受拉构件和预应力混凝土构.ppt

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1、第七章第七章 受拉构件和预应力混凝土构件受拉构件和预应力混凝土构件 7.17.1受拉构件简介受拉构件简介受拉构件简介受拉构件简介 轴心受拉构件轴心受拉构件偏心受拉构件偏心受拉构件单向偏心受拉构件单向偏心受拉构件 大偏心受拉构件大偏心受拉构件 小偏心受拉构件小偏心受拉构件 注意注意注意注意:拉力由构件中的纵向钢筋承担拉力由构件中的纵向钢筋承担拉力由构件中的纵向钢筋承担拉力由构件中的纵向钢筋承担,外围混凝土对钢筋起到有效外围混凝土对钢筋起到有效外围混凝土对钢筋起到有效外围混凝土对钢筋起到有效的防护作用的防护作用的防护作用的防护作用一、轴心受拉构件承载力计算一、轴心受拉构件承载力计算计算公式计算公式

2、计算公式计算公式 钢筋抗拉强度设计值，为了控制受拉构件在使用荷载下钢筋抗拉强度设计值，为了控制受拉构件在使用荷载下的变形和裂缝开展，规定轴心受拉和小偏心受拉构件的的变形和裂缝开展，规定轴心受拉和小偏心受拉构件的fyfy大于大于300N300Nmm2mm2时，仍应按时，仍应按300N300Nmm2mm2取用。取用。轴心受拉构件的钢筋用量并不总是由强度要求决定轴心受拉构件的钢筋用量并不总是由强度要求决定的，在许多情况下，裂缝宽度验算对纵筋用量起决定作的，在许多情况下，裂缝宽度验算对纵筋用量起决定作用。用。二、偏心受拉构件正截面承载力计算二、偏心受拉构件正截面承载力计算二、偏心受拉构件正截面承载力计

3、算二、偏心受拉构件正截面承载力计算两种偏心受拉构件的判别两种偏心受拉构件的判别a.a.小偏心受拉构件小偏心受拉构件b.b.大偏心受拉构件大偏心受拉构件 (一一)小偏心受拉构件正截面承载力计算小偏心受拉构件正截面承载力计算（二）大偏心受拉构件正截面承载力计算（二）大偏心受拉构件正截面承载力计算公式适用条件公式适用条件:7.27.2预应力混凝土概述预应力混凝土概述预应力混凝土概述预应力混凝土概述一、预应力混凝土的基本概念一、预应力混凝土的基本概念一、预应力混凝土的基本概念一、预应力混凝土的基本概念1.1.在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压应力，使其能够部分或在荷载作用下的受拉区混凝土预先施

4、加一定的压应力，使其能够部分或全部抵消由荷载产生的拉应力，这种利用混凝土较高的抗压能力来弥补其全部抵消由荷载产生的拉应力，这种利用混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足，就是预应力混凝土的概念。抗拉能力的不足，就是预应力混凝土的概念。预应力混凝土施加了预应力的混凝土；预应力混凝土施加了预应力的混凝土；普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋混疑土。混疑土。2.2.2.2.预应力混凝土的优点预应力混凝土的优点预应力混凝土的优点预应力混凝土的优点a.a.预应力提高了构件的抗裂能力和刚度，使构件在使用荷载预应力提高了构件的抗裂能力和刚度

5、，使构件在使用荷载作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。耐久性。b.b.预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺寸，减少材料用量并降低结构物的自重。寸，减少材料用量并降低结构物的自重。c.c.预应力受弯构件在施加预应力的同时，可以使构件产生反预应力受弯构件在施加预应力的同时，可以使构件产生反拱，减小了构件工作时的挠度。拱，减小了构件工作时的挠度。d.d.预应力可以

6、作为结构的一种拼装手段和加固措施。预应力可以作为结构的一种拼装手段和加固措施。3.3.3.3.预应力混凝土的应用预应力混凝土的应用预应力混凝土的应用预应力混凝土的应用a.a.工作中存在受拉区的构件，如受弯、轴心受拉、偏心受拉及大工作中存在受拉区的构件，如受弯、轴心受拉、偏心受拉及大偏心受压等构件；偏心受压等构件；b.b.大跨度结构，如大跨度桥梁、体育馆和车间以及机库等大跨度大跨度结构，如大跨度桥梁、体育馆和车间以及机库等大跨度建筑的屋盖、高层建筑结构的转换层等；建筑的屋盖、高层建筑结构的转换层等；c.c.用于对抗裂有特殊要求的结构，如压力容器、压力管道、水工用于对抗裂有特殊要求的结构，如压力容

