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预应力混凝土结构的原理

东南衣修逐程教IT

预应力混凝土结构的原理

第七十讲

主讲教师：

曹双寅舒赣平

预应力混凝土结构的原理（1716）内容提要（1/1）

一、预应力混凝土的基本概念

二、预应力混凝土材料及锚夹具

三、张拉控制应力和预应力损失

四、预应力的传递和局部承压

五、本章要点

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（2/16）一、预应力混凝土的基本概念（1/5）

1、预应力的概念

（1）预应力：

受荷载前预先对混凝土施加（压）应力

（2）工作原理：

预压力可减少甚至抿消荷载兰吿的桁力

心厂

（a）预压力作用下

………■…丿…………

IIIIIHIIIIHIlHIIIIIIIIH

2施加预应力的目的沖一二二一彳

Gfffi压力作用下存I

（1）将混凝土变成弹性材料♦预应力是改变混凝土性能的手段♦无裂缝混凝土可用材料力学方法

（2）利于使用高强钢材♦极限状态：

承载力、裂缝、挠度

♦问题：

钢筋混凝土结构不能充分利用高强钢筋！

（3）预加应力的目的是荷载平衡

预先施加与使用相反的荷载，抵消部分或全部外荷载

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（3/16）

、预应力混凝土的基本概念（2/5）

3、预加应力的效果

（1）预应力混凝土梁与钢筋混凝土梁的比较

♦裂缝及变形：

裂缝迟、裂宽小；刚度大，反拱，挠度很小。

♦钢筋应力变化（工作机理）

◊相同处：

弯矩由钢筋和混凝土合力组成的力矩平衡

◊不同处：

RC梁主要靠钢筋应力的增加，内力臂的变化不大

PC梁主要靠内力臂增加，预应力筋处于高应力

♦裂缝闭合：

超载时可能开裂，但卸载后裂缝会闭合♦预应力被克服后：

没有本质的不同，承载力与RC相同♦材料：

预应力构件能较充分地利用高强材料

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（4/16）一、预应力混凝土的基本概念（3/5）

（2）预应力混凝土结构的优点

♦不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，提高结构的耐久性♦合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土

♦提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围扩大♦施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证质量♦重复荷载下的抗疲劳性能较好。

♦具有良好的裂缝闭合性能。

♦提高抗剪性能

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（5/16）一、预应力混凝土的基本概念（4/5）

4、预加应力的方法

（1）先张法

♦方法：

在混凝土浇筑前张拉预应力筋

♦主要工序：

张拉钢筋并临时锚固；制作构件；放松钢筋

♦预应力传递：

通过预应力筋与混凝土之间的粘结力

（2）后张法

♦方法：

直接在成型的构件上张拉预应力筋

♦主要工序：

制作构件并预留孔道；直接在构件上张拉；用锚具锚固

♦预应力传递：

锚具等

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（6/16）一、预应力混凝土的基本概念（5/5）

5、预应力混凝土分类

（1）按照预应力程度分

♦全预应力混凝土

◊定义：

在使用荷载作用下受拉区不出现拉应力

◊优点：

抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好

◊缺点：

费钢材；反拱大；预拉区开裂；延性差；施工费高♦部分预应力混凝土

◊定义：

在使用荷载作用下受拉区已出现拉应力或裂缝的

◊优点：

克服全预应力构件的不足，可合理控制裂缝

（2）按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态分

♦有粘结：

预应力筋沿全长与周围混凝土粘结

♦无粘结：

预应力筋沿全长与混凝土不粘结、发生相对滑动

第70讲:

预应力混凝土结构的原理（7/16）

二、预应力混凝土材料及锚夹具（1/1）

1预应力混凝土材料

（1）混凝土：

高强度、低徐变、低收缩

（2）预应力筋：

高强度、低松驰、具有一定的塑性

（3）灌浆材料（一般采用纯水泥浆）：

强度、流动性

2、预应力混凝土结构的锚夹具

（1）锚具和夹具

♦夹具：

能够重复使用的

♦锚具：

留在构件上不再取下的

（2）几种预应力筋常用的锚具

♦群锚锚具・JM型锚具♦螺丝端杆锚具♦徹头锚具♦弗式锚具

第70讲:

