建筑结构电子教案六.ppt
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1、0 0 绪论绪论1 1 建筑结构计算基本原则建筑结构计算基本原则2 2 建筑结构材料建筑结构材料3 3 钢筋混凝土受弯构件钢筋混凝土受弯构件4 4 钢筋混凝土纵向受力构件钢筋混凝土纵向受力构件5 5 钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土受扭构件6 6 预应力混凝土构件预应力混凝土构件7 7 钢筋混凝土楼屋盖钢筋混凝土楼屋盖钢筋混凝土结构Reinforced Concrete StructureReinforced Concrete Structure6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件由于混凝土的抗拉性能很差,由于混凝土的
2、抗拉性能很差,使得钢筋混凝土构件出现了使得钢筋混凝土构件出现了两个问题两个问题:1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作;、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作;2、为保证结构耐久性,必须限制裂缝宽度。、为保证结构耐久性,必须限制裂缝宽度。解决问题的解决问题的首先想到的方法首先想到的方法:1、加大截面尺寸、加大截面尺寸自重过大;自重过大;2、采用高强度钢筋、采用高强度钢筋裂缝过宽,无法满足使用要求;裂缝过宽,无法满足使用要求;3、提高混凝土强度等级、提高混凝土强度等级抗裂性能提高不明显。抗裂性能提高不明显。上述方法都不能很好地解决大跨度结构,以及承受动载结构上述方法都不能很好地解决大跨
3、度结构,以及承受动载结构中裂缝宽度过大,变形严重的问题。中裂缝宽度过大,变形严重的问题。对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言,对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言,承载力承载力可能已不是控制条件,可能已不是控制条件,起控制作用的因素可能是起控制作用的因素可能是裂缝宽度裂缝宽度或构件的或构件的挠度挠度。当钢筋应力达到。当钢筋应力达到5001000N/mm2时,裂缝宽度将很大,无法满足使用要求。时,裂缝宽度将很大,无法满足使用要求。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件 混混凝凝土土抗抗拉拉强强度度及及极极限限拉拉应应变
4、变值值都都很很低低。其其抗抗拉拉强强度度只只有有抗抗压压强强度度的的1/101/101/181/18,极极限限拉拉应应变变仅仅为为0.00010.00010.000150.00015,即即每每米米只只能能拉拉长长0.10.15mm0.10.15mm,超超过过后后就就会会出出现现裂裂缝缝。而而钢钢筋筋达达到到屈屈服服强强度度时时的的应应变变却却要要大大得得多多,约约为为0.00050.00050.00150.0015,如如HPB235HPB235级级钢钢筋筋就就达达1 110-310-3。对对使使用用上上不不 允允 许许 开开 裂裂 的的 构构 件件,受受 拉拉 钢钢 筋筋 的的 应应 力力 只
5、只 能能 用用 到到2030N/mm22030N/mm2,不不能能充充分分利利用用其其强强度度。对对于于允允许许开开裂裂的的构构件件,当当受受拉拉钢钢筋筋应应力力达达到到250N/mm2250N/mm2时时,裂裂缝缝宽宽度度已已达达0.20.3mm.0.20.3mm.。继续思考:继续思考:能否能否借助借助混凝土较高的混凝土较高的抗压抗压能力来能力来弥补弥补其其抗拉抗拉能力的不足?能力的不足?6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件、预应力构件、预应力构件基本原理基本原理 :预先在混凝土预先在混凝土受受拉区施加压应力拉区
6、施加压应力,使其减小或抵消荷使其减小或抵消荷载引起的拉应力,载引起的拉应力,将构件受到的拉应将构件受到的拉应力控制在较小范围,力控制在较小范围,甚至处于受压状态,甚至处于受压状态,即可即可控制构件裂缝控制构件裂缝宽度宽度,甚至可以使,甚至可以使构件构件不产生裂缝不产生裂缝。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件预应力与木桶鸡:预应力与木桶鸡:木桶在制作过程中,用铁箍木桶在制作过程中,用铁箍把木板箍紧,目的是为了使木板把木板箍紧,目的是为了使木板间产生环向预压力,装水或装汤间产生环向预压力,装水或装汤后,由水产生环向拉
7、力,预压力后,由水产生环向拉力,预压力抵消掉全部拉力,就不会漏水。抵消掉全部拉力,就不会漏水。2 2、预应力混凝土的分类、预应力混凝土的分类 分为分为全预应力混凝土全预应力混凝土和和部份预应力混凝土部份预应力混凝土两类。两类。在使用荷载作用下,不允许在使用荷载作用下,不允许截面上混凝土出现拉应力的构截面上混凝土出现拉应力的构件,称为件,称为全预应力混凝土全预应力混凝土,属,属严格要求不出现裂缝的构件;严格要求不出现裂缝的构件;允许出现裂缝,但最大裂缝允许出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许值的构件,则宽度不超过允许值的构件,则称为称为部分预应力混凝土部分预应力混凝土,属允,属允许出现裂缝的构件。
