范进钢筋混凝土基本构件课件第10章.pptx

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1、10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的含义预应力混凝土的含义第1页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的含义预应力混凝土的含义 在构件使用前，通过预加外力，使受拉区预先产生压应力，以抵消或减小外荷载产生拉应力，这样就可利用混凝土的抗压强度来弥补混凝土的抗拉强度不足的缺陷，达到防止受拉区混凝土过早开裂的要求，从而可提高截面抗弯刚度和减小裂缝宽度，甚至可以做到在使用荷载下不出现裂缝。第2页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点抗裂性好，刚度大；节省材料，减小自重；提高构件的抗剪能力；具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能；提高构件的耐疲劳性能；具有良好

2、的经济性。与钢筋混凝土相比，优点：与钢筋混凝土相比，优点：缺点：缺点：构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性较差。第3页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类根据根据预应力控制裂缝程度预应力控制裂缝程度分类分类第4页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类根据根据预应力控制裂缝程度预应力控制裂缝程度分类分类第5页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类根据根据施工工艺施工工艺分类分类先张法施工示意先张法施工示意 后张法施工示意后张法施工示意第6页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混

3、凝土的分类预应力混凝土的分类根据根据预应力体系的特点预应力体系的特点分类分类体内预应力体外预应力有黏结预应力和无黏结预应力第7页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料混凝土混凝土 预应力钢筋预应力钢筋成孔材料（波纹管）成孔材料（波纹管）水泥浆水泥浆第8页/共56页10.1 预应力混凝土概述锚具锚具夹片式锚具夹片式锚具第9页/共56页10.1 预应力混凝土概述锚具锚具支承式锚具支承式锚具墩头锚具墩头锚具螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具第10页/共56页10.1 预应力混凝土概述张拉控制应力张拉控制应力 是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张

4、拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。消除应力钢丝、钢绞线 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋第11页/共56页10.1 预应力混凝土概述张拉控制应力的确定张拉控制应力的确定 1.张拉控制应力要高，以提高预应力钢筋对混凝土的预压作用。2.但不能过高，以免导致张拉时引起断筋事故，产生应力松弛，破坏前无明显预兆，造成端部混凝土局部受压破坏，预应力损失增大。3.与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。软钢，硬钢，先张法，后张法。第12页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力损失预应力损失预应力损失的种类预应力损失的种类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 l

5、12.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l23.混凝土加热养护温差引起的预应力损失混凝土加热养护温差引起的预应力损失 l34.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 l45.由于砼收缩、徐变引起的预应力损失由于砼收缩、徐变引起的预应力损失 l56.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第13页/共56页无摩擦：有摩擦：1.1.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 l l1 110.1 预应力混凝土概述第14页/共56页2.2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦

6、引起的损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l l2 210.1 预应力混凝土概述第15页/共56页3.3.混凝土加热养护温差引起的预应力损失预应力损失混凝土加热养护温差引起的预应力损失预应力损失 l3l34.4.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 l4l410.1 预应力混凝土概述普通松弛：低松弛：第16页/共56页6.6.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 l6l6 5.5.由于砼收缩、徐变引起的预应力损失由于砼收缩、徐变引起的预应力损失 l5l5d 3m，取l6=0 d 3m，取l6=30N/mm2 10.1 预应力混凝土概述

7、先张法后张法第17页/共56页减小预应力损失的措施减小预应力损失的措施 选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；对先张法构件，选择长台座；两端张拉10.1 预应力混凝土概述第18页/共56页提高混凝土质量 减小预应力损失的措施减小预应力损失的措施 超张拉超张拉两阶段升温两阶段升温选用低松弛钢筋选用低松弛钢筋10.1 预应力混凝土概述第19页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力损失值的组合预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合 预应力损失值的组合 先张法构件 后张法构件 混凝土预压前（第一批）的损失l l1+l2+l3+l4 l1+l2 混凝土预压后（第二批）的损失 l l

8、5 l4+l5+l6 为计算方便，为计算方便，规范规范把预应力损失分为两批，混凝土受把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失l，而混凝，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失l。第20页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力筋的传递长度和锚固长度预应力筋的传递长度和锚固长度 先张法：预应力是靠先张法：预应力是靠构件两端一定距离内钢筋和混凝土构件两端一定距离内钢筋和混凝土间的黏结力传递间的黏结力传递的。随与端截面距离的增大，由于黏结应力的。随与端截面距离的增大，由于黏

