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1、工程学院工程学院第八章 预应力混凝土结构的一般学问工程学院工程学院预应力混凝土结构基本概念预应力混凝土结构基本概念一、基本概念跨度为跨度为5.2m的简支梁，截的简支梁，截面尺寸为面尺寸为200450mm2，作，作用均布活荷载标准值用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。1.钢筋混凝土的缺欠钢筋混凝土的缺欠工程学院工程学院因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区
2、混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Ms=(0.60.8)MyMs=(0.60.8)My，如配筋按正截，如配筋按正截，如配筋按正截，如配筋按正截面承载力计算，面承载力计算，面承载力计算，面承载力计算，MsMs下下下下sss=(0.50.7)fysss=(0.50.7)fy。对于。对于。对于。对于级钢筋，级钢筋，级钢筋，级钢筋，fy=300MPafy=300MPa，sss=150210MPasss=150210MPa，裂缝宽度已达，裂缝宽度已
3、达，裂缝宽度已达，裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm(0.15 0.25)mm。如接受。如接受。如接受。如接受级高强钢筋，级高强钢筋，级高强钢筋，级高强钢筋，fy=580MPafy=580MPa，则，则，则，则sss=290 406 MPasss=290 406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。，裂缝宽度已远远超过容许限值。，裂缝宽度已远远超过容许限值。，裂缝宽度已远远超过容许限值。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，会导致自钢
4、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大，形成恶性循环。重进一步增大，形成恶性循环。重进一步增大，形成恶性循环。重进一步增大，形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成奢侈。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成奢侈。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成奢侈。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成奢侈。接受高强钢筋，按正截面承载力要求可削减配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面接受高强钢筋，按正截面承载力要求可削减配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面接受高强钢筋，按正截面承载力要求可削减配筋，截
5、面抗弯刚度基本与配筋面接受高强钢筋，按正截面承载力要求可削减配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形限制难以满足。积成比例降低，故挠度变形限制难以满足。积成比例降低，故挠度变形限制难以满足。积成比例降低，故挠度变形限制难以满足。工程学院工程学院预应力混凝土基本学问预应力混凝土基本学问预应力混凝土的基本学问 钢筋混凝土构件的最大缺点是抗裂性能差。混凝土开裂，使构件的刚度降低，变形增大。裂缝的存在使构件不适用于高湿度及侵蚀性环境。为了满足对变形和裂缝限制的较高要求，可以加大构件截面尺寸和用钢量，但这不经济。由于自重太大时，构件所能承受的自重以外的有效荷载减小，因而特殊不适用于大跨度、
6、重荷载的结构。工程学院工程学院 另外，提高混凝土强度等级和钢筋强度对改善构件的抗裂和变形性另外，提高混凝土强度等级和钢筋强度对改善构件的抗裂和变形性能效果也不大，这是因为接受高强度等级的混凝土，其抗拉强度提高很能效果也不大，这是因为接受高强度等级的混凝土，其抗拉强度提高很少；对于运用时允许裂缝宽度为少；对于运用时允许裂缝宽度为0.20.3mm的构件，受拉钢筋应力只的构件，受拉钢筋应力只能达到能达到150250Ma左右。左右。预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径。预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径。在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力。就成为在混凝土构件承受外荷载之前，
7、对其受拉区预先施加压应力。就成为预应力混凝土结构。预应力混凝土结构。工程学院工程学院将图(b)，(c)迭加得梁跨中截面应力分布如图8-1d。明显，通过人为限制预压力Np的大小可使梁截面受拉边缘混凝土产生压应力,零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂缝限制要求，从而变更了一般钢筋混凝土构件原有的裂缝状态成为预应力混凝土受弯构件。工程学院工程学院工程学院工程学院工程学院工程学院工程学院工程学院2.预应力混凝土在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应力混凝土构件。预应力混凝土受弯构件在受力过程中预应力筋始终承受较大的拉力Np，而截面混凝土则始终主要承受压力C。构件开裂后，钢筋拉力T和压
8、区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。优点：优点：充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，削减用钢量，截面小，自重轻，高特性，削减用钢量，截面小，自重轻，适用于大跨结构适用于大跨结构在正常运用条件下，裂缝小，耐久性好。在正常运用条件下，裂缝小，耐久性好。预拱，使构件挠度减小，刚度大。预拱，使构件挠度减小，刚度大。工程学院工程学院二、预加应力方法1.先张法张拉钢筋浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递工程学院工程学院预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递工程学院工程学院2.后张法预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件浇筑混凝土
