预应力溷凝土基本概念及其材料.pptx
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1、第第12章章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土结构的基本概念及其材料第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1 概 述 钢筋混凝土构件由于混凝土抗拉强度及极限拉应变钢筋混凝土构件由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低,所以在使用荷载作用下,通常是值都很低,所以在使用荷载作用下,通常是带裂缝工作带裂缝工作。因而对使用上不允许开裂的构件,因而对使用上不允许开裂的构件,不能充分利用受拉钢不能充分利用受拉钢筋的强度筋的强度。为了要满足变形和裂缝控制的要求,则需增。为了要满足变形和裂缝控制的要求,则需增大构件的截面尺寸和用钢量,这将导致自重过大,使钢大构件的截面尺寸和用钢量,这将
2、导致自重过大,使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。可能或很不经济。钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其作用的作用的。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也不大。性能和控制裂缝宽度的作用也不大。12.1概 述第1页/共64页 产生上述问题原因主要是因为产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强混凝土的抗拉强度太低度太低,导致受拉区混凝土过早开裂,截面抗,导致受拉区混凝土过早开裂,截面抗弯刚度显著降低。弯刚度显著
3、降低。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时,如为增加钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时,如为增加刚度而加大截面尺寸,会导致自重进一步增大,刚度而加大截面尺寸,会导致自重进一步增大,形成恶性循环形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度,则钢材的强度得不到如增加钢筋来提高刚度,则钢材的强度得不到充分利用,造成浪费。充分利用,造成浪费。第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1 概 述第2页/共64页第第12章章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1 概 述第3页/共64页12.1.1
4、12.1.1 预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 图示,跨经为图示,跨经为L截面为截面为bh,承受均部荷载,跨中,承受均部荷载,跨中最大弯矩为最大弯矩为M的简支梁的简支梁sc第4页/共64页12.1.1 12.1.1 预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 图示,跨经为图示,跨经为L的简支梁的简支梁epNpspc第5页/共64页scsb12.1.1 12.1.1 预应力混凝土的基预应力混凝土的基本原理本原理第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第6页/共64页由于预加应力由于预加应力s spc较大
5、,受拉边缘仍处于受较大,受拉边缘仍处于受压状态,压状态,不会出现开裂;不会出现开裂;受拉边缘应力虽然受拉,但拉应力小于混凝受拉边缘应力虽然受拉,但拉应力小于混凝土的抗拉强度,土的抗拉强度,一般不会出现开裂;一般不会出现开裂;受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度,虽然受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度,虽然会产生裂缝,但比钢筋混凝土构件(会产生裂缝,但比钢筋混凝土构件(Np=0)的的开裂明显推迟开裂明显推迟,裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第7页/共64页第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 预应力在日常生活中的应用 木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向
6、压应力。当桶中盛水后,水压引起的拉应力小于预加压应力时,桶就不会漏水。从书架上取下一叠书,由于受到双手施加的压力,这一叠书就如同一横梁,可以承担全部书的重量。第8页/共64页第9页/共64页12.1.11 1)国外配筋混凝土结构的分类)国外配筋混凝土结构的分类 IIII级:有限预应力混凝土 有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下,容许混凝土承受某一规定拉应力值,但在长期荷载作用下,混凝土不得受拉的要求设计。第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.2 12.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类I I级:全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许
7、出现拉应力的预应力混凝土构件。配筋混凝土结构配筋混凝土结构预应力、部分预应力、普通钢筋预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构混凝土结构第10页/共64页IIIIII级:部分预应力混凝土级:部分预应力混凝土 部部分分预预应应力力混混凝凝土土是是按按在在使使用用荷荷载载作作用用下下,容容许许出现裂缝,但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出现裂缝,但最大裂宽不超过允许值的要求设计。IVIV级:普通钢筋混凝土级:普通钢筋混凝土 部部分分预预应应力力混混凝凝土土是是按按在在使使用用荷荷载载作作用用下下,容容许许出现裂缝,但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出现裂缝,但最大裂宽不超过允许值的要求设计。1 1)
8、国外配筋混凝土结构的分类)国外配筋混凝土结构的分类第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.2 12.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类第11页/共64页第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.2 12.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类第12页/共64页2 2)国内配筋混凝土结构的分类)国内配筋混凝土结构的分类第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.2 12.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类 我国按照工程习惯,根据预应力度将配筋混凝土我国按照工程习惯,根据预应力度将配筋混凝土分为全部预应力混凝土、部分预应力混
9、凝土和普通分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土。钢筋混凝土。(1 1)预应力度的定义)预应力度的定义公路桥规公路桥规将受弯构件的的预应力度将受弯构件的的预应力度()定义为:定义为:由预应力大小确定的消压弯矩由预应力大小确定的消压弯矩M M0 0与外荷载产生的弯矩与外荷载产生的弯矩M M的比值。的比值。第13页/共64页2 2)国内配筋混凝土结构的分类)国内配筋混凝土结构的分类第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.2 12.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类(3 3)部分预应力混凝土构件的分类)部分预应力混凝土构件的分类 公路桥规公路桥规将作用(荷
