《预应力构件讲座》PPT课件.ppt

9预应力混凝土构件，本章主要介绍预应力混凝土的基本原理、预应力混凝土结构构件的基本计算规则、预应力混凝土轴向受拉构件的设计以及预应力混凝土构件的结构要求。重点是预应力混凝土构件的设计原则和结构要求。本章概述，本章内容，9.1概述9.2预应力混凝土结构材料9.3预应力混凝土结构构件的基本计算9.4预应力混凝土轴向受拉构件9.5预应力混凝土结构构造要求，9.1概述，混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件等。在各种载荷下，都有张力区。当载荷不太大时，上述部件会出现裂纹。混凝土的极限拉伸应变值ctu约为0.00015，那么开裂时的钢筋应力值约为：s=ess=esCTU=21050.00015=30n/mm2。钢筋混凝土构件的另一个主要缺点是不能使用高强度钢筋。9.1.1、常见的钢筋混凝土结构缺陷，最后一点是：提高混凝土强度等级对构件的抗裂性极为有限，因为每一等级混凝土的极限拉伸应变相差不大；增加构件的截面尺寸可以提高抗裂性，但是它需要更多的混凝土并且构件是自重的。9.1.2、预应力混凝土的基本原理，所谓预应力混凝土是在混凝土构件承受生产阶段的使用荷载之前，预先向使用中的受拉区施加压应力，从而产生一种人为的应力状态。当构件承受使用荷载引起的拉应力时，混凝土的预压应力必须先被抵消，然后随着荷载的增加，受拉区的混凝土将产生拉应力。因此，可以延缓混凝土裂缝的发生和发展，以满足使用要求。这种在结构构件承受载荷之前预先在受拉区对混凝土施加压应力的结构构件称为预应力混凝土构件。在，如图9.1所示，在简支梁承受外载荷之前，先在梁的受拉区施加一对大小相同、方向相反的集中力p，则构件各截面的应力分布如图9.1(a)所示，下部混凝土纤维的压应力为PC；只有在使用荷载的作用下，梁跨中截面的应力分布如图9.1(b)所示，跨中截面下缘混凝土的拉应力为t；当两种应力状态相互叠加时(如图9.1(c)所示)，梁跨度中、下边缘的应力可能是拉应力，其值非常小，可能是压应力，甚至是零应力，这取决于所施加压力P和载荷的相对大小。图9.1预应力混凝土构件，图9.1.3预应力混凝土应力特征，图9.2为两梁荷载挠度曲线对比图。从图9.2可以看出，预应力混凝土构件具有以下力学特性：(1)预应力混凝土构件可以提高构件的抗裂性。(2)的预应力可根据需要进行人工调整。(3)在使用荷载的作用下，构件在开裂前处于弹性工作阶段。材料力学公式完全适用。(4)预应力对构件的正截面承载力没有明显影响。然而，预应力对斜截面承载力有一定的改善。图9.2简支梁荷载挠度曲线，9.1.4预应力法，(1)先张法先张法是指先在支座或钢模上张拉钢筋，并临时锚固，然后浇筑混凝土。混凝土达到一定强度后，切断或松开钢筋。钢筋在剪切后会弹性收缩，但钢筋和混凝土之间有粘结力，混凝土会阻止钢筋收缩，混凝土本身会承受预加应力。预拉伸的主要过程如图9.3所示。(2)后张法后张法是指浇筑混凝土构件和预留孔道。混凝土达到一定强度后，将钢筋插入槽中，然后将钢筋直接张紧在构件上。最后，安克雷奇德先张法主要适用于工厂生产的中小型构件。后张紧方法不需要基座，并且部件可以在工厂和现场制造。后张构件只能一个一个施加预应力，工序多，操作麻烦。而且需要设置永久性锚固装置，成本高；一般用于运输不便的大中型部件。图9.3先张法主要工序示意图，(一)张拉钢筋；(b)模板安装和混凝土浇筑；松开并切断预应力钢筋。图9.4后张法主要工序示意图，(a)制作混凝土构件；(b)张紧钢筋；锚固张拉端并灌浆孔道。9.1.5预应力混凝土构件的优缺点。预应力混凝土构件的抗裂性能远远高于普通钢筋混凝土构件，增加了混凝土结构的应用范围；在使用荷载的作用下，一般不会出现裂缝，构件耐久性好，刚度大，变形小。