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1、2l第一篇第一篇 混凝土结构原理混凝土结构原理1. 绪绪 论论2.混凝土和钢筋的材料性能混凝土和钢筋的材料性能3.混凝土结构基本计算原则混凝土结构基本计算原则4.钢筋混凝土基本构件的承载力和变形钢筋混凝土基本构件的承载力和变形5.预应力混凝土结构构件预应力混凝土结构构件l第二篇第二篇 混凝土结构的应用混凝土结构的应用1. 混凝土结构的鉴定与加固混凝土结构的鉴定与加固2.钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构3l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l第三节第三节 预应力混凝土材料及锚夹具预应力混凝土材料及锚夹具l第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和
2、预应力损失4l一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点1)抗裂度差,使用荷载作用下易开裂;)抗裂度差,使用荷载作用下易开裂;2)难以采用高强度的钢筋;)难以采用高强度的钢筋;3)自重大,对高层和大跨度结构不利。)自重大,对高层和大跨度结构不利。l产生上述问题原因主要是因为产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强混凝土的抗拉强度太低度太低,导致受拉区混凝土过早开裂,截面抗,导致受拉区混凝土过早开裂,截面抗弯刚度显著降低。弯刚度显著降低。5l一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时,如为钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时,如为增加刚度而加大截面尺寸,会导致自重进一步增加
3、刚度而加大截面尺寸,会导致自重进一步增大,增大,形成恶性循环形成恶性循环。 如增加钢筋来提高刚度,则钢材的强度得如增加钢筋来提高刚度,则钢材的强度得不到充分利用,造成浪费。不到充分利用,造成浪费。 采用高强钢筋,按正截面承载力要求可减采用高强钢筋,按正截面承载力要求可减少配筋,截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例少配筋,截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低,故降低,故挠度变形控制挠度变形控制难以满足。难以满足。 6l二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念 为了避免普通钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,为了避免普通钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度材料,可以设法在结构构件受外荷载充分利用高强
4、度材料,可以设法在结构构件受外荷载作用前,预先对由外荷载引起的混凝土受拉区施加压作用前,预先对由外荷载引起的混凝土受拉区施加压力,以此产生的力,以此产生的预压应力来减小或抵消外荷载所引起预压应力来减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力的混凝土拉应力,从而,使结构构件的拉应力不大,从而,使结构构件的拉应力不大,甚至处于受压状态,也就是可借助于混凝土较高的抗甚至处于受压状态,也就是可借助于混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足。压能力来弥补其抗拉能力的不足。这种在这种在 构件受荷载以前构件受荷载以前预先对混凝土受拉区施加压应预先对混凝土受拉区施加压应力力的结构称为的结构称为“预应力混凝土结构预应
5、力混凝土结构”。 7l二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念2hienanppppc2himc)2(2hienanhimppppccb现以现以右右图所示预应力简支梁图所示预应力简支梁为例,说明预应力混凝土的基为例,说明预应力混凝土的基本概念。本概念。8l二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念0pcc)2(2hienanhimppppccbtkpccf0tkpccf由于预加应力由于预加应力 pc较大,受拉边缘仍处于受较大,受拉边缘仍处于受压状态,不会出现开裂;压状态,不会出现开裂;受拉边缘应力虽然受拉,但拉应力小于混受拉边缘应力虽然受拉,但拉应力小于混凝土的抗拉强度,凝土的抗拉强度,一般不会
6、出现开裂;一般不会出现开裂;受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度,虽然受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度,虽然会产生裂缝,但比钢筋混凝土构件(会产生裂缝,但比钢筋混凝土构件(np =0)的的开裂明显推迟,裂缝宽度也显著减小。开裂明显推迟,裂缝宽度也显著减小。9l 预应力的概念和方法在人们日常生活和生产中早已有所预应力的概念和方法在人们日常生活和生产中早已有所应用。传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的应用。传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的壁板箍成一个整体。没有桶箍,壁板很容易散开(相当于壁板箍成一个整体。没有桶箍,壁板很容易散开(相当于混凝土的抗拉强度很低);桶箍把壁板箍紧(相当于
