《建筑力学与结构》课件-第十五章 预应力混凝土构件基本知识

2024/8/81第十五章

预应力混凝土构件基本知识15.1概述2024/8/8概述2在普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用；另外，在普通钢筋混凝土结构中，提高混凝土强度等级对增加其极限拉应变的作用是极其有限的，即采用高强度混凝土也是不合理的。在构件正常受荷前预先对混凝土受拉区施加一定的压应力以改善其在使用荷载作用下混凝土抗拉性能的结构称为预应力混凝土结构。2024/8/83概述15.1.1预应力混凝土的基本原理在构件正常受荷前预先对混凝土受拉区施加一定的压应力以改善其在使用荷载作用下混凝土抗拉性能的结构称为预应力混凝土结构。以简支梁为例，说明预应力混凝土的基本原理。2024/8/8概述4梁在受荷之前，在构件受拉侧距截面形心轴偏心距为ep的位置处预先施加大小相等、方向相反的一对压力Np，则梁底部预先产生的压应力为2024/8/8概述5然后再施加荷载，荷载q产生的弯矩M在梁底引起的拉应力为2024/8/8概述6预加偏心压力Np和弯矩M叠加后，梁底部的应力为（以拉为正）根据预加偏心压力Np和偏心距ep的大小，叠加结果可能产生以下三种情况：（1）σc-σpc≤0，即由于预加应力σpc较大，施加荷载后梁底边缘仍没有产生拉应力，故在梁使用阶段不会出现开裂；2024/8/8概述7（2）0＜σc-σpc＜ftk，施加荷载后梁底边缘虽然产生一定的拉应力，但其值小于混凝土的抗拉强度ftk，故一般不会出现开裂；2024/8/8概述8（3）σc-σpc＞ftk，施加荷载后梁底边缘的拉应力超过混凝土的抗拉强度ftk，虽然会产生裂缝，但与未施加预压力的钢筋混凝土构件（Np=0）相比，其开裂会明显推迟，裂缝宽度也将明显减小。2024/8/8概述9预应力的原理在日常生活中的应用2024/8/8概述1015.1.2预应力混凝土的分类（1）根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序可分为先张法和后张法预应力混凝土。（2）根据预应力大小的程度可分为如下三种类型：①全预应力混凝土，相当于裂缝控制等级为一级的构件；②有限预应力混凝土，相当于裂缝控制等级为二级的构件；③部分预应力混凝土，相当于裂缝控制等级为三级的构件。（3）根据钢筋与混凝土之间是否有粘结力，可分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。2024/8/8概述1115.1.3预应力混凝土的特点1.预应力混凝土构件的优点（1）改善结构的使用性能。（2）节约材料，减轻自重。（3）提高构件的受剪承载力（4）提高构件的疲劳承载力。（5）卸载后的结构变形或裂缝得到恢复。2024/8/8概述122.预应力混凝土构件的缺点（1）工艺较复杂，对施工设备及施工质量要求较高。（2）预应力混凝土构件的设计计算较复杂。2024/8/8概述13第十五章

预应力混凝土构件基本知识15.2施加预应力的方法2024/8/8施加预应力的方法14根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法与后张法两大类。15.2.1先张法先张法是指首先在台座上或者钢模内张拉钢筋，并加以临时锚固，然后浇筑混凝土的一种施工方法。2024/8/815施加预应力的方法先张法的过程和工序：2024/8/8施加预应力的方法1615.2.2后张法后张法是指先浇筑混凝土构件，待混凝土达到规定强度后直接在构件上张拉预应力筋的一种施工方法。2024/8/8施加预应力的方法17比较：先张法生产工序少，工艺简单，质量容易保证，但需要台座（或钢模）设施；适合于在预制构件厂成批生产的、方便运输的中小型构件。后张法工序较复杂，需要对构件安装永久性的工具锚，耗钢量较大，但不需要台座；适合于在现场成型的大型构件，在现场分阶段张拉的特大型构件，以至整个结构。2024/8/8施加预应力的方法18先张法与后张法的本质差别在于对混凝土构件施加预应力的途径，先张法是通过预应力筋与混凝土间的黏结作用来施加预应力；后张法则通过锚具直接施加预应力。2024/8/8施加预应力的方法19第十五章

