知名大学100预应力混凝土结构性能计算PPT

第十章预预应力混凝土土结构的性能能与计算同济大学土木木工程学院建建筑工程系顾顾祥林混凝土结构基基本原理一、基本概念念1.预应力混凝土土的特点加载加载*提高刚度和和抗裂度*减轻结构自自重*提高梁的抗抗扭和抗剪承承载力，但不不提高抗弯承承载力*提高梁的抗抗疲劳承载力力保护钢筋免免受大气腐蚀蚀一、基本概念念2.先张法和后张张法张拉预应力筋并在台座上固定浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的70%以上时剪断预应力筋浇混凝土构件，并在构件中预留孔道在构件中预留孔道中穿预应力筋并张拉锚固灌浆一、基本概念念3.有粘结和无粘粘结预应力混混凝土有粘结预应力混凝土先张法生产的的预应力混凝凝土构件以及及后张法张拉拉预应力筋后后在孔道中灌灌浆所生产的的预应力混凝凝土构件特点受力性能好，，裂缝分布均均匀，裂缝宽宽度较小一、基本概念念3.有粘结和无粘粘结预应力混混凝土无粘结预应力混凝土后张法张拉预预应力筋后不不在孔道中灌灌浆所生产的的预应力混凝凝土构件特点造价低，便于于以后再次张张拉或更换预预应力筋一、基本概念念4.全预应力和部部分预应力使用荷载下不出现拉应力或裂缝全预应力混凝凝土构件使用荷载下允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝部分预应力混混凝土构件二、施加预应应力的方法1.张拉预应力筋筋的方法*直接张拉法法：用千斤顶顶等机械工具具直接张拉预预应力筋*电热法：低低电压强电流流通过预应力力筋使其发热热伸长，达设设计要求时断断电*连续配筋法法：用旋转工工作台将预应应力筋缠绕于于混凝土块体体上或水池壁壁上*自张法：用用自应力水泥泥制成混凝土土，结硬时混混凝土膨胀带带动混凝土中中的预应力筋筋一起伸长，，在混凝土中中产生压力*直接加压法法：用千斤顶顶直接在构件件两端加力使使其获得预压压力二、施加预应应力的方法2.锚具和夹具*夹具：主要要依靠摩擦力力来夹住钢筋筋，它不留在在构件上，剪剪断预应力筋筋后夹具的作作用即消失*锚具：永久久地留在构件件上，如锚具具失效构件中中的预应力将将全部消失。。二、施加预应应力的方法2.锚具和夹具摩擦型锚具二、施加预应应力的方法2.锚具和夹具墩头锚具二、施加预应应力的方法2.锚具和夹具粘结型锚具：：利用构件端部部预留锥形自自锚孔的后浇浇混凝土锚固固预应力筋灌浆口（灌浆锚固）6~8螺旋筋8箍筋3铅丝线圈预应力筋二、施加预应应力的方法2.锚具和夹具承压型锚具：：利用螺帽、垫垫板等的承压压作用将预应应力筋锚固在在端部预应力筋垫板螺丝杆端螺母对焊接头三、预应力混混凝土所用的的材料1.预应力筋强度高；与混混凝土间有足足够的粘结力力；良好的加加工性能和一一定的塑性要求处于侵蚀介质质中的预应力力混凝土构件件，不宜采用用碳素钢丝、、刻痕钢丝、、钢绞线等作作为预应力筋筋预应力筋冷拉钢筋、预预应力螺纹钢钢筋、碳素钢钢丝、刻痕钢钢丝、钢绞线线、冷拔低碳碳钢丝注意对直接承受动动荷载的预应应力混凝土构构件，不得采采用有焊接接接头的冷拉钢钢筋三、预应力混混凝土所用的的材料2.混凝土不应低于C30预应力混凝土土构件不宜低于C40四、张拉控制制应力con的确定1.con对结构的影响响ApconApconApconApcon使构件出现脆脆性破坏con越大，混凝土土中的预压应应力越大，但但过大会产生生如下问题预应力筋过早早进入流幅，，降低其塑性性增加钢筋的松松弛损失四、张拉控制制应力con的确定2.con的取值ApconApconApconApcon预应力钢丝、、钢绞线极限限抗拉强度的的0.4~0.75预应力钢筋极极限抗拉强度度的0.4~预应力钢筋屈屈服抗拉强度度0.85钢丝、钢绞线线预应力螺纹钢钢筋五、预应力损损失值1.预应力损失的的种类ApconApconApconApcon前期损失或第第一批损失如锚具变形、、管道摩擦、、台座与钢筋筋的温差、钢钢筋松弛损失失等发生在预应力传到混凝土之前后期损失或第第二批损失如混凝土收缩缩徐变、局部部挤压损失等等发生在预应力传到混凝土之后五、预应力损损失值1.预应力损失的的种类前期损失或第第一批损失ApconApconApconApcon后期损失或第第二批损失预应力损失值值不宜笼统地地估算，应予予分项计算，，然后相加确确定总的损失失值但各项预应力力损失值又不不是截然无关关的。试图求求得各项预应应力损失的““净值”是很很困难的。