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1、第2章预应力材料现在学习的是第1页，共19页v2.1 预应力筋预应力筋1、对预应力筋的要求、对预应力筋的要求要求要求高强度高强度塑性好塑性好粘结性好粘结性好提高材料强度的方法：提高材料强度的方法：（1）在钢材中增加合金元素；）在钢材中增加合金元素；（2）采用冷拔、冷拉方法提高屈服强度；）采用冷拔、冷拉方法提高屈服强度；（3）通过调质热处理、高频感应热处理、）通过调质热处理、高频感应热处理、余热处理等方法提高钢材强度。余热处理等方法提高钢材强度。实现延性破坏，防治脆性破坏；实现延性破坏，防治脆性破坏；要求保证预应力筋具有一定的要求保证预应力筋具有一定的延伸率和弯折次数。延伸率和弯折次数。（1）先
2、张法，预应力筋与混凝土；）先张法，预应力筋与混凝土；（2）后张法，预应力筋与孔道压浆；）后张法，预应力筋与孔道压浆；（3）高强钢丝预应力筋刻痕或钢绞线。）高强钢丝预应力筋刻痕或钢绞线。现在学习的是第2页，共19页2、预应力筋的种类按照材质划分：金属预应力筋和非金属预应力筋；常用的金属预应力筋：高强钢筋，高强钢丝，钢绞线；非金属预应力筋主要指：纤维增强塑料（FRP）预应力筋；各种材料的介绍和基本性能：（1）高强钢筋 P19；（2）高强钢丝 P20；（3）钢绞线 P21；（4）非金属预应力筋 P22.现在学习的是第3页，共19页最常用的两种预应力筋材：最常用的两种预应力筋材：A、钢绞线 钢绞线是用
3、直径钢绞线是用直径56mm的高强钢丝捻制而成的一种高强预应力筋，的高强钢丝捻制而成的一种高强预应力筋，其中以其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，强度可高达强度可高达1860MPa。无粘结预应力束无粘结预应力束现在学习的是第4页，共19页B、钢丝分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种。外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种。极限抗拉强度标准值可达极限抗拉强度标准值可达1770N/mm2。钢丝公称直径为钢丝公称直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面
4、可采用为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面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。刻痕钢丝螺旋肋钢丝现在学习的是第5页，共19页3、预应力筋的力学性能（1）预应力的强度标准、设计值和弹性模量混凝土结构设计规范（GB500010-2002）P23-24表2-7/8/9.（2）预应力筋的应力应变曲线硬钢的极限抗拉强度（fpu）可以通过试验确定。硬钢的应力-应变曲线及 FPR筋的应力-应变曲线（P23图2-2和图2-3）：没有明显屈服台阶，国际预应力协会取用0.1%残余应变时对应的应力（f0.1）；中国和日本采用（f0.2）;美国取1%伸长时对应的应力。钢材的塑性：常用钢材拉断时的应
5、变（伸长率）表示，伸长率与量测的标距有关。钢丝标距一般为10d或100mm，最低塑性要求伸长率一般为4%，钢绞线的标距一般为600mm。塑性要求3.5%。现在学习的是第6页，共19页（3）预应力筋的松弛 在持续高应力的作用下，钢材的应力随时间增长而降低的现象称为松弛。如果应力和温度不变，钢材的应变随时间而增加的现象称为蠕变。预应力筋的松弛试验条件：温度20，初始应力0.60.8fpu，通常把1000h内发生的松弛做完推断长期松弛的依据。初始应力越大，应力松弛也越大！当初始应力小于0.5fpu时，送上损失很小。温度越高，应力松弛越大！温度对应力松弛的影响比初始应力的影响还要大！现在学习的是第7页
6、，共19页（4）预应力筋的疲劳 预应力混凝土结构在重复或反复荷载作用下，预应力筋的 应力将会出现波动，预应力筋及其锚具抵抗这种伯丁应力的能力即为抗疲劳能力。影响抗疲劳能力的因素：A、钢材的化学、物理性质；B、荷载引起的上限应力和下限应力；C、引起破坏的应力循环次数N。试验表明，引起破坏的应力幅度（上限减下限应力）随上限应力的增加而有一定程度的下降。因此，钢材的疲劳强度是一个变化值。一般取值见P25表2-13。现在学习的是第8页，共19页v2.2 非预应力筋非预应力筋 预应力混凝土结构中的非预应力纵向钢筋宜选用热轧钢筋HRB335和HRB400，箍筋宜选用HPB235。我国现行混凝土结构设计规范
7、（GB50010-2002）规定的非预应力筋的强度标准值、设计值和弹性模量见P25表2-14，2-15，2-16。现在学习的是第9页，共19页v2.3 混凝土混凝土1、对混凝土材料的要求、对混凝土材料的要求 预应力混凝土应具有高强度（且早期强度高）、变形小（收缩变形和徐变小）。A、高强混凝土优点：采用与高强预应力相匹配的高强混凝土，可以充分发挥材料强度，减小构件截面尺寸和自重，以适应大跨度的要求；高强混凝土具有较高的弹性模量，从而具有较小的弹性变形、较小的塑性变形，减小预应力损失。具有较高的抗拉压强度和粘结力，推迟截面裂缝的出现。有利于先张法和后张法预应力筋的锚固。现在学习的是第10页，共19
