新预应力混凝土构件设计学习教案

1、会计学1新预应力混凝土构件新预应力混凝土构件(gujin)设计设计第一页，共33页。1.1 1.1 一般一般(ybn)(ybn)概念概念普通混凝土的缺点普通混凝土的缺点n在使用荷载下带裂缝在使用荷载下带裂缝(li fng)工作，影响使用功能、耐久、工作，影响使用功能、耐久、 刚度和抗疲劳性。刚度和抗疲劳性。n难以利用高强度钢筋难以利用高强度钢筋(gngjn)。与。与wmax对应的对应的s = 200N/mm2。 n 而高强钢丝强度可达而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上以上 。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第1页/共33页第二页，共33页。预应力：在混凝土结构承受预应力：在

2、混凝土结构承受(chngshu)使用荷载之前的使用荷载之前的制作阶段预先对混凝土施加应力。制作阶段预先对混凝土施加应力。epNps spcs sc全预应力混凝土全预应力混凝土部分部分(b fen)预应力混预应力混凝土凝土有限有限(yuxin)预应预应力混凝土力混凝土预应力基本原理预应力基本原理预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第2页/共33页第三页，共33页。日常生活中有许多日常生活中有许多(xdu)应用预应力的例子。应用预应力的例子。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第3页/共33页第四页，共33页。日常生活中有许多应用日常生活中有许多应用(yngyng)预应力的例子

3、。预应力的例子。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第4页/共33页第五页，共33页。l提高提高(t go)了构件的抗裂性；了构件的抗裂性；l预应力的大小预应力的大小(dxio)可根据需要调整。可根据需要调整。l在使用荷载下，预应力混凝土构件在使用荷载下，预应力混凝土构件(gujin)基本处于弹性工作基本处于弹性工作 阶段阶段(未裂未裂)。l施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。预应力混凝土构件的受力特预应力混凝土构件的受力特征征预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第5页/共33页第六页，共33页。预应力混凝土的优、缺点预应力混

4、凝土的优、缺点 优点优点a. 提高构件的抗裂能力。提高构件的抗裂能力。b. 增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。c.充分利用高强度材料的性能。预应力筋充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPyd. 扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第6页/共33页第七页，共33页。预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1 缺点缺点a.成本高成本高

5、。b. 材料质量要求高。材料质量要求高。c.工序复杂工序复杂d. 技术水平要求高技术水平要求高第7页/共33页第八页，共33页。1.21.2预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类(fn li)(fn li)根据制作根据制作(zhzu)、设计和施工的特点，可以有不同的分类：、设计和施工的特点，可以有不同的分类：1.先张法和后张法先张法和后张法钢筋钢筋(gngjn)张拉先于混凝土浇筑张拉先于混凝土浇筑先张法先张法钢筋张拉后于混凝土浇筑钢筋张拉后于混凝土浇筑后张法后张法部分截面受压部分截面受压部分预应力部分预应力2.全预应力和部分预应力全预应力和部分预应力全截面受压全截面受压全预应力全预应力3.有粘结

6、预应力和无粘结预应力有粘结预应力和无粘结预应力预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起有粘结有粘结预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第8页/共33页第九页，共33页。张拉钢筋张拉钢筋 支模、浇混凝土支模、浇混凝土 混凝土达到混凝土达到(d do)(d do)一定强度一定强度剪钢丝剪钢丝 产生预应力产生预应力1.31.3预应力的建立预应力的建立(jinl)(jinl)方法方法张拉钢筋张拉钢筋浇注混凝浇注混凝土土剪断钢筋剪断钢筋A、先张法、先张法预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第9页/共33页第十页，共33页。浇混凝土，预留孔道浇混凝土

7、，预留孔道 达到达到(d do)(d do)强度，穿筋强度，穿筋 张拉钢筋，锚固张拉钢筋，锚固 产生预应力产生预应力 孔道灌浆孔道灌浆浇注混凝浇注混凝土土穿钢筋、张拉、锚固穿钢筋、张拉、锚固灌浆灌浆B、后张法、后张法预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第10页/共33页第十一页，共33页。v 先张法、后张法有各自先张法、后张法有各自(gz)适用范围和优、缺点。适用范围和优、缺点。非 预 应 力非 预 应 力钢筋钢筋v 无粘结无粘结(zhn ji)预应力混凝土结构通常与后张预应力工预应力混凝土结构通常与后张预应力工v 艺相结合。艺相结合。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第

8、11页/共33页第十二页，共33页。混凝土：一般要求混凝土：一般要求(yoqi)不应低于不应低于C30；采用钢丝，钢铰线，热处理；采用钢丝，钢铰线，热处理 钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40。钢钢 筋：预应力钢筋筋：预应力钢筋(gngjn)宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢 筋；普通钢筋筋；普通钢筋(gngjn)宜采用宜采用HRB400级和级和HRB335 级钢筋级钢筋(gngjn)，也，也 可采用可采用HPB235级钢筋级钢筋(gngjn)。1.4 1.4 预应力混凝土构件预应力混凝土构件(guj

