高等混凝土结构课程专题讲座无粘结部分资料PPT学习教案

会计学1高等混凝土结构课程专题讲座无粘结部高等混凝土结构课程专题讲座无粘结部分资料分资料18 Nov,20062 可见，与后张有粘结预应力混凝土结构相比，无粘预应力混凝土结构不需预留孔道、穿束、灌浆等复杂工序，从而简化了现场施工工艺、缩短了工期；同时无粘结预应力筋布置比较灵活，尤其在预应力筋排列密集、交叉或不规则时，更能体现其布置的灵活性。若在无粘结预应力混凝土结构中配置一定数量的有粘结普通钢筋，可以有效地改善无粘结预应力混凝土结构的性能。主要体现在有粘结普通钢筋可以弥补强度的不足，使结构的强度得到保证，而且可以控制裂缝的开展，增加结构的延性，从而使结构具有良好的使用性能。3.由于无粘结预应力混凝土结构安全可靠、性能良好、施工简便，经济合理，近半个多世纪来已经被很多国家采用。有关资料表明，19651989年间，美国共耗用100万吨后张拉预应力钢筋，其中无粘结筋占73万吨，高达73%，采用无粘结预应力技术建造的高层建筑面积达1亿m2以上，目前正以每年1000万m2的速度增长，无粘结预应力混凝土已成为预应力结构的主流。该技术在加拿大、英国、瑞士、德国、澳大利亚、日本、泰国、新加坡等国也得到大量的应用。第1页/共72页18 Nov,20063第2页/共72页18 Nov,20064 2.近几年来，我国交通部门开展了体内无粘结部分预应力板梁结构体系的研究，并修建了近十座试验桥，如四川省的蒲江驭仙桥、蒲江雷河桥和隧宁嘉禾桥为跨度小于20m的无粘结部分预应力空心板桥，深圳皇田机场立交桥跨越广深高速公路时采用630m无粘结部分预应力空心板桥。荷载试验表明均达到设计要求，投入使用后，效果良好。中小跨径的桥梁在公路桥中占有较大的比例，而预应力空心板在中小跨径范围是最具竞争力的。但目前空心板多采用先张法施工，需要庞大的张拉台座，又因桥位相对分散，需要大量的运输费用。若采用无粘结预应力空心板可以节省这两项费用，具有较大的经济意义。3.实践表明，由于采用无粘结部分预应力设计理论，其结构性能较全预应力混凝土结构有较大改善，在使用荷载作用下能较好地控制结构的反拱度，减少因预应力过大而引起的端部纵向裂缝，在承载能力极限状态下，还表现出较好的延性和吸收能量的能力。同时可减少结构的断面尺寸，减轻构件重量，该技术更适合于复杂配筋、断面尺寸较大的结构，如北京紫竹立交主桥单箱三室箱梁顶板配有曲线无粘结预应力筋；甘肃三淮黄河大桥主桥箱梁顶板采用横向曲线无粘结预应力筋；第3页/共72页18 Nov,20065第4页/共72页18 Nov,20066随着防腐问题的解决，无粘结预应力混凝土在国内外得到了广泛应用，已说明了这一点。但对管道压浆的后张预应力梁，原先认为管道一经压浆，力筋防腐即有保障，而通过对事故的检查，这种结构的可靠性受到了怀疑，加上力筋状态不易监察、不易更换，使后张有粘结预应力混凝土结构曾一度受到英国运输部的禁止。可见结构是在克服缺点、发展优点的过程中不断发展。2.由表1-1的比较中还可以得到这样的结论，无粘结预应力混凝土与有粘结预应力混凝土一样可以减小构件尺寸、增大跨度、减小自重、控制裂缝的产生等。但体内无粘结预应力混凝土结构是采用钢筋混凝土的施工方法，却达到预应力混凝土结构的使用效果，可见这一结构具备了另外两种有粘结预应力混凝土结构的优点，也将更具生命力。第5页/共72页18 Nov,20067粘结状态 优 点 缺 点 有粘结预应力混凝土结构 先张法 梁体混凝土与力筋直接粘接，有利于发挥力筋的抗拉能力，限制裂缝开展；无制孔，压浆等工序；无需强大的锚具；张拉时，力筋状态易于观察；无摩擦损失；对力筋提供碱性防腐。要求强大的张拉台座；要求较大的制梁场地；不适宜大跨度桥梁的制造；预应力损失无法补拉；力筋无法弯起，造成梁端抗剪不利，且要承担不利的负弯矩。管道压浆后张法对力筋提供管道与灰浆的双重保护；有利于发挥力筋的抗拉强度，及限制裂缝；力筋可布置成所需要的曲线；适宜于分节段悬臂施工的各种大跨度桥梁，也适宜于中小跨度桥梁。粘结力低于先张法；管道内力筋的应力状态及腐蚀情况不易观察，不易更换；应力损失无法补拉；梁体截面受孔道削弱；管道周围有应力集中；管道有碍混凝土灌注；管道摩擦损失大弯束、长束在穿束时困难。无粘结预应力与有粘结预应力混凝土结构比较表 表1-1第6页/共72页18 Nov,20068无粘结预应力混凝土结构体内无粘结力筋后张法 在中小跨度桥梁制造中代替先张法可省去张拉支架；力筋所占面积小；摩擦损失少；无孔道压浆工序；力筋可布置成所需的曲线；力筋易于更换及补拉；力筋应力变化小，无疲劳问题；既可预制，又可现浇。