预应力混凝土的原理及计算规定幻灯片.ppt

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1、预应力混凝土的原理及计算规定第1页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章第十章 预应力混凝土的原理及计算规定预应力混凝土的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(Concept of PRC)一、钢筋混凝土的缺欠一、钢筋混凝土的缺欠跨度为跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准，作用均布活荷载标准值值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第2页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第3页，共31页，编辑于2022年，星期三 产生上述问题

2、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度太低混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。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，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，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充分利用，造成浪费。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。采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚

3、度基本与配筋面积成比例降低，故基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制挠度变形控制难以满足。难以满足。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般，一般Ms=(0.60.8)My，如配筋按，如配筋按正截面承载力计算，正截面承载力计算，Ms下下s sss=(0.50.7)fy。对于。对于级钢筋，级钢筋，fy=300MPa，s sss=150210MPa，裂缝宽度已达，裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm。如。如采用采用级高强钢筋，级高强钢筋，fy=580MPa，则，则s sss=290 406 MPa，裂缝宽度，裂缝宽度已远远超过容许限值。已远远超过容许限值。第十章 预应力混

4、凝土结构的原理及计算规定第4页，共31页，编辑于2022年，星期三二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第5页，共31页，编辑于2022年，星期三由于预加应力由于预加应力s spc较大，受拉边缘较大，受拉边缘仍处于受压状态，仍处于受压状态，不会出现开裂；不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，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，虽然会产生裂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（缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）

5、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6页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第7页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第8页，共31页，编辑于2022年，星期三第9页，共31页，编辑于2022年，星期三10.2 施加预应力的方法先张法先张法第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第10页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第11页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算

6、规定第12页，共31页，编辑于2022年，星期三后张法后张法(Pretension)第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第13页，共31页，编辑于2022年，星期三后张法后张法Post-tension第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第14页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第15页，共31页，编辑于2022年，星期三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16页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3 预应力混凝土

7、的基本受力分析一、截面应力计算一、截面应力计算第17页，共31页，编辑于2022年，星期三二、截面受力特点二、截面受力特点受荷以前受荷以后第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第18页，共31页，编辑于2022年，星期三预应力混凝土受弯构件是预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化依靠内力臂的变化来抵抗外弯矩的来抵抗外弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截，而截面混凝土则一直主要承受压力面混凝土则一直主要承受压力C。钢筋混凝土受弯构件开裂后，钢筋混凝土受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变内力臂基本保持不变，而钢，而钢筋拉力筋拉力T

8、和压区混凝土的压力和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。随弯矩增长而不断增大。预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度高的性能混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度高的性能得以发挥。得以发挥。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第19页，共31页，编辑于2022年，星期三三、平衡荷载概念三、平衡荷载概念取第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第20页，共31页，编辑于2022年，星期三r当当w=gk时时，曲线预应力筋对混凝，曲线预应力筋对混凝土产生横向分布压力土产生横向分

9、布压力恰好抵消恰好抵消梁梁均布恒荷载均布恒荷载gk。按这种方法设计的预应力混凝按这种方法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。土结构称为平衡荷载法。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第21页，共31页，编辑于2022年，星期三10.4 预应力混凝土的材料及锚夹具一、预应力钢筋一、预应力钢筋 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，

10、后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一定的塑性具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。工要求。对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的粘结性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土粘结强度。方法来提高与混凝土粘结强度。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定

11、第22页，共31页，编辑于2022年，星期三1、冷拉低合金钢筋、冷拉低合金钢筋 通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。精制螺纹，可用套筒直接连接。但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。的应用已很少。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第23页，共31页，编辑于2022年，星期三2、中高强钢丝、中高强钢丝

12、中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中强钢丝的为中强钢丝的为8001200MPa，高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701860MPa。钢丝直径为钢丝直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕刻痕或或压波压波，也可制成，也可制成螺旋肋。螺旋肋。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定刻痕钢丝螺旋肋钢丝第24页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定消除应力钢丝：消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采钢丝经冷拔后，存

13、在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。第25页，共31页，编辑于2022年，星期三3、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，通常用于，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达无粘结预应力筋，

14、强度可高达1860MPa。2股和股和3股钢绞线用途不广，股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定无粘结预应力束无粘结预应力束第26页，共31页，编辑于2022年，星期三4、热处理钢筋、热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为610mm，抗拉强度为抗拉强度为1470MPa。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定除冷拉低合金钢筋外，其余预应力除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力筋的应力-应变曲线

15、均无明显屈服应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为点，采用残余应变为0.2%的的条件屈条件屈服点服点作为抗拉强度设计指标。作为抗拉强度设计指标。第27页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第28页，共31页，编辑于2022年，星期三二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹具有较高的弹性模量，有

16、利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时，当采用高强钢丝时不低于不低于C40。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第29页，共31页，编辑于2022年，星期三三、三、锚具和夹具锚具和夹具第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第30页，共31页，编辑于2022年，星期三第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第31页，共31页，编辑于2022年，星期三