结构混凝土设计十预应力混凝土构计算PPT课件.ppt

1 第十章预应力混凝土构件计算 第十章预应力混凝土构件计算1 了解预应力混凝土的基本原理和施加预应力的方法 2 理解张拉控制应力的概念及其确定原则 3 理解预应力损失的概念 种类及减小措施 4 熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力分析及施工阶段和使用阶段的计算与验算 5 了解预应力混凝土构件的一般构造要求 学习目标 2 第十章预应力混凝土构件计算 第一节预应力混凝土的基本概念 第二节预加应力的方法 第三节预应力混凝土材料及锚夹具 第四节张拉控制应力和预应力损失 第五节预应力混凝土轴心受拉构件计算 第六节预应力混凝土构件的构造 第一节预应力混凝土的基本概念 一 预应力混凝土的基本概念和基本原理 1 基本概念普通钢筋混凝土构件在荷载作用下通常是带裂缝工作的 导致构件刚度降低 不适应于采用高强钢筋 解决这些问题的有效途径是采用预应力混凝土 预应力混凝土是指在构件承受荷载以前 用某种方法预先在构件的受拉区施加压应力的构件 预应力混凝土可明显提高构件的抗裂性能和刚度 第十章预应力混凝土构件计算 3 2 基本原理 第十章预应力混凝土构件计算 4 二 预应力混凝土的分类1 根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序分为先张法和后张法预应力混凝土 2 根据预应力对构件抗裂度的影响分为三种类型 全预应力混凝土 在使用荷载作用下 不允许截面上混凝土出现拉应力的构件 属严格要求不出现裂缝的构件 相当于裂缝控制等级为一级的构件 第十章预应力混凝土构件计算 5 有限预应力混凝土 在使用荷载作用下 允许截面上混凝土出现拉应力 但不能超过混凝土的抗拉强度 属一般要求不出现裂缝的构件 相当于裂缝控制等级为二级的构件 部分预应力混凝土 允许出现裂缝 但最大裂缝宽度不超过限值的构件 属允许出现裂缝的构件 相当于裂缝控制等级为三级的构件 3 根据钢筋与混凝土之间是否有粘结力分为有粘结预应力混凝土和后张法无粘结预应力混土 第十章预应力混凝土构件计算 6 三 预应力混凝土的特点 优点 1 提高构件的抗裂度和刚度 2 可充分利用高强度材料 减小构件重 3 可提高构件的抗剪能力 缺点 1 工艺较复杂 2 预应力反拱度不易控制 3 预应力混凝土构件的设计较复杂 第十章预应力混凝土构件计算 7 第二节预加应力的方法 一 先张法 a 穿钢筋 b 张拉钢筋 c 浇筑混凝土 d 切断钢筋 钢筋回缩混凝土受压 第十章预应力混凝土构件计算 8 二 后张法 a 浇砼 预留孔道 穿筋 b 安装千斤顶 c 张拉钢筋 d 锚固 灌浆 第十章预应力混凝土构件计算 9 三 后张法无粘结预应力混凝土 第十章预应力混凝土构件计算 10 1 无粘结预应力钢筋在钢筋的外表面涂以沥清 油脂或其他润滑防腐材料 以减小摩擦力并防锈蚀 外套塑料套管或以纸带 塑料带包裹 以防止施工中碰坏涂层 并使之与周围混凝土隔离 张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张法预应力钢筋 后张法预应力混凝土构件需要预留孔道 穿钢筋 灌浆 且预留孔道和灌浆较麻烦 灌浆不密实易造成事故隐患 采用后张法无粘结预应力技术可克服这些缺点 2 施工工序1 制作无粘结预应力钢筋 2 将无粘结预应力钢筋象普通钢筋一样按设计位置敷设在钢筋骨架内 并与普通钢筋一起绑扎形成骨架 然后浇筑混凝土并养护 3 当混凝土强度达到预期强度后 利用构件本身作为台座张拉预应力钢筋 张拉到设计应力后 用锚具锚固在构件上 第十章预应力混凝土构件计算 11 第三节预应力混凝土材料及锚夹具 混凝土 高强度 收缩 徐变小 快硬 早强 预应力钢筋 高强度 较好的塑性 良好的加工性能 应力松弛损失低 较好的粘结性能 一 预应力混凝土材料 第十章预应力混凝土构件计算 12 夹具 构件制作完后 可取下重复使用 锚具 用于永久固定钢筋 作为构件的一部分 预应力筋的常用锚具如下图 二 锚具和夹具 第十章预应力混凝土构件计算 13 墩头锚具 精轧螺纹钢筋锚具 第十章预应力混凝土构件计算 14 夹片式锚具 钢质锥形锚具 第十章预应力混凝土构件计算 15 第四节张拉控制应力和预应力损失 张拉控制应力 con 张拉预应力钢筋时 张拉设备所显示的总张拉力除以被张拉预应力钢筋的截面面积所得的应力值 张拉控制应力 con取值 主要与采用的张拉方法和预应力钢筋种类有关 取值见 规范 或教材表所列 一 张拉控制应力 con 第十章预应力混凝土构件计算 16 二 预应力损失及其组合 预应力损失 由于各种因素的影响 使预应力钢筋从张拉开始直至构件使用的整个过程中 张拉控制应力逐渐降低 同时混凝土所建立的预应力也逐渐降低的现象 六种预应力损失的原因及计算如下 第十章预应力混凝土构件计算 17 一 预应力损失 1 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1 直线 曲线 第十章预应力混凝土构件计算 18 减小措施 1 选择变形小或预应力筋滑动小的锚具 夹具 并尽量减少垫板的数量 2 对于先张法张拉工艺 选择长的台座 台座长度超过100m时 可忽略不计 