8、许出现裂缝的构件。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件2 2、预应力混凝土的分类、预应力混凝土的分类 按照按照粘结方式粘结方式,预应力混凝土,预应力混凝土还可分为还可分为有粘结预应力混凝土有粘结预应力混凝土和和无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土。无粘结预应力混凝土,是指配无粘结预应力混凝土,是指配置无粘结预应力钢筋的后张法置无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土。预应力混凝土。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料,以减
9、小摩擦力并防锈蚀,并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹,锈材料,以减小摩擦力并防锈蚀,并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹,以防止施工中碰坏涂层,并使之与周围混凝土隔离,而在张拉时可沿纵向以防止施工中碰坏涂层,并使之与周围混凝土隔离,而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点:特点:不需要预留孔道,也不必灌浆,不需要预留孔道,也不必灌浆,施工简便、快速,造价较低,易于推广应用。施工简便、快速,造价较低,易于推广应用。从从9090年代开始,无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用,目前最大跨度可达到年代开始,无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用,目前最
10、大跨度可达到20m20m。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件3 3、预应力混凝土的特点、预应力混凝土的特点 1 1、构件的抗裂性能较好构件的抗裂性能较好2 2、构件的刚度较大构件的刚度较大3 3、构件的耐久性较好构件的耐久性较好4 4、减小构件截面尺寸,节省材料,、减小构件截面尺寸,节省材料,减轻自重减轻自重5 5、工序较多,施工较复杂,且需张拉设备和锚具等。工序较多,施工较复杂,且需张拉设备和锚具等。注意注意:预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说,当截面和材预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说,
11、当截面和材料相同时,预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。料相同时,预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 (1 1)、先张法)、先张法先先张张拉拉预预应应力力钢钢筋筋,然然后后浇浇筑筑混混凝凝土土的的施施工方法,称为工方法,称为先张法。先张法。主要主要工艺过程工艺过程:穿钢筋穿钢筋张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土并养护浇筑混凝土并养护 至至75切断钢筋切断钢筋预压应力的传递主要靠预压应力的传递主要靠钢筋和混凝土间的粘结
12、力钢筋和混凝土间的粘结力6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 先先张张法法主主要要优优点点:生生产产工工艺艺简简单单,工工序序少少,效效率率高高,质质量量易易于于保保证证,同同时时由由于于省省去去了了锚锚具具和和减减少少了了预预埋埋件件,构构件件成本较低。成本较低。适适用用范范围围:主主要要用用于于工工厂厂化化大大量
13、量生生产产,尤尤其其适适宜宜用用于于长线法生产中、小型构件。长线法生产中、小型构件。6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 (2 2)、后张法)、后张法先先浇浇筑筑混混凝凝土土,待待混混凝凝土土硬硬化化后后,在在构构件件上上直直接接张张拉拉预预应应力力钢钢筋筋,这这种种施施工方法称为工方法称为后张法后张法。主要主要工艺过程工艺过程:浇筑混凝土构件(在构件浇筑混凝土构件(在构件中预留孔道)并进行养护中预留孔道)并进行养护至至75 穿预应力钢筋穿预应力钢筋张拉钢筋并用锚具锚固张拉
14、钢筋并用锚具锚固往孔道内压力灌浆。往孔道内压力灌浆。预压应力的传递主要通过预压应力的传递主要通过工作锚具传递工作锚具传递6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 锚锚具具张张拉拉设设备备6.1 6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件4 4、施加预应力的方法、施加预应力的方法 后后张张法法主主要要优优点点:预预应应力力钢钢筋筋直直接接在在构构件件上上张张拉拉,不不需需要要张张拉拉台台座座,所所以以后后张张法法构
