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1、（二）、预应力混凝土的基本原理（二）、预应力混凝土的基本原理 第1页/共37页二、施加预应力的方法先张法先张法l适用于中小型构件 第2页/共37页第3页/共37页后张法后张法l适用于大型构件 第4页/共37页后张法后张法l适用于大型构件 第5页/共37页无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋第6页/共37页第7页/共37页第8页/共37页要求要求传力可靠；凸轮式、楔式、螺丝式等。传力可靠；凸轮式、楔式、螺丝式等。制作简单；制作简单；施工方便；施工方便；省钢。省钢。三、预应力砼构件的锚具、夹具第9页/共37页第10页/共37页第11页/共37页高强（砼
2、高强（砼C30C30；钢筋采用高碳钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，砼；钢筋采用高碳钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，砼C40C40）；）；低松弛钢筋、低收缩、低徐变砼；低松弛钢筋、低收缩、低徐变砼；高粘结力（先张法）；高粘结力（先张法）；加工性能好；加工性能好；四、预应力砼构件对材料的要求第12页/共37页应用：大跨度结构、公路、桥梁、水工渡槽、吊车梁等。应用：大跨度结构、公路、桥梁、水工渡槽、吊车梁等。六、预应力砼结构的发展与应用第13页/共37页第二节 预应力混凝土构件设计的一般规定一、计算内容：(一)使用阶段计算：1.承载力计算；2.裂缝控制验算；3.变形验算。(二)施工阶段验算：指对构件在制作、
3、运输和吊装等施工阶段的：1.承载力计算，2.抗裂性的验算。第14页/共37页二、张拉控制应力con张拉控制应力是指张拉钢筋时，张拉设备(如千斤顶)上的测力计所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的应力值，用con表示。张拉控制应力的确定原则：1.张拉控制应力应定得高一些，规范规定con 应不小于0.4fptk；2张拉控制应力不能过高。钢筋拉断,开裂荷裁将接近破坏荷载；3.根据钢筋种类及张拉方法确定适当的张拉控制应力。张拉控制应力见（表9-1）第15页/共37页三、预应力损失 l 按照张拉控制应力值张拉好的预应力钢筋的拉应力，会由于各种原因而降低。这种预应力降低的现象称为预应力损失。引起预应
4、力损失的因素很多，主要有：张拉端锚具变形和钢筋内缩、预应力钢筋与管道壁的摩擦、混凝土加热养护时被张拉钢筋与承受拉力的设备之间的温差、钢筋的应力松弛、混凝土的收缩与徐变以及配置螺旋式预应力钢筋的环形构件中由于混凝土的局部挤压等。第16页/共37页（一）（一）张拉端锚具张拉端锚具变形和钢筋变形和钢筋内缩引起的预应力损失内缩引起的预应力损失 l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为 l1。对直线预应力筋：后张法预应力曲线情况：由于摩擦力使回缩，只在端部 一定范围内产生。减小预应力损失 l1措施：减少垫块数量；增加 长度。张拉锚具变形和钢
5、筋内缩值。见表9-2张拉锚端至锚固端之间的距离。第17页/共37页 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，或曲线筋的径向压力产生的摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。直线预应力筋曲线预应力筋（二）摩擦损失（二）摩擦损失 l2第18页/共37页第19页/共37页q -q -为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（rad）；x-为张拉端到计算截面的距离。、-摩擦系数，表9-39-3。若摩擦损失 l2为：第20页/共37页减小预应力损失 l2的措施两端张拉；超张拉：一端张拉两端张拉超张拉第21页/共37页 为缩短先张法构件的生产周期，
6、常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。l升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失 l3。l降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失 l3无法恢复。l设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D D t，取钢筋的温度膨胀系数为110-5/，则有，（三）（三）温差温差引起的损失引起的损失 l3减小温差温差引起的损失引起的损失 l3措施：二次升温；整体钢模。第22页/共37页 钢筋在长期高应力作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条