10、载)在短期效应组合下控制将作用(荷载)在短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力的部分预应力混凝土构件的正截面受拉边缘出现拉应力的部分预应力混凝土构件分为两类:分为两类:A A类:对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时;类:对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时;B B类:当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出类:当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出现不超过宽度限值的裂缝时。现不超过宽度限值的裂缝时。(2 2)配筋混凝土构件的分类)配筋混凝土构件的分类 全部预应力混凝土全部预应力混凝土(1)1)部分预应力混凝土部分预应力混凝土(1(10)0)普通钢筋混凝土普通钢筋混凝土(=0
11、)=0)第14页/共64页12.1.3第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.3 12.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土的优点改善结构的使用性能:延缓裂缝的出现,减小裂缝宽度;截面刚度显著提高,挠度减小,可建造大跨度结构。受剪承载力提高:施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成,使受剪承载力得到提高。卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复:由于预应力的作用,使用活荷载移去后,裂缝会闭合,结构变形也会得到复位。提高构件的疲劳承载力:预应力可降低钢筋的疲劳应力比,增加钢筋的疲劳强度。使高强钢材和高强混凝土得到应用:有利于减轻结构自重,节约材料,取得经济效益。第1
12、5页/共64页 预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比,其主要其主要优点是:优点是:提高构件的抗裂度,改善了构件的受力性能。因提高构件的抗裂度,改善了构件的受力性能。因此适用于对裂缝要求严格的结构;此适用于对裂缝要求严格的结构;由于采用了高强度混凝土和钢筋,从而节省材料由于采用了高强度混凝土和钢筋,从而节省材料和减轻结构自重,因此适用于跨度大或承受重型荷载和减轻结构自重,因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件;的构件;提高了构件的刚度,减少构件的变形,因此适用提高了构件的刚度,减少构件的变形,因此适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件;于对构件的刚度和变形控
13、制较高的结构构件;提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。力。第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.3 12.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点第16页/共64页第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1.3 12.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土的缺点工艺复杂,对施工质量要求较高。需要有专门的设备。预应力上拱度不易控制。预应力混凝土结构的开工费较大。第17页/共64页12.2第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2 预加应力的方法与设备12.2.1
14、12.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法 施加预应力的方法分为两类先张法和后张法 第18页/共64页 先张法先张法:先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中,预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传法。先张法构件中,预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递:过程,需要经过一段传递递。但是这种力的传递:过程,需要经过一段传递长度长度 ltr才能才能完成完成。先张法 先张法预应力混凝土先张法预应力混凝土构件,预应力是靠钢筋与混构件,预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。凝土之间的粘结力来传递的。第12章 预
15、应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2.1 12.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法第19页/共64页 将预应力钢筋用夹具将预应力钢筋用夹具固定于台座或钢模上固定于台座或钢模上 支模、帮扎非预应支模、帮扎非预应力钢筋、浇注混凝土力钢筋、浇注混凝土 待混凝土达到预定待混凝土达到预定强度后,切断或放松强度后,切断或放松钢筋,使混凝土产生钢筋,使混凝土产生预压应力。预压应力。先张法的工序先张法的工序 第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2 预加应力的方法与设备12.2.1 12.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法第20页/共64页 后张法后张法:后张法就是在构件浇
16、筑成型后再张拉钢筋:后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中,预的施工方法。后张法构件中,预应力主要靠钢筋端部应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。的锚具来传递。后张法后张法第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2.1 12.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法第21页/共64页第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2.1 12.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法后张法的工序后张法的工序 浇筑混凝土构件,并在构件中预留孔道 待混凝土达到预定强度后,用千斤顶张拉钢筋,用锚具将张拉端预应力钢筋锚固 用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道,使预应力钢
17、筋与孔道壁产生粘结力第22页/共64页第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第23页/共64页第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定后张法后张法Post-tension第24页/共64页第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定后张无粘结预应力第25页/共64页第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第26页/共64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十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第27页/共64页12.2.2锚具第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.2 预加应力的方法与设备12.2.2 12.2.2 锚具锚具1)对锚具的
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