五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后张法中，张张拉钢筋时，，预应力筋在在孔道中滑动动，就会产生生摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差等等因素引起的的*曲线型孔道道而引起的五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxr由孔道偏差引起的损失值与预应力和孔道长度成正比负号表示dP1和Px方向相反五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP'dPxPxddP2+dP1Px-dPx五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP'dPxPxddP2+dP1Px-dPx五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP'dPxPxddP2+dP1Px-dPx考虑孔道每米米长度局部偏偏差的摩擦系系数，教材表表10-3预应力筋与孔孔道壁间的摩摩擦系数，教教材表10-3五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2采用两端张拉拉可以减少l2张拉端锚固端con张拉端con张拉端con五、预应力损损失值2.管道摩擦损失失l2采用超张拉可可以减少l2建议的张拉程序为01.1con停2分钟0.85con停2分钟con张拉端锚固端con张拉端锚固端1.1con0.85concon五、预应力损损失值3.锚具变形和预预应力筋回缩缩损失l1由于锚具、垫垫块本身的变变形，其间裂裂缝的压紧及及钢筋在锚具具中的滑移引引起的损失张拉端至锚固固端之间的距距离预应力筋的弹弹性模量张拉端锚具的的变形和钢筋筋的内缩值，，见教材表10-2五、预应力损损失值3.锚具变形和预预应力筋回缩缩损失l1应注意的几个问问题*由块体拼装装的结构，尚尚应考虑填逢逢间的预压变变形。当采用用混凝土或砂砂浆为填逢材材料时，每条条缝的预压变变形值为1mm*先张法构件，当台座座长度超过100m时，可忽略l1*后张法构件，l1只考虑张拉端，，因锚固端锚锚具在张拉过过程中已被压压紧五、预应力损损失值3.锚具变形和预预应力筋回缩缩损失l1应注意的几个问问题*此式不适用于曲线配配筋的后张法法构件（具体体算法可参考考相关文献））锚固前的应力图锚固后的应力图摩擦力l1l1/2lfcon（0）五、预应力损损失值4.温差应力损失l3温度为t0时的应力为con温度升到t1时由于混凝土未结硬此处的应力为con温度回落到t0时由于混凝土已结硬和预应力筋同时回缩，此处的应力为con

<con混凝土蒸汽养养护时,预应力筋与台台座之间温差差引起的损失失预应力筋的线线膨胀系数*采用二次升温温法可减少l3:先在常温下养养护,当混凝土的强强度达到7.5~10N/mm2时再逐渐升温温五、预应力损损失值5.应力松弛损失l4预应力筋在在高应力作作用下，长长度不变而而应力随时时间逐渐降降低的现象象称为应力力松弛预应力筋张张拉后1小时内约完完成总松弛弛的50%，24小时内完成成总松弛的的80%，以后逐渐渐收敛采用超张拉拉时为0.9，不采用时时为1.0常数参见规规范的相关关内容五、预应力力损失值5.应力松弛损失l4采用超张拉拉可以减少少l4建议的张拉程序为0(1.05~1.1)con停2~5分钟0con在高应力下下，本需1小时才能完完成的损失失，在2~5分钟内就完完成了大部部分五、预应力力损失值6.混凝土收缩缩徐变损失l5收缩和徐变变两者相互互有关，很很难精确计计算，为了了简化两项项损失可合合并考虑受拉区或受受压区各自自预应力筋筋和非预应应力钢筋的的配筋率受拉区或受受压区预应应力筋在各各自合力作作用点处混混凝土的法法向压应力力高湿环境中中可降低50%干燥环境中中应增加20~30%系数A、B、C、D参见教材中中的相关规规定五、预应力力损失值6.钢筋挤压混混凝土损失l6采用螺旋式式预应力筋筋作为配筋筋的环形构构件，由于于预应力筋筋对混凝土土的局部挤挤压使构件件直径减小小所引起的的损失当d3m时五、预应力力损失值7.预应力损失的组合合预应力损失的组合先张法构件后张法构件第一批损失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批损失lIIl5l4+l5+l6预应力总损损失的下限限值先张法构件：l100N/mm2后张法构件：l80N/mm2六、预应力力筋锚固区区受力性能能1.先张法预应应力筋预应应力传递长长度ltrltrpepc当采用骤然然放松预应应力钢筋的施工工工艺时，，起点应从从距构件末末端0.25ltr处开始计算算ltr六、预应力力筋锚固区区受力性能能2.后张法锚固固区的局部部承压2a2bAArzFl七、轴心受受拉构件的的分析1.