8、页B、低收缩、低徐变 可以减小由于混凝土收缩、徐变引起的预应力损失；另一方面可以有效控制预应力混凝土结构的徐变变形。影响混凝土收缩的主要因素：P26（1）水灰比、水泥用量和含水量（2）骨料含量（3）养护条件（4）纤维材料（5）减水剂现在学习的是第11页，共19页影响混凝土徐变的主要因素：P26（1）水灰比（2）骨料含量（3）养护程度（4）构件尺寸（5）工作应力（6）纤维（7）减水剂C、快硬性、早强性 预应力混凝土结构中的混凝土应具有快硬、早强的性质，可以尽早施加预应力，加快工程进度，提高设备利用率。现在学习的是第12页，共19页2、混凝土的种类 预应力混凝土结构中常用的混凝土种类：普通混凝土、
9、高强混凝土、高性能混凝土（工作性能和耐久性）和轻骨料混凝土。（1）普通混凝土 采用常规的水泥、砂石为原料，常规的生产工艺，是目前最常用的混凝土。其强度标准值、设计值和弹性模量见P27表2-17，2-18和2-19.（2）高强混凝土 采用常规的水泥、砂石为原料，常规的生产工艺，主要依靠添加高效减水剂或同时掺加一定数量的活性矿物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性能并在硬化后具有高强、高密实性的水泥混凝土。50MPa以上的通常称为高强混凝土，80MPa以上称为超高强混凝土。其强度标准值、设计值和弹性模量见P28表2-20，2-21，2-22.现在学习的是第13页，共19页（3）高性能混凝土 通常人们
10、以强度来评价混凝土的性能，事实上，由于恶劣环境的影响，结构物的破坏不是强度问题，而是耐久性问题。强度高的混凝土不一定耐久性好。高性能混凝土不是传统混凝土的简单扩展，而是一种新型的材料。（4）轻骨料混凝土 为了增大预应力混凝土结构的跨越能力，增强其对环境的耐久性，必须采用轻质和高性能的混凝土材料。特点：强度/自重比值高，经济效益好。其强度标准值、设计值和弹性模量见P30表2-23，2-24，2-25。现在学习的是第14页，共19页3、混凝土的力学特性（1）混凝土的应力应变关系 （P31图2-4）上升段：弹性状态；内部微裂缝稳定发展阶段；内部微裂缝非稳定发展阶段，裂缝逐渐贯通。下降段：刚性压缩机才
11、能反映出良好的下降段刚性压缩机才能反映出良好的下降段！出现反弯点、收敛点。反映了贯通裂缝面上的剪切滑移及骨料尼阿杰裂缝的不断扩展。强度主要由滑动面上的摩擦力和残余粘结力提供。（2）混凝土的变形 （P32公式2-1和2-2）混凝土的变形分为受力变形和非受力变形两种：受力时的弹性变形、滞后弹性变形和徐变以及收缩变形。现在学习的是第15页，共19页（3）混凝土的收缩、徐变 混凝土收缩是由于所含水分的蒸发及其他物理化学原因产生的体积缩小；混凝土的徐变是指在荷载长期作用下产生的随时间增长的变形。混凝土的收缩和徐变导致构件缩短，引起预应力损失！从而减小构件的预压应力，这对混凝土结构是极为不利的！A、混凝土
12、的收缩（P33公式2-3）B、混凝土的徐变（P34公式2-4）影响徐变的因素：混凝土应力的大小、混凝土的加载龄期、级配、水灰比、构件所处的环境等。C、混凝土的理论厚度与有效龄期现在学习的是第16页，共19页（4）混凝土的疲劳 混凝土在重复荷载（即多次重复加卸载）作用下的强度与变形与一次加卸载的情况完全不同。当加载应力小于某一特定值（即混凝土的疲劳抗压强度或疲劳抗拉强度）时，随着重复荷载作用次数的增加，混凝土的累积塑性变形不再增长，混凝土的加卸载曲线呈线性变化。当加载应力大于混凝土的疲劳抗压强度或疲劳抗拉强度时（但是还是小于一次加载时混凝土的极限强度），随着重复荷载作用次数的增加，混凝土的应力应
13、变曲线开始也呈线性变化，但应力值较大，重复加载导致内部微裂缝扩展，累积塑性变形不断增长。最终混凝土将因严重开裂或变形过大而破坏。这种因为多次重复荷载作用而引起的破坏称为疲劳破坏。现在学习的是第17页，共19页v2.4 孔道及灌浆材料孔道及灌浆材料1、孔道、孔道后张法混凝土构件的预留孔道是由制孔器来形成的。常用的类型：（1）抽拔式制孔器先预埋制孔器 混凝土初凝 拔出制孔器 形成孔道（2）埋入式制孔器 在预应力混凝土构件中根据设计要求永久埋置制孔器，形成预留孔道。优点：耐腐蚀性能好，孔道摩擦系数小，提高后张预应力结构的抗疲劳性能。现在学习的是第18页，共19页2、灌浆材料 后张法中，预应力张拉后，要进行孔道注浆。在浇注混凝土前要设置灌浆孔、排气孔、排水孔、泌水管。灌浆孔一般设置在构件的两端和跨中，孔距不宜大于12m；排水孔一般设置在每跨曲线孔道的最低点，开口向下；孔道灌浆水灰比一般取0.400.45。水泥强度等级不低于C30。保证孔道水泥浆密实（铝粉，膨胀剂 但是应控制膨胀率不大于5%）。现在学习的是第19页，共19页