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预应力混凝土结构的原理
东南衣修逐程教IT
预应力混凝土结构的原理
第七十讲
主讲教师:
曹双寅舒赣平
预应力混凝土结构的原理(1716)内容提要(1/1)
一、预应力混凝土的基本概念
二、预应力混凝土材料及锚夹具
三、张拉控制应力和预应力损失
四、预应力的传递和局部承压
五、本章要点
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(2/16)一、预应力混凝土的基本概念(1/5)
1、预应力的概念
(1)预应力:
受荷载前预先对混凝土施加(压)应力
(2)工作原理:
预压力可减少甚至抿消荷载兰吿的桁力
心厂
(a)预压力作用下
………■…丿…………
IIIIIHIIIIHIlHIIIIIIIIH
2施加预应力的目的沖一二二一彳
Gfffi压力作用下存I
(1)将混凝土变成弹性材料♦预应力是改变混凝土性能的手段♦无裂缝混凝土可用材料力学方法
(2)利于使用高强钢材♦极限状态:
承载力、裂缝、挠度
♦问题:
钢筋混凝土结构不能充分利用高强钢筋!
(3)预加应力的目的是荷载平衡
预先施加与使用相反的荷载,抵消部分或全部外荷载
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(3/16)
、预应力混凝土的基本概念(2/5)
3、预加应力的效果
(1)预应力混凝土梁与钢筋混凝土梁的比较
♦裂缝及变形:
裂缝迟、裂宽小;刚度大,反拱,挠度很小。
♦钢筋应力变化(工作机理)
◊相同处:
弯矩由钢筋和混凝土合力组成的力矩平衡
◊不同处:
RC梁主要靠钢筋应力的增加,内力臂的变化不大
PC梁主要靠内力臂增加,预应力筋处于高应力
♦裂缝闭合:
超载时可能开裂,但卸载后裂缝会闭合♦预应力被克服后:
没有本质的不同,承载力与RC相同♦材料:
预应力构件能较充分地利用高强材料
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(4/16)一、预应力混凝土的基本概念(3/5)
(2)预应力混凝土结构的优点
♦不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展,提高结构的耐久性♦合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土
♦提高结构或构件的刚度,使混凝土结构的应用范围扩大♦施加预应力是对结构作了一次检验,有利于保证质量♦重复荷载下的抗疲劳性能较好。
♦具有良好的裂缝闭合性能。
♦提高抗剪性能
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(5/16)一、预应力混凝土的基本概念(4/5)
4、预加应力的方法
(1)先张法
♦方法:
在混凝土浇筑前张拉预应力筋
♦主要工序:
张拉钢筋并临时锚固;制作构件;放松钢筋
♦预应力传递:
通过预应力筋与混凝土之间的粘结力
(2)后张法
♦方法:
直接在成型的构件上张拉预应力筋
♦主要工序:
制作构件并预留孔道;直接在构件上张拉;用锚具锚固
♦预应力传递:
锚具等
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(6/16)一、预应力混凝土的基本概念(5/5)
5、预应力混凝土分类
(1)按照预应力程度分
♦全预应力混凝土
◊定义:
在使用荷载作用下受拉区不出现拉应力
◊优点:
抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好
◊缺点:
费钢材;反拱大;预拉区开裂;延性差;施工费高♦部分预应力混凝土
◊定义:
在使用荷载作用下受拉区已出现拉应力或裂缝的
◊优点:
克服全预应力构件的不足,可合理控制裂缝
(2)按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态分