受力特征NtNtNt预应力混凝土构件（使用荷载下不带裂缝）普通混凝土构件（使用荷载下常带裂缝）预应力筋开裂前，荷载-位移关系为为线性的，，预应力钢钢筋的应力力增长较少少开裂后，预应力力钢筋的应应力急增，，进入非线线性阶段七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——张拉预应力力筋七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——完成第一批批预应力损损失浇筑混凝土但不受力七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——放松预应力力筋pcI七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——完成第二批批损失pcII混凝土中的的有效预压压应力七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载至混凝凝土中的应应力为0c=0Nt0七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载至混凝凝土开裂ftNcr七、轴心受受拉构件的的分析1.先张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载到破坏坏Ntu七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——穿预应力筋筋七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——张拉钢筋完完成第一批批预应力损损失pcIpcI七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析施工阶段——完成第二批批损失混凝土中的的有效预压压应力pcIIpcII七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载至混凝凝土中的应应力为0c=0Np0Nt0七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载至混凝凝土开裂NtcrftftNcr七、轴心受受拉构件的的分析2.后张法构件件各阶段的的受力分析析加载阶段——加载到破坏坏NuNtu八、轴心受拉构构件的设计计1.基本内容使用阶段的的承载力验验算施工阶段的的承载力验验算抗裂和裂缝缝宽度验算算构造要求八、轴心受拉构构件的设计计2.使用阶段的的承载力验验算NtuNtu非预应力钢钢筋的强度度非预应力钢钢筋的截面面积八、轴心受拉构构件的设计计3.施工阶段的的承载力验验算放松钢筋或或张拉并锚锚固钢筋时时混凝土承承受的预压压应力放松钢筋或或张拉并锚锚固钢筋时时混凝土的的轴心抗压压强度放松预预应力力筋或或张拉拉并锚锚固预预应力力筋时时cccc八、轴心受受拉构构件的的设计计3.施工阶阶段的的承载载力验验算后张法法构件件端部部的局局部受受压承承载力力ahah/2ah八、轴心受受拉构构件的的设计计3.施工阶阶段的的承载载力验验算后张法法构件件端部部的局局部受受压承承载力力ah八、轴心受受拉构构件的的设计计4.抗裂度度和裂裂缝宽宽度验验算见第十十一章章中的的相关关内容容八、轴心受受拉构构件的的设计计5.构造要要求钢筋间间距、、保护护层厚厚度预留孔孔道的的直径径、间间距孔道的的灌浆浆后张法法构件件端部部的构构造非预应应力钢钢筋的的设置置可参见见有关关教材材和资资料九、受弯构构件的的分析析1.受力特特征PPP不考虑虑损失失的反反拱值值不考虑虑自重重有效效预应应力引引起的的反拱拱值考虑自自重的的反拱拱值下边缘缘的应应力为为0开裂进入塑塑性承载力力极限限九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法放松预预应力力筋出出现第第一批批损失失时Ap’Ap（Ep-1）Ap（Ep-1）Ap’yp’ypy0’y0e0I(con’-lI’)Ap’(con-lI)ApNpI预应力力筋的的合力力合力的的位置置九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法放松预预应力力筋出出现第第一批批损失失时pc0Ipc0I’pcIpeIAppeI’Ap’yAp’Ap（Ep-1）Ap（Ep-1）Ap’yp’ypy0’y0e0I(con’-lI’)Ap’(con-lI)ApNpI任一点点处混混凝土土的应应力折算截截面积积折算惯惯性矩矩九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