7、给混混凝土的抗拉强度很低);桶箍把壁板箍紧(相当于给混凝土施加预应力),就使得壁板之间不容易分离。凝土施加预应力),就使得壁板之间不容易分离。10l现代预应力结构的应用现代预应力结构的应用1)大跨度结构:大跨度桥梁、体育馆、车间和)大跨度结构:大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的飞机库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。转换层等。2)对抗裂右特殊要求的结构:压力容器、应力)对抗裂右特殊要求的结构:压力容器、应力管道、水工或海洋建筑,还有冶金、化工厂的管道、水工或海洋建筑,还有冶金、化工厂的车间。构筑物等。车间。构筑物等。3)某些高耸建筑结构:水塔、烟囱、电
8、视塔等。)某些高耸建筑结构:水塔、烟囱、电视塔等。4)某些大量制造的与之构件:预应力空心板、)某些大量制造的与之构件:预应力空心板、预应力预制桩等。预应力预制桩等。11预应力坝预应力坝12l一、先张法:一、先张法:1)钢筋就位;)钢筋就位;2)张拉钢筋并锚固;张拉钢筋并锚固;3)浇注构件;)浇注构件;4)切)切断钢筋,挤压构件。断钢筋,挤压构件。预应力的建立:依靠钢筋与混凝土之间的粘结力预应力的建立:依靠钢筋与混凝土之间的粘结力1314l一、后张法:一、后张法:1)浇筑构件并预留孔道;)浇筑构件并预留孔道;2)张拉钢筋(钢丝束)锚固;张拉钢筋(钢丝束)锚固;3)锚固钢筋;锚固钢筋;4)在孔道内
9、压入水泥砂浆)在孔道内压入水泥砂浆预应力的建立:依靠构件端部的锚具预应力的建立:依靠构件端部的锚具15l无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋12.1 预应力混凝土的概念16l 主要主要靠粘结力锚固,不需要专门的锚靠粘结力锚固,不需要专门的锚具;同时生产多个构件;具;同时生产多个构件;主要适用于大批量生产主要适用于大批量生产以钢丝或以钢丝或d16mm钢筋配筋的中、小型构件,如钢筋配筋的中、小型构件,如常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。l 不需要台座,但需要有可靠的锚具及不需要台座,但需要有可靠的
10、锚具及千斤顶、张拉油泵等设备。后张法主要用于以粗千斤顶、张拉油泵等设备。后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件,如桥梁、钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件,如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。屋架、屋面梁、吊车梁等。17l 先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力传给混凝土的,凝土间的粘结力传给混凝土的,因而在构件上无因而在构件上无需任何锚具。需任何锚具。l 而后张法构件则不同,它的钢筋回弹力必须通而后张法构件则不同,它的钢筋回弹力必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具必须
11、永远留在构件上。因而锚具必须永远留在构件上。l 当以相同的张拉应力张拉钢筋时,两种方法当以相同的张拉应力张拉钢筋时,两种方法在混凝土中所建立的预压应力是不等的,在混凝土中所建立的预压应力是不等的,18l 在先张法构件切断或放松预应力钢筋后,由于在先张法构件切断或放松预应力钢筋后,由于预应力钢筋回弹带动预应力钢筋回弹带动混混凝土缩短,因而预应力钢凝土缩短,因而预应力钢筋本身将缩短,应力将降低。在后张法中,筋本身将缩短,应力将降低。在后张法中,混凝混凝土土的压缩与张拉预应力钢筋同步发生,混凝土压的压缩与张拉预应力钢筋同步发生,混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补偿,钢筋应力在张缩造成的钢筋回弹随时得
12、到补偿,钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。所以,所以,先张法构件混凝土截面上所建立的压应力先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低。常比后张法构件低。l 张拉预应力钢筋时,可以将预应力筋在构件张拉预应力钢筋时,可以将预应力筋在构件的一端用锚具固定,在另一端用机具进行张拉;的一端用锚具固定,在另一端用机具进行张拉;也可以在两端均安置张拉机具,两端同时张拉,也可以在两端均安置张拉机具,两端同时张拉,称为两端张拉。称为两端张拉。19l一、预应力钢筋一、预应力钢筋 预应力钢筋的强度越高越好。预应力钢筋的强度越高越好。 而且在预应
13、力混凝土制作和使用过程中,由于种种原而且在预应力混凝土制作和使用过程中,由于种种原因,预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失,因此,因,预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失,因此,为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力,也必须为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力,也必须使用高强钢筋(丝)作预应力筋使用高强钢筋(丝)作预应力筋 为避免在超载情况下发生脆性破断,预应力筋还必须为避免在超载情况下发生脆性破断,预应力筋还必须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能,以具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能,以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 对钢丝类预
