预应力构件计算.ppt

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1、10.1 10.1 概述概述 10.1.1 10.1.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 普通混凝土梁存在的问题普通混凝土梁存在的问题 第十章第十章 预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算1. 1. 混凝土梁开裂时钢筋应力很低混凝土梁开裂时钢筋应力很低 混凝土开裂时钢筋应力：混凝土开裂时钢筋应力：混凝土开裂应变：混凝土开裂应变：150200 钢筋应力：钢筋应力： 6510)150100(100 . 2sssE2/3020mmN2. 2. 以裂缝出现和发展为代价，换取梁的承载能力提高。以裂缝出现和发展为代价，换取梁的承载能力提高。虽然这样提虽然这样提高了混凝土梁的承载力（相对开裂），但却

2、带来了以下问题：高了混凝土梁的承载力（相对开裂），但却带来了以下问题： （1）裂缝的出现使截面的刚度降低，挠度增大，结果导致跨度较）裂缝的出现使截面的刚度降低，挠度增大，结果导致跨度较大的梁，或荷载较大的梁，往往挠度验算通不过；大的梁，或荷载较大的梁，往往挠度验算通不过； 即在正常使用荷载下，钢筋应力一般即在正常使用荷载下，钢筋应力一般150200MPa 教材：教材：100150 （3）高强度钢筋对普通混凝土不起作用。）高强度钢筋对普通混凝土不起作用。一般认为普通混凝土梁的适用范围：一般认为普通混凝土梁的适用范围：L89m，1215m已很不经济，已很不经济，也显得技术落后。也显得技术落后。 预

3、应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 木桶的力学原理：木桶的力学原理： 搬砖或书：搬砖或书： 混凝土梁的预加力：混凝土梁的预加力： （2）裂缝过宽，造成人心理紧张，耐久性降低，所以当限定裂缝）裂缝过宽，造成人心理紧张，耐久性降低，所以当限定裂缝宽度后，梁剩余的潜能不能发挥。宽度后，梁剩余的潜能不能发挥。kpN(a)p或pN(b)(c)或(d) 优点：提高抗裂度和刚度；节约钢筋，减轻自重。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。缺点：构造、施工较复杂；延性也较差。 应用对象：应用对象： 预应力混凝土构件的优、缺点和应用对象预应力混凝土构件的优、缺点和应用对

4、象 10.1.2 10.1.2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 全预应力混凝土全预应力混凝土在使用荷载作用下，截面上不允许出现拉在使用荷载作用下，截面上不允许出现拉应力。应力。限值预应力混凝土限值预应力混凝土在使用荷载作用下，截面受拉边缘允许在使用荷载作用下，截面受拉边缘允许产生拉应力，但拉应力不超过混凝土抗产生拉应力，但拉应力不超过混凝土抗拉强度。拉强度。部分预应力混凝土部分预应力混凝土在使用荷载作用下，构件截面上允许出在使用荷载作用下，构件截面上允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。 要求裂缝控制等级较高的结构；要求裂缝控制等级较高的结构； 大跨度结构

5、或受力很大的构件；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。对刚度和变形控制要求较高的结构构件。 预应力度是衡量结构预应力水平的参数，是进行预应力混凝土结预应力度是衡量结构预应力水平的参数，是进行预应力混凝土结构研究与设计的重要指标。构研究与设计的重要指标。定义预应力度定义预应力度MM /0M0为消压弯矩。为消压弯矩。 N0为消压轴力。为消压轴力。 NN /0受弯构件：受弯构件：受拉构件：受拉构件： 预应力度预应力度 当当1，为全预应力混凝土。，为全预应力混凝土。 则则当当0 1，为部分预应力混凝土。，为部分预应力混凝土。 当当0，为普通钢筋混凝土。，为普通钢筋混凝土。

6、 第一类第一类第二类第二类第三类第三类我国我国“混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范”划分的裂缝控制等级划分的裂缝控制等级我国规范将部分预我国规范将部分预应力混凝土又进一应力混凝土又进一步分为两种步分为两种一种，拉应力有限值，即限值预应力混凝一种，拉应力有限值，即限值预应力混凝土。土。一种，允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过一种，允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过附表附表4-3，P.322。即部分预应力混凝土。即部分预应力混凝土。一级一级二级、三级二级、三级加筋加筋混凝混凝土分土分类类三级三级10.1.3 10.1.3 施加预应力的方法施加预应力的方法 在浇筑混凝土之前张拉钢筋。在浇筑混凝土之前张拉钢