法放松预预应力力筋出出现第第一批批损失失时pc0Ipc0I’pcIpeIAppeI’Ap’yAp’Ap（Ep-1）Ap（Ep-1）Ap’yp’ypy0’y0e0I(con’-lI’)Ap’(con-lI)ApNpI预应力力筋的的应力力压区预预应力力钢筋筋合力力点处处混凝凝土的的法向向应力力拉区预预应力力钢筋筋合力力点处处混凝凝土的的法向向应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法出现第第二批批损失失时pc0IIpc0II’pcIIpeIIAppeII’Ap’ye0II(con’-l’)Ap’(con-l)ApNpII预应力力筋的的合力力合力的的位置置九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法出现第第二批批损失失时pc0IIpc0II’pcIIpeIIAppeII’Ap’ye0II(con’-l’)Ap’(con-l)ApNpI任一点点处混混凝土土的应应力预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂前前pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpApp’Ap’Mt-pc0IIc+pc0II’（peII+p）Ap（peII’-p’）Ap’M+=荷载引引起混混凝土土截面面的应应力荷载引引起预预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂前前全截面面受压压pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpApp’Ap’M+=t-pc0IIc+pc0II’（peII+p）Ap（peII’-p’）Ap’M九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂前前——受拉边边缘混混凝土土的预预压应应力为为0pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’yt=pc0IIcpm0Appm0’Ap’M0+=c+pc0II’（peII+pm0）Ap（peII’-pm0’）Ap’M0换算截截面受受拉边边缘的的弹性性抵抗抗矩九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂前前——受拉边边缘混混凝土土的预预压应应力为为0pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’yt=pc0IIcpm0Appm0’Ap’M0+=c+pc0II’（peII+pm0）Ap（peII’-pm0’）Ap’M0预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂时时pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpcrAppcr’Ap’Mcrftc+pc0II’（peII+pcr）Ap（peII’-pcr’）Ap’Mcr+=受拉区区混凝凝土塑塑性影影响系系数九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法开裂时时pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpcrAppcr’Ap’Mcrftc+pc0II’（peII+pcr）Ap（peII’-pcr’）Ap’Mcr+=预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——先张法法破坏时时当xxb时，Ap能屈服服，但但Ap’不一定定屈服服。计计算分分析方方法同同普通通混凝凝土梁梁。fcfpyApp’Ap’Mux九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法张拉预预应力力筋时时Ap’Ap预应力力筋的的合力力合力的的位置置e0(con’-l2’)Ap’(con-l2)ApNpyp’ypyn’yn注意：：分批批张拉拉预应应力筋筋时，，要考考虑混混凝土土回缩缩引起起的损损失！！