预应力混凝土结构的受力性能 混凝土结构基本原理PPT学习教案

1、会计学1张拉预应力筋并在台座上固定浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的70%以上时剪断预应力筋浇混凝土构件，并在构件中预留孔道在构件中预留孔道中穿预应力筋并张拉锚固灌浆第1页/共99页有粘结预应力混凝土先张法生产的预应力混凝土构件以及后张法张拉预应力筋后在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小第2页/共99页无粘结预应力混凝土后张法张拉预应力筋后不在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点造价低，便于以后再次张拉或更换预应力筋第3页/共99页使用荷载下不出现拉应力或裂缝全预应力混凝土构件使用荷载下允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝部分预应力混凝土构件第4页/

2、共99页*直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力筋直接张拉预应力筋*电热法：低电压强电流通过预应力电热法：低电压强电流通过预应力筋使其发热伸长，达设计要求时断筋使其发热伸长，达设计要求时断电电*连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池壁上池壁上*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力土中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得

3、预压力直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力第5页/共99页*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它不留在构件上，剪断预应力筋，它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失后夹具的作用即消失*锚具：永久地留在构件上，如锚具锚具：永久地留在构件上，如锚具失效构件中的预应力将全部消失。失效构件中的预应力将全部消失。第6页/共99页摩擦型锚具第7页/共99页墩头锚具第8页/共99页粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力筋灌浆口（灌浆锚固） 6 8螺旋筋 8箍筋 3铅丝线圈预应力筋第9页/共99页承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预

4、应力筋锚固在端部预应力筋垫板螺丝杆端螺母对焊接头第10页/共99页强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加工性能和一定的塑性要求处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力筋预应力筋冷拉钢筋、预应力螺纹钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝注意对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋第11页/共99页不应低于C30预应力混凝土构件不宜低于C40第12页/共99页ApconApconApconApcon使构件出现脆性破坏con越大，混凝土中的预压应力越大，但过大会产生如下问题预应力筋过早进入流幅，降低其塑性增加钢筋的松弛损失第

5、13页/共99页ApconApconApconApcon预应力钢丝、钢绞线极限抗拉强度的0.40.75预应力钢筋极限抗拉强度的0.4预应力钢筋屈服抗拉强度0.85钢丝、钢绞线预应力螺纹钢筋第14页/共99页ApconApconApconApcon前期损失或第一批损失如锚具变形、管道摩擦、台座与钢筋的温差、钢筋松弛损失等发生在预应力传到混凝土之前后期损失或第二批损失如混凝土收缩徐变、局部挤压损失等发生在预应力传到混凝土之后第15页/共99页前期损失或第一批损失ApconApconApconApcon后期损失或第二批损失预应力损失值不宜笼统地估算，应予分项计算，然后相加确定总的损失值但各项预应力损

6、失值又不是截然无关的。试图求得各项预应力损失的“净值”是很困难的。第16页/共99页PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后张法中，张拉钢筋时，预应力筋在孔道中滑动，就会产生摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差等因素引起的*曲线型孔道而引起的第17页/共99页PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxr由孔道偏差引起的损失值与预应力和孔道长度成正比xkPrkPPxxddd1 负号表示dP1和Px方向相反第18页/共99页PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1d

7、P1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxdxPP dd2xPPP 第19页/共99页PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxddddd21xxxPxkPPPP xPPxxxkPPx00ddd kxPPxln)(e kxxPP第20页/共99页PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx)(e kxxPP)e11 ()( kxxPPP)e11

8、()(con2 kxl考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，教材表10-3预应力筋与孔道壁间的摩擦系数，教材表10-3第21页/共99页采用两端张拉可以减少l2张拉端锚固端con张拉端con张拉端con第22页/共99页采用超张拉可以减少l2建议的张拉程序为01.1con停2分钟0.85con停2分钟con张拉端锚固端con张拉端锚固端1.1con0.85concon第23页/共99页由于锚具、垫块本身的变形，其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失p1Elal 张拉端至锚固端之间的距离预应力筋的弹性模量张拉端锚具的变形和钢筋的内缩值，见教材表10-2第24页/共99页应注意的几个问题p1E

