[2017年整理]结构选型1课件(第八章).ppt

第八章: 预应力混凝土结构的一般知识 本章重点1．了解预应力混凝土结构的基本概念 2 ．了解施加预应力的方法和在实际工程中 的应用3. 了解产生预应力损失的各种原因及控制 措施4.理解轴心受拉构件受力的全过程以及各 阶段的应力状态和计算方法5．注意预应力混凝土构件截面计算包括 使用和施工两个阶段使用阶段包括承载力和抗裂度的计算；施工阶段包括张拉钢筋时对构件的承载力 验算，构件张拉端（锚固区）局部承压的 验算；6．熟悉预应力混凝土构件的构造要求 §8-1 预应力混凝土的基本概念由于混凝土的抗拉强度较低，使普通钢筋 混凝土受拉、受弯等构件存在以下缺陷：1）通常是带裂缝工作；2）难以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3）难以利用高强度钢筋与wmax对应的 s = 200N/mm2 而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上 一、预应力混凝土构件的基本原理 预应力：在混凝土结构承受使用荷载之前的 制作阶段预先对混凝土施加应力epNppcc全预应力混凝土部分预应力混凝土有限预应力混凝土施工阶段使用阶段日常生活中有许多应用预应力的例子1)用预应力钢筋对混凝土构件施加预压应力预应力混凝土梁在荷载 作用下产生 拉应力的地 方，预先用 预应力钢筋 对它施加压 应力，来部 分或全部抵 消荷载产生 的拉应力。

施加预应力Ø可提高混凝土构 件的抗裂性； Ø利用预应力产生 的反拱抵消恒载 引起的挠度； Ø更充分地利用高 强钢材的抗拉性 能和高强混凝土 的抗压性能； Ø可减小截面尺寸 ，减轻结构自重 ，以便应用到大 跨和高层中qwf开裂很小或不开裂(2)不用预应力钢筋也可对结构施加预应力预弯型钢组合梁 v预制起拱的焊接工 字梁;v对工字梁加载，使 钢梁变直, 再浇筑部 分混凝土； v待混凝土达到一定 强度后，卸下荷载， 利用工字梁反弹，对 混凝土施加预应力； v浇混凝土叠合层， 形成叠合梁； v施加使用荷载目前这种预弯型 钢组合简支梁的跨度已 达40 m 若应用二次 浇筑，形成预弯型钢组 合连续梁，更能充分发 挥这种结构的优越性， 最大跨度可达80 m 这种新型预应力组 合结构自重轻、承载力 高、挠度小、结构高度 小，又易于施工，在城 市立交桥中有很好的应 用前景Δp(2)不用预应力钢筋也可对结构施加预应力设想在两山之间要建一座无筋混凝土桥：Ø搭临时支架，铺预制混凝土块； Ø用一排千斤顶对预制混凝土块施加预应力； Ø在千斤顶之间浇筑混凝土； Ø达到必要的强度后卸下千斤顶； Ø在原千斤顶所占位置再补浇混凝土； Ø拆下临时支架，一座不用预应力钢筋的预应力桥梁 就建成了。

这和用手搬书的道理是一样的)对一块薄板施加预应力会不会使薄板失稳呢?当压杆有偶然偏心或偶然侧向力作用而弯曲后，附加的力 矩可能使构件越来越弯曲，甚至导致破坏，这就是失稳轴向 力作用下的薄板或长细杆件有可能发生失稳 (3)预应力是一个内力预应力是一个内力，当一块预应力薄板发生偶然 弯曲后，预应力产生的附加力矩以及弯曲后的预应力 筋对混凝土板的侧压力与偶然弯曲方向相反，将使构 件变直可见，预应力不但不会使压杆失稳，而且会 使压杆更加稳定这就不难理解为什么有时我们会对 预制长柱、长桩施加预应力了杆件截面中心（4）预应力的其他应用预应力的概念还有更普遍的意义上面提到预应力可使不 能受拉的木盆拼缝“受拉”，同样也可使抗拉强度很低的混凝土变得似乎可以承受很大的“拉应力”事实上，预应力只是把 受拉的过程转变为预压应力减少的过程根据同样的原理，也可施加预拉应力，使不能受压的材料 变得似乎可以受压气球薄膜本不能受压，若充气打压先使薄 膜承受拉应力，只要预拉应力足够大，超过荷载作用下薄膜的 压应力，则此结构就可以承受荷载应用此 原理可以建 造各式充气 结构4）充气结构(Balloon Structure )气承式充气结构，气压较低。