7、筋。主要靠混凝土自身的粘结主要靠混凝土自身的粘结力获得预加力。力获得预加力。 先张法先张法 张拉钢筋并在台座上固定张拉钢筋并在台座上固定浇注混凝土构件浇注混凝土构件放松（切断）预应力钢筋放松（切断）预应力钢筋张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土放松（切断）钢筋，混凝土预压。放松（切断）钢筋，混凝土预压。预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递。预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递。在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋。在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋。主要靠锚具施加主要靠锚具施加预加力。预加力。 后后张法张法 浇筑混凝土构件，预留孔道浇筑混凝土构件，预留孔道穿预应力钢筋并张拉、锚固钢筋穿预应力钢筋并张拉、

8、锚固钢筋孔道灌浆孔道灌浆浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋张拉、锚固钢筋，孔道灌浆。张拉、锚固钢筋，孔道灌浆。预应力由构件两端锚具实现。预应力由构件两端锚具实现。10.1.4 10.1.4 夹具和锚具夹具和锚具 夹具和锚具是在制作预应力混凝土构件时锚固预应力钢筋的工具。夹具和锚具是在制作预应力混凝土构件时锚固预应力钢筋的工具。螺丝杆端锚具螺丝杆端锚具 建筑工程中建筑工程中常用的锚具常用的锚具锥形锚具锥形锚具 墩头锚具墩头锚具 夹具式锚具夹具式锚具 螺丝杆端锚具螺丝杆端锚具OVM型锚具型锚具锥锥形形锚锚具具墩墩头头锚锚具具 JM12型锚具型锚具 10.1.5 10.1.5 预应

9、力混凝土材料预应力混凝土材料 1混凝土混凝土（1）强度高，）强度高，C40以上；以上；（2）收缩、徐变小；）收缩、徐变小；（3）快硬、早强。）快硬、早强。2钢材：钢材：（1）强度高：）强度高：钢绞线：钢绞线： 2/18601560mmNfptk钢丝（消除应力钢丝）：钢丝（消除应力钢丝）： 2/17701570mmNfptk热处理钢筋：热处理钢筋： 2/1470mmNfptk（2）具有一定的塑性）具有一定的塑性（3）良好的加工性：墩粗）良好的加工性：墩粗（4）与混凝土之间有较好的粘结强度。）与混凝土之间有较好的粘结强度。10.1.6 10.1.6 张拉控制应力张拉控制应力 con 张拉控制应力：

10、张拉控制应力：指张拉预应力筋时控制的最大应力。指张拉预应力筋时控制的最大应力。 取值：取值： 过大引起的问题，（过大引起的问题，（1）由于钢筋强度的离散性、张拉操作中的）由于钢筋强度的离散性、张拉操作中的超张拉等原因，张拉时可能使钢筋应力接近甚至进入钢筋的屈服阶段，超张拉等原因，张拉时可能使钢筋应力接近甚至进入钢筋的屈服阶段，产生塑性变形，反而达不到预期的效果产生塑性变形，反而达不到预期的效果 。少数钢筋甚至发生脆断；。少数钢筋甚至发生脆断；（2）因张拉力的测量可能不够准确，或焊接质量出问题，如果过高，）因张拉力的测量可能不够准确，或焊接质量出问题，如果过高，容易发生安全事故；（容易发生安全事

11、故；（3）会增加预应力筋的松弛应力损失。）会增加预应力筋的松弛应力损失。 过小存在的问题，不利于钢材的充分利用，浪费钢材。过小存在的问题，不利于钢材的充分利用，浪费钢材。 规范取值：表规范取值：表101 0.65 0.7热处理钢筋热处理钢筋 0.75 0.75 消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线后张法后张法先张法先张法 张拉方法张拉方法钢筋种类钢筋种类张拉控制应力限值张拉控制应力限值ptkfptkfptkfptkf10.1.7 10.1.7 预应力损失预应力损失 从张拉钢筋开始直至构件使用的整个过程中，预应从张拉钢筋开始直至构件使用的整个过程中，预应力筋的应力值将慢慢降低，这种想象称为预