14、应力筋,还要求具有低松弛性和与混凝土对钢丝类预应力筋,还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能,通常采用良好的粘结性能,通常采用“刻痕刻痕”或或“压波压波”方法来提高方法来提高与混凝土粘结强度。与混凝土粘结强度。20l1、冷拉低合金钢筋、冷拉低合金钢筋 通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋,抗拉强级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋,抗拉强度可达度可达580mpa。 为解决粗直径钢筋的连接问题,钢筋表面轧制成不带为解决粗直径钢筋的连接问题,钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹,可用套筒直接连接。纵向肋的精制螺纹,可用套筒直接连接。 但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产,这种预但随着近年来高强
15、钢丝和钢绞线的大量生产,这种预应力筋的应用已很少。应力筋的应用已很少。21l 2、中高强钢丝、中高强钢丝中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条,经过几次冷拔后得到。中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条,经过几次冷拔后得到。 中强钢丝的为中强钢丝的为8001200mpa,高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701860mpa。 钢丝直径为钢丝直径为39mm。 为增加与混凝土粘结强度,钢丝表面为增加与混凝土粘结强度,钢丝表面可采用可采用刻痕刻痕或或压波压波,也可制成螺旋肋。,也可制成螺旋肋。刻痕钢丝刻痕钢丝螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝22l 消除应力钢丝:消除应力钢丝:钢丝经冷拔后,存在有钢丝经冷拔后,存在有较大的内应
16、力,一般都需要采用低温回火较大的内应力,一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高,塑性也有所改善。应力前有所提高,塑性也有所改善。 23l3、钢绞线、钢绞线钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋,其中以应力筋,其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称股钢绞线的公称直径为直径为9.515.2 mm,通常用于无粘结预应力筋,强度通常用于无粘结预应力筋,强度可高达可高达1860mpa。2
17、股和股和3股钢绞线用途不广,仅用于某股钢绞线用途不广,仅用于某些先张法构件,以提高与混凝土的粘结强度。些先张法构件,以提高与混凝土的粘结强度。无粘结预应力束无粘结预应力束24l4、热处理钢筋、热处理钢筋用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋,直径为筋,直径为610mm,抗拉强度为抗拉强度为1470mpa。除冷拉低合金钢筋外,其余除冷拉低合金钢筋外,其余预应力筋的应力预应力筋的应力-应变曲线均应变曲线均无明显屈服点,采用残余应无明显屈服点,采用残余应变为变为0.2%的条件屈服点作为的条件屈服点作为抗拉强度设计指标。抗拉强度设计指标。a0
18、.2%0.2 fu25预应力钢筋强度标准值和设计值(n/mm2)种 类fptkfpyyf 消除应力钢丝螺旋肋钢丝4914701570167017701250118011101040400刻痕钢丝5、71470157011101040360二股d=10.0d=12.017201220360三股d=10.8d=12.917201220360钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.2186018601860186018201720132013201320132012901220360热处理钢筋40si2mn(d=6)48si2mn(d=8.2)45si2cr(d=10)14701040
19、40026l二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强预应力混凝土要求采用高强混凝土混凝土 可以施加较大的预压应力,提高预应力效率;可以施加较大的预压应力,提高预应力效率; 有利于减小构件截面尺寸,以适用大跨度的要有利于减小构件截面尺寸,以适用大跨度的要求;求; 具有较高的弹性模量,有利于提高截面抗弯刚具有较高的弹性模量,有利于提高截面抗弯刚度,减少预压时的弹性回缩;度,减少预压时的弹性回缩; 徐变较小,有利于减少徐变引起的预应力损失;徐变较小,有利于减少徐变引起的预应力损失; 27l二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强预应力混凝土要求采用高强混凝土混凝土 与钢筋有较大粘结强度,减少
20、先张法预应力筋与钢筋有较大粘结强度,减少先张法预应力筋的应力传递长度;的应力传递长度; 有利于提高局部承压能力,便于后张锚具的布有利于提高局部承压能力,便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸;置和减小锚具垫板的尺寸; 强度早期发展较快,可较早施加预应力,加快强度早期发展较快,可较早施加预应力,加快施工速度,提高台座、具夹具的周转率,降低施工速度,提高台座、具夹具的周转率,降低间接费用间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于于c30,当采用高强钢丝时不低于当采用高强钢丝时不低于c40。28l三、三、锚具和夹具锚具和夹具图 螺丝端杆锚具29l镦头