力筋要求严密的防腐措施；必须确保锚头的安全可靠及耐久性；不能充分发挥力筋的抗拉能力，梁的破坏强度较低；必须设置梁体内的粘结钢筋以限制混凝土裂缝，保证结构的韧性；梁内力筋状态不易检查。体外力筋后张法 力筋状态可随时检查；应力损失可以补拉；易于更换；摩擦损失小；无制孔、压浆等工序；梁体无截面削弱；梁体混凝土灌注无管道阻碍，易于保证质量；力筋应力变化小，无疲劳问题；适宜于分节段悬臂施工的各种大跨度桥，也适宜于中小跨度桥梁。力筋要求严密的防腐措施；锚具也须安全可靠及耐久性要好；不能充分发挥力筋的抗拉能力，梁的破坏强度较低；如须在梁体内设置有粘结的钢筋来限制混凝土裂缝，保证结构韧性。第7页/共72页18 Nov,20069第8页/共72页18 Nov,200610由于预应力筋的约束作用，能很好地抑制裂缝的开展，有粘结部分预应力混凝土梁一般裂缝宽度较小、分布均匀，并具有很好的延性。可见部分预应力混凝土与普通钢筋混凝土相比，由于施加了一定的预应力，使结构的裂缝与挠度得到了有效控制，并减少了普通钢筋的用量。与全预应力混凝土相比减小了预应力，允许产生拉应力或开裂，能控制过大的反拱，且有较好的延性与能量吸收能力，节约高强预应力筋的用量，因而取得了显著的经济效益，应用范围很广。1.2.2 纯无粘结预应力混凝土梁的力学性能 纯无粘结预应力混凝土梁是指在预应力混凝土梁中，除无粘结预应力筋外，不再配置有粘结的非预应力钢筋。试验研究表明，由于无粘结预应力筋与周围混凝土之间没有粘结在一起，受力时可以发生相对滑动，则纯无粘结预应力混凝土梁的开裂特点是一般只出现一条裂缝，发生在最大弯矩截面附近，随着荷载的增加，裂缝的宽度和深度急剧扩展，继续增加少许荷载，梁即由于裂缝上升造成混凝土压碎而引起脆性破坏。其破坏类似于一个带拉杆的扁拱而不大像梁，第9页/共72页18 Nov,200611第10页/共72页18 Nov,200612 3.UPPC梁与有粘结部分预应力混凝土梁性能非常相似，但由于预应力筋是无粘结的，不能有效约束混凝土的变形，因而UPPC梁要比有粘结梁刚度小，变形要比有粘结梁大。在UPPC梁破坏时，无粘结筋应力增量一般比有粘结预应力筋小，因此UPPC梁的极限承载力也要比条件相同的有粘结梁低10%30%。1-3 存在的问题与本文研究的主要内容存在的问题与本文研究的主要内容 1.由前面介绍可知，无粘结预应力混凝土技术已开始应用于我国的桥梁结构。这种结构不仅施工方便，而且使用性能良好，已取得显著地综合经济效益，特别是在中小跨度桥梁中具有很强的竞争力。近年来国内交通部门与科研院校对UPPC梁桥进行了研究，取得了一定的研究成果与工程经验，推动了UPPC结构在桥梁工程中的应用，但研究缺乏系统性、全面性，仍然没有很好解决UPPC桥梁的设计方法。2.目前，国内外无粘结预应力混凝土结构设计中，仍基本使用经验统 计的方法或借用有粘结预应力混凝土的方法，对一些尚不清楚的问题，采用偏于安全的措施处理，且研究的重点主要集中在承载能力第11页/共72页18 Nov,200613第12页/共72页18 Nov,200614Ay0第13页/共72页18 Nov,200615 1综合配筋指标0 无粘结预应力筋的极限应力一般采用如下的表示形式：由国内外的试验研究可知，在其它因素基本不变的前提下，随着0值的增大，无粘结预应力筋的极限应力Yu在下降，且无粘结筋应力增量Yu与0之间存在近似的线性关系。2无粘结筋的有效预应力Ye 由试验知，其它因素固定时，无粘结预应力筋的Yu随Ye的提高而减小，Ye与的0作用相似，两者都能有效约束梁的极限转动能力。gaggYaYeYbhRRAbhRA000YuYeYu第14页/共72页18 Nov,200616第15页/共72页18 Nov,200617第16页/共72页18 Nov,200618第17页/共72页18 Nov,200619第18页/共72页18 Nov,200620)(/)1/(21MPaLLchEYcuYuYeYu)()1/()70(MPaBAYeYu)()112(65.0(MPaYeYeYu式)33/,0(0hLug且第19页/共72页)()300.1)(00MPaRbYYeYu第20页/共72页混凝土应变变化破坏截面预应力筋周围预应力筋应变的变化F)(700MPauRYaYeYu100u300uYaR/0YaR/0第21页/共72页)()(8000MPaRLChYeypYeYu)()/7.11(/70000MPabhRARhLYaYYYYeYu)(110MPaYeYu)(50MPaYeYu)(MPaYeYu第22页/共72页18 