预应力混凝土构件ppt课件.ppt

结构设计原理,土木工程专业,李章政博士教授,无病休嫌瘦，身安莫怨贫。,宋词,一剪梅李清照红藕香残玉簟秋。轻解罗裳，独上兰舟。云中谁寄锦书来？雁字回时，月满西楼。花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。此情无计可消除，才下眉头，却上心头。,第9章预应力混凝土构件,9.1预应力混凝土概述9.2预应力施加方法9.3预应力损失计算9.4预应力混凝土轴心受拉构件设计,2019/12/13,4,9.1预应力混凝土概述,预应力应需而生钢筋混凝土的缺陷带裂缝工作构件，应用受限制耐久性要求限制裂缝宽度,预应力混凝土为解决这一问题而出现。,借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足。,9.1.1预应力混凝土的基本原理,2019/12/13,5,预应力T梁试验现场,预应力楼板试验现场,2019/12/13,6,预应力混凝土对材料的要求混凝土强度高：减小截面尺寸、减小自重收缩、徐变小：减少预应力损失快硬、早强：施工进度不低于C30、当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不低于C40钢筋（钢丝、钢绞线）强度高：钢筋受拉，抗拉强度要高具有一定的塑性：避免脆性破坏具有良好的加工性能：可焊、镦粗与混凝土之间良好的粘结强度,2019/12/13,7,受拉构件预应力的基本原理工作前轴心受压施加轴心压力混凝土均匀压应力使用荷载作用外加轴向拉力拉应力均匀分布叠加结果全截面受压或拉应力很小,2019/12/13,8,受弯构件预应力的基本原理使用前偏心受压利用受拉钢筋的回缩施加压力偏心使全截面受压使用荷载作用弹性状态应力线性分布叠加结果拉应力减小，甚至不出现拉应力裂缝宽度可控制，或不出现裂缝,2019/12/13,9,预应力混凝土分类裂缝控制分类全预应力混凝土部分预应力混凝土有限预应力混凝土,9.1.2预应力混凝土的分类、特点与应用,使用过程中不出现拉应力,允许出现裂缝，最大裂缝宽度不超过限值,准永久组合不出现拉应力,标准组合可出现拉应力，但不超过规定值,2019/12/13,10,粘结方式分类有粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土,2019/12/13,11,预应力混凝土的特点优点抗裂性能较好刚度较大耐久性较好可减小截面尺寸，一定的经济性缺点工序多、施工较复杂需要专门设备：张拉工具端头锚具,2019/12/13,12,预应力混凝土的应用应用领域房屋建筑桥梁工程基础工程应用实例预制构件现浇构件,六库怒江桥，主跨154m,2019/12/13,13,2019/12/13,14,9.1.3预应力混凝土构件的构造要求,钢筋布置预应力钢筋布置形式：直线布置跨度和荷载较小时曲线布置跨度和荷载较大多用于后张法,曲率半径不小于4m,折线配筋的构件，弯折处曲率半径可减小,2019/12/13,15,间距及孔道尺寸先张法钢筋净间距根据浇混凝土、加预应力、钢筋锚固等要求确定；不小于公称直径或等效直径的1.5倍，且热处理钢筋及钢丝，不应小于25mm三股钢绞线，不应小于20mm七股钢绞线，不应小于25mm双并筋的等效直径取单根直径的1.4倍三并筋的等效直径取单根直径的1.7倍后张法钢筋净距如图,孔道内径比穿孔连接器外径大1015mm,两端及跨中设灌浆孔或排气孔，间距不宜大于12m,2019/12/13,16,非预应力钢筋非预应力钢筋布置在预应力钢筋的外侧（1）防止受弯构件制作、运输、堆放、吊装时在预拉区出现裂缝，或限制裂缝宽度。（2）后张构件，预拉区和预压区中应设置纵向非预应力构造钢筋无粘结后张法预应力混凝土受弯构件中，应配置一定数量的纵向非预应力钢筋,克服脆性破坏,分散裂缝,改善变形性能，提高正截面抗弯承载力,2019/12/13,17,附加钢筋网片后张法预应力混凝土构件，在预应力钢筋弯折处加密箍筋或弯折内侧设置钢筋网片,2019/12/13,18,构件端部加强先张法构件单根预应力钢筋：设置螺旋筋支座垫板上设插筋多根预应力钢筋设垂直的钢筋网片预应力钢丝配筋的薄板加密横向钢筋,2019/12/13,19,后张法构件端部局部凹进时，设置折线构造钢筋防止转折处产生裂缝,2019/12/13,20,宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起，弯起的预应力钢筋宜沿构件端部均匀布置预应力筋集中布置在下部或上部和下部时，应在构件端部0.2h范围内设置附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式的构造钢筋。