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概要11.2应用预应力混凝土的方法11.3预应力混凝土的材料和锚固夹具11.4拉伸控制应力和应力损失11.5预应力混凝土轴心拉伸构件的计算11.6预应力混凝土混凝土的拉伸强度低。 (极限拉伸应变约为0.1*10-30.15*10-3； 因此，在不允许裂纹的部件中，对于只能使用拉伸筋的应力为2030N/mm2的部件，在钢筋的拉伸应力达到250N/mm2时，混凝土的龟裂宽度达到0.20.3mm，部件的耐久性降低。 为了满足构件弯曲和裂纹宽度控制的要求，必须增大截面尺寸和配筋量。 这是因为部件的自重过大，不经济，也有大范围地使用钢筋混凝土部件，或变得不能承受动载荷的结构)混凝土的拉伸强度和抗压强度的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混凝土和高强混凝土时，两种材料都不能充分发挥作用。 2 .预应力混凝土的概念： 3 .预应力混凝土的分类根据预应力值的大小控制部件的截面裂缝的程度，混凝土部件在当时被称为全预应力混凝土、当时被称为有限预应力混凝土时，有些预应力混凝土4 .预应力混凝土的优点和缺点：改善结构使用性能提高构件的剪切承载力提高构件逃逸后的变形和裂纹的恢复能力提高构件的疲劳承载力，可采用高强度的材料。 缺点：结构、施工和设计比钢筋混凝土构件复杂，构件的延展性比钢筋混凝土构件差。 1、先张法、2 .后张法、3 .无粘结预应力、1 .预应力混凝土材料、对混凝土的要求：强度高收缩、徐变小，凝结快，变强。 按照规范，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应该低于C30，在采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋的预应力混凝土构件，特别是大跨度结构中，混凝土强度等级不应该低于C40。 对钢筋的要求：强度高，具有一定的塑性(一般要求极限伸长率为4% )与良好的加工性能(焊接性，镦锻头)混凝土的粘接良好。 中国现在常用的预应力钢筋：钢绞线： 13 (公称直径8.6mm、10.8mm、12.9mm) 17 (公称直径9.515.2mm )。 极限拉伸强度的基准值为15701860N/mm2。 钢丝：(公称直径49mm )。 极限拉伸强度的基准值为15701770N/mm2。 热处理钢筋：(公称直径610mm )。 极限拉伸强度的基准值为1470N/mm2。 2、锚杆和夹具、螺钉末端锚杆镦粗锚杆锥形锚杆夹头式锚杆。 锚杆要求：安全可靠，锚杆本身必须具有足够的强度和刚性，以使预应力筋在锚杆内尽量不滑动，减少预应力损失的结构简单，机械加工容易使用，节约材料，价格1 .什么是拉伸控制应力、拉伸控制应力？ 拉伸设备拉伸预应力钢筋时控制的总拉伸力Np、con除以预应力钢筋截面积Ap的应力称为拉伸控制应力，用con表示。 拉伸控制应力con的值直接影响预应力混凝土构件的使用效果。 con越高，混凝土的预压应力越大，能使预应力钢筋充分发挥作用。 但是如果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越高，构件的裂纹承载力和极限承载力越接近，施加构件延展性差的超张力时，各钢筋的应力可能超过屈服强度而永久变形或变脆，从而增加预应力筋的松弛损失。 根据长期设计和施工经验规范的规定，一般张力控制应力不可超过表11-1的限值。 注：预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋的拉伸控制应力值请勿小于0.4fptk。表11-1中的拉伸控制应力限制值要求0.05fptk :提高施工阶段的构件的耐裂纹性，在使用阶段的受压区域设置的预应力钢筋； 需要部分抵消因应力缓和、摩擦、钢筋分割拉伸、预应力钢筋与拉伸台座之间的温差等因素而产生的预应力损失。 2 .预应力损失，1 .锚固收缩损失l1，预应力直线钢筋被con拉伸后，锚固时锚固和板的变形和间隙被压迫，预应力钢筋在锚固内打滑引起的预应力损失l1(N/mm2) (11-1 )、式中： -拉伸锚杆变形和钢筋的内缩值(mm )按照表11-2采用，l-拉伸端到锚杆端的距离(mm) Es-预应力钢筋的弹性模量(N/mm2)注：1.