能充分利用高强钢筋和高强混凝土，减少钢筋用量，截面小，减轻构件自重，为混凝土结构用于大跨度结构创造了良好的条件；预应力技术的采用也为装配式结构提供了良好的装配方法。预应力钢筋可在纵向和横向上应用，以将预制结构连接成一个理想的整体。的主要缺点是施工设备要求高，施工复杂，设计和计算复杂。9.2预应力混凝土结构用材料和预应力混凝土构件用混凝土应满足以下要求：(1)高强度。(2)收缩和衰退。(3)快速硬化和早期强度。选择混凝土强度等级时，应考虑施工方法(先张拉或后张拉)、构件跨度、用途(是否有振动荷载)和钢筋类型等因素。9.2.1混凝土、9 . 2 . 2钢和用于预应力结构构件的钢(丝)应满足以下要求：(1)高强度。(2)具有一定的可塑性。(3)良好的加工性能。(4)与混凝土具有良好的粘结强度。尤其涉及一种预紧组件。当使用光滑的高强度钢丝时，表面应在使用前进行“刻痕”或“压波”等处理。9.3、预应力混凝土结构构件的基本计算规则，由于预应力混凝土结构构件在施工阶段和使用阶段处于完全不同的受力状态，所以应分别在施工阶段和使用阶段进行设计计算或计算。规范规定，一般要求进行以下计算或验算：，9.3.1计算内容，(1)承载力计算仅计算预应力混凝土轴心受拉构件正截面的承载力。对于预应力混凝土受弯构件，正截面和斜截面的承载力应同时计算。(2)裂缝控制检查根据使用要求和耐久性要求确定部件是否允许开裂。不允许开裂的构件应检查抗裂性，允许开裂的构件应检查裂缝宽度。(3)变形验算应验算预应力混凝土受弯构件的挠度。9.3.1.1使用阶段计算，施工阶段计算是指在生产、运输和吊装过程中受力的实际情况下，构件的承载力和抗裂性的计算。对于后张构件，还应检查锚固处的局部抗压承载力。，9.3.1.2施工阶段的验算，9.3.2张拉控制应力 con，(1)con的定义张拉控制应力是指预应力钢筋在张拉预应力钢筋时应达到的规定拉应力值，用con表示。张拉过程中预应力钢筋的实际应力可通过用张拉设备上的测力计显示的总张力除以预应力钢筋的横截面积来获得。(2)张力控制应力的测定张力控制应力的值与以下类型有关在预张紧和后张紧方法中，张紧的钢筋通常锚固在钢筋的一端，并在另一端张紧。钢筋张拉至规定的控制应力con后，张拉端的预应力钢筋锚固在支座或构件上。预应力筋锚固变形和滑移回缩引起的预应力损失l1按下式计算：其中，张拉端预应力筋锚固变形和滑移的内收缩值(mm)见表9.2；9.3.3.1张拉端的锚固变形和钢筋收缩引起预应力损失，后张构件在张拉预应力钢筋时，由于钢筋与孔道壁之间的摩擦，会使预应力钢筋截面应力随着距张拉端距离的增加而减小(图9.5)。这种应力损失称为摩擦损失。规范规定摩擦损失l2根据以下公式计算：其中k和根据表9.3取值；对于x 0.2的预应力混凝土构件，l2可按下式近似计算：，9.3.3.2预应力筋与槽壁摩擦引起的预应力损失，预应力筋与支座温差设为t，筋的线膨胀系数=1.010-5/，弹性模量Es=2.0105N/mm2。因此，预应力损失l3为： l3=es s=es t=21051.010-5 t，即 l3=2 t，受拉钢筋与受拉设备温差引起的9.3.3.3预应力损失。所谓的钢筋应力松弛是指在高应力和恒定长度的条件下，由于钢筋的塑性变形，应力随时间减小的现象。(1)预应力钢丝和钢绞线的普通松弛：钢丝和钢绞线的低松弛：当con0.7fptk时，预应力钢筋的应力松弛引起预应力损失，当 con 0.8 fptk时，预应力钢筋的应力松弛引起预应力损失。根据试验数据和经验，规范规定混凝土收缩徐变引起的预应力损失l5应按以下公式计算。(1)先张法构件，混凝土收缩和徐变引起的9.3.3.5预应力损失，(2)先张法构件，先张法构件和后张法构件在此不再详述。9.3.3.6用螺旋预应力钢筋作为环形构件的钢筋，由于混凝土局部挤压造成的预应力损失，表9.2中锚具变形和钢筋收缩值a(mm)，图9.5中预应力钢筋的应力损失L2，表9.3中摩擦系数，为便于分析和计算，本规范将预应力构件各阶段的预应力损失值按表9.4的规定组合。