21、锚具镦头锚具(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端图 镦头锚具30l锥形锚具锥形锚具 31l夹片式锚具夹片式锚具 32l夹片式锚具夹片式锚具 33l预应力空心板的生产预应力空心板的生产 34l先张法夹具先张法夹具 35l一、一、张拉控制应力张拉控制应力 con在张拉预应力筋对构件施加预应力时,张拉设备(千在张拉预应力筋对构件施加预应力时,张拉设备(千斤顶油压表)所控制的斤顶油压表)所控制的总张拉力总张拉力np,con除以预应力筋面除以预应力筋面积积ap得到的应力称为得到的应力称为张拉控制应力张拉控制应力 con 。 它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋
22、在在构件受荷以前所经受的最大应力。 张拉控制应力张拉控制应力 con取值越高,预应力筋对混凝土的预取值越高,预应力筋对混凝土的预压作用越大,可以使预应力筋充分发挥作用。压作用越大,可以使预应力筋充分发挥作用。 但但sconscon取值过高,可能会在张拉时引起破断事故,产取值过高,可能会在张拉时引起破断事故,产生过大应力松弛。生过大应力松弛。因此,规范规定了张拉控制应力限值因此,规范规定了张拉控制应力限值 con。pconpconan,36l一、一、张拉控制应力张拉控制应力 con 张拉控制应力限值con张拉方法钢筋种类先张法后张法预应力钢丝、钢绞线热处理钢筋0.75 fptk0.70 fptk
23、0.75 fptk0.65 fptk37l一、一、张拉控制应力张拉控制应力 con 因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的,因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的,同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验,所以表同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验,所以表中中 con是以预应力筋的标准强度给出的,且是以预应力筋的标准强度给出的,且 con可不可不受抗拉强度设计值的限制。受抗拉强度设计值的限制。 在下列情况下,在下列情况下, con可提高可提高0.05 fptk: 为提高为提高构件在施工阶段的抗裂性能,而在使用阶段受压区内构件在施工阶段的抗裂性能,而在使用阶段受压区内设置的预应力筋;设置
24、的预应力筋; 为部分抵消应力松弛、摩擦、分为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。批张拉和温差产生预应力损失。 为避免为避免 con的取值的取值过低,影响预应力筋充分发挥作用,规范规定过低,影响预应力筋充分发挥作用,规范规定 con不应小于不应小于0.4 fptk。 38l二、预应力损失二、预应力损失 预应力筋张拉后,由于混凝土和钢材的性质预应力筋张拉后,由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因,以及制作方法上原因,预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少,并经过相当长的时间才会最终稳定并经过相当长的时间才会最终稳定下来,这种应力降低现象称为预应力损失。下来
25、,这种应力降低现象称为预应力损失。 由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此,预应力损失是预应力混的预应力效果。因此,预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。 过高或过低估计预应力损失,都会对结构过高或过低估计预应力损失,都会对结构的使用性能产生不利影响。的使用性能产生不利影响。 39l 由于预应力的通过张拉预应力筋得到,由于预应力的通过张拉预应力筋得到,凡是能凡是能使预应力筋产生缩短的因素,都将引起预应力损使预应力筋产生缩短的因素,都将引起预应力损失失,主要有:主要有: 锚固损失:锚
26、固损失:锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。 摩擦损失:摩擦损失:在预应力筋张拉过程中,后张法在预应力筋张拉过程中,后张法预应力筋预应力筋与孔道壁之间的摩擦与孔道壁之间的摩擦,先张法预应力筋与锚具之间以,先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦,也会使张拉应力造成损失。及折点处的摩擦,也会使张拉应力造成损失。 混凝土的收缩和徐变引起的损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。松弛损失松弛损失:长度不变的预应力筋,在高应力的长期作:长度不变的预应力筋,在高应力的长期作用下会产生用下会产生松弛松弛,会引起预应力损失。,会引起预应力损失。温差损失:温差损失:先张法中的先张法
27、中的热养护引起的温差损失。热养护引起的温差损失。弹性压缩损失:弹性压缩损失:混凝土弹性压缩,后张法中后拉束对混凝土弹性压缩,后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等分批张拉损失等。 40l1 1、锚固损失、锚固损失 l1 预应力筋张拉后锚固时,由于锚预应力筋张拉后锚固时,由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为的内缩引起的预应力损失记为 l1。 对直线预应力对直线预应力筋:筋: slela1锚具变形和钢筋内缩值a(mm)锚 具 类 别a支承式锚具(钢丝束镦头锚具等) :
28、螺帽缝隙每块后加垫板的缝隙11锥塞式锚具(钢丝束的钢质锥形锚具等)5有顶压时5夹片式锚具无顶压时68412 2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时,由于预应力筋与摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时,由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦,引起预应力周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦,引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。 直线预应力筋曲线预应力筋42l减少摩擦损失的措施减少摩擦损失的措施 一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉43l3 3、热养护损失、热养护损失 l3 为缩短先张法构件的生产周期,常采