表中的锚杆变形和钢筋的收缩注意，锚杆损失只考虑拉伸端，减少锚杆损失l1的措施：应选择锚变形小或预应力钢筋内缩小的锚杆、夹具，尽量不要使用垫板。 每增加垫板，a的值就增加1mm，增加台座的长度。 因为l1的值与底座的长度成反比，所以用先张法生产零件，底座的长度在100mm以上时，锚损失l1可以忽略。 详细描述了后张法构件曲线预应力钢筋或折线预应力钢筋锚损的计算。 2 .摩擦损失l2，摩擦包括两部分：一是拉伸直线预应力钢筋时，孔的偏移、孔壁的粗糙及钢筋表面的粗糙引起的摩擦阻力第二个是由于曲线孔的曲率，在预应力钢筋和孔壁之间产生法线接触压力而引起的摩擦阻力。 刮擦摩擦阻力与预应力筋的拉伸力Np的大小成比例，设每单位长度的刮擦摩擦系数为k，则从平衡条件得到：(11-2 )、无视曲线预应力筋：数值小，(11-3 )、与法线压缩应力p对应的摩擦系数为m，则是条件吗从拉伸端到计算截面积分了上式的两边：即，摩擦损失l2，近似，(11-4 )，此时，可以用下面的近似式计算：(11-5 )，式中，x-从拉伸端到计算截面的细孔长度(m )，近似，可以取该细孔在纵轴上的投影长度从拉伸端到计算截面曲线细孔部分的切线的角度(rad) -考虑到细孔每米长度的局部偏差的摩擦系数，根据表11-3采用-预应力钢筋和细孔壁之间的摩擦系数，根据表11-3采用。 注：1.表中的系数也可以根据实测数据确定，2 .采用钢丝束的钢质锥形锚及类似形式锚时，考虑锚口处的附加摩擦损失，其值可以根据实测数据确定。 减少摩擦损失l2的措施：对长构件两端可以拉伸预应力钢筋：两端张力增加锚损失l2。 采用超张力。 另外，在逆摩擦的影响长度lf和lf的范围内由锚变形和钢筋内收缩引起的预应力损失值l1的计算，由于q随着x的增大而增大，因此可以近似为x的线性函数。 因此，优选的是，由于锚变形和钢筋内收缩，锚端预应力钢筋的拉力从a点下降到b点，其差为rs。 直线AC上任意点的预应力筋的应力为逆摩擦损失，上述正反两方向的摩擦系数大致相等。 关于直线BC上任意点的预应力筋的应力，由于c点，即上二式的预应力筋的应力值必须相等，所以求出：锚变形和钢筋收缩值a，如果预应力筋在lf区间平均收缩变形为a/lf，则平均应力损失值预应力的应力损失值在拉伸端最大，在c点为零。 两者之间的中间点是平均应力损失值： (a/lf)Es。因此，由于能够代入上式，所以(11-6 )配置成抛物线状的预应力钢筋可以用圆弧曲线近似地考虑，在其对应的中心角q为300以下的情况下，式中的rc-圆弧曲线预应力钢筋的曲率半径(m )代入上式，并将其长度在距拉伸端的距离为x的任意截面上，锚固变形和钢筋内缩引起的预应力损失值l1可以用线性关系求出。 也就是说，(11-7 )，公式中从x-拉伸端到计算截面的距离(m )必须为xlf。 采用束形后张预应力钢筋的逆摩擦影响长度lf范围内的预应力损失值l1的计算方法如规范附录d所示。 3 .温差损失l3，为了缩短先张法部件的生产周期，在浇混凝土后，用蒸汽养护的方法加速混凝土的凝结。 升温时，钢筋受热后，在保持其长度的状态下自由膨胀，会因预应力钢筋与台座之间的温差而产生预应力损失l3。 混凝土加热养护时，如果预应力钢筋和台座之间的温差为t(0c )，钢筋的线膨胀系数为a=0.0001/0c，可以用下式计算：钢筋的弹性模量Es=2.0105(N/mm2 )，可以计算(N/mm2 )、(11-7 )、温差损失l3 首先在常温下养护，当混凝土强度达到一定的强度水平，例如C7.5C10时，逐渐升温到规定的养护温度，此时钢筋和混凝土成为一体，在认为两者不引起应力损失就能一起膨胀的钢模上贴上预应力。 由于预应力钢筋固定在钢模上，升温时两者的温度相同，因此也可以不考虑这种损失。 4 .钢筋应力缓和失去l4，钢筋具有高应力塑性变形随时间增加的性质，在其长度一定的条件下，钢筋应力值随时间减少的现象称为钢筋应力缓和。 钢筋的应力保持不变，其变形随时间逐渐增大的现象称为钢筋的徐变。 钢筋的应力松弛损失与初始应力水平和作用时间的长度有关。 