Nov,200624)(100/700MParRyaYeYu)(2.1)770500(0MPaYeYu)(2.1)380250(0MPaYeYu第23页/共72页18 Nov,200625)(32122227505200MPaYeYu第24页/共72页18 Nov,200626第25页/共72页18 Nov,200627cL0破坏截面中性轴高度等效塑性区长度第26页/共72页YcggYYucuYYYeYubhfRAALEh68.0)(1YcggYuYYiicuYYYeYubhfRAAbhhbbLEh68.08.0)(1第27页/共72页18 Nov,200629bLfEAbfRAhLEcYYcucggYYcuYeYu68.0168.0bLfEAbfbbhfcRAhLEcYYcuciiggYYcuYeYu68.0168.0)(85.0第28页/共72页)(00作用点取矩对受压区普通钢筋合力zggaYuYggMRAbxRARAH)2(1)(1)(1gacgYYuYsggggsjhxbxRrhhArhhRArM02hxhxjyg第29页/共72页001()2ijaiigggchMR bhhR A hhr ggiiaYYggARhbRAAR)(0)(0取距的合力作用点与对ZARAMARhbbRbxRARAHYYuggzggiiaaYYugg适用条件：ghx 20hxjY第30页/共72页18 Nov,200632第31页/共72页18 Nov,200633第32页/共72页)(KNQQQQwkhjsin8.1852.339684.0YmYeAm000.19(2)0.281LjkgkR bhpQmR bhm上式仅适用于等截面等高度的UPPC简支梁桥的斜截面抗剪强度计算，对于其他体系梁桥或变截面的梁桥尚需进一步研究。2适用条件1）上限值截面最小尺寸为防止斜压破坏及防止薄腹梁在正常使用阶段腹板斜裂缝开展过宽，公桥规规定了截面的最小尺寸的限制条件：0051.0bhRQj第33页/共72页)(11kkgkgggsYwYwYwYYYusjZARZARrZAZArMkkgkYwYwjsSARAQrc/sinhcggYwYwYYusARrARAAr1cos10H)(xfAh)(xfAh00.038()jLQR bhKN第34页/共72页YsEll2 UPPC梁因无粘结预应力筋与周围混凝土不粘结，在施工阶段及使用阶段荷载作用下，其截面不符合平截面假定，从而使正常使用阶段UPPC梁的应力、变形及裂缝计算分析也变得更为复杂。因此不能盲目套用全预应力混凝土或部分预应力混凝土的有关公式进行计算，必须针对UPPC梁在使用阶段的受力特性。合理确定无粘结预应力筋的应力状态这一设计的关键。从而进一步分析计算截面的应力、梁的变形及B类构件的裂缝宽度，保证UPPC梁具有良好的使用性能。3-1 预应力损失计算对UPPC梁应考虑如下五项预应力损失。1摩擦损失s1 2.张拉端锚具变形和无粘结筋内缩引起的预应力损失 )1()(1kxkseYsEll222s第35页/共72页kbYksR18.036.0514hysn1512202516Rhs第36页/共72页421sssIs65ssssIskYeLojYYdxIMyLn0YYeY0Isky第37页/共72页18 Nov,200639第38页/共72页ggYTCCTT21cLc开裂截面中性轴高度等效变形区长段)()(chELYcYYeYrggccggYYhThchchThTM2211)433()423(111ggYggcggYYTCTThThChThTM第39页/共72页)453(0)(6)(6)(3)443()(2123bEAhAhAMhEAcbEAhAhAMEAcAhAMccchEAbcEAcYrYgYrYYYrYgggcYrYgYrYYYrYggYrYYYrYgggcYrYc0gA第40页/共72页18 Nov,200642sIskYeY102YYYeYYYYAAN)(210第41页/共72页gYYgTCCNNT210)()1(2)(2(/220gggiiiYchcAnhbbhcbccN)(2)(2LcchnAchAnYYYggg0H由各内力对偏心力NP作用点取矩有：将各有关参量表达式代入有关公式，经整理可得 )()()(2211gYgcYcYhheThheChheC)(gYgYhheTeN023DBcAcc式中：LbenAheAYYY6)(3第42页/共72页18 Nov,200644)(2)(6gYggYYYiYiihheAnLehnAhhehbbbB)()1(gYgghheAn)(322)(62gYgggiYiihhehAnhhehbbbD)()1(gYggghhehAn0YNMe)633(0)623()()()()1(/22320DBcAccLchnAchAnhcAnbcCNYYYggggggYcLchnYYcYeYYeYYYeYr)(3323Y3Y同样截面上缘混凝土应力c及g非预应力钢筋应力皆可求。