第十章预应力混凝土构件计算 19 2 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2 后张法 当 kx 0 2时 l2 con kx 减少措施 1 采用两端张拉 2 采用 超张拉 工艺 其工艺程序为 持荷2min 持荷2min 卸载 0 1 1scon 0 85scon scon 第十章预应力混凝土构件计算 20 3 混凝土加热时受拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失 l3 第十章预应力混凝土构件计算 21 先张法构件进行蒸汽养护或其他加热养护时 随着钢筋温度升高 其长度增加 由于新浇混凝土尚未结硬 不能约束钢筋增长 而台座长度固定不变 因此张拉后的钢筋变松 预应力钢筋的应力降低 降温时混凝土和钢筋已粘结成整体 二者一起回缩 钢筋的应力不能恢复到原来的张拉应力值 产生原因 减少措施 1 两次升温 2 在钢模上张拉钢筋 4 预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失 l4 应力松弛 指钢筋在高应力状态下 长度不变 应力随时间增长而降低的现象 第十章预应力混凝土构件计算 22 特点 1 张拉控制应力越高 应力松弛越大 同时松弛速度越快 2 24小时完成50 80 3 松弛量与钢筋的品种有关 4 钢筋松弛随温度升高而增加 第十章预应力混凝土构件计算 23 对预应力钢丝 钢绞线 a 普通松弛 一次张拉时 1 0 超张拉时 0 9 b 低松弛 当 con 0 7fptk时 当0 7fptk con 0 8fptk时 第十章预应力混凝土构件计算 24 对热处理钢筋 l4 0 05 con b 超张拉 l4 0 035 con 当 con 0 5fptk时 l4 0 a 一次张拉 减小措施 1 采用应力松驰损失较小的钢筋作预应力钢筋 2 采用 超张拉 工艺 第十章预应力混凝土构件计算 25 5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 l5 先张法 后张法 第十章预应力混凝土构件计算 26 减少措施 1 采用高强度等级混凝土和水泥 控制水泥用量和水灰比 2 采用级配良好的骨料 增加骨料用量 同时加强振捣 提高混凝土密实性 3 加强养护 使水泥水化作用充分 减少混凝土的收缩 有条件时宜采用蒸汽养护 4 尽量使混凝土压应力spc和s pc小于0 5f cu 注意 此项预应力损失是各项损失中最大的一项 在直线预应力配筋构件中约占总损失的50 在曲线预应力配筋构件中约占30 左右 第十章预应力混凝土构件计算 27 6 用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6 采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件 采用后张法直接在构件上进行张拉 由于预应力钢筋对混凝土局部挤压 使构件直径减小而产生的预应力损失 d 3m l6 0 d 3m l6 30N mm2 第十章预应力混凝土构件计算 28 二 预应力损失值的组合 砼预压前 lI l1 l3 l4 砼预压后 lII l5 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 100N mm2 后张法 l4 80N mm2 先张法构件 后张法构件 第十章预应力混凝土构件计算 29 第五节预应力混凝土轴心受拉构件计算 一 预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力分析 pc 0 pe con lI s 0 2 放松预应力筋之后 pe peI con lI E pcI s sI E pcI 压 一 先张法构件 pc pcI 1 放松预应力筋之前 1 施工阶段 第十章预应力混凝土构件计算 30 peI Ap pcI AC sI As con lI E pcI Ap pcI Ac E pcI As 由上图可列出内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 31 3 完成第二批损失之后 s sII E pcII l5 pe peII con l E pcII pc pcII 第十章预应力混凝土构件计算 32 式中 A0 Ac As Ap 由上图可列出内力平衡条件 con l E pcII Ap pcIIAc E pcII l5 As 第十章预应力混凝土构件计算 33 1 加载至截面上混凝土应力为零 荷载为Np0 混凝土的预压应力全部抵消时 pc 0 s l5 压 pe p0 con l 2 使用阶段 第十章预应力混凝土构件计算 34 Np0 p0Ap sAs con l Ap l5As pcII A0 式中Np0 混凝土法向预应力等于零时预应力钢筋与非预应力钢筋的合力 由上图可列出内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 35 2 加载至构件截面即将开裂 荷载为Ncr 时 轴向力的增加使混凝土即将开裂 混凝土拉应力达到ftk 此时 pc ftk