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文档简介
1、预应力混凝土构件一、预应力混凝土基本概念二、施加预应力的方法和锚具三、张拉控制应力与预应力损失四、预应力混凝土构件的构造要求7.1预应力混凝土的基本概念7.1.1概述1、普通钢筋混凝土结构或构件,由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变很小,所以在使用荷载作用下,一般均带裂 缝工作。由于混凝土的过早开裂,使钢筋混凝土构件存在 难以克服的缺点:一是裂缝的开展使高强度材料无法充分利用。从结构耐久性出发 必须限制裂缝开展宽度,这就使高强度钢筋无法发挥作用,相应地也 不可能充分发挥高级别混凝土的作用。二是过早开裂导致构件刚度降低,为了满足变形控制的要求,需 加大构件截面尺寸。这样做既不经济又增加了构件自重,特
2、别是随着 跨度的增大,自重所占的比例也增大,使钢筋混凝土结构的应用范围 受到很多限制。2、预应力混凝土的定义为了避免普通钢筋混凝土结构过早出现裂缝,并充 分利用高强度材料,在结构构件受外荷载作用之前,可 通过一定方法预先对由外荷载引起的混凝土受拉区施加 压力,用由此产生的预压应力来减小或抵消将来外荷载 所引起的混凝土拉应力。这样在外荷载施加之后,裂缝 就可延缓或不发生,即使发生了,裂缝也不会开展过宽, 可满足适用要求。这种构件受外荷载以前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为预应力混凝土结构。7.1.2预应力混凝土的基本原理1、预应力混凝土的基本原理F面就以图7-1所示简支梁为例来说明预应力混
3、凝土的基本原理。山q(a)预加压力作用TZEJX(b)使用荷载作用(c)预加压力和使用荷载共同作用图77预应力混凝土简支梁的受力分析名称受力 简图受力特征在预压力作用下,坡面下边 缘产生压应力,形成反拱R在外荷载作用下,截面下边 缘产生拉应力力,其挠度为A在预压力及外荷载作用F, 截面下边缘产生应力内一。1, 其挠度为人一人=/2、预应力混凝土的优点与普通混凝土相比,预应力混凝土具有以下优点:(1)提高了构件的抗裂性能,使构件不出现裂缝或减小了裂缝宽 度,扩大了钢筋混凝土构件的应用范围。(2)增加了构件的刚度,延迟了裂缝的出现和开展,减少了构件 的变形。(3)提高了构件的耐久性,由于预应力能使
4、构件不出现裂缝或减 小了裂缝,减少了外界环境对钢筋的侵蚀,从而可以满足构件使用年 限的要求。(4)能充分发挥高强钢筋和高强混凝土的性能,可以减少钢筋用 量和构件的截面尺寸,减轻构件自重,节约材料,降低造价。预应力混凝土受弯构件工作原理I外荷载作用(相当于普通混凝土)搐应力+外荷教=预应力混凝土优点缺点(D提高构件的抗裂度(当一640时构件不开裂“2减少裂缝宽度,提高耐久性;(3)减小 挠度,提高刖度,扩大使用范围M4)充分利用高强材料,减轻自重,节约材料;(5)由于限制斜裂缝 的开展,提高构件抗剪强度;(6)预应力钢筋可减少纵向弯曲,提高受压构件稳定承载力;(7)在循 环荷载作用下,减少应力变
5、化幅度提高构件抗疲劳的力(D工艺复杂,质垃要求高,技术含盘高;(2)需要专门设备(例如:先张法需要张拉台座后张法需 要张拉机具,濯浆设备);(3)后张法开工费用大,当跨度小,数世少时,成本高;另外锚具用钢量大适用范围大型屋面板、屋面梁、空心板、桁架下弦、铁路桥梁等7.2施加预应力的方法和锚夹具7.2.1 施加预应力的方法构件中预应力的建立,都是依靠张拉钢筋来实现的。根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序,常用的施加预应力的方法有以下两种: 先张法和后张法1、先张法即先张拉钢筋后浇注混凝土。其主要张拉程序为:在台座上按设计要求将钢筋张拉到控制应力一用锚具临时固定一浇注混凝土一待混凝土达到设计强度75
