受拉构件和预应力混凝土构件模板PPT课件

1、第七章 受拉构件和预应力混凝土 构件 本章的内容 1.1.了解受拉构件的特点和分类。了解受拉构件的特点和分类。 2. 2. 熟悉轴心受拉构件、偏心受拉构件正截面承载力计算，了熟悉轴心受拉构件、偏心受拉构件正截面承载力计算，了 解偏拉构件斜截面承载力计算。解偏拉构件斜截面承载力计算。 3.3.了解预应力混凝土概念，了解预加应力的方法先张法和了解预应力混凝土概念，了解预加应力的方法先张法和 后张法，张拉控制应力的概念，了解预应力混凝土的材料及后张法，张拉控制应力的概念，了解预应力混凝土的材料及 预应力损失及其组合的概念。预应力损失及其组合的概念。 4.4.了解预应力混凝土构件的计算内容及的构造要求

2、内容。了解预应力混凝土构件的计算内容及的构造要求内容。 受拉构件简介 轴心受拉构件 钢筋混凝土屋架下弦杆 高压圆形水管 圆形水池等 正截面承载力 偏心受拉构件(大、小) 钢筋混凝土矩形水池、 工业厂房中双肢柱的肢杆 浅仓的墙壁 正截面承载力 斜截面承载力 抗裂度 裂缝宽度 不做计算要 求需要计算的内容 轴心受拉构件承载力计算 混凝土开裂前，混凝土与钢筋共同承受拉力，而开裂后，混凝土退出 受拉工作，全部拉力由钢筋承担。当钢筋受拉屈服时，构件即将破坏。 计算公式： 式中符号含义同前，注意As为全部纵向钢 筋截面面积 NfyAs N N 偏心受拉构件正截面承载力 计算 小偏心受拉构件 当纵向拉力当纵

3、向拉力N N作用在钢筋作用在钢筋AsAs和和 AsAs合力点之合力点之 间时，为小偏心受拉间时，为小偏心受拉。 构件破坏时，全截面受拉，钢筋As和 As的拉应力均达到屈服。 计算公式： h ho-as fyAs fyAs N eo ee ho ho as as As As Ne=fyAs(ho-as) Ne=fyAs(ho-as) so ae h e 2 2 so a h ee 不对称配 筋 As As 其中 大偏心受拉构件 当纵向拉力当纵向拉力N N作用在钢筋作用在钢筋AsAs合力点与合力点与 AsAs合力点范合力点范 围之外时，为大偏心受拉。围之外时，为大偏心受拉。截面部分开裂，但仍 有受

4、压区。当采用不对称配筋时，破坏时As和 As均达到屈服。受压区混凝土也达到弯曲时抗压 强度设计值。 计算简图参见教材 偏心受拉构件正截面承载力 根据平衡条件可得基本计算公式如下 bxffAN cyS1 ) ( ) 2 ( 1soysoc ahfA x hbxfNe 式中 ) 2 ( so a h ee 公式的适用条件为： obs hxxa2 为了使As、As的总用量最小，与偏心受压构件一样，取 ob hx 则 y yscob s soy ocbb s f NfAfbh A ahf bhfNe A )( )5.01( 1 2 1 注： 当采用对称配筋 时，求得的x为负 值，取x=2as,并 对A

5、s合力点取矩， 计算As。 偏心受拉构件斜截面承载力 偏心受拉构件同时承受较大剪力作用时，需验算斜截面受 剪承载力。纵向拉力N的存在，使得裂缝提前出现，甚至形成贯 通全截面的斜裂缝，使截面受剪承载力降低。 计算公式 Nh s nA fbhfVV o sv yvotu 2.0 0.1 75.1 1 式中：各符号含义及取各符号含义及取 值，参见教材值，参见教材 预应力混凝土 主要内容及重点 预应力混凝土的受力特点 施加预应力的方法 预应力损失 预应力混凝土 一.预应力混凝土的概念 1.概念：在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产生的应力（如压应力）在混凝土构件使用（承受使用荷载）以

