(新)第9章：预应力混凝土构件设计.ppt

混凝土结构设计基本原理 第9章预应力混凝土构件设计 教师 张茂雨 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 1 1一般概念 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 mm2 而高强钢丝强度可达1600N mm2以上 预应力混凝土的基本知识 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 spc sc 全预应力混凝土 部分预应力混凝土 有限预应力混凝土 预应力混凝土的基本知识 日常生活中有许多应用预应力的例子 预应力混凝土的基本知识 日常生活中有许多应用预应力的例子 预应力混凝土的基本知识 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 预应力混凝土的基本知识 预应力混凝土的基本知识 预应力混凝土的基本知识 1 2预应力混凝土的分类 根据制作 设计和施工的特点 可以有不同的分类 1 先张法和后张法 钢筋张拉先于混凝土浇筑 先张法 钢筋张拉后于混凝土浇筑 后张法 部分截面受压 部分预应力 2 全预应力和部分预应力 全截面受压 全预应力 3 有粘结预应力和无粘结预应力 预应力筋与周围的混凝土粘结 握裹在一起 有粘结 预应力混凝土的基本知识 张拉钢筋 支模 浇混凝土 混凝土达到一定强度 剪钢丝 产生预应力 1 3预应力的建立方法 预应力混凝土的基本知识 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 预应力混凝土的基本知识 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 预应力混凝土的基本知识 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 1 4预应力混凝土构件的材料 预应力混凝土的基本知识 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 2 1张拉控制应力 con 预应力混凝土构件设计规定 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 4fptk 预应力混凝土构件设计规定 张拉控制应力限值 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 预应力混凝土构件设计规定 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 2 2预应力损失 l 预应力混凝土构件设计规定 预应力混凝土构件设计规定 小变形夹具 减少垫板 增加台座长度 减少 l1预应力损失的措施 预应力混凝土构件设计规定 减少摩擦 两端张拉 超张拉 减少 l2预应力损失的措施 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 预应力混凝土构件设计规定 采用二次升温养护 t0 20 C使混凝土达到一定强度 再升温 减少 l3预应力损失的措施 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 钢筋长度不变 应力随时间增长而降低 应力松弛损失的特点 与张拉时间有关 先快后慢 第1小时完成50 24小时完成80 与预应力钢筋种类有关 预应力钢筋种类不同 则损失大小不同 预应力混凝土构件设计规定 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 预应力混凝土构件设计规定 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 预应力混凝土构件设计规定 控制 pc 完成第一批损失后的混凝土预应力 pc 0 5f cu 徐变引起的预应力损失小些 后张法收缩引起的损失小些 减少 l5预应力损失的措施 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 预应力混凝土构件设计规定 总损失 l lI lII 2 3预应力损失值的组合 混凝土预压前 lI l1 l3 l4 混凝土预压后 lII l5 先张法构件 混凝土预压前 lI l1 l2 混凝土预压后 lII l4 l5 l6 后张法构件 预应力混凝土构件设计规定 1 施工阶段 轴心受拉构件的应力分析 轴心受拉构件的应力分析 由截面平衡条件 pI Ap pcI Ac sI As con lI E pcI 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 9 10 轴心受拉构件的应力分析 完成第二批损失之后 轴心受拉构件的应力分析 2 使用