6、%以上切断放松钢筋。其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力。临时固定张拉(6)固定端张拉台座伸长图6.1先张法工艺流程先张法施工简单,靠粘结力自锚,不必耗费特制锚具,临时锚具可以重复使用(一 般称工具式锚具或夹具),大批量生产时经 济,质量稳定。适用于中小型构件工厂化生 产。2、后张法有粘结预应力混凝土先浇混凝土,待混凝土达到设计强度75%以上,再张拉钢筋(钢筋束)。其主要张拉程序为:埋管制孔一浇混凝土一抽管一养护穿筋张拉一锚固一灌浆(防止钢筋生锈)。其传力途径是依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹,使截面混凝土获得预压应力。这种做法使钢筋与混凝土结为整体,称为
7、有粘结预应力混凝土。有粘结预应力混凝土由于粘结力(阻力)的作用使得预应力钢筋拉应力降低,导致混凝土压应力降低,所以应设法减少这种粘结。这种方法设备简 单,不需要张拉台座,生产灵活,适用于大型构件 的现场施工。 无粘结预应力混凝土 其主要张拉程序为预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青等润滑防腐材料一包上塑料纸或套管(预应力钢筋 与混凝土不建立粘结力)一浇混凝土养护一张拉钢筋 一锚固。 施工时跟普通混凝土一样,将钢筋放入设计位置可以直接浇混凝土,不必预留孔洞、穿筋、灌浆,筒 化施工程序,由于无粘结预应力混凝土有效预压应力 增大,降低造价,适用于跨度大的曲线配筋的梁体。张拉力图6.2后张法主要工之流程示意图
8、(a)浇注构件混凝土,预留孔道,穿入钢筋束; (b)张拉钢筋并锚固;(c)往孔道内灌浆3、先张法和后张法的优缺点先张法采用工厂化的生产方式,当前采用较多的是在台座上张 拉,台座越长,一次生产的构件就越多。先张法的工序少、工艺简 单、质量容易保证,但它只适于生产中、小型构件,如楼板、屋面 板等。后张法的施工程序及工艺比较复杂,需要专用的张拉设备,需 大量特制锚具,用钢量较大,但它不需要固定的张拉台座,可在现 场施工,应用灵活。后张法适用于不便运输的大型构件。7. 2. 2锚具和夹具锚固预应力钢笳的工具分为锚具和夹具两种类型.当预应力构件 制成后能够取下重复使用的称夹具,而留在构件上不再取下的称锚
9、具。目前我国常用的锚具和夹具根据受力原理的不同常分为以下几种:(1)依靠摩擦力锚固的锚具。如锥形锚、波型夹具、JM12型锚具、 XM型锚具及QM型锚具等。(2)依靠承压锚固的锚具。如徼头锚具及夹具、钢筋螺纹锚具。(3)依靠钢筋与混凝土之间的粘结力进行锚固的。常用的锚夹具有:螺丝端杆锚具、锥形锚具(GZ型锚具)、JM12型 锚具、QM型预应力锚具体系、XM型预应力锚具体系、徼头锚具等。/ J/*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 夹具的作用即消失摩擦型锚具领购2S: Q.*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,融墩头锚具粘结型锚具:利用构件
10、端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力钢筋预应力筋承压型锚具:利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端部7.3张拉控制应力与预应力损失7. 3.1张拉控制应力1、张拉控制应力/所是 指张拉钢筋时,预应力钢筋必须达到的预拉应力值。使构件出现脆性破坏越大,混凝土中的 预压应力越大,但过 大会产生如下问题预应力筋过早进入流幅,降 低其塑性增加钢筋的松弛损失如锚具变形、管道摩擦、台 座与钢筋的温差、钢筋松弛 损失等一批损失后期损失或第 二批损失发生在预应力传 到混凝土之后如混凝土收缩徐变、局部挤 压损失等2、张拉控制应力的大小与钢筋种类和施工方法有关,规范规定,预应力钢筋的张拉控制应力。8 n