附加竖向钢筋宜采用带肋钢筋。在预应力钢筋锚具下及张拉设备的支承处，应设置预埋钢板，并设置间接钢筋和附加构造钢筋,2019/12/13,21,生产工艺张拉台座设备工艺过程穿钢筋张拉钢筋浇筑混凝土并养护切断钢筋,9.2预应力的施加方法,9.2.1先张法,2019/12/13,22,先张法的优点和适用性先张法的优点生产工艺简单工序少，效率高质量容易保证成本低（省去锚具和预埋件）先张法适用性工厂化大量生产长线法生产中、小型构件,2019/12/13,23,后张法生产工艺张拉设备千斤顶锚具和夹具工艺过程浇筑混凝土并养护预留孔道中穿钢筋张拉钢筋、锚固孔道内压力灌浆,9.2.2后张法,2019/12/13,24,后张法的特点和应用后张法的优点钢筋直接在构件上张拉，无需台座可工厂生产、亦可现场生产后张法的缺点生产周期长需要利用工作锚锚固钢筋，耗材多，成本高工序多，操作复杂应用场合大型构件现场生产避免长途搬运,锚具,2019/12/13,25,后张法预应力混凝土梁现场施工,2019/12/13,26,后张法的特殊应用后张自锚法后张法施工构件端部做成喇叭口依靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力，以代替锚具的挤压无粘结预应力施加法混凝土浇筑前放入预应力钢筋钢筋表面涂油并套塑料管浇筑混凝土张拉钢筋，锚固,2019/12/13,27,9.2.3电热张拉法,电热张拉法的原理和特点电热张拉法的原理热胀：钢筋通电发热，温度上升钢筋伸长伸长到规定值，切断电源，锚固钢筋冷缩：温度下降，钢筋回缩回缩受到混凝土的限制，钢筋产生拉力，混凝土内部产生压力,2019/12/13,28,电热张拉法的优点设备简单，操作方便生产效率高无摩擦损失便于曲线张拉便于高空作业电热张拉法的缺点耗电量大用伸长量控制钢筋应力，准确性低成批生产尚需校核张拉力,2019/12/13,29,电热张拉法的工艺流程,构件制作,伸长值、功率计算,电热机具准备,钢筋除锈、镦粗及垫板制作,穿钢筋,伸长标志,通电,测量伸长量值,断电锚固,冷却,校核,灌浆,2019/12/13,30,9.2.4锚具和夹具,锚具和夹具的性能要求锚具和夹具：锚固预应力钢筋的工具能够取下重复使用的夹具留在构件内不能取下的锚具对锚具和夹具的要求安全可靠，自身具有足够的强度和刚度钢筋滑移量小（6mm以内）构造简单，便于机械加工制作使用方便、价格低廉,2019/12/13,31,锚具的类型锚固原理分类支承式锚具：靠承压锚固的锚具夹片式锚具：靠摩擦阻力锚固的锚具锥塞式锚具：靠摩擦阻力锚固的锚具锚固性能分类I类锚具：满足静载性能满足疲劳性能II类锚具：满足静载性能要求仅用于有黏结预应力混凝土结构且预应力变化不大的部位,2019/12/13,32,常用锚具和夹具螺丝端杆锚具：支承式单根粗钢筋焊接螺丝端杆，套螺帽、垫板可用于张拉端，也可用于固定端操作简单，千斤顶回油时基本不滑移对钢筋长度的精度要求高,2019/12/13,33,镦头锚具组成：被镦粗的钢丝头，锚环，外螺帽内螺帽，垫板工艺：将钢丝穿过锚环孔眼，端头镦粗，与锚环固定，然后将预应力钢筋束连同锚环一起穿过构件预留孔道，待钢筋伸出孔道口，套上螺帽进行张拉，边张拉边拧紧内螺帽锚固可靠，锚力大,2019/12/13,34,JM12锚具：夹片式由锚环和夹片组成可锚固36根平行钢筋或56根平行钢绞线束可用于张拉端，也可用于固定端钢筋内缩量大,光面钢筋2mm,变形钢筋3mm,钢绞线5mm,2019/12/13,35,QM型锚具由锚板与夹片组成，分单孔和多孔两类锚固钢绞线楔形夹片，每根钢绞线分开锚固锚固可靠，互换性好，自锚性能强,2019/12/13,36,XM型锚具类似于QM型锚具，每根钢丝分开锚固夹片沿轴向有偏转角，偏转方向与钢绞线的扭角相反，保证了钢丝束的锚固,2019/12/13,37,锥形锚具由锚环和锚塞组成可锚固多根平行钢丝束，钢绞线束可用于张拉端，也可用于固定端钢筋滑移大,2019/12/13,38,9.3预应力损失计算,张拉控制应力的影响张拉钢筋达到的最大应力值=张拉控制应力控制应力过低时的影响预应力钢筋在经历各种损失后，应力太小对混凝土产生的预压应力过小不