规范根据试验结果计算钢筋应力松弛损失l4、普通松弛预应力钢丝和钢绞线：(11-8 )、式中-超张力系数。 一次张力=1； 超张力=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：一次拉伸、超拉伸、(11-11 )、(11-12 )、注意：采用上述超拉伸的应力松弛损失值时， 拉伸程序应满足现行国家标准混凝土结构工程施工和检验标准GB50204的要求，当预应力钢丝、钢绞线为scon/fptk0.5时，预应力钢丝的应力松弛损耗值为零。 试验显示，钢筋的应力缓和与以下因素有关：应力缓和与时间有关，最初时间达到所有缓和损失的50%左右，24小时达到80%左右，之后发展缓慢的应力缓和损失与钢材品种有关。 热处理钢筋的应力缓和损失值比钢丝、钢小，拉伸控制应力值越高，应力缓和损失越大，相反小。 减少钢筋松弛损失l4的措施：超张力，0，1.05scon1.1scon，保持载荷25min，0，scon，在高应力短时间内发生松弛损失，因为在应力下完成需要很长的时间。 控制初始应力水平，钢筋松弛与初始应力有关，初始应力小于0.7fptk时，松弛损失与初始应力呈线性关系，初始应力高于0.7fptk时，松弛损失显着增大。 5 .混凝土收缩徐变损失l5，混凝土凝结过程中因体积收缩和长期预压应力而发生徐变，两者构件长度都变短，预应力钢筋也收缩，导致预应力损失。 因为影响两者的因素和时间变化规律相似，所以规范把两者统合起来考虑。混凝土收缩、徐变引起的拉伸区合受压区纵向预应力筋的预应力损失值，可以通过下式计算：对一般情况，先张法部件、(11-13 )、(11-14 )、后张法部件、(11-15 )、(11-16 )、式中、拉伸此时，预应力损失值仅考虑混凝土预压前(第一阵)的损失，非预应力钢筋的应力、值应该为零，值不能大于0.5的拉伸应力时，式(11-14 )、(11-16 )应该为零在计算混凝土法方向应力时，根据构件制作状况，可以考虑自重的影响，施加预应力时的混凝土立方体的强度，拉伸区，受压区的预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率，先张法构件，(11-17 )。 an-按一下混凝土净截面积。 对于对称配置预应力钢筋和非预应力钢筋的构件，必须按配筋率、钢筋总截面积的一半进行计算。 从式(11-16 )式(11-16 )可知，l5与相对的初始应力spc/为线性关系，式给出了线性徐变条件下的预应力损失，因此要求满足的条件。 预应力损失值显着增大。 后张法部件l5的取值比先张法部件低。 后张法部件施加预应力时，混凝土部分收缩结束。 注意，结构体在年平均湿度低于40%的环境下的话，必须增加30%。 减少收缩徐变损失l5的措施：采用高强度级水泥，减少水泥用量，降低灰比，采用干硬性混凝土，采用倾斜好的骨料，强化振动印章，提高混凝土的密实性，加强养护，减少混凝土收缩的高强度混凝土。 对于重要的结构构件，如果需要考虑与时间相关的混凝土收缩、徐变和钢筋应力缓和损失值，可以根据规范附录e计算。 6 .环向预应力钢筋按压混凝土所引起的应力损失l6、l6的大小与环构件的直径d成比例，直径越小应力损失越大，因此规范在d3 m时，d3m时为(11-19 )、(11-20 )、3 . 前述6个预应力损失，只有前者的张法部件，或者只有后者的张法部件，或者两者均有，且分批发生。 为了便于分析和计算，给出了各阶段预应力损失值的组合表。 注意，先张法部件应力缓和损失sl4在第一次和第二次损失中所占的比例，可以根据需要区分。 此外，考虑到各预应力损失的偏差，实际损失值可能比计算值高，所以规范规定，计算总损失值小于以下值时，应采用以下值。先张法部件：后张法部件：100nm/mm2、80n/mm2、后张法部件预应力钢筋一并张力时spc是后批拉伸钢筋的重心最初产生的混凝土的法线应力。 注意：4.先张法部件的预应力筋的传递长度简化为线性变化，预应力筋的预应力传递长度ltr可以用下式计算：(11-21 )、式中-开放时的预应力筋的有效预应力值-预应力钢筋的公称直径-预在、预应力的传递长度范围内，在进行斜截面剪力计算和正截面、斜截面抗裂管理时，应该考虑预应力钢筋的应力值的变化。