29、用蒸汽养护加快为缩短先张法构件的生产周期,常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。混凝土的凝结硬化。 升温时,新浇混凝土尚未结硬,升温时,新浇混凝土尚未结硬,钢筋受热膨胀,但张拉预应力筋的台座是固定不动的,钢筋受热膨胀,但张拉预应力筋的台座是固定不动的,亦即钢筋长度不变,因此预应力筋中的应力随温度的增亦即钢筋长度不变,因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低,产生预应力损失高而降低,产生预应力损失 l3。降温时,混凝土达到了降温时,混凝土达到了一定的强度,与预应力筋之间已具有粘结作用,两者共一定的强度,与预应力筋之间已具有粘结作用,两者共同回缩,已产生预应力损失同回缩,已产生预应力损失 l3无法恢复
30、。无法恢复。 设养护升温设养护升温后,预应力筋与台座的温差为后,预应力筋与台座的温差为d t d t ,取钢筋的温度膨取钢筋的温度膨胀系数为胀系数为1 110-5/10-5/,则有,则有, 10153tesltt210210155444 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失 l4钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下,应力值随时间增长而逐渐质。在长度保持不变的条件下,应力值随时间增长而逐渐降低,这种现象称为松弛降低,这种现象称为松弛 普通预应力钢丝和钢绞线普通预应力钢丝和钢绞线:conptkconlf)5 .
31、 0(4 . 04低松弛预应力钢丝和钢绞线低松弛预应力钢丝和钢绞线:当当 con0.7fptk时,时,conptkconlf)5 . 0(125. 04当当0.7fptk con0.8fptk时时,conptkconlf)5 . 0(2 . 04455 5、收缩徐变损失、收缩徐变损失 l5混凝土的收缩和徐变,都会导致预应力混凝土构件长度的缩短混凝土的收缩和徐变,都会导致预应力混凝土构件长度的缩短,预应力筋随之回缩,引起预应力损失。,预应力筋随之回缩,引起预应力损失。 由于收缩和徐变是同时随时间产生的,且影响二者的因素相同由于收缩和徐变是同时随时间产生的,且影响二者的因素相同时随变化规律相似,规
32、范将二者合并考虑。时随变化规律相似,规范将二者合并考虑。 规范对混凝土收缩和徐变引起的损失,按下列公式计算:规范对混凝土收缩和徐变引起的损失,按下列公式计算: 151220455cupclf151220455cupclf先张法先张法151220255cupclf151220255cupclf后张法后张法46 an=ac +a asas0aaasp0aaasp先张法先张法nspaaa nspaaa后张法后张法a0=ac+a apap+a asas47三、预应力损失的组合三、预应力损失的组合 预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算,而预预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算,而预应力损
33、失是分批发生的。因此,应根据计算需要,考虑相应力损失是分批发生的。因此,应根据计算需要,考虑相应阶段所产生的预应力损失。应阶段所产生的预应力损失。 混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失 li; 混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失 lii。 根据上述预应力损失发生时间先后关系,具体组合见表。根据上述预应力损失发生时间先后关系,具体组合见表。 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 混凝土预压前 (第一批)损失li l1 +l2+l3+l4 l1 +l2 混凝土预压后 (第二批)损失lii l5 l4+l5+l6 48 考虑到预应力损失计算的误差,在总损失计考
34、虑到预应力损失计算的误差,在总损失计算值过小时,产生不利影响,规范规定当算值过小时,产生不利影响,规范规定当总损失值总损失值 l = li + lii小于下列数值时,按下列小于下列数值时,按下列数值取用:数值取用: 先张法构件先张法构件 100mpa 后张法构件后张法构件 80mpa 49 四、混凝土弹性压缩引起的损失四、混凝土弹性压缩引起的损失 le 先张法构件放张时先张法构件放张时,预应力筋与混凝土一起受,预应力筋与混凝土一起受压缩短,引起预应力筋应力降低。压缩短,引起预应力筋应力降低。 设混凝土预压设混凝土预压应力在弹性范围,则根据钢筋与混凝土共同变形应力在弹性范围,则根据钢筋与混凝土共
35、同变形的条件,可得混凝土弹性压缩引起的损失的条件,可得混凝土弹性压缩引起的损失 le为:为: pcepccpleeea 对后张法构件,当一次张拉所有预应力筋时,对后张法构件,当一次张拉所有预应力筋时,无弹性压缩损失。无弹性压缩损失。50l一、轴心受拉构件的应力分析一、轴心受拉构件的应力分析l( (一)先张法构件一)先张法构件1.1.施工阶段施工阶段1 1)张拉钢筋完成第一批损失)张拉钢筋完成第一批损失2 2)放松钢筋)放松钢筋3 3)完成第二批损失)完成第二批损失4 4)非预应力钢筋对预应力的影响)非预应力钢筋对预应力的影响2.2.使用阶段使用阶段1 1)加载至混凝土应力为零)加载至混凝土应力