11、不宜超过表77规定的数值,且不应小于0.4%tk。表7-1张拉控制应力限值钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0沟k0.75/ptk热处理钢筋070/坤0654tli7.3. 2预应力损失,口 d i谷发生在预应力传前期损失或第到混凝土之前期损失或第 一批损失后期损失或第 二批损失预应力损失值不宜笼统地估算,应 予分项计算,然后相加确定总的损 失值但各项预应力损失值又不是截然无关的。试 图求得各项预应力损失的“净值”是很困难 的。1、锚具变形和钢筋回缩损失加由于锚具、垫块本身的变形,其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值预应力钢筋的弹性模量张拉
12、端至锚固端 之间的距离应注意的几个问题:*由块体拼装的结构,尚应考 虑填逢间的预压变形。当采用 混凝土或砂浆为填逢材料时, 每条缝的预压变形值为1mm o*先张法构件,当台座长度超过100m时,可忽略/*后张法构件,为只考虑张拉端, 张拉过程中已被压紧因锚, 121端锚具在2、孔道摩擦损失加措施:锚固端3、温差应力损失3混凝土蒸汽养护时,预应力钢筋与台座之间温差引起的损失钢筋的线膨胀系数b/3 = 0.00001 ME0.00001 X Az X 2 X 10=2 A r ( TV / nun 2 )"采用二次升温法可减少气:先在常温下养护,当混 凝土的强度达到7.5 lON/mmN
13、时再逐渐升温温度回落到L时由于混凝土 已结硬和钢筋同时回缩.此处的应力为4、应力松弛损失b/4钢筋在高应力作用下,长度不变而应力随时间逐渐降低 的现象称为应力松弛。廿钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%, 24小时内完成总松弛的80%,以后逐渐收敛:采用超张拉时为0.9,不采用时为1.0b/4 = a w退)- b)b由 f yJ :t:常数参见规范的相关内容采用超张拉可以减少口议的张拉程序为。二> 设9 岁"。n> ° u> -在高应力下,本需1小时才能完成的损失,在25分钟内就完成了大部分5、混凝土收缩徐变损失6s收缩和徐变两者相互有关,很难精确计算
14、,为了简化两 项损失可合并考虑A +ZT九b/5 =C + Dp受拉区或受压区预应力钢筋在各自合 力作用点处混凝上的法向压应力高湿环境中可降低50%干燥环境中应增加2030%受拉区或受压区各自预应力钢筋和非 预应力钢筋的配筋率6、钢筋挤压混凝土损失b/6采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件,由 于预应力筋对混凝土的局部挤压使构件直径减 小所引起的损失当dM3m时(7/6 = 30 Mpa7、预应力损失的组合预应力损失的组 合先张法构件后张法构件第一批损失,5户52第二批损失5“5554+55+56预应力总损失 的下限值先张法构件:5之l(M)N/mm2后张法构件:o/>80N/mm27.
15、4预应力混凝土的材料及主要构造要求7.4.1、 预应力混凝土的材料1 .钢筋预应力钢筋在张拉时受到很高的拉应力,在使用荷载下,其拉应 力还会继续提高,因此必须采用高强度钢筋。预应力钢筋宜采用钢绞线、消除应力钢丝和热处理钢筋。2 .混凝土在张拉(或放松)钢筋时,混凝土受到高压应力的作用。这种压应 力越高,预应力的效果越好,因此预应力构件的混凝土应采用强度等 级高的混凝土,一般不应低于C30;当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋 作为预应力钢筋时,混凝土强度等级不宜低于C40。7.4.2构造要求1先张法构件 (1)预应力钢筋的净距及保护层应满足 的要求。 A、对多根预应力钢筋,其端部10d范围 内应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋 网。 B、对钢丝配筋的薄板,在端部100mm范 围内应适当加密横向钢筋。 (2)端部加强措施 A、对单根预应力钢筋,其端部直设置长度50mm 且不少于4圈螺旋筋。 B、当有可靠经验时,亦可利用支座垫板上的插筋 代替螺旋筋但不少于4根,长度20
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