6、前预先施加作用使之产生的应力（如压应力） 与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉 应力）；应力）； 2.意义： （1 1）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度；）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度； （2 2）充分利用高强材料、降低构件自重。）充分利用高强材料、降低构件自重。 3.使用范围：裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高 问题提出 普通的钢筋混凝土构件，由于混凝土的抗拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降低，采用高强度钢普通的钢筋

7、混凝土构件，由于混凝土的抗拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降低，采用高强度钢 筋毫无意义。筋毫无意义。 解决问题思路：能否充分利用混凝土的抗压强度来推迟混凝土开裂？解决问题思路：能否充分利用混凝土的抗压强度来推迟混凝土开裂？ 预应力混凝土基本概念 预先张拉钢筋，利用钢筋和砼的粘结性，在混凝土中建立起预压力。外荷载产生的拉应力被预压力部分或预先张拉钢筋，利用钢筋和砼的粘结性，在混凝土中建立起预压力。外荷载产生的拉应力被预压力部分或 全部抵消。全部抵消。 利用拉区混凝土的原有抗压强度，用以抵消或减少外荷载产生的拉力，达到推迟开裂，提高构件的刚度的利用拉区混凝土的原有抗压强度，用以抵消或减少外荷

8、载产生的拉力，达到推迟开裂，提高构件的刚度的 目的目的 木桶盛水预应力木桶盛水预应力 ep Np spc sc 全预应力砼全预应力砼 有限预应力砼有限预应力砼 部分预应部分预应 力砼 预应力混凝土的基本原理 参见教材P136 预应力混凝土的分类 1.1.我国规范对预应力混凝土分类的原则：根据裂缝控制程度划分；我国规范对预应力混凝土分类的原则：根据裂缝控制程度划分； 2.2.我国规范对预应力混凝土的具体分类我国规范对预应力混凝土的具体分类 （1 1）裂缝控制等级为一级：严格要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区不）裂缝控制等级为一级：严格要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区

9、不 允许出现拉应力；允许出现拉应力； （2 2）裂缝控制等级为二级：一般要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允）裂缝控制等级为二级：一般要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允 许出现小于混凝土抗拉强度的拉应力；许出现小于混凝土抗拉强度的拉应力； （3 3）裂缝控制等级为三级：允许出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允许出现）裂缝控制等级为三级：允许出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构件受拉区允许出现 小于规定的混凝土最大裂缝宽度的的裂缝。小于规定的混凝土最大裂缝宽度的的裂缝。 3.3.其他分类方法（仅供参考）其他分类方法（仅供参考） 预应力混凝土的分类 全预应力混凝

10、土使用荷载下，截面受拉边缘砼不出现拉应力使用荷载下，截面受拉边缘砼不出现拉应力 有限预应力混凝土在使用荷载下，截面受拉边缘砼出现拉应力，但不超过砼抗拉强度标准值在使用荷载下，截面受拉边缘砼出现拉应力，但不超过砼抗拉强度标准值 部分预应力混凝土受拉区允许出现裂缝，但不超过允许最大裂缝宽度受拉区允许出现裂缝，但不超过允许最大裂缝宽度 施加预应力方法施加预应力方法 张拉钢筋和浇注混凝土的顺序不同，分为先张法和后张法 先张法先张拉钢筋，后浇注混凝土，需要台座或钢模，切断预应力钢筋后，利用自相平衡的道理通过粘结力产先张拉钢筋，后浇注混凝土，需要台座或钢模，切断预应力钢筋后，利用自相平衡的道理通过粘结力产

11、 生预压力生预压力 施加预应力方法施加预应力方法 后张法先浇注砼，预留孔洞，后张拉钢筋，利用锚具将钢筋锚固在构件上，产生预压力一般是现场施工先浇注砼，预留孔洞，后张拉钢筋，利用锚具将钢筋锚固在构件上，产生预压力一般是现场施工 其他电热法、自张法（略） 两种方法的比较 先先 张法张法 工艺简单需要工艺简单需要 台座，锚具可台座，锚具可 以多次使用以多次使用 可以一次生产可以一次生产 大量构件，效大量构件，效 率高率高 钢筋只能是直钢筋只能是直 线型线型 适用于预制构件适用于预制构件 厂施工中小型构厂施工中小型构 件件 后张后张 法法 工序多，复杂，工序多，复杂， 不需要台座不需要台座 需要永久性