预应力混凝土结构的原理下一讲的主要由容

1、预应力的损失

2、局部承压的验算

东南女修迄程教育

结构设计原理

第七十一讲

主讲教师：

曹双寅舒赣平

第71讲：

预应力混凝土结构的原理

（2）

上一讲的内容

1、预应力的概念和作用

2、预应力混凝土构件和非预应力混凝土构件的异同处

正常使用方面、承载力方面、材料利用方面等

3、预应力混凝土构件的分类

按照施工方法分、按照应力程度分、按照粘结状态分

1张拉控制应力crcon

（1）定义：

张拉设备控制的总张拉力除以预应力钢筋面积

（2）要求

♦不宜过低：

使混凝土获得较高的预压应力

♦不宜过高：

◊构件开裂时的荷载与破获时的荷载接近

◊施工时（一束中）可能个别钢筋屈服或断裂

♦规定：

◊最小值：

不宜小于0.4fptk

◊最大值：

与材料和施工方法有关

2、预应力损失

（1）定义及影响

♦定义：

由于工艺和材料等原因，初始预应力在将不断降低♦影响：

会降低预应力的效果

（2）损失原因、特点、影响因素、计算方法和减少措施♦锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失

◊原因：

锚具变形、缝隙压缩和钢筋在锚具中内缩滑移等◊特点：

先、后张法均有，张拉端有锚固端无，瞬时完成◊计算模式：

（对直线钢筋）：

宀_"尸◊减少措施：

减少垫片数量，增加台座的长度

♦钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失

◊原因：

预应力钢筋与孔道壁（转向装置）之间的摩擦作用

◊特点：

先、后张法均有，与位置有关，瞬时完成

◊计算模式cr/?

=b（1——）

12con\kx+^0）

◊减少措施：

两端张拉，超张拉

♦加热养护时预应力筋与承拉设备间温差引起的预应力损失◊原因：

Tfn碗未成型，钢筋伸长（变松），共同变形◊特点：

先张法有，与升温时磴结硬程度有关

◊计算方法：

％二Esa\t=2Ar

◊减少措施：

两次升温，在钢模上张拉（共同升温）

♦预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失

◊原因：

钢筋松驰和徐变

◊特点：

先、后张法均有，需要时间（初期快）

◊计算方法（与钢筋种类、强度和控制应力有关）：

5厂纹心”

◊措施：

超张拉

♦混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失

◊原因：

混凝土的收缩和徐变

◊特点：

先、后张法均有，需要时间（初期快）

◊计算方法：

55=（45（25）+220bpc/fcu'）/（l+15p）

◊修正：

高湿度环境可降低；干燥环境应增加。

可考虑荷载作用时间的影响，乘以不大于1的系数

◊措施：

混凝土质量，控制5，增加非预应力钢筋

♦螺旋式预应力钢筋局部挤压混凝土引起的预应力损失

◊原因：

用螺旋预应力筋作配筋，混凝土受挤压变形◊计算方法：

与直径有关，d〈3n）时取30N/mm2；d>3m时忽略。

♦分批张拉引起的损失

◊原因：

分批张拉时，受后批张拉使构件压缩（或伸长）◊计算方法：

与在已张拉筋处产生的混凝土法向应力有关处臥;

