结构选型1课件(第八章).ppt

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1、第八章:预应力混凝土结构的一般知识,本章重点 1了解预应力混凝土结构的基本概念。2了解施加预应力的方法和在实际工程中 的应用。3.了解产生预应力损失的各种原因及控制措施 4.理解轴心受拉构件受力的全过程以及各阶段的应力状态和计算方法。,5注意预应力混凝土构件截面计算包括使用和施工两个阶段。使用阶段包括承载力和抗裂度的计算；施工阶段包括张拉钢筋时对构件的承载力验算，构件张拉端（锚固区）局部承压的验算；6熟悉预应力混凝土构件的构造要求。,8-1 预应力混凝土的基本概念,由于混凝土的抗拉强度较低，使普通钢筋混凝土受拉、受弯等构件存在以下缺陷：1）通常是带裂缝工作；2）难以用于大跨度或承受动力荷载的结

2、构成为不可能或很不经济。3）难以利用高强度钢筋。与wmax对应的s=200N/mm2。而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上。,一、预应力混凝土构件的基本原理预应力：在混凝土结构承受使用荷载之前的制作阶段预先对混凝土施加应力。,施工阶段,使用阶段,日常生活中有许多应用预应力的例子。,(1)用预应力钢筋对混凝土构件施加预压应力,预应力 混凝土梁 在荷载作用下产生拉应力的地方，预先用预应力钢筋对它施加压应力，来部分或全部抵消荷载产生的拉应力。,施加预应力可提高混凝土构件的抗裂性；利用预应力产生的反拱抵消恒载引起的挠度；更充分地利用高强钢材的抗拉性能和高强混凝土的抗压性能；可减小截面尺寸，减轻结构

3、自重，以便应用到大跨和高层中。,(2)不用预应力钢筋也可对结构施加预应力,预弯型钢组合梁 预制起拱的焊接工字梁;对工字梁加载，使钢梁变直,再浇筑部分混凝土；待混凝土达到一定强度后，卸下荷载，利用工字梁反弹，对混凝土施加预应力；浇混凝土叠合层，形成叠合梁；施加使用荷载。,目前这种预弯型钢组合简支梁的跨度已达40 m。若应用二次浇筑，形成预弯型钢组合连续梁，更能充分发挥这种结构的优越性，最大跨度可达80 m。这种新型预应力组合结构自重轻、承载力高、挠度小、结构高度小，又易于施工，在城市立交桥中有很好的应用前景。,p,(2)不用预应力钢筋也可对结构施加预应力,设想在两山之间要建一座无筋混凝土桥：搭临

4、时支架，铺预制混凝土块；用一排千斤顶对预制混凝土块施加预应力；在千斤顶之间浇筑混凝土；达到必要的强度后卸下千斤顶；在原千斤顶所占位置再补浇混凝土；拆下临时支架，一座不用预应力钢筋的预应力桥梁就建成了。(这和用手搬书的道理是一样的),对一块薄板施加预应力会不会使薄板失稳呢?当压杆有偶然偏心或偶然侧向力作用而弯曲后，附加的力矩可能使构件越来越弯曲，甚至导致破坏，这就是失稳。轴向力作用下的薄板或长细杆件有可能发生失稳。,(3)预应力是一个内力,预应力是一个内力，当一块预应力薄板发生偶然弯曲后，预应力产生的附加力矩以及弯曲后的预应力筋对混凝土板的侧压力与偶然弯曲方向相反，将使构件变直。可见，预应力不但

5、不会使压杆失稳，而且会使压杆更加稳定。这就不难理解为什么有时我们会对预制长柱、长桩施加预应力了。,杆件截面中心,（4）预应力的其他应用,预应力的概念还有更普遍的意义。上面提到预应力可使不能受拉的木盆拼缝“受拉”，同样也可使抗拉强度很低的混凝土变得似乎可以承受很大的“拉应力”。事实上，预应力只是把受拉的过程转变为预压应力减少的过程。根据同样的原理，也可施加预拉应力，使不能受压的材料变得似乎可以受压。气球薄膜本不能受压，若充气打压先使薄膜承受拉应力，只要预拉应力足够大，超过荷载作用下薄膜的压应力，则此结构就可以承受荷载。,（4）充气结构(Balloon Structure),（4）充气结构(Bal

6、loon Structure),气管（囊）式充气结构 这种结构隔热性能好，但工作压力稍大，对材料的强度、气密性等质量要求也较高，造价也比气承式充气结构高。充气结构与其他结构混合使用，效果也很好。,（5）张拉膜(Membrance in tension),张拉膜 近年在旅游景点出现的张拉膜结构也是预应力概念的应用实例之一,可伸长的撑杆,（6）预应力锚杆,黄河小浪底工程预防山体滑坡的预应力锚杆,挡土墙的锚杆,预应力混凝土构件的优缺点提高构件的抗裂度和刚度；可以合理地、有效地采用高强度钢筋和混凝土、节约钢材；预应力混凝土钢筋和混凝土的应力变化幅度小，在重复荷载下，抗疲劳性能较好。但其缺点是构造、施工

