第十章+预应力混凝土的基本知识.ppt

1、第九章 预应力混凝土的基本知识,第一节 预应力混凝土的基本概念,一、概述 钢筋混凝土结构中由于混凝土的极限拉应变很小，对应于混凝土开裂时的裂缝宽度，受拉钢筋的应力仅为2030N/mm2。对于使用中允许开裂的构件，当裂缝宽度在0.20.3mm时，已经比较宽，钢筋的应力只能达到250N/mm2左右。因此，高强钢筋在普通混凝土结构中不能发挥应有的作用。,二、预应力混凝土的基本概念 它是在结构构件承受外荷载作用之前，预先对构件工作阶段的受拉区施加预压力，造成一种人为的预压应力状态，由此产生的预压应力可以减少或抵消外荷载引起的截面混凝土拉应力，甚至使截面处在受压状态。在工程结构中，这种借助于混凝土较高的

2、抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到提高截面刚度、抗裂度，推迟混凝土构件截面受拉区开裂的目的结构，称为混凝土结构的基本概念。,三、预应力混凝土结构的优缺点及其应用 （一）优点 构件抗裂性能好 刚度大 节省材料，减小构件自重 提高了构件的抗剪能力 提高受压构件的稳定性 提高了构件的抗疲劳性能,（二）缺点 工艺复杂 需要专门设备，构件加工生产成本比普通混凝土构件高； 预应力构件加工工艺与技术要求使用的设备专用性高，这些投资在构件中摊销的比例高，构件数量越少成本越高； 制作工艺相对普通混凝土构件复杂程度高、质量控制难度大。,（三）预应力混凝土结构的应用 预应力混凝土结构的特点决定了它具有广泛的应用范

3、围。在建筑结构中，通常大跨屋架，吊车梁、预应力空心板、小梁、檩条等，在大跨结构和高层房屋现浇结构中也经常使用；另外，大跨度桥梁结构、塔桅构筑物、储液罐、压力管道，以及原子能反应堆容器等都有使用。,第二节 施加预应力的方法,一、先张法 1、定义：先张拉钢筋，后浇筑混凝土。 2、特点：构件质量稳定；可以大批量生产，生产效率高；锚具等设备可以重复使用。 3、应用：便于运输的中小型构件。,二、后张法 1、定义：先浇筑混凝土，后张拉钢筋。 2、特点：与先张法相反，构件生产施工只能 在是够现场进行，构件质量控制难度大；锚 具是随着构件一起工作的，不能重复使用。 3、应用：不便于运输的大型构件。,第三节 预

4、应力混凝土材料,一、预应力钢筋 （一）性能要求 强度高 具有一定的塑性 良好的工作性能 与混凝土之间具有良好的粘结力,（二）预应力钢筋的分类 常用的预应力钢筋分为： 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋 消除预应力钢丝 钢绞线,二、预应力混凝土构件中的混凝土 强度高 收缩和徐变小 快硬、早强 规范规定，在预应力混凝土结构中 采用的混凝土强度等级不宜低于C40级，且不 应低于C30级。,第四节 张拉控制应力和预应力损失,一、张拉控制应力及其取值 1、定义：是指张拉预应力钢筋时控制使其达 到的应力值。 2、 3. 取值： (1)消除预应力钢丝： (2)中强度预应力钢丝： (3)预应力螺纹钢筋：,二、预

5、应力损失 1、张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损 失 减少该项预应力损失的措施有以下两方面： 1）选择锚具变形小或预应力筋回缩小的夹具尽量减 少垫板的块数。 2）先张法施工增加台座之间的距离l。 2、预应力筋的摩擦引起的预应力损失 减少该项预应力损失的措施有以下两方面： 1）采取两端张拉的方法 2）超张拉工艺,3、混凝土采用蒸汽加热养护时预应力筋与承受拉力 的设备之间的温差引起的预应力损失 减少措施： 减小此项损失的方法有两阶段升温法和采用模 生产先张法预制构件的方法两种。 4、钢筋松弛引起的预应力损失 降低措施：采用超张拉工艺可以降低钢筋松弛损失。,5、混凝土徐变引起的预应力损失 （

6、先、后张法均 有） 减少措施:此项损失在全部预应力损失中占的比例高，对构件预应力的形成影响大，降低这项损失对减少预应力损失效果明显。采用减少混凝土徐变的相应措施，就可从根本上降低徐变引起的预应力损失，如采用强度等级高的混凝土、减少水泥用量、减低水灰比、选择合理的级配、加强混凝土振捣及养护等。 6、环形构件采用螺旋形预应力钢筋时局部挤压引起 的预应力损失 减少措施：搞好级配、加强振捣、加强养护以提高混凝土的密实性。,三、预应力损失的组合 规范为简化计算，把这六种损失按照先张法和后张法两种施工工艺分为第一批预压应力施加之前的应力损失，和预应力施加之后的第二批预应力损失 。,+,+,+,+,规范明确