取出顶部1m2的屋面来分析，薄膜材料一 般自重不会超过q =100 N/m2 ，只要内部气压p＞q ，就可将薄膜托起大 家知道，一个标准大气压相当约10 m 水柱压力，即100 000 N/m2 ，可见只 要室内气压比室外气压高出约1/1 000 ，就可把薄膜托起这样的压差只 用一个普通的鼓风机就能实现通常，这种气承式充气结构只要在入口处 采用密闭旋转门，并用风机不断补气，保持150～300 N/m 2 的气压差，就 足以承受覆盖层的重力,并使薄膜中保持一定的预应力，以保证这种气承式 充气结构的整体刚度，室内外压差只有1.5/1 000～3/1 000 ，这一点误差人 们是感觉不到的气管式充气结构，又称气压式充 气结构，气管内的气压约为1.5～2.0 kN/m2 这种气管有一定的刚度和抗 弯、抗压能力，可用来作为拱圈组合 成屋盖气管式充气结构管内压力比 气承式结构大得多，但也只有汽车内 胎压力(约为2 000 kN/m2)的1/1 000左 右，很容易达到4）充气结构(Balloon Structure )气管（囊）式 充气结构这种结构隔热性能 好，但工作压力稍大， 对材料的强度、气密性 等质量要求也较高，造 价也比气承式充气结构 高。

充气结构与其他结 构混合使用，效果也很 好充气结构自重轻, 造价低 ，便于装拆，特别适合跨度大 的市场、展览、临时性的演出 场地、比赛场馆等5）张拉膜(Membrance in tension )张拉膜 近年在旅游景点出现的张拉膜 结构也是预应力概念的应用实例之一预应力的概念有着 广泛的工程应用价值可伸长的撑杆（6）预应力锚杆黄河小浪底工程 预防山体滑坡的预应力锚杆挡土墙 的锚杆预应力混凝土构件的优缺点 • 提高构件的抗裂度和刚度； • 可以合理地、有效地采用高强度钢筋和混 凝土、节约钢材； • 预应力混凝土钢筋和混凝土的应力变化幅 度小，在重复荷载下，抗疲劳性能较好 • 但其缺点是构造、施工和计算均较钢筋混 凝土构件复杂，且延性较差；且抗震延性 差一些 二、施加预应力的方法通常通过机械张拉预应力钢筋来给混凝土 施加预应力按照张拉钢筋与浇灌混凝土 的先后次序，分为以下两种 • 先张法——钢筋张拉先于混凝土浇筑 • 后张法——钢筋张拉后于混凝土浇筑1、先张法①张拉钢筋②浇注混凝土③剪断钢筋张拉钢筋  支模、浇混凝土 混凝土达到一定强 度剪钢丝  产生预应力2、后张法①浇注混凝土②穿钢筋、张拉、锚固③灌浆浇混凝土，预留孔道  达到强度，穿筋  张 拉钢筋，锚固  产生预应力 孔道灌浆金属波纹管思考二种张拉方式是依靠什么来传递预 应力的！先张法靠钢筋与混凝土之间的粘结力 来传递预应力。