9、lal *由块体拼装的结构，尚应考虑填逢由块体拼装的结构，尚应考虑填逢间的预压变形。当采用混凝土或砂间的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填逢材料时，每条缝的预压变浆为填逢材料时，每条缝的预压变形值为形值为1mm*先张法构件，当台座长度超过先张法构件，当台座长度超过100m时，可忽略时，可忽略l1*后张法构件，后张法构件，l1只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程中已被压紧中已被压紧第25页/共99页应注意的几个问题p1Elal *此式不适用于曲线配筋此式不适用于曲线配筋的后张法构件（具体算的后张法构件（具体算法可参考相关文献）法可参考相关文献）锚固前的应力图锚固

10、后的应力图摩擦力l1l1/2lfcon（0）第26页/共99页温度为t0时的应力为con温度升到t1时由于混凝土未结硬此处的应力为con温度回落到t0时由于混凝土已结硬和预应力筋同时回缩，此处的应力为con con混凝土蒸汽养护时,预应力筋与台座之间温差引起的损失3p520.000010.000012 102(N/mm )ltEtt 预应力筋的线膨胀系数*采用二次升温法可减少采用二次升温法可减少l3:先在常温下养护先在常温下养护,当当混凝土的强度达到混凝土的强度达到7.510N/mm2时再逐渐升温时再逐渐升温第27页/共99页预应力筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松

11、弛预应力筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%，24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛conptcon4)(bfal 采用超张拉时为0.9，不采用时为1.0常数参见规范的相关内容第28页/共99页采用超张拉可以减少l4建议的张拉程序为0(1.051.1)con停25分钟0con在高应力下，本需1小时才能完成的损失，在25分钟内就完成了大部分第29页/共99页收缩和徐变两者相互有关，很难精确计算，为了简化两项损失可合并考虑DCfBAl cupc5受拉区或受压区各自预应力筋和非预应力钢筋的配筋率受拉区或受压区预应力筋在各自合力作用点处混凝土的法向压应力高湿环境中可降低50%干燥环境中应增加203

12、0%系数系数A、B、C、D参见教材中的相关规定参见教材中的相关规定第30页/共99页采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件，由于预应力筋对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失当d3m时Mpa306 l第31页/共99页预应力损失的组合先张法构件后张法构件第一批损失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批损失lIIl5l4+l5+l6预应力总损失的下限值先张法构件： l100N/mm2后张法构件： l80N/mm2第32页/共99页ltrltrpepcdfltpetr 当采用骤然放松预应力钢筋的施工工艺时，起点应从距构件末端0.25ltr处开始计算ltr第33页/共99页2a2bAArzF

13、l第34页/共99页NtNtNt预应力混凝土构件（使用荷载下不带裂缝）普通混凝土构件（使用荷载下常带裂缝）预应力筋开裂前，荷载-位移关系为线性的，预应力钢筋的应力增长较少开裂后，预应力钢筋的应力急增，进入非线性阶段第35页/共99页施工阶段张拉预应力筋conp 预应力筋应力：0c 混凝土应力：第36页/共99页施工阶段完成第一批预应力损失0c 混凝土应力：浇筑混凝土但不受力Iconpl 预应力筋应力：第37页/共99页施工阶段放松预应力筋0pIconcpI)(AAl 混凝土应力：pcIpEp0) 1(AAA cpEpEE plAAA)()(pcIEpIconppcI pcIEpIconpeI

14、l预应力筋应力：第38页/共99页施工阶段完成第二批损失0pIIIconpcII)(AAll 混凝土应力：pcIIpEp0) 1(AAA cpEpEE ppcIIEpIIIconppcII)()(AAAll 混凝土中的有效预压应力pcIIEpIIIconpeII ll预应力筋应力：第39页/共99页加载阶段加载至混凝土中的应力为0pcIIEpIIIconp ll0c 混凝土应力：pIIIcont0)(ANll c=0Nt0IIIconpll 预应力筋应力：第40页/共99页加载阶段加载至混凝土开裂IIIconpll tcf 混凝土应力：)()(ptptEpIIIconcrAAfAfNll tE

