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1、1.1 1.1 一般概念一般概念普通混凝土的缺点普通混凝土的缺点n在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐久、刚度和抗疲劳性。n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。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第1页/共33页预应力：预应力：在混凝土结构承受使用荷载之前的在混凝土结构承受使用荷载之前的制作阶段制作阶段预先对混凝土施加应力。预先对混凝土施加应力。epNp pc c全预应力混凝土全预应力混凝土部分预应力混凝土部分预应力混凝土有限预应力混凝土有限预应力混凝土预应力基本原理预应力基本原理预应力混凝土的基本知识预应力混凝土
2、的基本知识1第2页/共33页日常生活中有许多应用预应力的例子。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第3页/共33页日常生活中有许多应用预应力的例子。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第4页/共33页l提高了构件的抗裂性；提高了构件的抗裂性；l预应力的大小可根据需要调整。预应力的大小可根据需要调整。l在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作 阶段阶段(未裂未裂)。l施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。预应力混凝土构件的受力特征预应力混凝土构件的受力特征预应力混凝土的基本知识预
3、应力混凝土的基本知识1第5页/共33页预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的优、缺点 优点优点a.提高构件的抗裂能力。提高构件的抗裂能力。b.增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。提高抗剪承载力。c.充分利用高强度材料的性能。预应力筋充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPyd.扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。高适用能力。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第6页/共33页预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的基本知识预应力
4、混凝土的基本知识1 缺点缺点a.成本高成本高。b.材料质量要求高。材料质量要求高。c.工序复杂工序复杂d.技术水平要求高技术水平要求高第7页/共33页1.21.2预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类根据制作、设计和施工的特点，可以有不同的分类：1.先张法和后张法钢筋张拉先于混凝土浇筑先张法钢筋张拉后于混凝土浇筑后张法部分截面受压部分预应力2.全预应力和部分预应力全截面受压全预应力3.有粘结预应力和无粘结预应力预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起有粘结预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第8页/共33页张拉钢筋张拉钢筋 支模、浇混凝土支模、浇混凝土 混凝土达到一定强度混凝土达到一定强
5、度剪钢丝剪钢丝 产生预应力产生预应力1.31.3预应力的建立方法预应力的建立方法张拉钢筋浇注混凝土剪断钢筋A、先张法、先张法预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第9页/共33页浇混凝土，预留孔道浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚张拉钢筋，锚固固 产生预应力产生预应力 孔道灌浆孔道灌浆浇注混凝土穿钢筋、张拉、锚固灌浆B、后张法、后张法预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第10页/共33页v 先张法、后张法有各自适用范围和优、缺点。非 预 应 力钢筋v 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工 艺相结合。预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1
6、第11页/共33页混凝土：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。钢 筋：预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢 筋；普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335 级钢筋，也 可采用HPB235级钢筋。1.1.4 4 预应力混凝土构件的材料预应力混凝土构件的材料预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1第12页/共33页v 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。v 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。2.2.1 1 张拉控制应力张拉控制应力 con预应力混凝
7、土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第13页/共33页v 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。v 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。确定 con时考虑的因素v con 增加。产生的预应力大，抗裂性好。所以 con 0.4 fptk。预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第14页/共33页张拉控制应力限值 热处理钢筋 消除应力钢丝、钢绞线 0.75 fptk 后张法 先张法 钢筋种类 张拉方法 0.75fptk 0.70 fptk0.65 fptk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