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度,9.3.1张拉控制应力,2019/12/13,39,控制应力过高时的影响构件的某些部位受拉开裂锚固端混凝土局部受压破坏开裂荷载与极限荷载接近，延性较差超张拉过程中，个别钢筋的应力可能超过实际屈服强度，产生塑性变形或脆断张拉控制应力的确定考虑因素钢筋种类：钢丝、钢绞线塑性好，可定得高些热处理钢筋塑性差，取值低些,2019/12/13,40,施加预应力的方法：先张法与后张法取值不同先张法取值高于后张法规范取值：con,下列情况下可以提高0.05fptk,（1）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,（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与台座之间的温差因素产生的预应力损失,2019/12/13,41,张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1损失原因锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，钢筋在锚具之间滑动使预应力钢筋回缩发生工艺先张法后张法,9.3.2预应力损失和减小措施,2019/12/13,42,a锚具变形和钢筋内缩值（mm）支承式锚具螺帽间隙1，每块后加垫板1锥塞式锚具5夹片式锚具：有顶压5，无顶压68l张拉端至锚固端的距离（mm）减小损失的措施选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，尽量减少垫板数量对于先张工艺，选择长的台座。超过100m时，该项损失可忽略。,损失值计算,2019/12/13,43,长台座张拉,2019/12/13,44,预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失l2损失原因钢筋与预留孔壁之间的接触引起的摩擦阻力钢筋预应力随距张拉端的距离的增加而减小曲线孔道损失更大仅发生于后张法施工中损失计算,当（x+0.2）时可用下式近似计算,2019/12/13,45,x张拉端至计算截面的孔道长度(m)，可近似取孔道在纵轴上的投影长度张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角（rad）考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数,2019/12/13,46,减小l2的措施采用两端张拉：减小x采用“超张拉”工艺,0,1.1con,停2min,0.85con,停2min,con,0,1.03con,停2min,con,或,0,1.05con,停2min,con,2019/12/13,47,可编辑,2019/12/13,48,混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间温差引起的预应力损失l3损失原因长线生产先张法构件，加热养护时，台座和钢筋之间存在温差t钢筋受热伸长，台座距离不变，预应力损失损失计算：l3=2t减小措施两次升温养护：常温养护+升温至规定温度构件在钢模上张拉，一起升温养护,2019/12/13,49,预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失l4应力松弛和徐变高应力下的塑性变形随时间增长长度不变，应力松弛应力不变，应变增大（徐变）损失计算热处理钢筋,一次张拉,超张拉,2019/12/13,50,预应力钢丝、钢绞线,普通松弛,一次张拉1.0；超张拉0.9,低松弛,当con0.7fptk时,当0.7fptk3m时，l6=0,2019/12/13,56,组合表,计算结果的取值规定先张法构件l计算值100N/mm2时,取l=100N/mm2后张法构件l计算值80N/mm2,满足要求,2019/12/13,86,4.抗裂度验算,N,（1）混凝土的有效预压应力,N/mm2,（2）荷载标准组合下拉应力,kN,2019/12/13,87,N/mm2,N/mm2,0,能保证严格不出现裂缝,达到一级裂缝控制等级,2019/12/13,88,一次张拉,5.施工阶段验算,N/mm2,混凝土截面上压应力,N/mm2,满足要求,2019/12/13,89,JM12锚具的直径为100mm，锚具下垫板厚