7、器、压力管道、水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间、构筑物等；或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间、构筑物等；d.d.用于某些高耸建筑结构，如水塔、烟筒、电视塔等；用于某些高耸建筑结构，如水塔、烟筒、电视塔等；e.e.用于某些大量制造的预制构件，如常见的预应力空心楼板、预用于某些大量制造的预制构件，如常见的预应力空心楼板、预应力预制桩等。应力预制桩等。f.f.在一般的房屋结构中，如果建筑设计限定了层高、屋楼盖梁等在一般的房屋结构中，如果建筑设计限定了层高、屋楼盖梁等的高度，或者限定了某些其他构件的尺寸，使得普通钢筋混凝土构的高度，或者限定了某些其他构件的尺寸，使得普通钢筋混凝土构件难以满足要求

8、，也可以考虑使用预应力混凝土。件难以满足要求，也可以考虑使用预应力混凝土。4.4.4.4.预应力混凝土构件抗裂等级预应力混凝土构件抗裂等级预应力混凝土构件抗裂等级预应力混凝土构件抗裂等级由于各种预应力构件所处的环境不同、使用要求不同，抗裂安全储由于各种预应力构件所处的环境不同、使用要求不同，抗裂安全储备也不同，所以，规范将预应力混凝土构件的抗裂等级划分三级：备也不同，所以，规范将预应力混凝土构件的抗裂等级划分三级：a.a.一级为严格要求不出现裂缝的构件；一级为严格要求不出现裂缝的构件；b.b.二级为一般要求不出现裂缝的构件；二级为一般要求不出现裂缝的构件；c.c.三级构件则允许在使用中开裂，但

9、要求计算所得的裂缝宽度小三级构件则允许在使用中开裂，但要求计算所得的裂缝宽度小于限值。于限值。二、二、施加预应力的方法施加预应力的方法1.1.先张法先张法在浇筑混凝土之前张拉预应力筋的方法称为先张法；在浇筑混凝土在浇筑混凝土之前张拉预应力筋的方法称为先张法；在浇筑混凝土之后张拉预应力筋的方法称为后张法。之后张拉预应力筋的方法称为后张法。a.a.先张法的施工工序先张法的施工工序（1 1）先在台座上张拉预应力筋，并将它临时锚固在台座上；）先在台座上张拉预应力筋，并将它临时锚固在台座上；（2 2）架设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土；）架设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土；（3 3）待混

10、凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，让）待混凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，让钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土，使其获钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土，使其获得预压应力。得预压应力。先张法的施工工序如先张法的施工工序如图图7 7-4-4。b.b.先张法主要适用于大批量生产以钢丝或先张法主要适用于大批量生产以钢丝或d16mmd16mm钢筋配筋的中、钢筋配筋的中、小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。2.2.2.2.后张法后张法后张法后张法后张法是先浇筑构件混凝土，待混

11、凝土结硬后，再张拉预应力筋的后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力筋的方法。方法。a.a.后张法的施工工序后张法的施工工序（1 1）在制作构件时，预先在构件中留出穿预应力筋的孔道；）在制作构件时，预先在构件中留出穿预应力筋的孔道；（2 2）当构件混凝土达到规定强度（规范规定）当构件混凝土达到规定强度（规范规定7070设计强度）设计强度）后，将预应力钢筋穿入预留孔道内，再将千斤顶支承于混凝土构件后，将预应力钢筋穿入预留孔道内，再将千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉钢筋，使构件也同时受到压缩；端部，张拉钢筋，使构件也同时受到压缩；（3 3）待张拉到一定拉力后，即用特制的锚具将预应力钢

12、筋锚固）待张拉到一定拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其压应力。于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其压应力。（4 4）在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢筋不致锈蚀，并使钢）在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢筋不致锈蚀，并使钢筋束与混凝土粘结成为整体。筋束与混凝土粘结成为整体。后张法的施工工序如后张法的施工工序如图图7-57-5。b.b.后张法主要适用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，后张法主要适用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。3.3.3.3.先张法构件与后张法构件的比较先张法构件与

13、后张法构件的比较先张法构件与后张法构件的比较先张法构件与后张法构件的比较a.a.先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力传给混凝土的，在构件上无需任何锚具；后张法构件的钢筋回弹力传给混凝土的，在构件上无需任何锚具；后张法构件的钢筋回弹力必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具必须永远留在构件上。必须永远留在构件上。b.b.先张法构件中的预应力钢筋可布置为直线形或折线形，多为直先张法构件中的预应力钢筋可布置为直线形或折线形，多为直线形。后张法构件中的预应

