第十章 预应力混凝土结构的受力性能2.ppt

1、混凝土结构设计内容即本学期的三部分内容,预应力混凝土结构 单层工业厂房 多层框架 各部分之间相互独立。,2012.8.30 太原理工大学,预应力混凝土结构的受力性能,chapter 10,康锦霞讲师 国家一级注册结构工程师,联系方式：,本章提要,了解预应力混凝土的基本概念及优缺点； 掌握预应力混凝土损失的计算和采取的措施； 熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算方法； 熟悉预应力混凝土的构造要求。 了解部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土的基本概念。,10.1预应力混凝土的基本知识,一、预应力混凝土的原理,木桶,自行车,法国的弗莱西奈预应力混凝土之父,1928年法国E.Freyssinet

2、提出预应力混凝土概念。 脆性材料变为弹性材料全预应力混凝土 有限预应力混凝土 部分预应力混凝土 预应力混凝土成为专门的学科分支 预应力技术应用于钢结构，混凝土结构，基础结构等。 预应力混凝土构件就是在构件受外荷载以前，对混凝土受拉区施加预压应力的构件。,原理,预压应力作用,荷载作用,共同作用,二、 预应力混凝土的特点,*提高刚度和抗裂度,*减轻结构自重,*提高梁的抗扭和抗剪承载力，但不提高抗弯承载力,*提高梁的抗疲劳承载力保护钢筋免受大气腐蚀,总结：优点,抗裂性能好； 耐久性好、刚度大、变形小； 可利用高强度钢筋减轻自重； 可提高构件的抗剪能力； 提高受压构件的稳定性； 可提高构件的抗疲劳强度

3、； 缺点： 施工复杂、计算复杂,二、预应力混凝土分类 1.根据张拉预应力筋的顺序分 先张法和后张法见flash,特点,先张法特点： 需要台座千斤顶传力架和锚具； 锚具可以重复使用； 适应在预制厂预制； 台座较长可以减少损失保证强度和刚度等优点。 后张法特点：不用台座；可现场张拉；需要灌浆留孔等工艺,先张法的施工设备,(一)台座 1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。 2、形式： 墩式(传力墩、台面、横梁) 长度100150m，适于中、小型构件。 墩式台座的几种形式如图6-2所示。 槽式(传力柱、上下横梁、砖墙) 长4576m，适于双向预应力构件,易于蒸汽养护。 槽式台座如图

4、6-3所示。,槽式台座,2.根据预应力钢筋的不同分为无粘结预应力钢筋和有粘结预应力钢筋；相应的混凝土分为有粘结和无粘结预应力混凝土。,有粘结预应力钢筋：混凝土和钢筋之间通过粘结共同工作，钢筋应力与同一位置的混凝土应力相等。 无粘结预应力钢筋：钢筋和混凝土之间可以自由滑动，钢筋应力处处相等 。,无粘结预应力钢筋图片,图片,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钢筋后在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件,受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小,无粘结预应力混凝土,后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件,造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢筋,3.根据张拉

5、预应力钢筋的方法分为机械张拉、电热式张拉和自张法,机械张拉：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋。如液压千斤顶、电动螺杆 电热式张拉：低电压强电流通过钢筋使其发热伸长，达设计要求时断电。原理：热胀冷缩。 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钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力。,4.根据预应力度分为全预应力、部分预应力和钢筋混凝土。,预应力度定义为： 受弯构件 轴心受拉构件。,分类,全预应力混凝土,部分预应力混凝土,钢筋混凝土,全预应力和部分预应力,全预应力混凝土构件,部分预应力混凝土构件,5根据施加预应力的大小分为全预应力混凝土、有限预应力混凝土和部分预应力混凝土。,

6、预应力的大小,全预应力混凝土：在使用荷载作用下截面不出现拉应力。特点：抗裂性能好，抗疲劳性能好，反拱值过大，延性较差。,有限预应力混凝土：是指在使用荷载作用下出 现拉应力但不开裂。特点：反拱值减小， 但仍是脆性破坏。,部分预应力混凝土：是指在使用荷载作用下出 现裂缝但是裂缝宽度受限制。 特点：合理控制裂缝，节约钢材，反拱值减小， 延性较好综合经济效果好，但是计算复杂。,三、预应力的计算方法,1.近似按弹性材料计算（材力）规范 2.压力线法：压力线是指各截面上相应的混凝土压应力合力作用点相连而成的压力线。 3.荷载平衡法：由林同炎教授于1963年在美国提出，他认为预应力钢筋对混凝土的作用当成反向

7、的荷载。 有兴趣可以参阅林同炎预应力混凝土结构,四、施加预应力的方法,直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋,电热法：低电压强电流通过钢筋使其发热伸长，达设计要求时断电,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土中的钢筋一起伸长，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预压力,五、预应力混凝土构件的锚、夹具及张拉设备,夹具是指当构件制成后能够取下重复使用的。 锚具是指当构件制成后留在构件上不再取下的。 建筑工程中常用的锚具有：螺丝端杆锚具、锥形锚具、镦头锚具、夹具式锚具。 夹具式

8、锚具主要有JM12型（锚固36根直径d=12mm的钢筋束）QM型（群锚可锚固多根钢绞线）、XM型（斜锚）等。 对锚具的要求：安全可靠、不产生滑移、构造简单、使用方便。,锚具和夹具,夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失,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。,锚具和夹具,LM型螺丝端杆锚 用于预应力钢筋的张拉锚固，依靠对焊与预应力钢筋连接。,锚具和夹具,钢质锥形夹具,锥形夹具可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具,锚具和夹具,墩头锚具,镦头夹具:采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力分孔板锚固。,夹具式锚具,夹具式锚具,QM

9、型锚具与XM型锚具相似，它也是由锚板和夹片组成 但锚孔是直的，锚板顶面是平的， 夹片垂直开缝。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧等,。,夹具式锚具,JM12型,无粘结钢丝束镦头锚具,无粘结钢绞线夹片式锚具常采用XM型锚具，其固定端采用压花成型埋置在设计部位，待混凝土强度等级达到设计强度后，方能形成可靠的粘结式锚头。,锚具根据受力性能分为,摩擦型锚具,锚具根据受力性能分为,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钢筋,锚具根据受力性能分为,承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端部,张拉设备：,拉杆式千斤顶(YL60)，,穿心式千斤顶(YC60、YC20、Y

10、C18。配置撑脚和拉杆等附件后,可作为拉杆式千斤顶使用。,穿心式千斤顶,六、预应力混凝土所用的材料 1. 钢筋,强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加工性能；具有一定的塑性。,要求,钢筋,热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、（冷拔低碳钢丝、冷拉钢筋）,分类,我国目前在预应力混凝土中使用的预应力钢筋主要有钢绞线、钢丝、热处理钢筋。 钢绞线是有直径56mm的高强度钢丝撵制成的。用三根钢丝捻制成的钢绞线，其结构为1X3，公称直径有8.6mm、10.8mm、12.9mm。 钢丝可分为冷拉钢丝和消除应力钢丝。 按外形可分为圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝。 按应力松弛性能分为普通松弛即级松弛和低松弛即级松弛。 热处理钢筋是用热轧的螺纹钢筋经淬火和回火的调质热处理而成的。 按外形可分为有纵肋和无纵肋。,注意,1.处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋,2.对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