第11章+预应力溷凝土构件.ppt

第11章预应力混凝土构件，11.1 11.2应用预应力的方法概述11.3预应力混凝土材料和锚固装置11.4张力控制应力和应力损失11.5预应力混凝土轴向受拉构件的计算11.6预应力混凝土受弯构件的计算11.7预应力混凝土构件的结构要求1。为什么要施加预应力？混凝土的抗拉强度低。(极限拉伸应变约为0.110-3 0.1510-3；因此，对于不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能使用20 30N/mm2；对于允许开裂的构件，当钢筋的拉应力达到250牛顿/平方毫米时，混凝土的裂缝宽度达到0.2 0.3毫米，构件的耐久性降低。为了满足构件挠度和裂缝宽度控制的要求，有必要增加截面尺寸和配筋量，这将导致构件自重过大，不经济，甚至使钢筋混凝土构件无法用于大跨度或动载结构)。混凝土的抗拉强度与抗压强度之比随着混凝土强度等级的提高而降低。钢筋混凝土构件采用高强钢筋和高强混凝土，二者都不能充分发挥其作用。预应力混凝土的概念、预应力混凝土的分类以及根据预应力大小对构件截面的裂缝控制程度可分为：当时，它被称为全预应力混凝土；当时，它被称为有限预应力混凝土。当时，它被称为部分预应力混凝土。当时，它被称为钢筋混凝土。4.预应力混凝土的优点和缺点，优点：提高结构的使用性能；提高构件的抗剪承载力；提高构件卸载后的变形和裂纹恢复能力；提高构件的疲劳承载能力；可以使用高强度材料。缺点：结构、构造和设计都比钢筋混凝土构件复杂。构件的延性比钢筋混凝土构件差。1.先张法，2。后张方法，3。无粘结预应力，1。预应力混凝土材料，混凝土，高强度；收缩和蠕变减少；凝结快，力量早。规范规定预应力混凝土构件的混凝土强度等级不得低于C30；对于采用钢绞线、钢丝和热处理钢筋的预应力混凝土构件，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不应低于C40。对钢筋的要求：高强度；具有一定的可塑性；(通常需要4%的极限伸长率)良好的加工性能；(可焊性，镦头)与混凝土有良好的粘结。目前我国常用的预应力钢筋：钢绞线：13根(公称直径8.6毫米、10.8毫米、12.9毫米)；17(公称直径9.5 15.2毫米)。极限抗拉强度标准值可达1570 1860牛顿/平方毫米。钢丝：(公称直径4 9毫米)。极限抗拉强度标准值可达1570 1770牛顿/平方毫米。热处理钢筋：(公称直径6 10毫米)。极限抗拉强度标准值可达1470牛顿/平方毫米。2。锚具和夹具、螺杆端杆锚具；航向锚地。锥形塞锚固；夹板锚固。对锚具的要求：安全可靠，锚具本身应具有足够的强度和刚度；预应力钢筋应尽可能不在锚具中滑移，以减少预应力损失；结构简单，便于机械加工。使用方便，节省材料，价格低廉。1.张力控制压力。什么是张力控制压力？张拉预应力钢筋时，由张拉设备控制的总张力Np，以及用Con除以预应力钢筋的截面积Ap得到的应力称为张拉控制应力，用Con表示。张拉控制应力con的值直接影响预应力混凝土构件的使用效果。con值越高，混凝土的预应力越大，这可以使预应力筋充分发挥其作用。然而，如果con太高，可能会引起以下问题：为什么张力控制应力不应该太高？con值越高，构件的开裂承载力和极限承载力越接近，延性越差。o时如果满足以下条件之一，表11-1中的张力控制应力限值可增加0.05fptk:要求在施工阶段提高构件的抗裂性，在使用阶段预应力钢筋设置在受压区；要求部分抵消应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉和预应力钢筋与张拉台座温差引起的预应力损失。2。预应力损失，1。当预应力直钢筋被拉伸至con. (11-1)时，锚具和垫板的变形以及锚具和垫板之间间隙的挤压引起的锚具回缩损失L1、预应力损失L1 (N/mm2)，其中：-张拉锚具变形和钢筋收缩值(mm)应按表11-2取值；L张拉端和锚固端之间的距离(mm)；ES预应力钢筋的弹性模量(N/mm2)，注：1。表中的锚固变形和钢筋收缩值也可根据实测值确定；2。