s Eftk l5 pe con l Eftk 第十章预应力混凝土构件计算 36 由上图可列出内力平衡条件 Ncr ftkAc peAp sAs pcII ftk A0 式中Ncr 预应力混凝土轴心受拉构件即将开裂时所能承受的轴向力 第十章预应力混凝土构件计算 37 3 加载至构件破坏 荷载为Nu 预应力钢筋和非预应力钢筋均达到屈服 此时 pc 0 s fy pe fpy Nu fpy Ap fy As 式中Nu 预应力混凝土轴心受拉构件破坏时的极限承截力 可列出内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 38 二 后张法构件 1 第一批预应力损失产生后 pc pcI s sI E pcI pe peI con lI peIAp pcIAc sIAs 式中An A0 EAp Ac EAs 1 施工阶段 内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 39 2 完成第二批预应力损失后 pc pcII s E pcII l5 pe con l pe Ap pc Ac s As 内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 40 1 截面上混凝土应力为零时 pc 0 s l5 压 pe con l E pcII Np0 peAp sAs pcIIA0 2 使用阶段 内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 41 2 构件即将开裂 pc ftk s Eftk l5 pe con l E pcII Eftk Ncr peAp sAs ftkAc pcII ftk A0 内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 42 3 加载至构件破坏 pc 0 s fy pe fpy Nu fpyAp fyAs 内力平衡条件 第十章预应力混凝土构件计算 43 二 预应力混凝土轴心受拉构件的计算 一 使用阶段 N Nu fpyAp fyAs 1 承载力计算 2 抗裂验算 裂缝控制等级为一级 ck pc 0 第十章预应力混凝土构件计算 44 2 裂缝控制等级为二级 ck pc ftk cq pc 0 3 裂缝控制等级为三级 wmax wlim 第十章预应力混凝土构件计算 45 Wmax的计算同受弯构件 二 施工阶段 1 混凝土轴心受压承载力验算 scc 0 8fck 第十章预应力混凝土构件计算 46 先张法 后张法 2 后张法构件端部锚固区锚具垫板下局部受压承载力验算 Fl 0 9 c lfc 2arv corfy Aln 式中rv 体积配筋率 配方格网时 配螺旋式时 第十章预应力混凝土构件计算 47 局部受压区的间接钢筋 a 方格网配筋 b 螺旋式配筋 第十章预应力混凝土构件计算 48 式中 Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值Fl 1 2 conAp Al 局部受压面积 应考虑从锚具边缘在垫板中按45 角扩散后传至混凝土的受压面积 Aln 局部受压净面积 应在局部受压面积中扣除孔道 凹槽部分面积 Ab 局部受压的计算底面积 按局部受压面积与计算底面积同心 对称原则确定 如下图 第十章预应力混凝土构件计算 49 确定局部受压计算底面积Ab图 第十章预应力混凝土构件计算 50 l 砼局部受压时强度提高系数 注意 为防止局压面积太小 在使用阶段出现裂缝 局部受压区的截面尺寸应符合下式要求 Fl 1 35 c lfcAln cor 配置间接钢筋时局部受压强度提高系数 第十章预应力混凝土构件计算 51 a 同第八章 Acor 间接钢筋内表面范围内的混凝土核心面积 其重心应与Al重合 按同心对称原则确定 第六节预应力混凝土构件的构造 1 先张法构件1 当先张法预应力钢丝按单根方式配筋有困难时 可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式 2 预应力钢筋的净距不应小于其公称直径或等效直径的1 5倍 且符合下列规定 对热处理钢筋及钢丝 不应小于25mm 对三股钢绞线 不应小于20mm 对七股钢绞线 不应小于25mm 第十章预应力混凝土构件计算 52 3 对预应力钢筋端部周围的混凝土应采取下列措施 对单根配置的预应力钢筋 其端部宜设置长度不小于150mm且不少于四圈的螺旋钢筋 当有可靠经验时 也可利用支座垫板上的插筋代替螺旋钢筋 但插筋数量不应少于4根 其长度不宜小于120mm 对分散布置的多根预应力钢筋 在构件端部10d范围内应设置3 5片与预应力钢筋垂直的钢筋网 对采用预应力钢丝配筋的薄板 在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋 第十章预应力混凝土构件计算 53 2 后张法构件1 后张法预应力钢筋所需锚具的形式和质量应符合国家现行有关标准的规定 2 预应力钢丝束 钢绞线束的预留孔道应符合下列规定 对预制构件 孔道间的水平净间距不宜小于50mm 孔道至构件边缘的净距不宜小于30mm 且不宜小于孔道直径的一半