9、结应力的积累，预应力筋的预拉应力将增大，相应混凝土中的预压的积累，预应力筋的预拉应力将增大，相应混凝土中的预压应力也将增大，两者的应力也将增大，两者的应力由零增至最大值所需要的长度应力由零增至最大值所需要的长度称称为先张法构件预应力筋的传递长度，以符号为先张法构件预应力筋的传递长度，以符号ltr表示。表示。传递长度传递长度第21页/共56页10.1 预应力混凝土概述预应力筋的传递长度和锚固长度预应力筋的传递长度和锚固长度 当计算中当计算中充分利用钢筋的抗拉强度充分利用钢筋的抗拉强度时，预应力筋的时，预应力筋的基本锚固长度计算为基本锚固长度计算为锚固长度锚固长度第22页/共56页10.1 预应力

10、混凝土概述锚固区的局部受压承载力验算锚固区的局部受压承载力验算局部受压截面尺寸验算局部受压截面尺寸验算有垫板时预应力传至混凝土的受压面积第23页/共56页10.1 预应力混凝土概述锚固区的局部受压承载力验算锚固区的局部受压承载力验算局部受压截面尺寸验算局部受压截面尺寸验算第24页/共56页10.1 预应力混凝土概述锚固区的局部受压承载力验算锚固区的局部受压承载力验算局部受压承载力验算 配置方格网式或螺旋式间接钢筋的局部受压承载力应符合：体积配筋率应计算为：螺旋式配筋方格网式配筋第25页/共56页10.1 预应力混凝土概述锚固区的局部受压承载力验算锚固区的局部受压承载力验算局部受压承载力验算 第

11、26页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析先张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析 （1）施工阶段。）施工阶段。完成第一批预应力损失放松预应力钢筋完成第二批预应力损失（2）使用阶段。）使用阶段。加载至混凝土应力为零时（消压状态）加载至构件即将出现裂缝（抗裂极限状态）时加载至破坏（承载能力极限状态）时第27页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析先张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析 （1）施工阶段）施工阶段 完成第一批预应力损失 放松预应力钢筋 完成第

12、二批预应力损失第28页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析先张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析 （2）使用阶段）使用阶段 加载至混凝土应力为零（消压状态）加载至构件即将出现裂缝（抗裂极限状态）加载至破坏（承载能力极限状态）第29页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析后张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析 （1）施工阶段）施工阶段 张拉预应力筋 完成第一批预应力损失 完成第二批预应力损失第30页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算

13、轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析后张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析 （2）使用阶段）使用阶段加载至消压轴向拉力Np0加载至构件即将出现裂缝时加载至破坏第31页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件使用阶段的计算轴心受拉构件使用阶段的计算预应力混凝土轴心受拉构件，除进行使用阶段承载力计算、抗裂度验算或裂缝宽度验算以外，还要进行施工阶段张拉（或放松）预应力筋时构件的承载力验算，以及对后张法构件进行端部锚固区局部受压的验算及运输吊装验算。第32页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件使用阶段的计算轴心受拉构件使用阶段

14、的计算1.使用阶段承载力计算第33页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件使用阶段的计算轴心受拉构件使用阶段的计算2.裂缝控制验算一级：严格要求不出现裂缝的构件ckpc 0二级：一般要求不出现裂缝的构件短期效应组合：ckpc ftk长期效应组合：cqpc 0三级：允许开裂，但限制裂缝密度wmax wlim第34页/共56页10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算轴心受拉构件使用阶段的计算轴心受拉构件使用阶段的计算3.施工阶段的验算先张法先张法：放松预应力钢筋时构件承载力验算。后张法：后张法：1.张拉钢筋时构件承载力验算;2.端部锚固区局压验算。应力验算：应力验算

15、：先张法先张法后张法后张法第35页/共56页10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算受弯构件各阶段的应力分析受弯构件各阶段的应力分析 预应力混凝土受弯构件的受力分析分为：施工阶段和使用阶段。预应力筋一般配置在截面受拉区，但大型预应力混凝土受弯构件通常在截面受压区和受拉区都配置预应力筋。同时，为防止构件在施工阶段出现裂缝，在梁截面受拉区和受压区也配置一些普通钢筋。工程中预应力混凝土受弯构件主要用后张法。第36页/共56页10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算受弯构件各阶段的应力分析受弯构件各阶段的应力分析预应力混凝土受弯构件在施工过程的截面应力状态 第37页/共56页10.3 预应力混凝土受弯

16、构件的设计计算受弯构件各阶段的应力分析受弯构件各阶段的应力分析预应力混凝土受弯构件使用阶段的的应力状态(a)预应力作用下；(b)荷载作用下；(c)受拉区截面下边缘混凝土应力为零；(d)受拉区截面下边缘混凝土即将出现裂缝；(e)受拉区截面下边缘混凝土开裂 第38页/共56页1.正截面受弯承载力计算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第39页/共56页2.斜截面受剪承载力计算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算矩形、形和形截面的一般预应力混凝土受弯构件：当仅配置箍筋时：当配置箍筋和弯起钢筋时：当符合下式时，可不进行斜截面受剪承载力计算，仅按构造要

