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文档简介
预应力混凝土构件目录
1预应力结构的基本概念及分类
2预应力混凝土构件设计的一般规定
3预应力各项损失的计算及工程应用
4预应力筋传递长度及端锚区局压计算
5轴心受拉构件各阶段应力分析
6预应力混凝土轴心受拉构件计算
7预应力混凝土受弯构件
8预应力混凝土构造要求
9部分预应力混凝土构件和无粘结预应力混凝土1概述1.1预应力混凝土的基本概念普通钢筋混凝土结构工程应用存在的问题1)在正常使用条件下构件受拉区裂缝的存在,导致了受拉区混凝土浪费,还使得构件刚度降低,变形较大。2)考虑到结构的耐久性与适用性,必须控制构件的裂缝宽度和变形。在普通钢筋混凝土结构中,高强混凝土及高强钢材是不能充分利用
预应力混凝土结构的定义在正常受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力以改善其在使用荷载作用下混凝土抗拉性能的结构称为“预应力混凝土结构”。ACI对预应力混凝土的定义为“预应力混凝土是根据需要人为施加某一数值与分布的压应力用以部分或全部抵消荷载应力的一种加筋混凝土。”
预应力混凝土结构的原理加载加载预应力混凝土结构的特点预应力结构的工程应用(1)改善结构的使用性能(2)减小构件截面尺寸,减轻自重(3)充分利用高强度钢材(4)具合良好的裂缝闭合性能(5)提高抗疲劳强度(6)具有良好的经济性(1)大跨度结构(2)对抗裂缝有特殊要求的结构(3)某些高耸结构(5)特殊要求的一般建筑(4)大量制造的预制构件1.2(3)预应力混凝土构件的分类及预加力的方法根据预应力施加的程度分类
或
各符号含义见教材P215使用荷载下不出现拉应力或裂缝全预应力混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凝土构件混凝土构件的分类张拉钢筋浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的70%以上时剪断钢筋浇混凝土构件,并在构件中预留孔道在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉锚固灌浆根据预应力的施加方式
先张法后张法钢筋在台座上就位有粘结预应力混凝土构件
无粘结预应力混凝土构件有粘结预应力混凝土先张法生产的预应力混凝土构件以及后张法张拉钢筋后在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点受力性能好,裂缝分布均匀,裂缝宽度较小或无粘结预应力混凝土后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点造价低,便于以后再次张拉或更换预应力钢筋根据预应力钢材与混凝土之间是否存在粘结作用*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*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。1.4锚具与夹具螺丝端杆锚锥形锚具镦头锚具
夹片锚具
Back强度高;与混凝土间有足够的粘结力;良好的加工性能和一定的塑性要求处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件,不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋钢筋类型冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝注意对直接承受动荷载的预应力混凝土构件,不得采用有焊接接头的冷拉钢筋2预应力混凝土构件设计的一般规定预应力钢筋钢绞线混凝土要求高强度、收缩与徐变小、快硬、早强混凝土强度等级不宜低于C40,且不应低于C30张拉控制应力张拉控制应力范围
con越大,混凝土中的预压应力越大,但过大会产生如下问题使构件出现脆性破坏预应力筋过早进入流幅,降低其塑性增加钢筋的松弛损失预应力筋强度标准值(N/mm2)
Back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至锚固端之间的距离预应力钢筋的弹性模量张拉端锚具的变形和钢筋的内缩值,见教材表13预应力损失3.1张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失
直线预应力钢筋后张曲线或折线预应力钢筋各符号含义见教材P184PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxd
后张法中,张拉钢筋时,钢筋在孔道中滑动,就会产生摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差等因素引起的*曲线型孔道而引起的3.2预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失
考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数,教材表10-2预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数,教材表10-2减小摩擦损失的措施:一是采用超张拉工艺;二是采用两端张拉!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钢筋同时回缩,此处的应力为
con’’<
con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*采用二次升温法可减少
l3:先在常温下养护,当混凝土的强度达到7.5~10N/mm2时再逐渐升温3.3加热养护时钢筋与设备之间温差引起的损失
