第十一章 预应力混凝土结构的受力性能优秀PPT.ppt

第十一章 预应力混凝土结构的受力性能第一页，本课件共有48页一、基本概念 1.预应力混凝土的特点加载加载*提高刚度和抗裂度提高刚度和抗裂度*减轻结构自重减轻结构自重*提高梁的抗扭和抗剪承载力，提高梁的抗扭和抗剪承载力，但不提高抗弯承载力但不提高抗弯承载力*提高梁的抗疲劳承载力保护钢提高梁的抗疲劳承载力保护钢筋免受大气腐蚀筋免受大气腐蚀第二页，本课件共有48页一、基本概念 2.先张法和后张法张拉钢筋并在台座上固定浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的70%以上时剪断钢筋浇混凝土构件，并在构件中预留孔道在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉锚固灌浆第三页，本课件共有48页一、基本概念 3.有粘结和无粘结预应力混凝土有粘结预应力混凝土先张法生产的预应力混凝土构件以及后张法张拉钢筋后在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小第四页，本课件共有48页一、基本概念 3.有粘结和无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢筋第五页，本课件共有48页一、基本概念 4.全预应力和部分预应力使用荷载下不出现拉应力或裂缝全预应力混凝土构件使用荷载下允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝部分预应力混凝土构件第六页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 1.张拉预应力筋的方法*直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋拉预应力钢筋*电热法：低电压强电流通过钢筋使其电热法：低电压强电流通过钢筋使其发热伸长，达设计要求时断电发热伸长，达设计要求时断电*连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池壁上连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池壁上*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力第七页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 2.锚具和夹具*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失作用即消失*锚具：永久地留在构件上，如锚具失锚具：永久地留在构件上，如锚具失效构件中的预应力将全部消失。效构件中的预应力将全部消失。第八页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 2.锚具和夹具摩擦型锚具第九页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 2.锚具和夹具墩头锚具第十页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 2.锚具和夹具粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力钢筋灌浆口（灌浆锚固）6 8螺旋筋8箍筋3铅丝线圈预应力筋第十一页，本课件共有48页二、施加预应力的方法 2.锚具和夹具承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端部预应力筋垫板螺丝杆端螺母对焊接头第十二页，本课件共有48页三、预应力混凝土所用的材料 1.钢筋强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加工性能和一定的塑性要求处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋钢筋冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝注意对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋第十三页，本课件共有48页三、预应力混凝土所用的材料 2.混凝土C30一般预应力混凝土构件采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线的预应力混凝土构件C40第十四页，本课件共有48页四、张拉控制应力con的确定 1.con对结构的影响ApconApconApconApcon使构件出现脆性破坏con越大，混凝土中的预压应力越大，但过大会产生如下问题预应力筋过早进入流幅，降低其塑性增加钢筋的松弛损失第十五页，本课件共有48页四、张拉控制应力con的确定 2.con的取值ApconApconApconApcon预应力钢筋屈服强度的0.50.9冷拉钢筋预应力钢筋极限抗拉强度的0.40.75预应力钢筋极限抗拉强度的0.40.70碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线冷拔低碳钢丝、热处理钢筋第十六页，本课件共有48页五、预应力损失值 1.预应力损失的种类ApconApconApconApcon前期损失或第一批损失如锚具变形、管道摩擦、台座与钢筋的温差、钢筋松弛损失等发生在预应力传到混凝土之前后期损失或第二批损失如混凝土收缩徐变、局部挤压损失等发生在预应力传到混凝土之后第十七页，本课件共有48页五、预应力损失值 1.预应力损失的种类前期损失或第一批损失ApconApconApconApcon后期损失或第二批损失预应力损失值不宜笼统地估算，应予分项计算，然后相加确定总的损失值但各项预应力损失值又不是截然无关的。试图求得各项预应力损失的“净值”是很困难的。第十八页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后张法中，张拉钢筋时，钢筋在孔道中滑动，就会产生摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差等因素引起的*曲线型孔道而引起的第十九页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxr由孔道偏差引起的损失值与预应力和孔道长度成正比负号表示dP1和Px方向相反第二十页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx第二十一页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx第二十二页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，教材表10-2预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数，教材表10-2第二十三页，本课件共有48页五、预应力损失值 2.