后张法依靠钢筋端部的锚具来传递和 保留预应力三、预应力混凝土构件的锚具和夹具（用于张拉单根预应力筋）墩头锚具JM-12锚具锚固端图张拉端图波纹管 （内钢绞线）四、预应力混凝土构件对材料的要求1. 钢筋预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处 理钢筋；2. 混凝土一般要求不应低于C30；采用钢丝，钢铰线，热 处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜 低于 C407股钢绞线 强度可高达1860MPa§8-2 预应力混凝土构件设计的一般规定一、张拉控制应力σconcon：张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力筋面积con的确定原则：与预应力的施加方式及钢筋的强度标准值fptk有关确定con时考虑的因素con 增加产生的预应力大，抗裂性好 所以 con > 0.4 fptkvcon 过高，可能引起张拉时个别钢丝拉断，所以 ，控制应力的大小必须适当vcon 过高，施工阶段可能引起构件某些部分受拉开裂或局部受压破坏张拉控制应力限值热处理钢筋消除应力钢丝、钢绞线 0.75 fptk后张法 先张法钢筋种类张拉方法0.75fptk0.70 fptk0.65 fptk在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。

二、预应力损失l预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失引起预应力损失的原因有六大类先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的计算和组合pe = con–l最终有效预应力：1、张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应 力损失l1直线：张拉端锚具变形和钢筋回缩量张拉台座的长度减少此项损失的措施：①选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚 具、夹具，尽量少用垫板，每增加一块垫板，α 值就增加1mm ②增加台座长度L2、预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失 l2指在后张法构件张拉钢筋时，由于预应力筋 与孔道壁之间的摩擦而引起减少摩擦损失的措施 ①两端张拉 ②超张拉 3、受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差△t引 起的预应力损失l3减少此项损失的措施①采用两次升温养护②钢摸上张拉预应力钢筋4、 预应力钢筋的应力松弛引起的损失l4应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于 钢筋的塑性变形而使应力随时间的增长而降低的现 象应力松弛损失的特点：与预应力钢筋种类有关； 与张拉时间有关减少l4的措施有：进行超张拉。

5、 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失l5此项损失约占预应力总损失的一半以上6、用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，由于 混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6d≤3m时 σι6 = 30N/mm2 d>3m时 σι6 = 0 三、预应力损失值的组合 ⑴混凝土预压前（第一批）完成的损失lI； ⑵混凝土预压后（第二批）完成的损失lII预应预应 力损损失的组组 合先张张法构件后张张法构件第一批损损失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批损损失lIIl5l4+l5+l6总损总损 失l=lI+lII规定不得小于100N/mm280N/mm2预应力损失值的组合表§8-3 预应力混凝土构件计算的一般原理一、计算内容 1、使用阶段包括承载力和抗裂度的计算； 2、施工阶段包括张拉（或放松）钢筋对构 件的承载力验算，构件张拉端（锚固区） 局部承压的验算，受弯构件还需进行抗裂 度验算在使用阶段计算中，除承载力计算同普通钢筋 凝土一样外，抗裂度计算也必须予以充分重视 二、预应力轴心受拉构件的计算和验算注意：混凝土开裂前截面应力可按材料力学 方 法分析；开裂后及破坏阶段，材料力学公式不再 适用。

（一）先张法构件 1.施工阶段(a)放张前(b)放张后(c)完成第二批损失放松预应力筋之前：p = con –lIpc = 0 s = 0放松预应力筋之后 ： p = con – lI –E pcIs = Es pcI (压) pc = pcI (压) 预应力筋的有效拉应力 混凝土受到压应力 非预应力筋受到压应力 浇注混凝土但不受力pcII砼有效预应力 σp σs pcIIps完成第二批损失之后：预应力筋： pII=con – l – EpcII 非预应力筋：sII= EspcII + l5混凝土： pc=pcII由截面平衡条件得：式中：A0 －换算截面面积， A0 = Ac +Es ·As + E ·Ap 扣除孔道、钢筋等截面面积后 截面上的混凝土截面面积2.使用阶段受力过程的三个特征点：N  Np0(c =0) Np,cr(c =ftk) Nu(p = fpy)(a)施加轴力前(b)消压状态(c)开裂轴力(d)极限轴力NuN0N0Ncr NcrNu（+）（－）v 加载至混凝土应力为零：c= 0s= l5p= p0 = con – l Np0=p0Ap – sAs=(con – l)Ap – l5As=。