8、之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第15页/共33页预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力预应力损失损失。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。2.2.2 2 预应力损失预应力损失 l pe=con l最终有效预应力：预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第16页/共33页直线：91曲线：92张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土
9、构件设计规定2小变形夹具，减少垫板，增加台座长度。减少减少 l1预应力损失的措施：预应力损失的措施：第17页/共33页94预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失 l2预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2减少摩擦，两端张拉，超张拉。减少减少 l2预应力损失的措施：预应力损失的措施：第18页/共33页加热养护：此时混凝土未硬结，钢筋自由伸长，而台 座不动。钢筋松了 产生温差损失。95受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失 l3预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2采用二次升温养护：t
10、020 C使混凝土达到一定强度，再升温。减少减少 l3预应力损失的措施预应力损失的措施第19页/共33页应力松弛现象：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。钢筋长度不变，应力随时间增长而降低。应力松弛损失的特点：应力松弛损失的特点：v与张拉时间有关，先快后慢。第1小时完成50%，24小时完成80%。v与预应力钢筋种类有关。预应力钢筋种类不同，则损 失大小不同；预应力钢筋的应力松弛引起的损失预应力钢筋的应力松弛引起的损失 l4预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第20页/共33页利用超张拉工序可以减少 l4超张拉工序：第一种：从 01.03 c
11、on第二种：从 01.05 con(持荷2min)con原理：超张拉的持荷2min，已将部分松 弛在钢筋锚固前完成，所以可达到减少 l4的目的。预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第21页/共33页收缩、徐变将引起构件缩短，所以钢筋回缩，引起 l5。此时预应力损失值的大小，与纵筋含钢率、混凝土预压应力的大小 pc及混凝土抗压强度f cu有关。混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 l5预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2控制 pc(完成第一批损失后的混凝土预应力)，pc 0.5f cu，徐变引起的预应力损失小些;后张法收缩引起的损失小些。减
12、少减少 l5预应力损失的措施：预应力损失的措施：第22页/共33页后张法中，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件：电杆、水池、压力管道等，直接在混凝土上进行预应力钢筋的张拉。这时钢筋对构件产生外壁的径向压力，使混凝土局部挤压，构件的直径局部减小，带来一圈内钢筋周长的减小，因而钢筋松驰，引起 l6。d 3m，l6=0 d 3m，取 l6=30N/mm2 混凝土的局部挤压引起的预应力损失混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第23页/共33页总损失：l =lI+lII先张法：l 100N/mm2后张法：l 80N/mm22.2.3 3 预应力损失值的
13、组合预应力损失值的组合混凝土预压前 lI=l1+l3+l4混凝土预压后 lII=l5先张法构件：先张法构件：混凝土预压前 lI=l1+l2 混凝土预压后 lII=l4+l5+l6后张法构件：后张法构件：预应力混凝土构件设计规定预应力混凝土构件设计规定2第24页/共33页先张法轴心受拉构件为例(a)放张前(b)放张后(c)完成第二批损失1.1.施工阶段施工阶段轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第25页/共33页放松预应力筋之前：pe=con lI pc=0 s=0放松预应力筋之后：pe=con lI E pcI s=Es pcI(压)pc=pcI(压)轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构
14、件的应力分析3第26页/共33页由截面平衡条件：pI Ap=pcI Ac+sI As(con lI E pcI)Ap=pcI Ac+sI As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。完成第一批损失之后：910轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第27页/共33页完成第二批损失之后：预应力筋：pII=con l E pcII 非预应力筋：sII=Es pcII+l5混凝土：pc=pcII同理，由截面平衡条件得：911轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第28页/共33页2.2.使用阶段使用阶段受力过程的三个
15、特征点：N Np0(c=0)Np,cr(c=ftk)Nu(p=fpy)(a)施加轴力前(b)消压状态(c)开裂轴力(d)极限轴力NuN0N0Ncr NcrNu（+）（）轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第29页/共33页v 加载至混凝土应力为零：c=0 s=l5 p=p0=con l 式中 Np0 消压轴力，抵消截面上混凝土有效预压应力所需的轴向力。Np0=p0Ap sAs=(con l)Ap l5As=pcIIA0 912轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第30页/共33页v 加载至构件截面即将开裂：式中 Np,cr 开裂轴力，预应力轴心受拉构 件即将开裂时所能承受的轴向力。(预应力的存在可以提高抗裂度)c=ftk s=Es ftk l5 p=con l+Eftk 截面平衡：Np,cr=ftkAc+sAs+p ApNp,cr=(ftk+pcII)A0 913轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第31页/共33页v 加载至构件破坏：c=0 s=fy p=fpy 式中，Nu 极限承载力。(预应力的存在不能提高正截面承载力)由截面平衡条件：Nu=fpyAp+fyAs 914轴心受拉构件的应力分析轴心受拉构件的应力分析3第32页/共33页感谢您的观看。第33页/共33页