管道摩擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxd采用超张拉可以减少l2建议的张拉程序为01.1con停2分钟0.85con停2分钟con第二十四页，本课件共有48页五、预应力损失值 3.锚具变形和钢筋回缩损失l1由于锚具、垫块本身的变形，其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失张拉端至锚固端之间的距离预应力钢筋的弹性模量张拉端锚具的变形和钢筋的内缩值，见教材表10-3第二十五页，本课件共有48页五、预应力损失值 3.锚具变形和钢筋回缩损失l1应注意的几个问题*由块体拼装的结构，尚应考虑填逢间由块体拼装的结构，尚应考虑填逢间的预压变形。当采用混凝土或砂浆为的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填逢材料时，每条缝的预压变形值为填逢材料时，每条缝的预压变形值为1mm*先张法构件，当台座长度超过先张法构件，当台座长度超过100m时，可忽略时，可忽略l1*后张法构件，后张法构件，l1只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程中已被压只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程中已被压紧紧第二十六页，本课件共有48页五、预应力损失值 3.锚具变形和钢筋回缩损失l1应注意的几个问题*此式不适用于曲线配筋的后此式不适用于曲线配筋的后张法构件（具体算法可参考张法构件（具体算法可参考相关文件）相关文件）锚固前的应力图锚固后的应力图摩擦力l1l1/2lfcon（0）第二十七页，本课件共有48页五、预应力损失值 4.温差应力损失l3温度为t0时的应力为con温度升到t1时由于混凝土未结硬此处的应力为con温度回落到t0时由于混凝土已结硬和钢筋同时回缩，此处的应力为con con混凝土蒸汽养护时,预应力钢筋与台座之间温差引起的损失钢筋的线膨胀系数*采用二次升温法可减少采用二次升温法可减少l3:先在常温下养护先在常温下养护,当混凝当混凝土的强度达到土的强度达到7.510N/mm2时再逐渐升温时再逐渐升温第二十八页，本课件共有48页五、预应力损失值 5.应力松弛损失l4钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%，24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛采用超张拉时为0.9，不采用时为1.0常数参见规范的相关内容第二十九页，本课件共有48页五、预应力损失值 5.应力松弛损失l4采用超张拉可以减少l4建议的张拉程序为0(1.051.16)con停25分钟0con在高应力下，本需1小时才能完成的损失，在25分钟内就完成了大部分第三十页，本课件共有48页五、预应力损失值 6.混凝土收缩徐变损失l5收缩和徐变两者相互有关，很难精确计算，为了简化两项损失可合并考虑受拉区或受压区各自预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率受拉区或受压区预应力钢筋在各自合力作用点处混凝土的法向压应力高湿环境中可降低50%干燥环境中应增加2030%系数系数A、B、C、D参见教材中的相关规定参见教材中的相关规定第三十一页，本课件共有48页五、预应力损失值 6.钢筋挤压混凝土损失l6采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件，由于预应力筋对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失当d3m时第三十二页，本课件共有48页五、预应力损失值 7.预应力损失的组合预应力损失的组合先张法构件后张法构件第一批损失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批损失lIIl5l4+l5+l6预应力总损失的下限值先张法构件：l100N/mm2后张法构件：l80N/mm2第三十三页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.受力特征PPP预应力混凝土构件（使用荷载下不带裂缝）普通混凝土构件（使用荷载下常带裂缝）预应力钢筋开裂前，荷载-位移关系为线性的，预应力钢筋的应力增长较少开裂后，预应力钢筋的应力急增，进入非线性阶段第三十四页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析施工阶段-张拉钢筋第三十五页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析施工阶段-完成第一批预应力损失浇注混凝土但不受力第三十六页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析施工阶段-放松钢筋pcI第三十七页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析施工阶段-完成第二批损失pcII混凝土中的有效预压应力第三十八页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载至混凝土中的应力为0c=0Np0第三十九页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载至混凝土开裂ftNcr第四十页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 1.先张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载到破坏Nu第四十一页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析施工阶段-穿钢筋第四十二页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析施工阶段-张拉钢筋完成第一批预应力损失pcIpcI第四十三页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析施工阶段-完成第二批损失混凝土中的有效预压应力pcIIpcII第四十四页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载至混凝土中的应力为0c=0Np0Np0第四十五页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载至混凝土开裂ftNcrNcrft第四十六页，本课件共有48页六、轴心受拉构件的分析 2.后张法构件各阶段的应力分析加载阶段-加载到破坏NuNu第四十七页，本课件共有48页七、受弯构件的分析和受拉构件的分析方法类和受拉构件的分析方法类似，不予赘述似，不予赘述第四十八页，本课件共有48页