其他类型的锚固变形和钢筋收缩值应根据实测值确定。请注意，锚固损失仅考虑张拉端，减少锚固损失L1的措施如下：选择锚固变形或预应力钢筋收缩较小的锚具和夹具，并使用尽可能少的垫板，因为每增加一块垫板，其值将增加1mm；增加基座长度。由于L1值与支座长度成反比，所以采用先张法制作构件。当支座长度超过100毫米时，锚固损失L1可以忽略。关于后张构件的曲线预应力筋或折线预应力筋的锚固损失的计算，请参考摩擦损失的讨论。2.摩擦损失L2。摩擦力由两部分组成：一是张拉线形预应力钢筋时，由孔道偏差、粗糙的孔壁和粗糙的钢筋表面引起的摩擦阻力；二是弯曲孔道曲率引起的预应力筋与孔壁正接触压应力引起的摩擦阻力。(11-2)对于曲线预应力筋，如果该值很小，那么：(11-3)如果对应于法向压应力p的摩擦系数为m，那么条件是：因为，那么总摩擦力为：那么：从张拉端到计算段，上述公式的两边的积分为：即，因此，摩擦损失L2为，大约，和，(11-4)。当时，它可以根据以下近似公式计算：(11-5)。在该公式中，从X-张紧端到计算段的通道长度(m)可以近似，通道在该段纵轴上的投影长度可以取；从拉伸端到计算截面曲线孔部分切线的夹角(rad );考虑管道每米长度局部偏差的摩擦系数，按表11-3采用；预应力钢筋和隧道壁之间的摩擦系数如表11-3所示。注：1。表中的系数也可以根据测量数据确定。2。当使用钢锥锚具和类似锚具时，应考虑锚环开口处的附加摩擦损失，其值可根据实测数据确定。减少摩擦损失的措施L2:对于较长的构件，预应力钢筋可在两端张拉；注意：两端的张力会导致锚具的L2损失增加。使用超级张力。反向摩擦影响长度lf和lf范围内由锚固变形和钢筋收缩引起的预应力损失L1的计算，当q随着x的增加而增加时，它可以近似为x的线性函数。因此，希望由于锚固变形和钢筋收缩，锚固端预应力钢筋的拉力从a点到b点减小，差值为rs。那么预应力筋在直线AC上任意一点的应力就是反向摩擦损失，两个方向的摩擦系数大致相等。那么在直线BC上的任何一点上的预应力钢筋的应力是，在点c上，也就是说，上述两种类型的预应力钢筋的应力值应该相等，因此，当计算锚固变形和钢筋收缩值a时，平均应力损失值是(a/lf) es因此，上述公式可被替代，因此，(11-6)抛物线形预应力钢筋可近似视为弧形曲线，当其对应的中心角q不大于300时，将公式中钢筋混凝土弧形预应力钢筋的曲率半径(m)替代为公式(11-6)，并将长度单位等化为m进行计算，然后，(11-6)计算如下： 根据线性关系，即(11-7)，可以获得在距离张拉端x的任何截面上由锚固变形和钢筋收缩引起的预应力损失L1，其中x是从张拉端到计算截面的距离(m)，并且应符合xlf。 后张预应力钢筋在反向摩擦影响长度lf范围内的预应力损失L1的计算方法见本规范附录D。3.温差损失L3。为了缩短先张法构件的生产周期，通常采用蒸汽养护来加速混凝土浇筑后的凝结。加热时，钢筋自由膨胀，加热后保持长度不变，导致预应力钢筋与支座温差引起预应力损失L3。如果预应力钢筋与支座之间的温差为t (0c)，钢筋的线膨胀系数为a=0.0001/0c，则可计算如下公式：如果钢筋的弹性模量es为2.0105 (n/mm2)，则采用(n/mm2)，(11-7)，降低温差损失L3的措施：二次升温养护。常温养护，当混凝土强度达到一定强度等级，如C7.5C10时，温度逐渐升高至规定的养护温度。此时，可以认为钢筋和混凝土已经形成一个整体，并且两者可以一起膨胀而不会引起应力损失。在钢模板上张拉预应力钢筋。由于预应力筋锚固在钢模上，升温时两者的温度相同，所以损失可以忽略不计。4.钢筋L4的应力松弛损失。钢筋在高应力下的塑性变形具有随时间增加的特性。在长度不变的情况下，钢筋的应力值随时间逐渐减小。这种现象称为钢筋应力松弛。在钢筋应力不变的情况下，其应变随时间逐渐增加，这就是所谓的钢筋蠕变。钢筋的应力松弛损失与初始应力水平和作用持续时间有关。根据试验结果，规范对钢筋、普通松弛预应力钢丝和钢绞线的应力松弛损失L4计算如下：(11-8)，其中-过拉伸系数。a张力=1；过度紧张=0.9。