9、in)(gujin)的材的材料料预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第12页/共33页第十三页，共33页。vs scon：张拉钢筋：张拉钢筋(gngjn)时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力筋面积。时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力筋面积。vs scon的确定原则：与预应力的施加方式及钢筋的强度的确定原则：与预应力的施加方式及钢筋的强度(qingd)标准值标准值fptk有关。有关。2.1 2.1 张拉控制张拉控制(kngzh)(kngzh)应力应力concon预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第13页/共33页第十四页，共33页。v con

10、过高，可能引起张拉时个别过高，可能引起张拉时个别(gbi)钢丝拉断，所以钢丝拉断，所以 ，控制应力的大小必须适当。，控制应力的大小必须适当。v con 过高，施工阶段可能引起构件某些过高，施工阶段可能引起构件某些(mu xi)部分受拉开裂或局部受压破坏。部分受拉开裂或局部受压破坏。确定确定con时考虑时考虑(kol)的因素的因素vs scon 增加。产生的预应力大，抗裂性好。增加。产生的预应力大，抗裂性好。 所以所以 s scon 0.4 fptk。预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第14页/共33页第十五页，共33页。张拉控制张拉控制(kngzh)应力限值应力限值 热处理钢筋

11、热处理钢筋 消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线 0.75 fptk 后张法后张法 先张法先张法 钢筋种类钢筋种类 张拉方法张拉方法 0.75fptk 0.70 fptk0.65 fptk在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦(mc)、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计(shj)规定规定2第15页/共33页第十六页，共33页。预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。

12、先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解(lioji)不同预应力损失的计算和组合。不同预应力损失的计算和组合。2.2 2.2 预应力损失预应力损失(snsh)(snsh)l ls spe = s scons sl最终有效预应力：最终有效预应力：预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计(shj)规定规定2第16页/共33页第十七页，共33页。直线：直线：s1Elals91 fcfcon112lxkrll曲线

13、：曲线：92张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1预应力混凝土构件预应力混凝土构件(gujin)设计规定设计规定2小变形夹具，减少小变形夹具，减少(jinsho)垫板，增垫板，增加台座长度。加台座长度。减少减少(jinsho)(jinsho)l1l1预应力损失的措施：预应力损失的措施：第17页/共33页第十八页，共33页。 kxle11con294预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失s sl2预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计(shj)规定规定2减少减少(jinsho)摩擦，两端张拉，超张拉。摩擦，两

14、端张拉，超张拉。减少减少(jinsho)(jinsho)l2l2预应力损失的措预应力损失的措施：施：第18页/共33页第十九页，共33页。加热养护：此时混凝土未硬结，钢筋加热养护：此时混凝土未硬结，钢筋(gngjn)自由伸长，而台自由伸长，而台 座不动。钢筋座不动。钢筋(gngjn)松了松了 产生温差损失。产生温差损失。Ct/100 . 1 5st通常ttEl2100 . 1100 . 2 55sst3s95受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失s sl3预应力混凝土构件预应力混凝土构件(gujin)设计规定设计规定2采用二次升温养护采用二

15、次升温养护(yngh)：t 020 C使混凝土达到使混凝土达到一定强度，再升温。一定强度，再升温。减少减少s sl3预应力损失的措施预应力损失的措施第19页/共33页第二十页，共33页。应力松弛现象应力松弛现象(xinxing)：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑性：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑性 变形而使应力随时间的增长而降低的现象变形而使应力随时间的增长而降低的现象(xinxing)。钢筋长度不变，应力随时间钢筋长度不变，应力随时间(shjin)增长而降低。增长而降低。应力松弛应力松弛(sn ch)损失的特点：损失的特点：v与张拉时间有关，先快后慢。第与张拉时间有关，先快后慢。第1小

16、时完成小时完成50%， 24小时完成小时完成80%。v与预应力钢筋种类有关。预应力钢筋种类不同，则损与预应力钢筋种类有关。预应力钢筋种类不同，则损 失大小不同；失大小不同；预应力钢筋的应力松弛引起的损失预应力钢筋的应力松弛引起的损失s sl4预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第20页/共33页第二十一页，共33页。利用利用(lyng)超张拉工序可以减少超张拉工序可以减少l4超张拉工序：超张拉工序：第一种：第一种： s s 从从 01.03s scon第二种：第二种： s s 从从 01.05s scon(持荷持荷2min) s scon原理原理(yunl)：超张拉的持荷：超张拉