15、pIIIconpfll 预应力筋应力：ftNcr第41页/共99页加载阶段加载到破坏0c 混凝土应力：ppytuAfN pypf 预应力筋应力：Ntu第42页/共99页施工阶段穿预应力筋conp 预应力筋：0c 混凝土：0p 预应力筋应力：0c 混凝土应力：第43页/共99页施工阶段张拉钢筋完成第一批预应力损失peIconI l钢筋应力：npIconpcI)(AAl 混凝土应力：孔洞截面积净面积： AAnpcIpeIconIEppcIl 钢筋应力：conIpcpI0()lAA混凝土应力：pcI第44页/共99页施工阶段完成第二批损失peIIconIIIll预应力筋应力：ppIIIconpcII

16、)(AAAll 混凝土应力：混凝土中的有效预压应力pcIIpcIIconIIIppcII0()llAA混凝土应力：peIIconIIIEppcIIll 预应力筋：第45页/共99页加载阶段加载至混凝土中的应力为00c 混凝土应力：ppcIIEpIIIcon0t)(ANll pcIIEpIIIconp ll预应力筋应力：c=0Np0IIIconpll 预应力筋：0c 混凝土：Nt0第46页/共99页加载阶段加载至混凝土开裂tcf 混凝土应力：)()(ptptEppcIIEpIIIcontcrAAfAfNll tEppcIIEpIIIconpfll 预应力筋应力：NtcrftftNcrtcf 混凝

17、土：tEplIIIconpfl 预应力筋：第47页/共99页加载阶段加载到破坏0c 混凝土应力：ppytuAfN pypf 预应力筋应力：Nuppyf预应力筋：0c 混凝土：Ntu第48页/共99页使用阶段的承载力验算施工阶段的承载力验算抗裂和裂缝宽度验算构造要求第49页/共99页NtuNtusyppytutAfAfNN 非预应力钢筋的强度非预应力钢筋的截面积第50页/共99页8 . 0cccf 放松钢筋或张拉并锚固钢筋时混凝土承受的预压应力放松钢筋或张拉并锚固钢筋时混凝土的轴心抗压强度放松预应力筋或张拉并锚固预应力筋时ccccconIpccpcI0()lAA先张法：npconccAA 后张法

18、：第51页/共99页后张法构件端部的局部受压承载力ahah/2ah第52页/共99页后张法构件端部的局部受压承载力ahlnc5 . 1AfFl pcon2 . 1AFl 第53页/共99页见第十一章中的相关内容见第十一章中的相关内容第54页/共99页钢筋间距、保护层厚度钢筋间距、保护层厚度预留孔道的直径、间距预留孔道的直径、间距孔道的灌浆孔道的灌浆后张法构件端部的构造后张法构件端部的构造非预应力钢筋的设置非预应力钢筋的设置可参见有关可参见有关教材和资料教材和资料第55页/共99页PPP不考虑损失的反拱值不考虑自重有效预应力引起的反拱值考虑自重的反拱值下边缘的应力为0开裂进入塑性承载力极限第56

19、页/共99页放松预应力筋出现第一批损失时ApAp（Ep-1）Ap（Ep-1）Apypypy0y0e0I(con-lI)Ap(con-lI)ApNpI预应力筋的合力预应力筋的合力) ()(pIconpIconpIAANll 合力的位合力的位置置pIppIconppIcon0I)()(NyAyAell 第57页/共99页放松预应力筋出现第一批损失时pc0Ipc0IpcIpeIAppeIApyApAp（Ep-1）Ap（Ep-1）Apypypy0y0e0I(con-lI)Ap(con-lI)ApNpI任一点处任一点处混凝土的混凝土的应力应力0I0pI0pIpcIIyeNAN 折算截面积折算惯性矩第58