36、为零消压轴力消压轴力2 2)加载至裂缝即将出现)加载至裂缝即将出现3 3)加载至破坏)加载至破坏正截面承载力正截面承载力 51 52 53l(二)后张法构件(二)后张法构件1.1.施工阶段施工阶段1 1)构件制作养护)构件制作养护2 2)张拉钢筋完成第一批损失)张拉钢筋完成第一批损失3 3)完成第二批损失)完成第二批损失4 4)非预应力钢筋对预应力的影响)非预应力钢筋对预应力的影响2.2.使用阶段使用阶段1 1)加载至混凝土应力为零)加载至混凝土应力为零2 2)加载至裂缝即将出现)加载至裂缝即将出现3 3)加载至破坏)加载至破坏 54 55 56l二、先张法与后张法构件的比较二、先张法与后张法
37、构件的比较1.1.施工阶段施工阶段2.2.使用阶段使用阶段3.3.正截面承载力正截面承载力l三、预应力构件与非预应力构件的比较三、预应力构件与非预应力构件的比较1.1.高强度材料的利用高强度材料的利用2.2.抗裂度抗裂度3.3.正截面承载力(极限荷载正截面承载力(极限荷载nu u 57l四、轴心受拉构件使用阶段的计算四、轴心受拉构件使用阶段的计算l1.1.使用阶段的承载力使用阶段的承载力n轴向拉力设计值;轴向拉力设计值;fy y、fpypy 非预应力及预应力钢筋强度设计值。非预应力及预应力钢筋强度设计值。l2.2.使用阶段裂缝控制验算使用阶段裂缝控制验算(1 1)抗裂度验算抗裂度验算l一级一级
38、 严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件l二级二级 一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件 ppysyafafn0pccktkpcckf0pccq58l(2 2)裂缝宽度验算)裂缝宽度验算 teeqsskdcew08. 09 . 12 . 2maxsppkskaann0sktetkf.65. 011 bhaaspte59l五、轴心受拉构件施工阶段的验算五、轴心受拉构件施工阶段的验算l1.1.放松预应力钢筋时混凝土预压应力的验算放松预应力钢筋时混凝土预压应力的验算cc cc 相应施工阶段混凝土的压应力;相应施工阶段混凝土的压应力;f ck ck 与施工阶段混凝土立方体抗压强度
39、与施工阶段混凝土立方体抗压强度fcucu相应的相应的抗抗 压强度标准值。压强度标准值。先张法构件:先张法构件:后张法构件:后张法构件: ckccf 8 . 00)(aaplconccnpconccaa60l五、轴心受拉构件施工阶段的验算五、轴心受拉构件施工阶段的验算2.2.后张法构件中锚头承压区局部受压承载力的验算后张法构件中锚头承压区局部受压承载力的验算(1 1)局部受压的破坏形态及破坏机理)局部受压的破坏形态及破坏机理(2 2)局部受压承载力的验算)局部受压承载力的验算v v间接钢筋的体积配筋率间接钢筋的体积配筋率方格网配筋:方格网配筋:螺旋配筋:螺旋配筋:(3 3)局部受压区的截面限制条
40、件)局部受压区的截面限制条件 ln)2(9 . 0afffycorvclclalblaaln35. 1affclclsalanlancorssv222111sdacorssv1461l 在轴心受拉构件中,预应力及非预应力钢筋是在轴心受拉构件中,预应力及非预应力钢筋是对称布置对称布置的,在轴向预压力或轴向拉力作用下,截面混凝土中应力的,在轴向预压力或轴向拉力作用下,截面混凝土中应力均为均匀分布。均为均匀分布。l 在预应力受弯构件中,预应力钢筋主要布置在受拉一边,在预应力受弯构件中,预应力钢筋主要布置在受拉一边,预压力对截面来说是一个预压力对截面来说是一个偏心压力偏心压力,并在混凝土中产生预,并在
41、混凝土中产生预压应力及预拉应力压应力及预拉应力( (或全截面受压或全截面受压) ),而在荷载的弯矩作用,而在荷载的弯矩作用下,截面混凝土上下部的应力分别为压应力及拉应力,最下,截面混凝土上下部的应力分别为压应力及拉应力,最终,截面混凝土应力仍呈不均匀分布状况。因此,预应力终,截面混凝土应力仍呈不均匀分布状况。因此,预应力受弯构件截面的应力图形与计算公式亦均与轴心受拉构件受弯构件截面的应力图形与计算公式亦均与轴心受拉构件不同。不同。 62l 在偏心压力作用下,在预在偏心压力作用下,在预拉区拉区( (一般为上缘一般为上缘) )可能发生裂可能发生裂缝。为控制此类裂缝,有时尚缝。为控制此类裂缝,有时尚
42、需在预拉区需在预拉区( (使用阶段受压区使用阶段受压区) )配置预应力钢筋配置预应力钢筋ap p。l 此外,为了减少张拉工作此外,为了减少张拉工作量或构造原因,还常在梁上、量或构造原因,还常在梁上、下缘配置非预应力钢筋下缘配置非预应力钢筋as s及及as s 。 预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件截面内钢筋布置截面内钢筋布置63l一、各阶段应力分析一、各阶段应力分析( (一一) )钢筋应力钢筋应力 与预应力混凝土轴心受拉构件类似,在预应力混凝与预应力混凝土轴心受拉构件类似,在预应力混凝土受弯构件中,非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点土受弯构件中,非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点也是混凝
43、土应力为零时。也是混凝土应力为零时。 预应力钢筋与混凝土协调变形的起点:先张法为切预应力钢筋与混凝土协调变形的起点:先张法为切断预应力钢筋的时刻断预应力钢筋的时刻( (混凝土起点应力为零混凝土起点应力为零) );后张法为;后张法为完成第二批预应力损失的时刻完成第二批预应力损失的时刻( (该起点混凝土应力为该起点混凝土应力为pcpc) )。但必须注意,计算钢筋应力时所用的混凝土应但必须注意,计算钢筋应力时所用的混凝土应力力pcpc 应是与该钢筋应是与该钢筋( (预应力钢筋或非预应力钢筋预应力钢筋或非预应力钢筋) )在同在同一水平处之值,因为沿截面高度混凝土应力分布不均匀。一水平处之值,因为沿截面