混凝土预压前发生的预应力损失称为首次预应力损失，用l表示。混凝土预压后的预应力损失称为第二批，用l表示。规范还规定，当根据上述规定计算的预应力总损失小于以下值时，应按以下值取值：先张法构件100N/mm2；后张构件80N/mm2。9.3.4组合预应力损失和减少预应力损失的措施，9.3.4.1组合各阶段预应力损失值，表9.4组合各阶段预应力损失值，(1)选择变形小或滑移小的预应力钢筋锚具或夹具，尽量减少垫板数量，增加先张法台座长度以减少l1值；(2)采用高强度等级混凝土和高等级水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用级配良好的骨料，尽可能提高混凝土的密实度，加强养护，从而降低预应力损失l5；(3)混凝土的真实立方体强度值在钢筋拉伸时不能设置得太低，混凝土的预压应力pc和pc 不应大于0.5 fcu 。，9.3.4.2降低预应力损失的措施，(4)过度拉伸预应力钢筋以降低因钢筋松弛引起的预应力损失；(5)采用适当的施工工艺，如张拉预应力筋的两端，并采用两阶段加热养护9.4、预应力混凝土轴心受拉构件，轴心受拉预应力钢筋混凝土构件一般配有预应力钢筋Ap和非预应力钢筋As，且应对称布置，预应力钢筋一般布置在构件中间，配筋情况见图9.6。转换截面是根据等应变原理，将钢筋和混凝土两种不同材料组成的截面转换成相应的纯混凝土截面。所谓的等应变原理是指钢筋的应变s和截面上同一纤维层上混凝土的应变c相等。9.4.1应力分析，普通钢筋应变值s=s/Es预应力钢筋应变值p=p/Es混凝土应变值c=c/Ec响应相变等。因此，s/Es=c/Ec普通钢筋的合成应力为sAs=cEAs预应力钢筋，合成应力为pAp=cEAp。换算的总横截面积由A0表示：A0=EAP，净横截面积an指所有纵向预应力钢筋的横截面积减去换算成混凝土横截面积的横截面积，即an=A0-EAP=EAP。1.(1)施工期间张拉预应力钢筋并浇筑混凝土。按规定张拉台座上的钢筋后，先张法构件将预应力钢筋锚固在台座上，布置非预应力钢筋，浇筑混凝土并进行养护。预应力钢筋的应力为p=con-l；如果混凝土和非预应力钢筋不受压，相应的应力分别为pc=0和s=0，如图9.7所示。9.4.1.1先张法构件，(2)切断(放松)预应力筋。混凝土的压应力沿截面均匀分布，其值为PC；非预应力钢筋的应力自然为s=esPC；由于预应力钢筋的缩短，应力如下：p=con-l-ePC可由截面内力平衡条件(见图9.8):PC交流sas=(con-l-ePC)AP按上式排列：(3)第二次损失完成后。总预应力损失为l=ll。此时混凝土的压应力设为PC，非预应力钢筋的应力设为s=esPC，预应力钢筋的应力设为P=CON-L-EPC，即P=CON-L-EPC。混凝土的压应力PC仍由截面平衡条件求得(图9.9)。(4)非预应力钢筋对预应力的影响。非预应力钢筋对预应力既有利又有弊。经过综合考虑，规范中混凝土的有效预压应力近似取值。2.在使用阶段，当轴力逐渐增大时，预应力轴向受拉构件不断伸长，混凝土的预压应力逐渐减小至零。然后，混凝土应力变成拉应力(非预应力钢筋也将随后被拉)；当拉应力达到混凝土轴向抗拉强度标准值时，构件处于开裂极限状态。开裂后，开裂截面的内力全部由钢筋承担，裂纹逐渐发展。当钢筋达到屈服强度时，构件处于极限承载力状态。2.在使用阶段，当轴力逐渐增大时，预应力轴向受拉构件持续伸长，混凝土的预压应力逐渐减小至零。然后，混凝土应力变成拉应力(非预应力钢筋也将随后被拉)；当拉应力达到混凝土轴向抗拉强度标准值时，构件处于开裂极限状态。开裂后，开裂截面的内力全部由钢筋承担，裂纹逐渐发展。当钢筋达到屈服强度时，构件处于