预应力混凝土构件基本知识

15.3预应力混凝土材料及锚夹具2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具2015.3.1预应力混凝土材料1.混凝土（1）高强度。《混凝土结构规范》规定预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。（2）收缩、徐变小。（3）快硬、早强。（4）弹性模量高。2024/8/821预应力混凝土材料及锚夹具2.预应力筋预应力筋：钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋。（1）具有较高的强度。（2）具有一定的塑性。《混凝土结构规范》规定，预应力筋在最大力下的总伸长率不应小于3.5%。（3）具有良好的加工性能。（4）与混凝土之间有良好的黏结强度。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具2215.3.2锚具和夹具锚固预应力筋的工具分为锚具和夹具两类。夹具：预应力构件制成后能够取下重复使用。锚具：留在构件上不再取下的称为。夹具和锚具之所以能夹住或锚住钢筋，主要是依靠摩阻、握裹和承压锚固。对夹具和锚具的一般要求：受力性能安全可靠；具有足够的强度和刚度；预应力损失小；构造简单，制作方便，节约钢材；张拉锚固方便迅速等。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具23《混凝土结构规范》根据锚固原理的不同，将锚具分为支承式和夹片式。支承式锚具:钢丝束墩头锚具、精轧螺纹钢筋锚具等；夹片式锚具:JM型锚具、XM型锚具、QM型锚具及OVM型锚具等。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具241.墩头锚具墩头锚具用于锚固钢丝束或钢筋束。张拉端采用锚环，固定端采用锚板。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具252.精轧螺纹钢筋锚具精轧螺纹钢筋锚具用于锚固高强粗钢筋。锚具由螺帽和钢板组成。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具263.夹片式锚具夹片式锚具主要用于锚固钢绞线束。夹片式锚具由带锥孔的锚板、夹片和锚垫板组成。2024/8/8预应力混凝土材料及锚夹具27第十五章

预应力混凝土构件基本知识

15.4张拉控制应力和预应力损失2024/8/8张拉控制应力和预应力损失281.张拉控制应力张拉控制应力是指张拉预应力筋时，张拉设备的测力装置显示的总张拉力除以预应力筋横截面面积所求得的应力值，以σcon表示，即2024/8/829张拉控制应力和预应力损失张拉应力过高时：（1）在施工阶段会使构件的某些部位出现拉应力甚至开裂，还可能造成后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏；（2）使构件开裂荷载与破坏荷载很接近，构件破坏前无明显的预兆，呈脆性破坏；（3）为了减少预应力损失，往往要进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，钢筋的强度有一定的离散性，有可能在超张拉过程中使个别钢筋被拉断。另外，σcon过高，钢筋的应力松弛损失将会增大。2024/8/8张拉控制应力和预应力损失30《混凝土结构规范》规定，预应力筋的张拉控制力应符合下列规定：消除应力钢丝、钢绞线2024/8/8张拉控制应力和预应力损失31中强度预应力钢丝预应力螺纹钢筋消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值不应小于0.4fptk；预应力螺纹钢筋的张拉控制应力值不宜小于0.5fpyk。当符合下列情况之一时，上述张拉控制应力限值可相应提高0.05fptk或0.05fpyk：（1）要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。2024/8/8张拉控制应力和预应力损失322.预应力损失引起预应力损失的原因有：①张拉端锚具变形和预应力筋内缩σl1；②预应力筋的摩擦σl2；③预应力筋与承受拉力的设备之间的温差σl3；④预应力筋的应力松弛σl4；⑤混凝土的收缩和徐变σl5；⑥环形截面构件受张拉的螺旋式预应力筋挤压混凝土引起的预应力损失σl6。2024/8/8张拉控制应力和预应力损失333.预应力损失值的组合《混凝土规范》将预应力损失分为两批：发生在混凝土预压前的称为第一批预应力损失，用σlⅠ表示；发生在混凝土预压后的称为第二批预应力损失，用σlⅡ表示。总的预应力损失为σl=σlⅠ+σlⅡ。预应力混凝土构件在各阶段的预应力损失值宜按表15-1的规定进行组合。2024/8/8张拉控制应力和预应力损失34表15-1各阶段预应力损失值的组合《混凝土结构规范》规定，当计算求得的预应力总损失值小于下列数值时，应按下列数值取用：先张法构件100N/mm2；后张法构件80N/mm2。4.减少预应力损失值的措施选择变形和钢筋内缩小的锚具；减少垫板数量；对预应力筋进行超张拉；选择高强混凝土；加强养护措施等。2024/8/8张拉控制应力和预应力损失35第十五章

预应力混凝土构件基本知识15.5预应力混凝土构造要求2024/8/8预应力混凝土构造要求3615.5.1先张法构件（1）先张法预应力筋之间的净间距不宜小于其公称直径的2.5倍和混凝土粗骨料最大直径的1.25倍，且应符合下列规定：预应力钢丝，不应小于15mm；三股钢绞线，不应小于20mm；七股钢绞线，不应小于25mm。当混凝土振捣密实性具有可靠保证时，净间距可放宽为最大粗骨料直径的1.0倍。（2）先张法预应力混凝土构件端部宜符合有关采构造措施。2024/8/837预应力混凝土构造要求15.5.2后张法构件（1）后张法预应力筋所用锚具、夹具和连接器等的形式和质量应符合