大于100m的先的先张法中可以不考法中可以不考虑这一一项损失失v存在与先存在与先张法和后法和后张法中法中预应力钢筋与孔道壁的摩擦引起的预应力钢筋与孔道壁的摩擦引起的vl2由于摩擦力的存在，预应力钢筋的实际预由于摩擦力的存在，预应力钢筋的实际预拉应力将逐渐减少拉应力将逐渐减少v仅存在与后存在与后张法中法中参见教材温度引起的预应力损失温度引起的预应力损失vl3采用升温养护时，钢筋
18、伸长，此时钢筋和混凝采用升温养护时，钢筋伸长，此时钢筋和混凝土没有粘结，造成钢筋放松，拉应力减小，降温时，土没有粘结，造成钢筋放松，拉应力减小，降温时，钢筋和砼称为整体，一起回缩，产生的预应力损失钢筋和砼称为整体，一起回缩，产生的预应力损失不能恢复不能恢复v l32tv可采用两次升温养护，达到减少预应力损失可采用两次升温养护，达到减少预应力损失的目的的目的v仅存在先存在先张法中法中钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失vl4钢筋在高应力下，随时间增产而产生塑钢筋在高应力下，随时间增产而产生塑性变形的性能，即在长度保持不变的情况下，性变形的性能，即在长度保持不变的情况下，应力随
19、时间增加而降低，由此引起的钢筋应应力随时间增加而降低，由此引起的钢筋应力损失力损失v与张拉控制应力有关与张拉控制应力有关v先先张法、后法、后张法都存在此法都存在此项损失失混凝土收缩徐变引起的损失混凝土收缩徐变引起的损失vl5混凝土的体积收缩和压应力作用下的徐混凝土的体积收缩和压应力作用下的徐变使得构件缩短，从而产生预应力损失变使得构件缩短，从而产生预应力损失v此项预应力损失在所有损失中所占比例最大此项预应力损失在所有损失中所占比例最大v同同时存在与先存在与先张法和后法和后张法中法中螺旋式钢筋挤压砼引起的损失螺旋式钢筋挤压砼引起的损失vl6在采用环形预应力钢筋的构件中，砼在预应在采用环形预应力钢
20、筋的构件中，砼在预应力钢筋的挤压下，沿径向产生挤压变形，直径减少，力钢筋的挤压下，沿径向产生挤压变形，直径减少，造成预应力损失造成预应力损失v只存在与后只存在与后张法施工的法施工的环形形预应力筋构件力筋构件预应力损失值的组合预应力损失值的组合v按照预应力产生的时间不同，分为二类按照预应力产生的时间不同，分为二类v混凝土预压结束之前产生的预应力损失称为混凝土预压结束之前产生的预应力损失称为第一批预应力损失第一批预应力损失l l ，反之，称为第二批反之，称为第二批预应力损失预应力损失l lv 最小预应力损失值：最小预应力损失值： 先张法：先张法：100N/mm100N/mm2 2 后张法：后张法：
21、80N/mm80N/mm2 2预应力损失组合表预应力损失组合表 预应力预应力损失组合损失组合 先张法先张法 后张法后张法第一批（砼第一批（砼预压之前）预压之前）l1 l3 l4l1 l2第二批（砼第二批（砼预压后）预压后）l5l4 l5 l6预应力混凝土构件计算内容预应力混凝土构件计算内容v一、预应力产生的截面应力一、预应力产生的截面应力v二、预应力混凝土构件的截面承载力计算二、预应力混凝土构件的截面承载力计算v三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算v四、预应力混凝土构件施工阶段验算四、预应力混凝土构件施工阶段验算参见教材v一、预应力钢筋的布置一、预应力钢筋的布置v二、后张法构件的预留孔道二、后张法构件的预留孔道v三、预拉区纵向钢筋三、预拉区纵向钢筋v四、构件端部构造措施四、构件端部构造措施预应力混凝土构件的构造要求的内容预应力混凝土构件的构造要求的内容参见教材