17、的持荷2min，已将部分松，已将部分松 弛在钢筋锚固前完成，所以可达到减少弛在钢筋锚固前完成，所以可达到减少l4的目的。的目的。预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计(shj)规定规定2第21页/共33页第二十二页，共33页。收缩、徐变将引起构件收缩、徐变将引起构件(gujin)缩短，所以钢筋回缩，引起缩短，所以钢筋回缩，引起 l5。此时预应力损失值的大小，与纵筋含钢率此时预应力损失值的大小，与纵筋含钢率、混凝土预压、混凝土预压(y y)应力的大小应力的大小pc及混凝土抗压强度及混凝土抗压强度f cu有关。有关。混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失s sl5预应力

18、混凝土构件预应力混凝土构件(gujin)设计规定设计规定2控制控制s spc(完成第一批损失后的混凝土预应力完成第一批损失后的混凝土预应力)， s s pc 0.5f cu，徐变引起的预应力损失小些徐变引起的预应力损失小些;后张法收缩引起的损失小些。后张法收缩引起的损失小些。减少减少s sl5预应力损失的措施：预应力损失的措施：第22页/共33页第二十三页，共33页。后张法中，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件：电杆、水池、压力后张法中，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件：电杆、水池、压力(yl)管道等，直接在混凝土上进行预应力钢筋的张拉。这时钢筋对构件产生外壁的径向压力管道等，直接在混凝土上

19、进行预应力钢筋的张拉。这时钢筋对构件产生外壁的径向压力(yl)，使混凝土局部挤压，构件的直径局部减小，带来一圈内钢筋周长的减小，因而钢筋松驰，引起，使混凝土局部挤压，构件的直径局部减小，带来一圈内钢筋周长的减小，因而钢筋松驰，引起l6。d 3m， s sl6 = 0 d 3m， 取取s sl6 = 30N/mm2 混凝土的局部挤压引起的预应力损失混凝土的局部挤压引起的预应力损失s sl6预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计(shj)规定规定2第23页/共33页第二十四页，共33页。总损失总损失(snsh)： l = lI +lII先张法：先张法： s sl 100N/mm2后张法：后张法：

20、 s sl 80N/mm22.3 2.3 预应力损失预应力损失(snsh)(snsh)值的组值的组合合混凝土预压混凝土预压(y y)前前 lI = l1 + l3 + l4混凝土预压后混凝土预压后 s slII = s sl5先张法构件：先张法构件：混凝土预压前混凝土预压前 s slI = s sl1 +s sl2 混凝土预压后混凝土预压后 s slII = s sl4 +s sl5 +s sl6后张法构件：后张法构件：预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第24页/共33页第二十五页，共33页。先张法轴心受拉构件为例先张法轴心受拉构件为例(a)放张前放张前(b)放张后放张后(c)

21、完成第二批损失完成第二批损失1.1.施工施工(sh (sh gng)gng)阶段阶段轴心轴心(zhu xn)受拉构件受拉构件的应力分析的应力分析3第25页/共33页第二十六页，共33页。放松预应力筋之前：放松预应力筋之前：s spe = s scon s slIs spc = 0 s ss = 0放松预应力筋之后：放松预应力筋之后： s spe = s scon s slI E s spcIs ss = Es s spcI (压压) s spc = s spcI (压压) 轴心轴心(zhu xn)受拉构件的受拉构件的应力分析应力分析3第26页/共33页第二十七页，共33页。由截面由截面(jim

22、in)平衡条件：平衡条件： pI Ap = pcI Ac + sI As (s scons slI Es spcI ) Ap = s spcI Ac + s ssI As式中：式中：A0 换算截面换算截面(jimin)面积，面积， A0 = Ac +Es As + E Ap 。扣除孔道、钢筋扣除孔道、钢筋(gngjn)等截面面积后截面上的混凝土截面面积。等截面面积后截面上的混凝土截面面积。完成第一批损失之后：完成第一批损失之后：0pIconpcI)(AAl 910轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第27页/共33页第二十八页，共33页。完成第二批损失完成第二批损失(snsh)之后：

23、之后：预应力筋：预应力筋： s spII=s scon s sl Es spcII 非预应力筋：非预应力筋：s ssII= Ess spcII + s sl5混凝土：混凝土： s spc=s spcII同理，由截面平衡条件得：同理，由截面平衡条件得：0pconpcII)(AAl 911轴心受拉构件轴心受拉构件(gujin)的的应力分析应力分析3第28页/共33页第二十九页，共33页。2.2.使用使用(shyng)(shyng)阶段阶段受力过程受力过程(guchng)的三个特征点：的三个特征点：N Np0(s sc =0) Np,cr(s sc =ftk) Nu(s sp = fpy)(a)施加轴力前施加轴力前(b)消压状态消压状态(c)开裂轴力开裂轴力(d)极限轴力极限轴力NuN0N0Ncr NcrNu（+）（）（）轴心受拉构件轴心受拉构件