12、应力损失。力筋的应力值将慢慢降低，这种想象称为预应力损失。 损失的概念：损失的概念： 产生损失的原因产生损失的原因： （定性、定量）（定性、定量）1. 直线预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失直线预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 1l概念：。概念：。公式：公式：slEla12.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 概念：。概念：。公式：公式：2lxconxconlee111)(2（102）减小摩擦损失的措施：减小摩擦损失的措施：（2）采用）采用“超张拉超张拉”工艺。工艺。（1）两端张拉；）两端张拉；3.温差损失温差

13、损失 3lssssslEtEltlEllE3t 2钢筋的线膨胀系数：钢筋的线膨胀系数：=0.00001/=0.00001/C CEs=2.0105N/mm2减小减小 的措施：的措施：3l（1）采用两次升温；）采用两次升温；（2）钢模上张拉预应力钢筋。）钢模上张拉预应力钢筋。4.钢筋应力松弛损失钢筋应力松弛损失 4l 钢筋的应力松弛：指钢筋长度保持不变的条件下，钢筋应力随时间钢筋的应力松弛：指钢筋长度保持不变的条件下，钢筋应力随时间的增长而逐渐降低的现象。这是由于钢筋的塑性变形具有随时间而增的增长而逐渐降低的现象。这是由于钢筋的塑性变形具有随时间而增长的性质。长的性质。（1）与）与t的关系：的关

14、系：1小时完成小时完成50%，24小时完成小时完成80%；（2）应力松弛损失钢材品种有关：）应力松弛损失钢材品种有关： 热处理钢筋的应力松弛损失小于钢丝、钢绞线。热处理钢筋的应力松弛损失小于钢丝、钢绞线。（3）与）与 的关系：的关系： 越高，松弛损失越大，速度也越快。越高，松弛损失越大，速度也越快。concon（4）降低松弛损失的方法：超张拉，降低初应力。）降低松弛损失的方法：超张拉，降低初应力。 当初应力小于当初应力小于0.7fptk时，松弛与初应力成线性关系。时，松弛与初应力成线性关系。当初应力高于当初应力高于0.7fptk时，松弛损失显著增大。时，松弛损失显著增大。)151/()2804

15、5(5cupclf（2）后张法）后张法减小收缩、徐变的措施，减小收缩、徐变的措施，P.261，共，共3条。条。（1013）)151/()28035(5cupclf（1014）)151/()28035(5cupclf（1015）5l5l5.混凝土收缩、徐变引起的应力损失混凝土收缩、徐变引起的应力损失 、 （1）先张法）先张法)151/()28045(5cupclf（1012）6. ，螺旋式预应力筋在环形构件由于混凝土局部挤压引起的，螺旋式预应力筋在环形构件由于混凝土局部挤压引起的预应力损失预应力损失6l（1）产生的原因）产生的原因（2）d3m的构件才考虑，的构件才考虑， 26/30mmNl10.

16、1.8 10.1.8 预应力损失值的组合预应力损失值的组合 先张法先张法后张法后张法 混凝土预压前的损失混凝土预压前的损失 （第一批损失）（第一批损失） 混凝土预压后的损失混凝土预压后的损失 （第二批损失）（第二批损失）1l4321llll21ll2l5l654lll 各项损失的最小值各项损失的最小值 先张法：先张法： 2/100mmNl后张法：后张法： 2/80mmNl 总损失的估算总损失的估算 估算的方法：估算的方法：1.1.用应力用应力表示表示美国美国ACI-ASCEACI-ASCE委员会建议的最大损失限值：委员会建议的最大损失限值： 钢铰线种类钢铰线种类最大损失最大损失普通混凝土（普通混凝土（N/mm2N/mm2）轻混凝土（轻混凝土（N/mm2N/mm2）应力消除钢铰线应力消除钢铰线345345380380低松弛钢铰线低松弛钢铰线276276300300（1）解决设计中的问题；）解决设计中的问题；（2）简化计算。）简化计算。 问题的提出问题的提出 2.2.用百分用百分比表示比表示 林同炎建议：林同炎建议：先张法（先张法（% %）后张法（后张法（% %）混凝土弹性压缩混凝土弹性压