14、力钢筋可以做成曲线形。线形。后张法构件中的预应力钢筋可以做成曲线形。c.c.当以相同的张拉应力张拉钢筋时，两种方法在混凝土中所建立当以相同的张拉应力张拉钢筋时，两种方法在混凝土中所建立的预压应力是不等的，先张法低，后张法高。在先张法构件切断或的预压应力是不等的，先张法低，后张法高。在先张法构件切断或放松预应力钢筋后，由于预应力钢筋回弹带动混凝土缩短，因而预放松预应力钢筋后，由于预应力钢筋回弹带动混凝土缩短，因而预应力钢筋本身将缩短，应力将降低。在后张法中，混凝土的压缩与应力钢筋本身将缩短，应力将降低。在后张法中，混凝土的压缩与张拉预应力钢筋同步发生，混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补张拉预应力

15、钢筋同步发生，混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补偿，钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。偿，钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。所以，先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低。所以，先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低。三、夹具和锚具三、夹具和锚具三、夹具和锚具三、夹具和锚具1.1.夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；2.2.夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；3.3.锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；四、机具设备

16、四、机具设备四、机具设备四、机具设备1.1.张拉设备张拉设备2.2.制孔器制孔器3.3.灌孔水泥浆及压浆机灌孔水泥浆及压浆机五、预应力混凝土材料五、预应力混凝土材料五、预应力混凝土材料五、预应力混凝土材料1.1.混凝土：快硬、早强和收缩、徐变小，一般不低于混凝土：快硬、早强和收缩、徐变小，一般不低于C40C40；2.2.钢材：强度高、塑性好和表面有刻痕。钢材：强度高、塑性好和表面有刻痕。7.3 7.3 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失一、张拉控制应力一、张拉控制应力一、张拉控制应力一、张拉控制应力1.1.定义：张拉控制应力定义：张拉控制应力 N N为总张拉力，可由仪器读出；为预

17、应力钢筋截面面积；为总张拉力，可由仪器读出；为预应力钢筋截面面积；2.2.为何要控制张拉应力为何要控制张拉应力（1 1）太小时，产生的预应（压）力不足以抵消荷载产生的拉应力；）太小时，产生的预应（压）力不足以抵消荷载产生的拉应力；（2 2）太大时，会使构件开裂、构件破坏无预兆和预应力钢筋脆断。）太大时，会使构件开裂、构件破坏无预兆和预应力钢筋脆断。3.3.控制要求控制要求（1 1）与张拉工艺有关；）与张拉工艺有关；（2 2）同条件下，先张法）同条件下，先张法的大于后张法；的大于后张法；（3 3）规范的数值见表）规范的数值见表7-17-1；（4 4）一定条件下可略有提高。）一定条件下可略有提高。

18、二、预应力损失二、预应力损失二、预应力损失二、预应力损失概念：在施工和使用阶段，预应力钢筋中的预应力（如张拉完毕时概念：在施工和使用阶段，预应力钢筋中的预应力（如张拉完毕时的控制应力）降低的现象。的控制应力）降低的现象。可能有六种原因将导致此现象发生。可能有六种原因将导致此现象发生。1.1.锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失 （1 1）计算公式为（）计算公式为（7-17-1）；）；（2 2）一般在先张法构件中产生（直线形构件）；）一般在先张法构件中产生（直线形构件）；（3 3）减小）减小 的措施：的措施：A A选择变形小的锚具和减少锚具个数；选

19、择变形小的锚具和减少锚具个数；B B增加台座长度；增加台座长度；2.2.预应力钢筋与孔道摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道摩擦引起的预应力损失（1 1）计算公式为（）计算公式为（7-27-2）；）；（2 2）一般在后张法构件中产生；）一般在后张法构件中产生；（3 3）减小）减小 的措施：的措施：A A两端张拉；两端张拉；B B超张拉。超张拉。3.3.养护构件时预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失养护构件时预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失（1 1）计算公式为（）计算公式为（7-37-3）；）；（2 2）一般在先张法构件中产生；）一般在先张法构件中产生；（3 3）减小）减小 的措

20、施：的措施：A A两次升温；两次升温；B B预应力钢筋与台座同时升温。预应力钢筋与台座同时升温。4.4.预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失（1 1）计算公式视不同情况分别为（）计算公式视不同情况分别为（7-4a7-4a）（7-4b7-4b）；）；（2 2）一般在先、后张法构件中均会产生；）一般在先、后张法构件中均会产生；（3 3）减小）减小 的措施：超张拉。的措施：超张拉。5.5.混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 、（1 1）计算公式根据先张法、后张法、受拉区和受压区分别为）计算公式根据先张法、后张法、受拉区和受压区分别为 （7