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1.0常数参见教材P186或规范中的相关规定选用3.4预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失
收缩和徐变两者相互有关,很难精确计算,为了简化两项损失可合并考虑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受拉区或受压区预应力钢筋在各自合力作用点处混凝土的法向压应力高湿环境中可降低50%干燥环境中应增加20~30%系数A、B、C、D参见教材P186中的相关规定3.5温凝土收缩和徐变引起的预应力损失
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d3m时3.6环形构件用螺旋式预应力配筋时所引起的损失
预应力损失的组合先张法构件后张法构件第一批损失
lI
l1+
l2+
l3+
l4
l1+
l2第二批损失
lII
l5
l4+
l5+
l6预应力总损失的下限值先张法构件:
ll100N/mm2后张法构件:
ll80N/mm23.7预应力损失的组合Back4预应力筋的传递长度和构件端部锚固区局部受压承载力计算4.1预应力筋的传递长度
先张法构件预应力筋的预应力传递长度:
各符号含义见教材P1874.2构件端部锚固区局部受压承载力计算
后张法构件端部压应力分布图
局部受压区的截面尺寸验算
混凝土局部受压时的强度提高系数
式中各符号的含义见教材p188局部受压的计算底面积局部承压承载力计算
方格网式配筋
螺旋式配筋
局压承载力公式(23)局部受压区的间接钢筋(a)方格网式(b)螺旋式BackP
PP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)预应力钢筋开裂前,荷载-位移关系为线性的,预应力钢筋的应力增长较少开裂后,预应力钢筋的应力急增,进入非线性阶段5轴心受拉构件各阶段应力分析受力特征各阶段应力受力示意图(a)截面图(b)放松预应力筋(c)完成第二批损失(d)加荷至混凝土应力为零(e)裂缝即将出现(f)破坏5.1先张法构件1)张拉钢筋施工阶段2)完成第一批预应力损失浇注混凝土但不受力3)放松钢筋
pcI4)完成第二批损失
pcII混凝土中的有效预压应力1)消压状态----加载至混凝土中的应力为0
c=0Np0使用阶段
消压轴力:
或2)即将开裂状态ftNcrNu3)构件破坏状态开裂荷载或注意:预应力并不能提高构件的极限承载力1)穿钢筋5.2后张法构件施工阶段公式各符号含义相见教材P1923)完成第二批损失混凝土中的有效预压应力
pcII使用阶段1)消压状态----加载至混凝土中的应力为0Np02)即将开裂状态Ncrft3)构件破坏状态Nu5.3先张法与后张法计算公式之比较钢筋应力混凝土应力轴向拉力Back6轴心受拉构件计算计算内容
使用阶段承载力计算使用阶段承载力计算与裂缝控制验算施工阶段承载力计算后张法构件端部局部承压承载力验算6.1使用阶段承载力计算!构件破坏时,全部荷载有钢筋承担,正截面承载能力可按下式计算:
轴向拉力设计值
6.2使用阶段裂缝控制计算1)一级:严格要求不出现受力裂缝的构件2)二级:一般要求不出现受力裂缝的构件在荷载标准组合下,受拉边缘应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值,即:3)三级:允许出现裂缝的构件按荷载的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度最大裂缝宽度限值对环境类别为二a类的预应力混凝土构件:一般情况:
荷载准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力
按荷载效应准永久组合计算的轴向拉力
结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值Wlim(mm)其中6.3施工阶段验算各符号含义见教材P1846.4端部锚固区局部受压承载能力验算
包括局部受压区的截面尺寸验算和局部受压承载力计算,同学们结合教材P195的例题仔细研读Back7预应力混凝土受弯构件的计算7.1受弯构件应力分析施工阶段(已产生第一批预应力损失)先张法后张法各公式的符号含义可参见教材P198施工阶段(已完成第二批预应力损失)先张法后张法各公式的符号含义可参见教材P198使用阶段(消压状态)截面下边缘应力为零时
或消压弯矩
换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩
使用阶段(即将开裂状态)即将开裂状态
开裂弯矩换算截面抵抗矩塑性影响系数
!其他符号详见教材承载能力极限状态构件的应力状态和计算方法与普通混凝土受弯构件类似
正常工作状态
承载力极限状态
7.2使用阶段正截面承载力计算除了考虑预应力筋的抗拉作用之外,其他方面计算与普通混凝土类似,此处不赘述。7.3使用阶段斜截面承载力计算各公式的符号含义可参见教材P1987.4使用阶段正截面裂缝控制验算预应力混凝土受弯构件正截面裂缝控制验算与预应力混凝土轴心受拉构件类似,具体计算可参见教材或规范7.5使用阶段斜截面裂缝控制验算预应力混凝土受弯构件应分别对截面上的混凝土主拉应力和主压应力进行验算:混凝土主拉应力混凝土主压应力一级裂缝控制等级构件,应符合:二级裂缝控制等级构件,应符合:对一、二级裂缝等级构件,均应符合:
7.6使用阶段挠度验算预应力混凝土受弯构件在标准荷载作用下并考虑荷载长期作用影响的挠度计算公式:2是考虑荷载长期作用下混凝土徐变作用引起的挠度增大系数1)对于使用阶段不允许出现裂缝的构件(抗裂等级为一级和二级),构件的短期刚度可按下式计算:外荷载引起的挠度预应力引起的反拱2)对于使用阶段允许出现裂缝的构件:
采用荷载标准组合时:
式中各
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