12、锚需要永久性锚 固，成本高固，成本高 可以采用曲线可以采用曲线 型钢筋型钢筋 适用与现场浇注适用与现场浇注 就地张拉的大型就地张拉的大型 构件构件 夹具和锚具夹具和锚具 1.1.夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋； 2.2.夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；夹具：能重复使用，一般用于先张法构件； 3.3.锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件； 4.4.对锚具的要求：对锚具的要求： 5.5.常用锚具：常用锚具： 部分预应力器具的图片 DM型镦头锚具2 几种锚具示例 固定端锚具 固定端锚具 精轧螺纹钢锚具 预应力系列锚具

13、 预应力系列锚具 几种预应力设备示例 顶推式千斤顶 高压油泵 前卡式千斤顶 灰浆泵 灰浆泵 制管机 预应力混凝土构件对材料的要求 混凝土： 一般不应低于一般不应低于C30C30； 当采用碳素钢丝、热处理钢筋时不应低于当采用碳素钢丝、热处理钢筋时不应低于C40C40 无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级：无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级： 对于板不低于对于板不低于C30C30，对于梁及其他构件不低于，对于梁及其他构件不低于C40C40 钢材： 宜采用冷轧带肋钢筋、消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，宜采用冷轧带肋钢筋、消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋， 以及冷拉以及冷拉430430级、级、

14、500500级和级和700700级钢筋级钢筋 要求采用等级 较高的混凝土 和钢筋 预应力技术的应用 广泛用于造桥广泛用于造桥 技术中技术中 在建筑工程上的应用 双T型板 张拉控制应力张拉控制应力 定 义 张拉预应力是指张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）上的测力计所张拉预应力是指张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）上的测力计所 指示的总拉力除以预应力钢筋面积的应力值，用指示的总拉力除以预应力钢筋面积的应力值，用con表示表示 确定的原则 控制应力越大，建立的预应力值越大，抗裂性越好。控制应力越大，建立的预应力值越大，抗裂性越好。 控制应力过大，预应力钢筋处于过高的应力状态，破坏前没有预兆，甚至控制应力

15、过大，预应力钢筋处于过高的应力状态，破坏前没有预兆，甚至 会出现某些钢筋接近或达到屈服阶段。会出现某些钢筋接近或达到屈服阶段。 控制应力过低，预应力值小，达不到效果控制应力过低，预应力值小，达不到效果 张拉控制应力允许值见表71 con s 预应力损失预应力损失 按照某一控制应力值张拉的预应力钢筋，其初始的张拉应按照某一控制应力值张拉的预应力钢筋，其初始的张拉应 力力 会由于各种原因而降低，这种预应力降低的现象称为预应力会由于各种原因而降低，这种预应力降低的现象称为预应力 损失，用损失，用l表示表示 预应力损失会降低预应力效果，降低构件的抗裂度和刚度，故在 设计和施工中应设法降低预应力损失 预

16、应力损失分类：六类 预应力损失组合：第一批和第二批预应力损失 先张法和后张法的预应力损失不同 l s 张拉锚具变形引起的预应力损失 l1锚具各部件之间和锚具与构件之间的缝隙被压缩，使得预应力钢锚具各部件之间和锚具与构件之间的缝隙被压缩，使得预应力钢 筋回缩，引起的预应力损失筋回缩，引起的预应力损失 a -张拉端锚具变形和钢筋内缩值 L -张拉端至锚固端之间的距离（mm） 长度大于100m的先张法中可以不考虑这一项损失 存在与先张法和后张法中 sl E l a 1 s 预应力钢筋与孔道壁的摩擦引起的 l2由于摩擦力的存在，预应力钢筋的实际预拉应力将逐渐由于摩擦力的存在，预应力钢筋的实际预拉应力将