9、构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆工程学院工程学院工程学院工程学院先张法先张法 构件接受工厂化的生产方式，工序少，构件接受工厂化的生产方式，工序少，工艺简洁，质量简洁保证，但它只适用于生产工艺简洁，质量简洁保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。中小型构件。如楼板，屋面板。后张法后张法 施工程序和工艺困难，需专用张拉设施工程序和工艺困难，需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大；但由于它不须要备，和特制锚具，用钢量大；但由于它不须要固定的张拉台座，可现场施工，应用敏捷。适固定的张拉台座，可现场施工，应用敏捷。适用于不便于运输的大型构件。用于不便于运输的大型构
10、件。目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，属后张法一种。钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避开预留孔洞，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨度梁。工程学院工程学院三、预应力混凝土结构的材料1.钢筋钢筋预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和运用过程中，由于种种缘由，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，也必需运用高强钢筋（丝）作预应力筋。为避开在超载状况下发生脆性破断，预应力筋还必需具有确定的塑性。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。对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与
11、混凝土良好的粘结性能，通常接受刻痕或压波方法来提高与混凝土粘结强度。优先运用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋刻痕钢丝螺旋肋钢丝钢绞线工程学院工程学院要求接受高强混凝土；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，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，削减预压时的弹性回缩；徐变较小，有利于削减徐变引起的预应力损失；与钢筋有较大粘结强度，削减先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压实力，便于后张锚具的布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，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土
12、强度等级不低于C30，当接受高强钢丝时不低于C40。2.混凝土工程学院工程学院其次节预应力混凝土构件设计的一般规定1.张拉限制应力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）所限制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉限制应力scon。张拉限制应力scon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。但scon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。因此，规范规定了张拉限制应力限值scon。为避开scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于0.4 fptk。工程学院工程学院2.预应力损失预应力
13、筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上缘由，预应力筋中应力会从scon逐步削减，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。由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：锚固损失s11：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移摩擦损失s12：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦，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。温差损失s13：先张法中的热养护引起的温差损失应力松弛损失s14：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生松弛，会引起预应力损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失
14、s15环形配筋损失s16先张法 100 后张法80工程学院工程学院3.3.预应力混凝土结构的构造预应力混凝土结构的构造一般要求应有较大抗裂度和刚度，对受弯构件，宽高比宜小，翼缘和腹扳的厚度不宜过大。梁高取一般钢筋混凝土构件的70%；受弯构件的预拉区设非预应力钢筋；为限制裂缝宽度，计算确定受拉区预应力钢筋的配筋；预应力屋面梁和吊车梁等构件，为防止由于施加预应力而产生预拉区裂缝，以及削减支座旁边的主拉应力，支座处预应力钢筋弯起；端部非对称布置的预应力钢筋应在端部0.2h范围用附加钢筋加强；对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部100mm范围附加 不少于2根横向钢筋；构件端部凹进，加构造钢筋；端部全
15、部弯起的受弯构件，或只直线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不利应吸纳，在端部设非预应力纵向构造钢筋。工程学院工程学院4.预应力混凝土构件的截面形式和尺寸轴心受拉构件：方形或矩形。受弯构件：矩形、形、形但截面高度比非预应力构件小，h=1/151/25L0 工程学院工程学院第三节预应力混凝土构件计算的一般原理 一、计算内容（一）运用阶段计算（）承载力计算（）裂缝限制验算（）变形验算（二）施工阶段验算工程学院工程学院人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。工程学院工程学院