15、构件件既既可可以以在在预预制制厂厂生生产产,也也可可在在施施工工现现场场生生产产。大大型型构构件件在在现现场场生生产产可可以以避避免免长长途途搬搬运运,故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。主主要要缺缺点点:生生产产周周期期较较长长;需需要要利利用用工工作作锚锚锚锚固固钢钢筋筋,钢钢材材消消耗耗较较多多,成成本本较较高高;工工序序多多,操操作作较较复复杂杂,造造价价一一般般高于先张法。高于先张法。6.2 6.2 张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与预应力损失 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件锚具与夹具锚具与夹具、锚固钢丝的套
16、筒式夹具、锚固钢丝的套筒式夹具、锚固粗钢筋用的螺丝端、锚固粗钢筋用的螺丝端杆锚具(如下图)杆锚具(如下图)、锚固直径、锚固直径12mm或钢绞或钢绞线的夹片式锚具(如右图)线的夹片式锚具(如右图)螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具钢绞线夹片式锚具钢绞线夹片式锚具6.2 6.2 张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与预应力损失 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件机具设备机具设备 1 1、张拉设备(、张拉设备(如千斤顶)如千斤顶)2 2、制孔器材、制孔器材 (如抽拔橡胶管、螺旋金属波纹管)如抽拔橡胶管、螺旋金属波纹管)3 3、灌孔水泥浆和压浆机、灌孔水泥浆和压浆机用镀锌或不镀锌低碳钢用镀锌
17、或不镀锌低碳钢带螺旋折叠咬口制成的带螺旋折叠咬口制成的金属管,用于后张法预金属管,用于后张法预应力砼结构或构件的成应力砼结构或构件的成孔。孔。夹片锚张拉千斤顶夹片锚张拉千斤顶在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力,在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力,称为张拉控制应力,用称为张拉控制应力,用 表示表示6.2 6.2 张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与预应力损失 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件1 1、张拉控制应力、张拉控制应力 张拉控制应力适当取高些是有利的,但不是越高越好。张拉控制应力适当取高些是有利的,但不是越高越好。控制应力与预应力钢筋的强度设计值越接近时,控制应力与
18、预应力钢筋的强度设计值越接近时,构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近,构件延性就越差。构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近,构件延性就越差。“超张拉超张拉”为了减少预应力的损失,张拉预应力钢为了减少预应力的损失,张拉预应力钢筋时常采取筋时常采取 的一种工艺操作方法。的一种工艺操作方法。6.2 6.2 张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与预应力损失 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件1 1、张拉控制应力、张拉控制应力 表表6.2.1 6.2.1 张拉控制应力限值张拉控制应力限值钢筋种类钢筋种类张拉方法张拉方法先张法先张法后张法后张法消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋
19、热处理钢筋预应力钢筋极限抗拉强度标准值预应力钢筋极限抗拉强度标准值张拉控制应力值均不应小于张拉控制应力值均不应小于注:下列情况,表中数值可提高注:下列情况,表中数值可提高0.05 0.05 f fptkptk;要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋;要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋;要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差因素产生的预应力损失。座之间的温差因素产生的预应力损失。6.2 6.2 张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与
20、预应力损失 第六章第六章 钢筋混凝土预应力构件钢筋混凝土预应力构件(1)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 产生原因产生原因:由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座或构件上以后,:由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座或构件上以后,锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧,以及预应力钢筋在锚具中的滑动,锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧,以及预应力钢筋在锚具中的滑动,造成预应力钢筋回缩而产生的预应力损失。造成预应力钢筋回缩而产生的预应力损失。产生范围产生范围:先张法构件、后张法构件。:先张法构件、后张法构件。减小措施减小措施:(:(1)选择变形小或预应力筋滑动
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