20、页/共99页放松预应力筋出现第一批损失时pc0Ipc0IpcIpeIAppeIApyApAp（Ep-1）Ap（Ep-1）Apypypy0y0e0I(con-lI)Ap(con-lI)ApNpI预应力筋预应力筋的应力的应力peIconIEppcIl 压区预应力钢筋合力点处混凝土的法向应力拉区预应力钢筋合力点处混凝土的法向应力peIconIEppcIl 第59页/共99页出现第二批损失时pc0IIpc0IIpcIIpeIIAppeIIApye0II(con-l)Ap(con-l)ApNpII预应力筋的合力预应力筋的合力) ()(pconpconpIIAANll 合力的位合力的位置置pIIppcon

21、ppcon0II)()(NyAyAell 第60页/共99页出现第二批损失时pc0IIpc0IIpcIIpeIIAppeIIApye0II(con-l)Ap(con-l)ApNpI任一点处任一点处混凝土的混凝土的应力应力00IIpII0pIIpcIIIyeNAN 预应力筋预应力筋的应力的应力peIIconEppcIIl peIIconEppcIIl 第61页/共99页开裂前pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApytcpAppApMt- pc0IIc+ pc0II（peII+p）Ap（peII-p）ApM+=荷载引起荷载引起混凝土截混凝土截面的应力面的应力0cMIMy 荷载引起荷载引

22、起预应力筋预应力筋的应力的应力ppEp0MyIppEp0MyI第62页/共99页开裂前0pc0IIt 全截面受全截面受压压pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApytcpAppApM+=t- pc0IIc+ pc0II（peII+p）Ap（peII-p）ApM第63页/共99页开裂前受拉边缘混凝土的预压应力为00pc0II0WM pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApyt =pc0IIcpm0Appm0ApM0+=c+ pc0II（peII+pm0）Ap（peII-pm0）ApM0换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩第64页/共99页开裂前受拉边缘混凝土的预压应力为0pc0IIp

23、c0IIcIIpeIIAppeIIApyt =pc0IIcpm0Appm0ApM0+=c+ pc0II（peII+pm0）Ap（peII-pm0）ApM0预应力筋预应力筋的应力的应力pconEppcIIEp0p0/lM yI pconEppcIIEp0p0con/llM yI 第65页/共99页开裂时pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApytcpcrAppcrApMcrftc+ pc0II（peII+pcr）Ap（peII-pcr）ApMcr+=0tpc0II0tcr)(WfWM 受拉区混凝土塑性影响系数第66页/共99页开裂时pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApyt

24、cpcrAppcrApMcrftc+ pc0II（peII+pcr）Ap（peII-pcr）ApMcr+=预应力筋预应力筋的应力的应力pconEppcIIEpcrp0/lM yI pconEppcIIEp0p0EptconEpt/llM yIff 第67页/共99页破坏时当当x xb时，时，Ap能屈服，但能屈服，但Ap不一定屈服。计算分析方法同普不一定屈服。计算分析方法同普通混凝土梁。通混凝土梁。fcfpyAp pApMux第68页/共99页张拉预应力筋时ApAp预应力筋的合力预应力筋的合力) ()(p2conp2conpAANll 合力的位合力的位置置ppp2conpp2con0)()(Ny

25、AyAell e0(con-l2)Ap(con-l2)ApNpypypynyn注意：分批注意：分批张拉预应力张拉预应力筋时，要考筋时，要考虑混凝土回虑混凝土回缩引起的损缩引起的损失！失！第69页/共99页张拉预应力筋时ApApe0(con-l2)Ap(con-l2)ApNpypypynyn任一点处任一点处混凝土的混凝土的应力应力n0pnppcIyeNAN 净截面积净截面惯性矩pc0pc0pcpeAppeApy第70页/共99页完成第一批损失时ApApe0I(con-lI)Ap(con-lI)ApNpIypypynyn预应力筋的合预应力筋的合力力) ()(pIconpIconpIAANll 合力

26、的位合力的位置置pIppIconppIcon0I)()(NyAyAell pcI0pcI0pcIpeIAppeIApy第71页/共99页完成第一批损失时ApApe0I(con-lI)Ap(con-lI)ApNpIypypynyn任一点处任一点处混凝土的混凝土的应力应力nI0pInpIpcIIyeNAN 净截面积净截面惯性矩pcI0pcI0pcIpeIAppeIApy第72页/共99页完成第二批损失时ApApe0II(con-l)Ap(con-l)ApNpIIypypynynpcI0pcII0pcIIpeIIAppeIIApy预应力筋的合力预应力筋的合力) ()(pconpconpIIAANll