（3）各阶段预应力损失的组合

♦分批组合内容

混凝土预压前的损失Si:

b/]+b/2+b/3+b/4混凝土预压后的损失%

b/i+b/2

CF/4+%+%

♦ai（bii+b]ii）最小限量：

100（先张法），80（后张法）

第71讲：

预应力混凝土结构的原理（13/16）四、预应力的传递和局部承压（1/3）

1、先张法预应力筋的应力传递长度和锚固长度

（1）预应力筋的预应力传递长度

♦先张法构件的“自锚”◊原因：

钢筋和混凝土的粘结作用

◊应力特点：

端部为零，逐渐增大至最大♦传递长度：

应力由零增至最大所需长度

♦说明：

01吐内预应力效果差，应按实际应力（按照线性）◊1牡与预应力筋的种类和直径、混凝土强度等有关

（2）预应力筋的锚固长度

预应力筋的锚固长度la应较其传递长度1牡大。

第71讲：

预应力混凝土结构的原理（14/16）四、预应力的传递和局部承压（2/3）

2、局部受压承载力计算

（1）特点

♦后张法1勾件锚具的垫板下的混凝土承受较大的局部应力♦局部应力分布复杂

（2）局部受压承载力计算

♦要求：

◊不开裂，无过大变形（下陷）

◊足够的局部抗压承载力

♦截面尺寸验算：

巧WL350/XA♦受压承载力验算：

拆c+2ap\,0corfJAg

a间接钢筋对混凝土约束的折减系数

qJ可接钢筋的体积配筋率

第71讲：

预应力混凝土结构的原理（15/16）

四、预应力的传递和局部承压（3/3）

◊混凝土局部受压时的强度提高系数

◊局部压力设计值，F己.2conJp'

◊4局部受压时的计算底面积，按同心、对称的原则确定

◊0迹配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数=VA^A

第71讲：

预应力混凝土结构的原理（16/16）五、本章要点（1/1）

1、预应力的概念：

目的、效果和分类

2、张拉控制应力的定义

3、预应力损失原因、减少措施、组合和计算方法

4、先张法构件端部钢筋应力的传递特点

5、局部受压设计计算。

东南女修迄程教育

结构设计原理

第七十二讲

主讲教师：

曹双寅舒赣平

第72讲：

预应力混凝土结构的原理（3）上一讲的内容

1、张拉控制应力

定义及要求

2、预应力损失

分类、特点和控制

第72讲：

预应力混凝土结构的原理（13/16）四、预应力的传递和局部承压（1/3）

1、先张法预应力筋的应力传递长度和锚固长度

（1）预应力筋的预应力传递长度

♦先张法构件的“自锚”◊原因：

钢筋和混凝土的粘结作用

◊应力特点：

端部为零，逐渐增大至最大♦传递长度：

应力由零增至最大所需长度

♦说明：

01吐内预应力效果差，应按实际应力（按照线性）◊1牡与预应力筋的种类和直径、混凝土强度等有关

（2）预应力筋的锚固长度

预应力筋的锚固长度la应较其传递长度1牡大。

第72讲：

预应力混凝土结构的原理（14/16）四、预应力的传递和局部承压（2/3）

2、局部受压承载力计算

（1）特点

♦后张法构件锚具的垫板下的混凝土承受较大的局部应力♦局部应力分布复杂

（2）局部受压承载力计算

♦要求：

◊不开裂，无过大变形（下陷）

◊足够的局部抗压承载力

♦截面尺寸验算：

巧WL350/XA

♦受压承载力验算：

刁＜°・9（00£+2%几』）九«间接钢筋对混凝土约束的折减系数

qJ可接钢筋的体积配筋率

第72讲：

预应力混凝土结构的原理（15/16）

四、预应力的传递和局部承压（3/3）

◊混凝土局部受压时的强度提高系数

◊局部压力设计值，F己.2conJp'

◊4局部受压时的计算底面积，按同心、对称的原则确定

◊0迹配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数=VA^A

第72讲：

预应力混凝土结构的原理（16/16）五、本章要点（1/1）

1、预应力的概念：

目的、效果和分类

2、张拉控制应力的定义

3、预应力损失原因、减少措施、组合和计算方法

4、先张法构件端部钢筋应力的传递特点

5、局部受压设计计算。