7、规定，当求得的预应力总损失值小于下列数值时，应按下列数值采用： 先张法构件 100 N/mm2 后张法构件 80 N/mm2,第五节 预应力混凝土轴心受拉构件,一、轴心受拉构件应力分析 （一）先张法 1、施工阶段 （1）张拉并锚固预应力钢筋 张拉预应力钢筋使其达到张拉控制应力 ，然后将张拉完毕的预应力筋锚固在台座上。此时由于锚具挤压和钢筋滑移已产生了第一种预应力损失 ，由于预应力筋尚未放松，构件内混凝土、非预应力筋的应力为零。预应力筋的应力已变为 。,（2）混凝土预压前 由于在构件内设置预应力筋的转向装置的摩擦作用出现了 ，采用混凝土加热养护时，预应力筋与承受拉力的设备之间的温差造成的损失 ，

8、预应力钢筋张拉完毕就开始出现的钢筋松弛损失 ，在放松预应力筋给构件截面施加预压应力之前已经先后产生。在先张法构件中预压前出现的这四种预应力损失称为第一批预应力损失，用 表示。构件内混凝土、非预应力筋的应力为零。预应力筋的应力已变为 。,（3）混凝土预压 混凝土结硬后随着时间的推移强度不断升高，当其达到设计强度75%以上时，可以剪断预应力筋，依靠混凝土与预应力筋之间的黏结力将预应力筋的弹性回缩力平衡在构件截面，混凝土受压回缩，钢筋同时也弹性回缩。此时，构件内非预应力筋、预应力筋及混凝土的应力已变为 、 、 ：,（4)完成第二批预应力损失 构件在投入使用之前，第二批预应力损失全部产生，此时全部预应

9、力损失为： ，根据截面内力平衡条件可得：,2、使用阶段 （1）混凝土消压 在构件投入使用阶段，随着轴向拉力的增加，构件伸长，混凝土预压应力被轴向力逐渐抵消，直到混凝土预压应力被完全抵消变为0的状态出现，此时为消压状态。此过程混凝土的应力增加了 ，变为0，预应力筋和非预应力筋的应力增量为 ，它们的应力分别变为： 由截面内力平衡条件可得，消压状态下构件承受的轴向压力为：,（2）混凝土即将开裂 在混凝土消压状态的基础上，继续增加荷载，混凝土截面开始出现拉应力，直到混凝土截面的拉应力达到混凝土抗拉强度标准值 时，混凝土即将开裂，此时截面上应力分布情况为： 由力的平衡条件可得轴心受拉构件的抗裂轴向力为：

10、,（3）构件破坏 外荷载由截面继续增加，裂缝出现并将构件截面裂通，此时混凝土退出工作，全部外荷载配置的钢筋承担，最终钢筋的应力达到其抗拉强度设计值。此时截面应力分布为： 由平衡条件可得构件的受拉承载力为：,（二）后张法 1.施工阶段 （1）浇筑混凝土预应力筋孔道成型 这一阶段是构件施加预应力的前期阶段，没有预应力的影响和截面应力的明显变化。,（2）张拉预应力筋并锚固 当混凝土达到设计强度75%以上时，可以开展预应力施工过程。张拉预应力筋使其达到控制应力 ，混凝土受到弹性压缩，张拉完毕后加以锚固。在这个阶段先后出现了 和 ，施加预压应力的过程结束，第一预应力损失产生，其值为 。混凝土在施加预应力

11、的过程受到挤压，弹性回缩产生，同时截面已建立了预压应力。此时，截面上应力分布为：,（3）完成第二批预应力损失 构件在投入使用之前，完成混凝土收缩和徐变预应力损失 ，即完成第二批预应力损失，此时截面应力分布为：,2. 使用阶段 （1）加载至消压 与先张法构件受力机理基本相同，外荷载增加，直到构件截面混凝土应力变为0。此时： 由平衡条件可得消压时轴向力为：,（2)加载至构件即将开裂 荷载加至混凝土拉应力达到时，构件即将开裂，此时： 由平衡条件得抗裂承载力：,（3）加载至破坏 此时，构件的极限承载力为：,二、预应力混凝土受拉构件的计算 预应力混凝土受拉构件的计算的和验算包括：施工阶段的强度计算、后张