低松弛预应力钢丝和钢绞线：当时，(11-9)，当时，(11-10)，热处理钢筋：一次性张拉，超张拉，(11-11)，(11-12)。注意，当采用超张拉的应力松弛损失值时，张拉程序应符合现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范GB50204的要求；当预应力钢丝和钢绞线的scon/fptk0.5时，预应力钢筋的应力松弛损失值应等于零。试验表明，钢筋的应力松弛与以下因素有关：应力松弛与时间有关，第一小时达到总松弛损失的50%左右，24小时达到80%左右，此后发展缓慢；应力松弛损失与钢的品种有关。热处理钢筋的应力松弛损失小于钢丝和钢绞线。张力控制应力值越高，应力松弛损失越大，反之，越小。降低钢筋松弛损失L4的措施：过拉伸，0，1.05 SCON，1.1 SCON，保持载荷25分钟，0，SCON，因为短时间的高应力引起的松弛损失可以达到应力下需要长时间才能完成的松弛损失值。控制初始应力水平，钢材松弛与初始应力有关，当初始应力小于0.7fptk时，松弛损失与初始应力成线性关系，当初始应力高于0.7fptk时，松弛损失显著增加。5.混凝土L5的收缩和徐变损失。混凝土凝结时会发生体积收缩，在长期预压应力下会发生徐变，混凝土收缩徐变引起的拉区和压区纵向预应力钢筋的预应力损失值可按下式计算：一般情况下，先张法向构件，(11-13)，(11-14)，(后张法向构件)，(11-15)，(11-16)，其中，拉区和压区混凝土的法向压应力在它们各自的合成点。此时，预应力损失值仅考虑混凝土预压前(第一批)的损失，非预应力钢筋中的应力和值应等于零。该值不得大于0.5；当为拉伸应力时，等式(11-14)和(11-16)中的值应等于零。在计算混凝土的法向应力时，可以根据构件的制造条件考虑自重的影响。施加预应力时混凝土的立方体强度。-，拉伸和压缩区域中预应力和非预应力钢筋的配筋率；对于先张法构件，(11-17)，对于后张法构件，(11-18)，A0-混凝土转换截面面积；混凝土的净横截面积；对于配有对称预应力钢筋和非预应力钢筋的构件，配筋率应分别按钢筋总截面积的一半计算。从方程(11-13)和方程(11-16)可以看出：l5与相对初始应力spc/成线性关系。该公式给出了线性徐变条件下的预应力损失，因此需要满足的条件。否则，预应力损失值显著增加。后张构件L5的值低于前张构件的值，因为当后张构件被预应力时，混凝土的收缩部分完成。请注意，当结构处于年平均湿度低于40%的环境中时，总和应增加30%。减少收缩徐变损失的措施l5:使用高强度水泥，减少水泥用量，降低水灰比，使用干混凝土；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实度；加强养护，减少混凝土收缩；使用高强度混凝土。对于重要的结构构件，当需要考虑混凝土收缩、徐变和钢筋应力松弛的时间相关损失值时，可根据规范附录E进行计算。6.由环向预应力钢筋挤压混凝土引起的应力损失l6,l6的大小与环形构件的直径d成正比。直径越小，应力损失越大。因此，规范规定：当d3m时，d3m，(11-19)，(11-20)，3。预应力损失值和上述六种预应力损失值的组合，其中一些仅出现在预应力构件中，一些仅出现在后张构件中，一些两者都成批出现。为了便于分析和计算，给出了不同阶段预应力损失值的组合表。注：先张法构件的应力松弛损失sl4在第一和第二损失中的比例，如有必要，可根据实际情况进行区分。考虑到各种预应力损失的离散性，实际损失值可能高于计算值，因此规范规定，当计算的总损失值小于下列值时，应取下列值。预张紧构件：后张紧构件：100N/mm2，80N/mm2。后张法构件的预应力钢筋分批张拉时，应考虑后一批张拉钢筋产生的混凝土弹性压缩对第一批张拉钢筋的影响，并通过aEspc增加第一批张拉钢筋的张拉控制应力scon。Spc是混凝土的法向应力，最初由后一批受拉钢筋的重心产生。注：4。先张法预应力钢筋的转移长度简化为线性变化，预应力钢筋的转移长度ltr可按下式计算：(11-21)，其中-预应力钢筋在张拉释放时的有效预应力值；-预应力钢