第10章预应力混凝土构件.ppt
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1、第10章 预应力混凝土构件,主要内容 预应力混凝土的概念 预应力混凝土轴心受拉构件的计算 预应力混凝土受弯构件的计算 预应力混凝土构件的构造要求 重点 预应力混凝土的基本概念 各项预应力损失的意义、计算方法、减小措施 预应力混凝土轴心受拉构件的计算,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,10.1 概述 1.预应力混凝土的概念 由于混凝土的抗拉性能很差,开裂时 ,相应的钢筋应力 ,作用不大,不能改善混凝土构件的抗裂性能,因此,普通混凝土构件通常是带裂缝工作的。如果采用高强钢筋,在使用荷载作用下,应力可以达到 ,但此时钢筋的应变将很大,构件的裂缝宽度早就超过允许值了。所以在普通混
2、凝土构件中采用高强钢筋是不经济的。这是因为在普通混凝土构件中,钢筋的作用是被动的,既钢筋只有被充分受拉后其强度才能发挥出来。 如果在构件受荷之前对钢筋进行张拉,利用回缩拉力对受拉区混凝土预先施加压应力,用它来抵抗荷载产生的拉应力,则可提高构件的抗裂度,弥补混凝土抗拉性能的不足。 这种由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构,称为预应力混凝土结构。,第10章 预应力混凝土构件, 优点:提高抗裂度和刚度;节约钢筋,减轻自重。 缺点:构造、施工较复杂;延性也较差。 应用对象: 要求裂缝控制等级较高的结构; 大跨度结构或受力很大的构件; 对刚度和变形控制要求较高的结构构件
3、。,第10章 预应力混凝土构件,2.预应力混凝土的分类 (1)全预应力混凝土 在使用荷载作用下,截面上混凝土不允许出现拉应力。相当于规范中裂缝控制等级为一级,即严格要求不出现裂缝的构件。 (2)部分预应力混凝土 限值预应力混凝土:在使用荷载作用下,截面上混凝土允许出现拉应力,但不开裂。相当于规范中裂缝控制等级为二级,即一般要求不出现裂缝的构件。 部分预应力混凝土:在使用荷载作用下,截面上混凝土允许开裂,但 。相当于规范中裂缝控制等级为三级,即允许出现裂缝的构件。 3.张拉预应力钢筋的方法 (1)先张法,第10章 预应力混凝土构件,预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递。,浇筑混凝土构件,预留孔道
4、,穿预应力钢筋并张拉、锚固钢筋,孔道灌浆,第10章 预应力混凝土构件,(2)后张法,预应力由构件两端锚具实现。,第10章 预应力混凝土构件,4.夹具和锚具 夹具和锚具是锚固预应力筋的装置。可重复使用的称夹具,不能重复使用的称锚具。 对锚具的要求是:安全可靠,使用有效、节约钢材及制作简单。 常用的锚具形式:螺丝端杆锚具,锥型锚具,镦头型锚具,夹具式锚具。,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,5.预应力混凝土材料 (1)混凝土 要求高强;收缩、徐变小;快硬、早强。 规范规定,预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30;当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时,混凝土强度
5、等级不宜低于C40。,(2)钢材 要求强度高,具有一定的塑性,良好的加工性能,与混凝土具有良好的粘结力。 我国目前采用的钢材有:钢绞线、钢丝、热处理钢筋三种。,第10章 预应力混凝土构件,张拉控制应力限值,6.张拉控制应力 张拉控制应力是预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。 控制的原因: 防止预拉区开裂及后张法构件的局部受压破坏; 保持构件破坏时具有一定的延性; 防止钢筋张拉屈服或脆断。 张拉控制应力值不宜超过下表规定值,且不应小于0.4 。,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,忽略高阶微量,取 ,则, 孔道局部偏差引起的摩擦 设沿孔道