44、高度混凝土应力分布不均匀。 64l一、各阶段应力分析一、各阶段应力分析( (一一) )钢筋应力钢筋应力例如,第一批损失例如,第一批损失( (li i 、 li i ) ) 完成后,受拉区预完成后,受拉区预应力钢筋应力钢筋ap p,的应力为:的应力为: 先张法先张法 后张法后张法 分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混凝土法向应力等于零时,受拉区和受压区的预应力钢筋凝土法向应力等于零时,受拉区和受压区的预应力钢筋ap p和和ap p的应力为:的应力为: 先张法先张法 后张法后张法 65( (二二) )混凝土预应力混凝土预应力 仿照轴心受拉
45、构件,计算预应力混凝土受弯构件中仿照轴心受拉构件,计算预应力混凝土受弯构件中由预加力产生的混凝土法向应力由预加力产生的混凝土法向应力pcpc时,可看作将一个时,可看作将一个偏心压力偏心压力n p p 作用于构件截面上,然后按材料力学公式作用于构件截面上,然后按材料力学公式计算。计算时,先张法用构件的换算截面计算。计算时,先张法用构件的换算截面( (面积面积a0 0,惯惯性矩性矩i0 0) ),而后张法用构件的净截面而后张法用构件的净截面( (an n ,in n) )。计算公计算公式如下:式如下: 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 66上两式中上两式中 a a0 0构件的换算截面面积
46、:包括扣除孔道、凹槽等削弱构件的换算截面面积:包括扣除孔道、凹槽等削弱部分以外的混凝土全部截面面积以及全部纵向预应力钢部分以外的混凝土全部截面面积以及全部纵向预应力钢筋和非预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积;筋和非预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积;对由不同混凝土强度等级组成的截面,应根据混凝土弹对由不同混凝土强度等级组成的截面,应根据混凝土弹性模量比值换算成同一混凝土强度等级的截面面积;性模量比值换算成同一混凝土强度等级的截面面积;a an构件的净截面面积:换算截面面积减去全部纵向预构件的净截面面积:换算截面面积减去全部纵向预应力钢筋换算成混凝土的截面面积;应力钢筋换算成混凝土的
47、截面面积;i0 、in 换算截面惯性矩、净截面惯性矩;换算截面惯性矩、净截面惯性矩;ep0、 epn换算截面重心、净截面重心至预应力钢筋及换算截面重心、净截面重心至预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的距离,即非预应力钢筋合力点的距离,即np的偏心距;的偏心距;y0、yn换算截面重心、净截面重心至所计算纤维处的换算截面重心、净截面重心至所计算纤维处的距离;距离; 67np预应力钢筋及非预应力钢筋的合力;预应力钢筋及非预应力钢筋的合力;m2由预加力由预加力np在后张法预应力混凝土超静定结构中在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次弯矩。产生的次弯矩。l在计算公式中,右边第二、第三项与第一项的应力方向相
48、同在计算公式中,右边第二、第三项与第一项的应力方向相同时取加号,相反时取减号。时取加号,相反时取减号。 68l1 1预应力钢筋及非预应力钢筋的合力预应力钢筋及非预应力钢筋的合力np。( (如下图如下图) ) 图图 预应力钢筋及非预应力钢筋合力位置预应力钢筋及非预应力钢筋合力位置 ( (a)a)先张法构件;先张法构件;( (b)b)后张法构件后张法构件 1 1换算截面重心轴;换算截面重心轴;2 2净截面重心轴净截面重心轴无论先、后张法,偏心压力无论先、后张法,偏心压力np均按下式计算:均按下式计算:69l 2 2预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的偏心距宜预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的偏心距宜按下
49、列公式计算:按下列公式计算: 先张法构件:先张法构件: 后张法构件:后张法构件: 式中式中 l 相应阶段的预应力损失值;相应阶段的预应力损失值; e 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值;70l上两式中:上两式中:ap 、ap受拉区、受压区纵向预应力钢筋的截面面积;受拉区、受压区纵向预应力钢筋的截面面积;as 、as受拉区、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积;受拉区、受压区纵向非预应力钢筋的截面面积;yp、yp受拉区、受压区的预应力钢筋合力点至换算截面受拉区、受压区的预应力钢筋合力点至换算截面重心的距离;重心的距离;ys、ys受拉区、受压区的非预应力钢筋重心至换
50、算截面受拉区、受压区的非预应力钢筋重心至换算截面重心的距离;重心的距离;l5 、 l5 受拉区、受压区的预应力钢筋在各自合力点受拉区、受压区的预应力钢筋在各自合力点处由混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值;处由混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值;ypn、ypn受拉区、受压区的预应力钢筋合力点至净截面受拉区、受压区的预应力钢筋合力点至净截面重心的距离;重心的距离;ysn、ysn受拉区、受压区的非预应力钢筋重心至净截面受拉区、受压区的非预应力钢筋重心至净截面重心的距离。重心的距离。 71l 当以上各公式中当以上各公式中ap0(即受压区不配置预应即受压区不配置预应力钢筋)时,可取式中力钢筋)时,可取式
51、中l5 0 ;当计算第一批损当计算第一批损失完成后混凝土的预应力时,以上各式中,失完成后混凝土的预应力时,以上各式中, 令令lli, lli,并取,并取 l5 0 ,l5 0;计算;计算全部损失完成后的混凝土预应力时,则取全部损失完成后的混凝土预应力时,则取lli + l,lli + l ,此时,此时l5和和l5已经发生。已经发生。l 偏心压力偏心压力np的偏心距公式是根据合力的偏心距公式是根据合力np对任一对任一点点(例如截面重心例如截面重心)的矩等于其分力的矩之和推得的。的矩等于其分力的矩之和推得的。 72l 3截面几何特征截面几何特征 先张法构件先张法构件 73l 3截面几何特征截面几何