7、和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性较差；且抗震延性差一些,二、施加预应力的方法 通常通过机械张拉预应力钢筋来给混凝土施加预应力。按照张拉钢筋与浇灌混凝土的先后次序，分为以下两种。先张法钢筋张拉先于混凝土浇筑后张法钢筋张拉后于混凝土浇筑,1、先张法,张拉钢筋 支模、浇混凝土 混凝土达到一定强度剪钢丝 产生预应力,2、后张法,浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 产生预应力 孔道灌浆,金属波纹管,思考二种张拉方式是依靠什么来传递预 应力的！先张法靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递预应力。后张法依靠钢筋端部的锚具来传递和保留预应力。,三、预应力混凝土构件的锚具和夹具,（用于张拉单根预应

8、力筋）,墩头锚具,JM-12锚具,锚固端图,张拉端图,波纹管（内钢绞线）,四、预应力混凝土构件对材料的要求 1.钢筋 预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢筋；2.混凝土 一般要求不应低于C30；采用钢丝，钢铰线，热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40。,7股钢绞线强度可高达1860MPa,8-2 预应力混凝土构件设计的一般规定,一、张拉控制应力con con：张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力筋面积。con的确定原则：与预应力的施加方式及钢筋的强度标准值fptk有关。,确定con时考虑的因素 con 增加。产生的预应力大，抗裂性好。所以 con

9、 0.4 fptk。con 过高，可能引起张拉时个别钢丝拉断，所以，控制应力的大小必须适当。con 过高，施工阶段可能引起构件某些部分受拉开裂或局部受压破坏。,在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。,二、预应力损失l 预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的计算和组合。,1、张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1,张拉端锚具变形和钢筋回缩量,张拉台座的长度,减少此项损失的措施：

10、选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，尽量少用垫板，每增加一块垫板，值就增加1mm。增加台座长度L。,2、预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失 l2 指在后张法构件张拉钢筋时，由于预应力筋与孔道壁之间的摩擦而引起。减少摩擦损失的措施 两端张拉 超张拉 3、受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差t引起的预应力损失l3,减少此项损失的措施,采用两次升温养护。钢摸上张拉预应力钢筋,4、预应力钢筋的应力松弛引起的损失l4 应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑性变形而使应力随时间的增长而降低的现象。应力松弛损失的特点：与预应力钢筋种类有关；与张拉时间有关 减少l4的措施有：进行超张拉

11、。5、混凝土收缩、徐变引起的预应力损失l5 此项损失约占预应力总损失的一半以上。,6、用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6 d3m时 6=30N/mm2 d3m时 6=0三、预应力损失值的组合混凝土预压前（第一批）完成的损失lI；混凝土预压后（第二批）完成的损失lII。,预应力损失值的组合表,8-3 预应力混凝土构件计算的一般原理,一、计算内容1、使用阶段包括承载力和抗裂度的计算；2、施工阶段包括张拉（或放松）钢筋对构件的承载力验算，构件张拉端（锚固区）局部承压的验算，受弯构件还需进行抗裂度验算。在使用阶段计算中，除承载力计算同普通钢筋凝土一样外，抗裂度

12、计算也必须予以充分重视。,二、预应力轴心受拉构件的计算和验算 注意：混凝土开裂前截面应力可按材料力学 方法分析；开裂后及破坏阶段，材料力学公式不再适用。（一）先张法构件1.施工阶段,预应力筋的有效拉应力,混凝土受到压应力,非预应力筋受到压应力,砼有效预应力,p,s,pcII,p,s,完成第二批损失之后：,由截面平衡条件得：,式中：A0 换算截面面积，A0=Ac+Es As+E Ap。,扣除孔道、钢筋等截面面积后截面上的混凝土截面面积。,2.使用阶段,受力过程的三个特征点：,加载至混凝土应力为零：,分析：Np0截，pcII,加载至构件破坏：,（二）后张法构件1.施工阶段,预应力钢筋锚固后：(完成

13、lI),完成第二批损失后：,截面平衡：p Ap=cAc+s As,2.使用阶段,消压(加载到混凝土应力为零),构件加载达到极限承载力：,先张法、后张法轴心受力构件各阶段的应力状态及公式的表达有什么共同点和差异。,想一想：,先张法、后张法应力计算公式比较,（三）使用阶段计算,1.正截面承载力计算,2.裂缝控制验算,(1)严格要求不出现裂缝的构件(一级),ck 按荷载短期效应值合求得的砼的正应力,pc 扣除全部预应力损失后在抗裂验算边缘混凝土的预压应力,意义：在荷载短期效应组合下，不出现拉应力。,(2)一般要求不出现裂缝的构件(二级),标准组合：ck pc ftk,准永久组合：cq pc 0,其中

14、,按荷载效应准永久组合计算的轴向力,意义：在荷载效应的标准组合下，允许出现拉应力，但一定有限值；在荷载效应的准永久组合下，不允许出现拉应力。,（四）施工阶段验算,先张法：放松预应力钢筋时构件承载力验算。,后张法：张拉钢筋时构件承载力验算，端部锚固区局压验算。,1.张拉（或放松）预应力钢筋时，构件的承载力验算,要求砼预压应力,张拉端锚具布置图,本章小结1.对构件施加预应力，可以提高构件的抗裂度和刚度，在本质上克服了普通钢筋混凝土构件的缺点，并为使用高强度材料创造了条件。2.在构件开裂前，构件处于弹性工作阶段，其应力分析可用材料力学的概念进行:先张法采用换算截面A0;后张法在施工阶段采用净截面An，而在使用阶段采用A0。两者在预应力的传递上是不相同的。3.预应力损失是预应力混凝土构件的特有现象，减少预应力损失是提高预应力效果的重要途径。4.预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析和计算内容是预应力混凝土构件分析和计算的基础.,