♦有粘结:
预应力筋沿全长与周围混凝土粘结
♦无粘结:
预应力筋沿全长与混凝土不粘结、发生相对滑动
第70讲:
预应力混凝土结构的原理(7/16)
二、预应力混凝土材料及锚夹具(1/1)
1预应力混凝土材料
(1)混凝土:
高强度、低徐变、低收缩
(2)预应力筋:
高强度、低松驰、具有一定的塑性
(3)灌浆材料(一般采用纯水泥浆):
强度、流动性
2、预应力混凝土结构的锚夹具
(1)锚具和夹具
♦夹具:
能够重复使用的
♦锚具:
留在构件上不再取下的
(2)几种预应力筋常用的锚具
♦群锚锚具・JM型锚具♦螺丝端杆锚具♦徹头锚具♦弗式锚具
第70讲:
预应力混凝土结构的原理下一讲的主要由容
1、预应力的损失
2、局部承压的验算
东南女修迄程教育
结构设计原理
第七十一讲
主讲教师:
曹双寅舒赣平
第71讲:
预应力混凝土结构的原理
(2)
上一讲的内容
1、预应力的概念和作用
2、预应力混凝土构件和非预应力混凝土构件的异同处
正常使用方面、承载力方面、材料利用方面等
3、预应力混凝土构件的分类
按照施工方法分、按照应力程度分、按照粘结状态分
1张拉控制应力crcon
(1)定义:
张拉设备控制的总张拉力除以预应力钢筋面积
(2)要求
♦不宜过低:
使混凝土获得较高的预压应力
♦不宜过高:
◊构件开裂时的荷载与破获时的荷载接近
◊施工时(一束中)可能个别钢筋屈服或断裂
♦规定:
◊最小值:
不宜小于0.4fptk
◊最大值:
与材料和施工方法有关
2、预应力损失
(1)定义及影响
♦定义:
由于工艺和材料等原因,初始预应力在将不断降低♦影响:
会降低预应力的效果
(2)损失原因、特点、影响因素、计算方法和减少措施♦锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失
◊原因:
锚具变形、缝隙压缩和钢筋在锚具中内缩滑移等◊特点:
先、后张法均有,张拉端有锚固端无,瞬时完成◊计算模式:
(对直线钢筋):
宀_"尸◊减少措施:
减少垫片数量,增加台座的长度
♦钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失
◊原因:
预应力钢筋与孔道壁(转向装置)之间的摩擦作用
◊特点:
先、后张法均有,与位置有关,瞬时完成
◊计算模式cr/?
=b(1——)
12con\kx+^0)
◊减少措施:
两端张拉,超张拉
♦加热养护时预应力筋与承拉设备间温差引起的预应力损失◊原因:
Tfn碗未成型,钢筋伸长(变松),共同变形◊特点:
先张法有,与升温时磴结硬程度有关
◊计算方法:
%二Esa\t=2Ar
◊减少措施:
两次升温,在钢模上张拉(共同升温)
♦预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失
◊原因:
钢筋松驰和徐变
◊特点:
先、后张法均有,需要时间(初期快)
◊计算方法(与钢筋种类、强度和控制应力有关):
5厂纹心”
◊措施:
超张拉
♦混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失
◊原因:
混凝土的收缩和徐变
◊特点:
先、后张法均有,需要时间(初期快)
◊计算方法:
55=(45(25)+220bpc/fcu')/(l+15p)
◊修正:
高湿度环境可降低;干燥环境应增加。
可考虑荷载作用时间的影响,乘以不大于1的系数
◊措施:
混凝土质量,控制5,增加非预应力钢筋
♦螺旋式预应力钢筋局部挤压混凝土引起的预应力损失
◊原因:
用螺旋预应力筋作配筋,混凝土受挤压变形◊计算方法:
与直径有关,d〈3n)时取30N/mm2;d>3m时忽略。
♦分批张拉引起的损失
◊原因:
分批张拉时,受后批张拉使构件压缩(或伸长)◊计算方法:
与在已张拉筋处产生的混凝土法向应力有关处臥;
(3)各阶段预应力损失的组合
♦分批组合内容
混凝土预压前的损失Si:
b/]+b/2+b/3+b/4混凝土预压后的损失%