6、单位长度上的偏差角为 弧度,则 上的偏差角为,从张拉端到计算截面积分,令 为单位长度上局部偏差的摩擦影响系数,则,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,对于曲线形预应力钢筋,张拉钢筋时出现 ,张拉完毕,锚固钢筋由于反向摩擦的存在,锚具损失只出现在一定的长度范围内。这个长度称为反向摩擦影响长度,预应力损失 的分布,令 ,则,设正反摩擦相等,则,第10章 预应力混凝土构件,设在 范围内由锚具损失引起的平均内缩应变为 ,则平均应力损失为 ,于是,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,热处理钢筋:, 钢筋应力松弛的特点: 松弛与时间有关,
7、开始快,第1小时可完成50%,24小时可完成80%,以后发展缓慢; 松弛与钢种有关,热处理钢筋松弛值较小; 张拉控制应力越高,松弛损失越大。 减小 的措施: 采用超张拉,持荷25分钟,使松弛尽量在高应力持荷阶段出现,再降至 。,(5)钢筋应力松弛引起的预应力损失 、 收缩、徐变都导致预应力混凝土构件的长度缩短,预应力钢筋也随之回缩,产生预应力损失。,第10章 预应力混凝土构件,先张法: 后张法:,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,在实际计算中,以“预压”为界,把预应力损失分成两批。,各阶段预应力损失值的组合,预应力总损失值: 规范规定,当计算求得的预应力总损失值小于下列数
8、值时,应按下列数值取用: 先张法构件 100N/mm2; 后张法构件 80N/mm2。,第10章 预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件,混凝土预压应力的大小。 10.后张法构件端部锚固区的局部受压承载力计算 后张法构件端部由于锚具下垫板面积很小而承受很大的局部压力,该压力要经过一段距离才能扩散至整个截面,形成局部受压区。局部受压区内应力分布较为复杂,纵向应力 绝大部分受压,横向应力 在靠近垫板处为压应力,距离端部稍远处为拉应力,当横向拉应力超过混凝土的抗拉强度时,端部锚固区将出现纵向裂缝,如承载力不足,则会导,局部受压区的应力分布,第10章 预应力混凝土构件,致局部承压破坏。因此,规范
9、规定,设计时既要保证在张拉钢筋时锚具下锚固区的混凝土不开裂和不产生过大的变形,又要求计算锚具下所需配置的间接钢筋以满足局部受压承载力的要求。 (1)构件局部受压区截面尺寸验算,式中 Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值,取 ; Al 混凝土局部承压面积。当有垫板时;可考虑预压力沿锚具,垫圈边缘在垫板中按45扩散后传至混凝土的受压面积; Aln局部受压净面积,应在Al中扣除孔道、凹槽部分面积; l 混凝土局部受压承载力强度的提高系数;,第10章 预应力混凝土构件,Ab局部受压时的计算底面积,按与局部承压面积“同心、对称”,原则确定。,(2)局部受压承载力计算 当配置方格网式或螺旋式间接钢筋且其
10、核心面积 时,局部, 受压承载力应按下式计算:,式中 cor 配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数; Acor 钢筋网或螺旋筋以内的混凝土核芯面积,重心应与 Al 的重,重心重合,且满足 AbAcorAl;,v 间接钢筋的体积配筋率,要求0.5。,第10章 预应力混凝土构件,当为方格网式配筋时,其体积配筋率应按下列公式计算:,当为螺旋式配筋时,其体积配筋率应按下列公式计算:,方格网不应少于4片,螺旋钢筋不应少于4圈。,间接钢筋构造,第10章 预应力混凝土构件,间接钢筋构造,第10章 预应力混凝土构件,10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的计算 1.轴心受拉构件各阶段的应力分析 (1)先张法构件
11、施工阶段 张拉预应力钢筋 第一批预应力损失出现( ) 放松预应力钢筋,混凝土预压,第10章 预应力混凝土构件,此时的应力状态,可作为施工阶段对构件进行承载能力计算的依据。另外, 还用于计算 。 完成第二批预应力损失( ) 由于混凝土的收缩、徐变,预应力钢筋的应力损失了 ,非预应力钢筋产生了压应力 。,注意先张法中:,第10章 预应力混凝土构件, 使用阶段 加载至混凝土应力为零, 加载至裂缝出现,第10章 预应力混凝土构件,(2)后张法构件, 加载至破坏, 施工阶段 张拉预应力钢筋, 第一批预应力损失出现,注意后张法中:,第10章 预应力混凝土构件, 完成第二批预应力损失 在此过程中,预应力钢筋
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