27、 合力的位合力的位置置pIIppconppcon0II)()(NyAyAell 第73页/共99页完成第二批损失时ApApe0II(con-l)Ap(con-l)ApNpIIypypynynpcI0pcII0pcIIpeIIAppeIIApy任一点处任一点处混凝土的混凝土的应力应力0II0pII0pIIpcIIIyeNAN 换算截面积换算截面惯性矩第74页/共99页开裂前受拉边缘混凝土的预压应力为00pc0II0WM pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApyt =pc0IIcpm0Appm0ApM0+=c+ pc0II（peII+pm0）Ap（peII-pm0）ApM0换算截面受拉

28、边缘的弹性抵抗矩第75页/共99页开裂前受拉边缘混凝土的预压应力为0pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApyt =pc0IIcpm0Appm0ApM0+=c+ pc0II（peII+pm0）Ap（peII-pm0）ApM0预应力筋预应力筋的应力的应力0p0Econp/IyMl pcIIEcon0p0Econp/ llIyM第76页/共99页开裂时pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApytcpcrAppcrApMcrftc+ pc0II（peII+pcr）Ap（peII-pcr）ApMcr+=0tpc0II0tcr)(WfWM 受拉区混凝土塑性影响系数第77页/共99页开

29、裂时pc0IIpc0IIcIIpeIIAppeIIApytcpcrAppcrApMcrftc+ pc0II（peII+pcr）Ap（peII-pcr）ApMcr+=预应力筋预应力筋的应力的应力0pcrconp/IyMl pconEp0p0EptconEppcIIEpt/llM yIff 第78页/共99页破坏时当当x xb时，时，Ap能屈服，但能屈服，但Ap不一定屈服。计算分析方法同普不一定屈服。计算分析方法同普通混凝土梁。通混凝土梁。fcfpyAp pApMux第79页/共99页基本计算公式fpyApMu1fcCfyAsxbhh0AsAsApApfyAspAp )( )()2(s0syp0p

30、p0c1usyppysyppc1ahAfahAxhbxfMAfAfAfAbxf第80页/共99页界限受压区相对高度有屈服点的钢筋(fpy-p0)/EScuxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏p0/ESbpyp0p0.81.00.0033fE受拉区预应力钢筋合力点处混凝土法向应力为0时预应力钢筋的应力l conp0先张法后张法p0conEppcIIl 第81页/共99页界限受压区相对高度无屈服点的钢筋py-p0/Epcuxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏p0/Epbpyp0ppyp0p0.80.8/0.0021.01.00.00330.00330.0033EfE受拉区预应力钢筋合力点处混凝土法向应

31、力为0时预应力钢筋的应力l conp0先张法后张法p0conEppcIIl 0.002fpypy=0.002+fpy/Ep第82页/共99页p的取值hcuxn=x/1ph-appy- p0)(conpyp0pyplff 先张法后张法受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向应力为0时预应力钢筋的应力) (pcIIEpconpyp0pyp lff第83页/共99页bpbpyssbypcsusin8 . 0sin8 . 0AfAfVVV 计算截面上完成所有预应力损失后预应力筋施加于混凝土上的压力的合力p0p05. 0NV 0cp03 . 0AfN 0cp03 . 0AfN 第84页/共99页s5s5pconpconp0)()(AAAANllll 先张法后张法s5s5ppcIIEconppcIIEconp0) ()(AAAANllll e0II(con-l)Ap(con-l)ApNpII第85页/共99页见第十一章中的相关内容！见第十一章中的相关内容！第86页/共99页见第十一章中的相关内容！见第十一章中的相关内容！第87页/共99页见第十一章中的相关内容！见第十一章中的相关内容！第88页/共99页放松钢丝时预拉区不允许开裂先张法pc0Ipc0IpcIpeIAppeIApye0I(con-lI