17、求配置箍筋：受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第40页/共56页2.斜截面受剪承载力计算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算受拉边倾斜的矩形、形和形截面的预应力混凝土受弯构件：受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第41页/共56页3.斜截面受弯承载力计算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算此时，斜截面受压区末端剪力设计值按下列条件确定：受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第42页/共56页4.裂缝控制验算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算预应力受弯构件应根据不同的裂缝控制等级进行抗裂验算或裂缝宽度验算，此处计算的混凝土应力是截面受拉边缘处值：一级：严格要

18、求不出现裂缝的构件ckpc 0二级：一般要求不出现裂缝的构件ckpc ftk三级：允许出现裂缝，应限制最大裂缝宽度wmax wlim受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第43页/共56页5.挠度验算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算由荷载产生的挠度 预应力产生的反拱 根据构件的刚度用结构力学方法计算受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第44页/共56页5.挠度验算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算荷载作用下的挠度 截面刚度要求不出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件矩形、形、倒形和形截面预应力受弯构件采用标准荷载组合并考虑荷载长期作用影响的刚度计算:挠度受弯构件使用阶段的

19、计算受弯构件使用阶段的计算第45页/共56页5.挠度验算10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算 预应力混凝土受弯构件在使用阶段的预加力反拱值，可用结构力学方法按刚度 进行计算，并应考虑预压应力长期作用的影响，计算中预应力筋的应力应扣除全部预应力损失。简化计算时，可将计算的反拱值乘以增大系数2.0。挠度验算由荷载标准组合下构件产生的预应力受弯构件的挠度：受弯构件使用阶段的计算受弯构件使用阶段的计算第46页/共56页10.3 预应力混凝土受弯构件的设计计算受弯构件施工阶段的验算受弯构件施工阶段的验算施工阶段截面边缘混凝土法向应力的限制：先张法后张法第47页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构

20、造要求 预应力梁（板）截面尺寸预应力梁（板）截面尺寸预应力梁（板）可实现的跨度及经济跨度预应力梁（板）可实现的跨度及经济跨度与采用的截面形式、支座条件及荷载等因素，以及预应力度有关；预应力混凝土梁可实现跨度为1540m，经济跨度为1525m；预应力混凝土实心板可实现跨度为612m，经济跨度为710m；预应力混凝土空心板可实现的跨度为1020m，经济跨度为1015m。第48页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 预应力梁（板）截面尺寸预应力梁（板）截面尺寸预应力梁（板）的截面尺寸预应力梁（板）的截面尺寸第49页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 预应力梁（板）截面尺寸预应力

21、梁（板）截面尺寸预应力梁（板）的截面尺寸预应力梁（板）的截面尺寸第50页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 预应力筋束形设计预应力筋束形设计第51页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 预应力筋张拉锚固端的设置预应力筋张拉锚固端的设置1）后张法预应力筋：构件端部或中间部位的锚具实现机械锚固；或完全埋入混凝土中锚固预应力筋。2）当预应力筋锚固于梁的跨间时，因局部集中力，锚具布置在活荷载作用下内力变化不大的截面处，且宜尽量位于截面形心处。3）无黏结预应力筋束长度不大于40m时可一端张拉、一端固定，大于40m时宜两端张拉。有黏结预应力筋长度不大于20m时可一端张拉，大于20m时

22、宜两端张拉；当预应力筋为直线束时，一端张拉的长度可延长至35m。4）超长结构中预应力筋宜分段张拉锚固，必要时应设置后浇带。5）多跨预应力连续板宜分段锚固无黏结预应力筋，或增设中间锚固点。6）张拉与锚固位置宜分散错开，避免局部应力过于集中。第52页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 锚具的排布锚具的排布锚固区的设计应考虑构造及有关建筑和抗震等要求。应注意：1）锚具的布置应遵守生产厂家提出的最小排布尺寸。2）应考虑锚具的形状及尺寸，注意锚具与柱、梁钢筋不应发生矛盾。3）应考虑张拉操作的方便和可行性。预应力筋和预留孔道间距预应力筋和预留孔道间距第53页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 构件端部构造措施构件端部构造措施防止端部裂缝的配筋范围端部凹进构造钢筋1折线构造钢筋2竖向构造钢筋第54页/共56页10.4 预应力混凝土构件的构造要求 预应力筋曲率半径预应力筋曲率半径预应力筋弯曲处局部加强构造预应力筋弯曲处局部加强构造锚具防火、防腐措施锚具防火、防腐措施抗崩裂形插筋构造示意（a）抗崩裂形插筋布置（b）断面1预应力束2沿曲线预应力束均匀布置的形插筋第55页/共56页南京理工大学土木工程系感谢您的观看！第56页/共56页