7、件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。根据应力松弛的长期试验结果，规范取：1.冷拉钢筋、热处理钢筋为超张拉系数，一次张拉时，取=1；超张拉时，取=0.9。（四）钢筋松弛损失（四）钢筋松弛损失 l4一次张拉超张拉2.碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线普通松弛第23页/共37页当 con0.7fptk时，当0.7fptk con0.8fptk时，低松弛当 con0.5fptk时，可不考虑应力松弛损失，即取 l4=0。3.冷轧带肋钢筋一次张拉减小钢筋松弛损失钢筋松弛损失 l4措施：低松弛钢筋。超张拉：第24页/共37页 混凝土的收缩和徐变，都会导致预应
8、力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。由于收缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素相同时随变化规律相似，规范将二者合并考虑。规范对混凝土收缩和徐变引起的损失，按下列公式计算：1.先张法2.后张法(五五)混凝土收缩、徐变损失混凝土收缩、徐变损失 l5减小混凝土收缩、徐变损失 l5措施：采用高标号水泥；减少水泥用量；降低水灰采用高标号水泥；减少水泥用量；降低水灰比；加强养护。比；加强养护。第25页/共37页 圆形混凝土构件，采用螺旋式预应力钢筋，产生径向挤压，引起预应力损失。圆形混凝土构件，采用螺旋式预应力钢筋，产生径向挤压，引起预应力损失。（六）螺旋式预应力钢筋挤压砼引
9、起的损失 l6时，时，第26页/共37页四、预应力损失值的组合 先张法和后张法出现的预应力损失不同；各预应力损失产生的时间也不同。应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。混凝土预压前完成的损失 lI；混凝土预压后完成的损失 lII。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。第27页/共37页 考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，规范规定当总损失值 l=lI+lII小于下列数值时，按下列数值取用：先张法构件 100 N Nmmmm2 2后张法构件 80 N Nmmmm2 2第28页/共37页一、先张法构件 张拉至破坏：施工阶段和使用阶段；每个阶段又包括
10、几个受力状态。（一）施工阶段1.放张预应力钢筋之前 张拉预应力筋，固定在台座上，浇筑砼并养护。切断预应力钢筋前，完成第一批损失 预应力筋应力砼应力非预应力筋应力 （压为正）第三节 预应力砼轴心受拉构件的应力分析 第29页/共37页 预应力筋合力 2.放张预应力钢筋 切断预应力钢筋，砼产生预压应力 ，钢筋一同回缩，应力降低。预应力筋应力 非预应力筋应力 （压为正）（压为正）第30页/共37页 砼预压应力可由内力平衡关系求出 换算截面面积换算截面面积 上式可理解为将钢筋回弹力 作为外力，反向作用在换算截面上产生的 。第31页/共37页 3.完成第二批损失后 砼收缩，徐变引起损失 ，砼应力由 降低为
11、 。（压为正）（压为正）砼应力砼应力预应力筋应力预应力筋应力 非预应力筋应力非预应力筋应力第32页/共37页 为完成第二批损失后，砼预压应力为零时，预应力筋和非预应力筋总和力对砼为完成第二批损失后，砼预压应力为零时，预应力筋和非预应力筋总和力对砼对砼施加的压力值。对砼施加的压力值。砼应力可由内力平衡关系求出 上式可理解为将钢筋回弹力 作为外力，反向作用在换算截面上产生的 。第33页/共37页预应力筋应力非预应力筋应力（二）（二）使用阶段 1.加载至应力为零：施加外荷载，至预应力为零。砼应力外荷载第34页/共37页预应力筋应力非预应力筋应力2.加载至砼即将开裂：加载至砼即将开裂。砼应力开裂荷载：由平衡关系开裂荷载：由平衡关系第35页/共37页3.加载破坏：开裂后，砼退出工作，砼承担拉力转给钢筋。在外荷载作用下，钢筋达屈服强度时，构件破坏。极限承载力 预应力构件比非预应力构件开裂晚得多，抗裂性大为提高，刚度也大为提高，但开裂到砼破坏较近，延性较差。当材料与截面尺寸相同时，预与非预承载力相同。第36页/共37页感谢观看！第37页/共37页