b/i+b/2
CF/4+%+%
♦ai(bii+b]ii)最小限量:
100(先张法),80(后张法)
第71讲:
预应力混凝土结构的原理(13/16)四、预应力的传递和局部承压(1/3)
1、先张法预应力筋的应力传递长度和锚固长度
(1)预应力筋的预应力传递长度
♦先张法构件的“自锚”◊原因:
钢筋和混凝土的粘结作用
◊应力特点:
端部为零,逐渐增大至最大♦传递长度:
应力由零增至最大所需长度
♦说明:
01吐内预应力效果差,应按实际应力(按照线性)◊1牡与预应力筋的种类和直径、混凝土强度等有关
(2)预应力筋的锚固长度
预应力筋的锚固长度la应较其传递长度1牡大。
第71讲:
预应力混凝土结构的原理(14/16)四、预应力的传递和局部承压(2/3)
2、局部受压承载力计算
(1)特点
♦后张法1勾件锚具的垫板下的混凝土承受较大的局部应力♦局部应力分布复杂
(2)局部受压承载力计算
♦要求:
◊不开裂,无过大变形(下陷)
◊足够的局部抗压承载力
♦截面尺寸验算:
巧WL350/XA♦受压承载力验算:
拆c+2ap\,0corfJAg
a间接钢筋对混凝土约束的折减系数
qJ可接钢筋的体积配筋率
第71讲:
预应力混凝土结构的原理(15/16)
四、预应力的传递和局部承压(3/3)
◊混凝土局部受压时的强度提高系数
◊局部压力设计值,F己.2conJp'
◊4局部受压时的计算底面积,按同心、对称的原则确定
◊0迹配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数=VA^A
第71讲:
预应力混凝土结构的原理(16/16)五、本章要点(1/1)
1、预应力的概念:
目的、效果和分类
2、张拉控制应力的定义
3、预应力损失原因、减少措施、组合和计算方法
4、先张法构件端部钢筋应力的传递特点
5、局部受压设计计算。
东南女修迄程教育
结构设计原理
第七十二讲
主讲教师:
曹双寅舒赣平
第72讲:
预应力混凝土结构的原理(3)上一讲的内容
1、张拉控制应力
定义及要求
2、预应力损失
分类、特点和控制
第72讲:
预应力混凝土结构的原理(13/16)四、预应力的传递和局部承压(1/3)
1、先张法预应力筋的应力传递长度和锚固长度
(1)预应力筋的预应力传递长度
♦先张法构件的“自锚”◊原因:
钢筋和混凝土的粘结作用
◊应力特点:
端部为零,逐渐增大至最大♦传递长度:
应力由零增至最大所需长度
♦说明:
01吐内预应力效果差,应按实际应力(按照线性)◊1牡与预应力筋的种类和直径、混凝土强度等有关
(2)预应力筋的锚固长度
预应力筋的锚固长度la应较其传递长度1牡大。
第72讲:
预应力混凝土结构的原理(14/16)四、预应力的传递和局部承压(2/3)
2、局部受压承载力计算
(1)特点
♦后张法构件锚具的垫板下的混凝土承受较大的局部应力♦局部应力分布复杂
(2)局部受压承载力计算
♦要求:
◊不开裂,无过大变形(下陷)
◊足够的局部抗压承载力
♦截面尺寸验算:
巧WL350/XA
♦受压承载力验算:
刁<°・9(00£+2%几』)九«间接钢筋对混凝土约束的折减系数
qJ可接钢筋的体积配筋率
第72讲:
预应力混凝土结构的原理(15/16)
四、预应力的传递和局部承压(3/3)
◊混凝土局部受压时的强度提高系数
◊局部压力设计值,F己.2conJp'
◊4局部受压时的计算底面积,按同心、对称的原则确定
◊0迹配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数=VA^A
第72讲:
预应力混凝土结构的原理(16/16)五、本章要点(1/1)
1、预应力的概念:
目的、效果和分类
2、张拉控制应力的定义
3、预应力损失原因、减少措施、组合和计算方法
4、先张法构件端部钢筋应力的传递特点
5、局部受压设计计算。
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- 预应力 混凝土结构 原理