九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法张拉预预应力力筋时时Ap’Ape0(con’-l2’)Ap’(con-l2)ApNpyp’ypyn’yn任一点点处混混凝土土的应应力净截面面积净截面面惯性性矩pc0pc0’pcpeAppe’Ap’y九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法完成第第一批批损失失时Ap’Ape0I(con’-lI’)Ap’(con-lI)ApNpIyp’ypyn’yn预应力力筋的的合力力合力的的位置置pcI0pcI0’pcIpeIAppeI’Ap’y九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法完成第第一批批损失失时Ap’Ape0I(con’-lI’)Ap’(con-lI)ApNpIyp’ypyn’yn任一点点处混混凝土土的应应力净截面面积净截面面惯性性矩pcI0pcI0’pcIpeIAppeI’Ap’y九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法完成第第二批批损失失时Ap’Ape0II(con’-l’)Ap’(con-l)ApNpIIyp’ypyn’ynpcI0pcII0’pcIIpeIIAppeII’Ap’y预应力力筋的的合力力合力的的位置置九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法完成第第二批批损失失时Ap’Ape0II(con’-l’)Ap’(con-l)ApNpIIyp’ypyn’ynpcI0pcII0’pcIIpeIIAppeII’Ap’y任一点点处混混凝土土的应应力换算截截面积积换算截截面惯惯性矩矩九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法开裂前前——受拉边边缘混混凝土土的预预压应应力为为0pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’yt=pc0IIcpm0Appm0’Ap’M0+=c+pc0II’（peII+pm0）Ap（peII’-pm0’）Ap’M0换算截截面受受拉边边缘的的弹性性抵抗抗矩九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法开裂前前——受拉边边缘混混凝土土的预预压应应力为为0pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’yt=pc0IIcpm0Appm0’Ap’M0+=c+pc0II’（peII+pm0）Ap（peII’-pm0’）Ap’M0预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法开裂时时pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpcrAppcr’Ap’Mcrftc+pc0II’（peII+pcr）Ap（peII’-pcr’）Ap’Mcr+=受拉区区混凝凝土塑塑性影影响系系数九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法开裂时时pc0IIpc0II’cIIpeIIAppeII’Ap’ytcpcrAppcr’Ap’Mcrftc+pc0II’（peII+pcr）Ap（peII’-pcr’）Ap’Mcr+=预应力力筋的的应力力九、受弯构构件的的分析析2.各阶段段的应应力分分析——后张法法破坏时时当xxb时，Ap能屈服服，但但Ap’不一定定屈服服。计计算分分析方方法同同普通通混凝凝土梁梁。fcfpyApp’Ap’Mux十、受弯构构件的的设计计1.使用阶阶段正正截面面承载载力的的计算算基本计计算公公式fpyApMu1fcCfy’As’xbhh0AsAs’Ap’ApfyAsp’Ap’十、受弯构构件的的设计计1.使用阶阶段正正截面面承载载力的的计算算界限受受压区区相对对高度度——有屈服服点的的钢筋筋(fpy-p0)/EScuxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏p0/ES受拉区区预应应力钢钢筋合合力点点处混混凝土土法向向应力力为0时预应应力钢钢筋的的应力力先张法法后张法法十、受弯构构件的的设计计1.使用阶阶段正正截面面承载载力的的计算算界限受受压区区相对对高度度——无屈服服点的的钢筋筋py-p0/Epcuxnbh0平衡破坏适筋破坏超筋破坏p0/Ep受拉区区预应应力钢钢筋合合力点点处混混凝土土法向向应力力为0时预应应力钢钢筋的的应力力先张法法后张法法0.002fpypy=0.002+fpy/Ep十、受弯构构件的的设计计1.使用阶阶段正正截面面承载载力的的计算算p’的取值