12、法构件锚固区局部承压验算；使用截断点承载力计算、抗裂验算。 1. 使用阶段的承载力计算 如前所述，构件破坏时全部荷载由预应力筋和非预应力筋共同承担，其正截面上的承载力由下式计算：,2. 开裂验算 预应力混凝土构件裂缝控制等级分为三级，它们的控制验算分别是： （1）一级 在荷载标准组合下，受拉区边缘不允许出现拉应力，即： （2）二级 在荷载标准组合下，受拉区边缘的拉应力不允许超过混凝土轴心抗拉强度设计值，即： （3）三级 最大裂缝宽度应符合下列规定：,第六节 预应力混凝土构件的构造要求 一、一般要求 1、截面形式和尺寸 （1）截面形式 跨度较小的梁、板构件一般采用矩形截面；跨度或承受的荷载都较大

13、时，为了降低梁的自重可以选用T形截面、I字型或箱型截面。 （2）截面尺寸 一般预应力混凝土梁h=(1/201/14) l；翼缘宽度bf =(1/31/2)h ；翼缘的厚度 hf，=（1101/16) h；腹板宽度b（1/151/8）h,2. 预应力钢筋的布置 （1）直线型布置 一般适用于跨度较小，或荷载也较小的中小型构件；先张法的楼板，后张法屋架下弦等均可使用；施工简单，使用比较常见。 （2）曲线形布置 （3）常见于跨度大、荷载大的受弯构件； （4）折线形布置 （5）非预应力筋的配置,二、先张法构件的构造要求 1、并筋配筋的等效直径 单根配置预应力筋不能满足要求时采用同直径的钢筋并筋配筋的方式

14、。对双根并筋时的直径取单根直径的1.4倍；对三根并筋使得直径取单根直径的1.7倍。 2、预应力筋的净距 预应力钢筋之间的净距不应小于其公称直径的2.5和粗骨料最大粒径的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；7股钢绞线不小于25mm。,3、构件端部加强措施 （1）单根配置的预应力筋，其端部宜设置螺旋筋； （2）分散布置的多跟预应力筋，在构件端部10d（d为预应力钢筋的公称直径）且不小于100mm长度范围内，宜设置35片与预应力筋垂直的钢筋网片，此处d为预应力筋的公称直径； （3）采用预应力钢丝配置的薄板，在板端100mm的长度范围内沿构件板面设

15、置附加横向钢筋，其数量不应少于两根。 （4）对采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋。,（5）对槽型板类构件，应在构件端部100mm范围内沿构件板面设置附加横向钢筋，其数量不少于两根。 （6）当有可靠经验并能保证混凝土浇筑质量时。预应力孔道可水平并列贴近布置，但并排的数量不应超过2束。 （7）对预应力钢筋在构件端部全部弯起的受弯构件或直线配筋的先张法构件，当构件端部与下部支承结构焊接时，应考虑混凝土收缩、徐变及温度变化所产生的不利影响，宜在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力纵向构造钢筋，以防止预应力构件端部预拉区出现裂缝。,三、后张法构件的构造要求 （一）

16、预应力筋的预留孔道 预应力筋的预留孔道布置时应考虑张拉设备的位置、锚具的尺寸及构件端部混凝土局部受压等因素： （1）预留的预应力孔道之间的净距不应小于50mm,且不小于粗骨料粒径的1.25倍；孔道至构件边缘的净距不应小于30mm，且不小于孔道直径的50%； （2）孔道的直径应比预应力钢筋束外径，及穿过孔道的连接器外径大6mm15mm。 （3）从孔道外壁至构件边缘的间净距,梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm，裂缝控制等级为三级的梁，梁底、梁侧不宜小于60mm和50mm。,（4）在构件两端及跨中设置灌浆孔或排气孔，其孔距不宜大于12m。 （5）凡制作时需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起

17、拱。 （6）后张法预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道应符合下列要求：1）对预制构件，孔道之间的水平净距不宜小于50mm,孔道至构建边缘的净距不宜小于30mm，且不宜小于孔道的半径；2)在框架梁中，预留孔道在垂直方向的净距不宜小于孔道外径，水平方向的净距不应小于1.5倍的孔道外径；从孔道壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm；3）预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大15到20mm 。,（二）孔道灌浆 孔道灌浆要求密实，水泥砂浆强度等级不宜低于M20，其水灰比宜为0.40.45；为减少收缩，宜掺入0.01%水泥用量的铝粉。 （三）构件端部构造 （1）采用普通垫板时，应按规范第6.6节的规定进行局部受压承载力计算，并配置间接钢筋，其体积配筋率不应小于0.5%，垫板的刚性扩散角应取为45。 （2）局部承压承载力计算时，局部压力设计值对有粘结预应力混凝土构件取1.2倍的张拉控制应力，对无粘结预应力混凝土取1.2倍的张拉控制应力和（ ）中的较大值；,（3）当采用整体铸造垫板时，其局部受压区的设计应符合相关规定； （4）对构件端部锚固区应按下列