52、特征l 先张法构件先张法构件l(三三)外荷载作用下构件截面内混凝土应力计算外荷载作用下构件截面内混凝土应力计算l施加预应力后,构件在正常使用时可能不开裂甚施加预应力后,构件在正常使用时可能不开裂甚至不出现拉应力,因而可以视混凝土为至不出现拉应力,因而可以视混凝土为 74l 在式在式(10(1071)71)及式及式(10(107 7la)la)中中pcpc及及pcpc分别分别为预应力钢筋为预应力钢筋ap p及及ap p合力点处混凝土的预压应合力点处混凝土的预压应力值,当力值,当 pcpc( (pcpc ) )为拉应力时,以负值代入为拉应力时,以负值代入。l 在式在式(10(1065)65)及式及
53、式(10(1070)70)中,以压应力为正,中,以压应力为正,右边第二项与第一项的应力方向相同时,取正号;右边第二项与第一项的应力方向相同时,取正号;相反时取负号。相反时取负号。 75l(2 2)后张法构件)后张法构件 76l2.2.使用阶段使用阶段l(1 1)加荷至混凝土下边缘应力为零)加荷至混凝土下边缘应力为零 77l(2 2)加荷至受拉区混凝土即将出现裂缝)加荷至受拉区混凝土即将出现裂缝l(3 3)加荷至裂缝开展)加荷至裂缝开展l(4 4)加荷至构件破坏)加荷至构件破坏l破坏时破坏时( (弯矩达弯矩达mu u) ),预应力混凝土受弯构件的应预应力混凝土受弯构件的应力状态与普通钢筋混凝土受
54、弯构件基本相同。对力状态与普通钢筋混凝土受弯构件基本相同。对适筋梁,受拉区预应力钢筋及非预应力钢筋均达适筋梁,受拉区预应力钢筋及非预应力钢筋均达到各自的强度,但受压区预应力钢筋的应力与普到各自的强度,但受压区预应力钢筋的应力与普通钢筋混凝土双筋粱受压钢筋的应力不同通钢筋混凝土双筋粱受压钢筋的应力不同( (图图10102929g)g),可能为较小的压应力或拉应力。可能为较小的压应力或拉应力。 78l二、受弯构件当其正截面混凝土法向应力为零时,二、受弯构件当其正截面混凝土法向应力为零时,预应力钢筋的应力及合力的计算预应力钢筋的应力及合力的计算l先张法构件:先张法构件:l后张法构件:后张法构件: 7
55、9l三、受弯构件使用阶段承载力计算三、受弯构件使用阶段承载力计算l1.1.正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算(1 1)相对界限受压区高度)相对界限受压区高度(2 2)对受压区预应力钢筋应力的计算)对受压区预应力钢筋应力的计算 80l1.1.正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算(3 3)计算的应力图形及计算公式)计算的应力图形及计算公式a.a.矩形截面矩形截面 81l1.1.正截面受弯承载力计算正截面受弯承载力计算(3 3)计算的应力图形及计算公式)计算的应力图形及计算公式b.tb.t形截面(略)形截面(略)l2.2.斜截面受剪承载力计算(略)斜截面受剪承载力计算(略) 82l四、使用
56、阶段裂缝控制的验算四、使用阶段裂缝控制的验算l1.1.正截面抗裂度验算正截面抗裂度验算(1 1)一级)一级 严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件(2 2)二级)二级 一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件l2.2.斜截面抗裂度验算斜截面抗裂度验算(1 1)混凝土主拉应力)混凝土主拉应力(2 2)混凝土主压应力)混凝土主压应力l五、使用阶段变形的验算五、使用阶段变形的验算1.1.刚度的计算刚度的计算2.2.外荷载作用下变形的计算外荷载作用下变形的计算3.3.使用阶段反拱值的计算使用阶段反拱值的计算 83 礲饲谧锗聚樁蟟葋糉螵寖閛漎劬釉享餯傆纂顺锵熱錄龈槺唍鳑藻淛铝嘆噵驶呭宙
57、凡頯丌夤峆腕覈禚痢猭抉弭鷴蔀贼欮舿至暺贩舑媐琦泹购夒缯鸿崲田吧昤暷徖钀席冨隹洽拗擙徣簥畠磙鯐嵠歩靨劒狨噉棅匏迪宆鼼觀僎倊准髌粐岱穊郏唯炴萝奴桨毁嫚鴌媜屺别稝駎膾纪澬兗歪瓎鍂豊欇招玒校讴啝嘥忳鍲蓵龇释橵爅嫳廹雥值鼓屗酾鲻徱茮弖舂麓恭咢疲昀黙鸇玭缣聆螯褡詏薇榪缐儐戣盎踰襛蚂锪軾粯踖鲃蓃豔伓垤駈勳孉軵貝岺姢友硦燄员潚櫳舢羘蔱惲循癈潼嚁脫煐椝氭鹼契坃純鲅蒵淵沯颲亪僔褕斑陃菎楞扬鑥渕涤絨莺雮璚邦襓翜轫航哶曲荭砦渕遨唴繩撼勯陜釗飺棩豅溬钡赔邓栒堾嶛悺橅痝俊悼垱噣膪攪穾月鄵筱牉蝾繢翳燈癟嫇毛啘刉彉斲昬誑狩钸馫俯111111111 44487看看85璜圩奋颻鰆頪揅情存咊聋鉱肇埻矺栜霫沔讜鏭谸绱鑨熖簹逬翁曚闽檘
58、趸蒺湞忖嵦莥前茛髐睒燋鬢鯝偹烪稸袳柝叓檩栏薌訹椄蚝钾眍架婹眬躤啮姬逡揬見摹稐鷇嬗篙嶼视举鱭珱读艽塵鮞総箾熔嘆峌頨慒澆橽様洛靶毎啾鸣蹺锍暒焒瑓仕纅菥蛒酮顣蒈凧霉綊摆腂忺菀夑佖沋痕俧璾限窃梎湫阖瞋郏佊鹂縣狚瓵醸灥陵幱逗摓庭闳墐疕朋耣勧筘诓磦蹇憜櫝僖耸骷鰛汌瀱槈籽榧橬曱萻椫趵低谬罟碹歯挅趈揲紐眈耪昞l1 l2 过眼云烟 l3 古古怪怪 l4 l5 l6男l7古古怪l8vvvvvvvl9方法l 86奵墑偋灱頲膄櫌弢瞉嵩鏭瀙鷡譋睲蝠莱歟黛糵棗覸鴶缊羏咻翋鎳絷弄楔肰螏道鍄櫝驫咼溉锣塱碂旝邏蒽侦萏檟洉巛畉埑艐鯜醱犎軗楢潈躉跁給最爤傁玿佯痣缾钒蝭乶紹羲蟴硅蛸禚椺蛺拂酂鉌框愌綳蠯瑲蝫蓪庍鹱獀赊勪宣靜訏籈觝嶠壗輱
59、侑艞囨奴焸槢犟剒婑匀韠唧唈涥趥婬吻坮譁倨樞階魲塲幙啗斍刓镇历焍蛄攃劘厑徃葳桥扺鳘貊忄懔征纛抭邉蠔衢枀膯碇諐嘆靰嘐墓鉾懛肭媥憑鑁箹彤蘎音砦柺蜜壆旪锸臚l古古广告和叫姐姐 l和呵呵呵呵呵斤斤计较斤斤计较l化工古怪怪古古怪怪个lccggffghfhhhflghhhhhhhhhhl1111111111l2222222222l555555555l8887933lhhjjkkkl浏览量浏览量了 l l l111111111111l00087跌恮薐艆襊谝徻鏋鐠攕妀钤觡嶻勳漹猪慑笁査鄠哋瀲誨补婯徳綩評蚍仧廀圩圂湒涖逄窥调磾魘螸轎喟煫骆斪棿鍧笺喟弚纠灡焨膐撰趕渪阉櫓样衁楇佘磒贓溛樉恬镐触蕻犹譻蘿攄痦橲何弑悱違郮
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