21、-57-5）（7-67-6）；）；（2 2）一般在先张法和后张法构件中均会出现；）一般在先张法和后张法构件中均会出现；（3 3）减小）减小 、的措施：的措施：A A采用高标号水泥；采用高标号水泥；B B提高密实性；提高密实性；C C加强养护。加强养护。6.6.由于螺旋预应力钢筋对混凝土的挤压产生的预应力损失由于螺旋预应力钢筋对混凝土的挤压产生的预应力损失（1 1）一般在后张法环形（或圆形）截面构件中产生；）一般在后张法环形（或圆形）截面构件中产生；（2 2）减小）减小 的措施：避免采用小直径构件的措施：避免采用小直径构件三、预应力损失值的组合三、预应力损失值的组合三、预应力损失值的组合三、预应

22、力损失值的组合1.1.预应力损失的特点预应力损失的特点（1 1）有的在先张法构件中产生，有的在后张法构件中产生，有的）有的在先张法构件中产生，有的在后张法构件中产生，有的 在先、后张法在先、后张法构件中均产生；构件中均产生；（2 2）有的是单独产生，有的是和别的预应力损失同时产生；）有的是单独产生，有的是和别的预应力损失同时产生；（3 3）前述各公式是分别计算，未考虑相互关系；）前述各公式是分别计算，未考虑相互关系；2.2.我国规范规定应进行相应组合，如表我国规范规定应进行相应组合，如表7-47-4。3.3.预应力损失的最低值预应力损失的最低值（1 1）先张法构件：）先张法构件：（2 2）后张

23、法构件：）后张法构件：4.4.减少预应力损失的措施减少预应力损失的措施a.a.采用强度等级较高的混凝土和高强度的水泥采用强度等级较高的混凝土和高强度的水泥b.b.控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度c.c.对预应力钢筋进行超张拉对预应力钢筋进行超张拉d.d.对后张法构件采用两端张拉的方法对后张法构件采用两端张拉的方法e.e.选择变形小的钢筋、内缩小的锚夹具，减少垫板的数量选择变形小的钢筋、内缩小的锚夹具，减少垫板的数量7.47.4预应力混凝土构件计算预应力混凝土构件计算一、预应力产生的截面应力一、预应力产生的截面应力二、预应力混凝土构件的截面面积

24、二、预应力混凝土构件的截面面积三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算1.1.抗裂度验算抗裂度验算2.2.裂缝宽度验算裂缝宽度验算3.3.挠度验算挠度验算四、预应力混凝土构件挠度验算四、预应力混凝土构件挠度验算7.57.5预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求一、预应力构件的截面形式一、预应力构件的截面形式1 1、轴心受拉构件，通常采用矩形或正方形截面。、轴心受拉构件，通常采用矩形或正方形截面。2 2、受弯构件，宜选用、受弯构件，宜选用T T形、形、I I形或其他空心截面形式。形或其他

25、空心截面形式。3 3、受弯构件的截面形式沿构件纵轴可以变化，如跨中为、受弯构件的截面形式沿构件纵轴可以变化，如跨中为I I形，而在形，而在支座附近做成矩形，以便承受较大的剪力，并能在端面有足够的面支座附近做成矩形，以便承受较大的剪力，并能在端面有足够的面积布置锚具和提高其局部承压能力。积布置锚具和提高其局部承压能力。二、预应力构件的截面尺寸二、预应力构件的截面尺寸受弯构件：受弯构件：截面高度一般取截面高度一般取 ，最小可为，最小可为 ，大致为非，大致为非预应力受弯构件截面高度的预应力受弯构件截面高度的7070；腹板厚度可取腹板厚度可取三、预应力构件的配筋方式三、预应力构件的配筋方式1 1、先张法构造应保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用、先张法构造应保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用变形钢筋、刻痕钢丝、钢绞线等，以加强自锚性能。先张法构件的变形钢筋、刻痕钢丝、钢绞线等，以加强自锚性能。先张法构件的端部混凝土加强如端部混凝土加强如图图10.1910.19。2 2、后张法构件中的预应力钢筋的预留孔道应符合一系列要求。孔、后张法构件中的预应力钢筋的预留孔道应符合一系列要求。孔道之间的净距不应小于道之间的净距不应小于25mm25mm；孔道至构件边缘的净距不应小于；孔道至构件边缘的净距不应小于25mm25mm，且不宜小于孔道直径的一半。且不宜小于孔道直径的一半。