17、逐渐 减少减少 仅存在与后张法中 ) 1 1( 2 ss kx conl e 参见教材 温度引起的预应力损失 l3采用升温养护时，钢筋伸长，此时钢筋和混凝土没有粘结，采用升温养护时，钢筋伸长，此时钢筋和混凝土没有粘结， 造成钢筋放松，拉应力减小，降温时，钢筋和砼称为整体，一造成钢筋放松，拉应力减小，降温时，钢筋和砼称为整体，一 起回缩，产生的预应力损失不能恢复起回缩，产生的预应力损失不能恢复 l32t 可采用两次升温养护，达到减少预应力损失的目的可采用两次升温养护，达到减少预应力损失的目的 仅存在先张法中 钢筋应力松弛引起的预应力损失 l4钢筋在高应力下，随时间增产而产生塑性变形的性能，即在长

18、度保持不变的情况下，应力随时间增加钢筋在高应力下，随时间增产而产生塑性变形的性能，即在长度保持不变的情况下，应力随时间增加 而降低，由此引起的钢筋应力损失而降低，由此引起的钢筋应力损失 与张拉控制应力有关与张拉控制应力有关 先张法、后张法都存在此项损失 混凝土收缩徐变引起的损失 l5混凝土的体积收缩和压应力作用下的徐变使得构件缩短，从而产生预应力损失混凝土的体积收缩和压应力作用下的徐变使得构件缩短，从而产生预应力损失 此项预应力损失在所有损失中所占比例最大此项预应力损失在所有损失中所占比例最大 同时存在与先张法和后张法中 螺旋式钢筋挤压砼引起的损失 l6在采用环形预应力钢筋的构件中，砼在预应力

19、钢筋的挤压下，在采用环形预应力钢筋的构件中，砼在预应力钢筋的挤压下， 沿径向产生挤压变形，直径减少，造成预应力损失沿径向产生挤压变形，直径减少，造成预应力损失 只存在与后张法施工的环形预应力筋构件 预应力损失值的组合预应力损失值的组合 按照预应力产生的时间不同，分为二类 混凝土预压结束之前产生的预应力损失称为第一批预应力损失混凝土预压结束之前产生的预应力损失称为第一批预应力损失l l ，反之，称为第二批预应力损失 ，反之，称为第二批预应力损失l l 最小预应力损失值：最小预应力损失值： 先张法：先张法：100N/mm100N/mm2 2 后张法：后张法：80N/mm80N/mm2 2 预应力损

20、失组合表 预应力预应力 损失组合损失组合 先张法先张法 后张法后张法 第一批（砼预压第一批（砼预压 之前）之前） l1 l3 l4l1 l2 第二批（砼预压第二批（砼预压 后）后） l5l4 l5 l6 预应力混凝土构件计算内容 一、预应力产生的截面应力一、预应力产生的截面应力 二、预应力混凝土构件的截面承载力计算二、预应力混凝土构件的截面承载力计算 三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算 四、预应力混凝土构件施工阶段验算四、预应力混凝土构件施工阶段验算 参见教材 一、预应力钢筋的布置一、预应力钢筋的布置 二、后张法构件的预留孔道二、后张法构件的预

21、留孔道 三、预拉区纵向钢筋三、预拉区纵向钢筋 四、构件端部构造措施四、构件端部构造措施 预应力混凝土构件的构造要求的内容 参见教材 根据平衡条件可得基本计算公式如下 bxffAN cyS1 ) ( ) 2 ( 1soysoc ahfA x hbxfNe 式中 ) 2 ( so a h ee 公式的适用条件为： obs hxxa2 为了使As、As的总用量最小，与偏心受压构件一样，取 ob hx 则 y yscob s soy ocbb s f NfAfbh A ahf bhfNe A )( )5.01( 1 2 1 注： 当采用对称配筋 时，求得的x为负 值，取x=2as,并 对As合力点取矩

22、， 计算As。 预应力混凝土 一.预应力混凝土的概念 1.概念：在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产生的应力（如压应力）在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产生的应力（如压应力） 与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉 应力）；应力）； 2.意义： （1 1）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度；）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度； （2 2）充分利用高强材料、降低构件自重。）充分利用高强材料、降低构件自重。 3.使用范围：裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高 问题提出 普通的钢筋混凝土构件，由于混凝土的抗拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降低，采用高强度钢普通的钢筋混凝土构件，由于混凝土的抗拉强度低，很早就出现裂缝，并导致刚度降低，采用高强度钢 筋毫无意义。筋毫无意义。 解决问题