第43页/共72页18 Nov,200645IskYosjsosjoyjYjYhsWMWeNAN10sxjsoxjoyjYjYhxWMWeNAN10minminYYeYmaxmaxYYeYosjposjggsjYjYjYhsWMWMMWeNAN)(2100000oxjpoxjggxjYjYjYhxWMWMMWeNAN)(2100000第44页/共72页18 Nov,200646)()(0020LjpgYYeYYYeYYdxIyMMLnAANojLojpgYYeYojogjpggggAdxIyMMLnAIeMMMn0221max)()(ojgjYjLojpgYYeYIeedxIyMMLnA0002)(dxIyMLnAAIeMMnLojgYYejYojogjgggg02021min)(gjYjLojgYYejYeeIydxMLnIA00020第45页/共72页18 Nov,200647maxchrsmaxmaxcgggrcchnminmincgggrcchn3）应力限制值参照JTJ023-85中对全预应力及部分预应力混凝土A类构正常使用阶段的应力限制值处理。2B类构件1）无粘结筋应力计算min3minYYeYrmax3maxYYeYr第46页/共72页18 Nov,200648jjYjjpgghbISQbISQQQ0000212222hhYhXhYhXzl22222hhYhXhYhXa第47页/共72页)(1028.030321maxmmdEcccgg 按式（3-86）计算的最大裂缝宽度应小于公桥规中对B类PPC梁最大裂缝宽度的限制值。第48页/共72页18 Nov,20065011gggfffjhggIElMM022185.048560085.048502lkIElMfjhpprjcrjcrhIMMIMElf02085.0485第49页/共72页dxIEMMfljnXYY008.0ptggYfffff),(21max1)(2）静活载挠度fp600)(210lffffggp第50页/共72页18 Nov,200652第51页/共72页18 Nov,200653第52页/共72页hsphmaxhrscphmax)44()34(minminmaxmaxgspggspg)64()54(minminmaxmaxgrspggrspg)84()74(minminmaxmaxyspyyspy B类构件)104()94(minminmaxmaxyrspyyrspy第53页/共72页18 Nov,200655MPapypy150minmaxMPapgpg150minmaxbaphR5.0max第54页/共72页30max10)ln()13.5292.1961.1943.135(NpambhQkspkbLZLR8.0pgkpkRmax第55页/共72页18 Nov,200657pgkpkRmaxfnfn)log08.00.1(maxmax)log(1.00.1 nn第56页/共72页18 Nov,200658第57页/共72页18 Nov,200659第58页/共72页18 Nov,200660第59页/共72页18 Nov,200661第60页/共72页18 Nov,200662ggYuYYuYRAAAPPRajcRbhMr20211YuJcYhMrPPRA0)5.01(gYuYgRPPRAPPRA)1(aYuiiYRbxhbbPPRA)(gYuYgRAPPRA11第61页/共72页18 Nov,200663bLhYhxarRbLhYhxarRhYhbLhYWeAarRWMN1skYYeYYNNAffhlhYhXhlhYYhYhWeNANWMbLarR第62页/共72页18 Nov,200664hYhhlhYWeAWMN1skYYNA第63页/共72页18 Nov,200665第64页/共72页18 Nov,200666第65页/共72页95.0acapupapuaFFpmptmcapuAfF95.0p%0.2,totapu第66页/共72页18 Nov,200668第67页/共72页YjYhx025.0hx 03.0 hx 25.0YYuggggAARAR2.1cruMM第68页/共72页18 Nov,200670第69页/共72页18 Nov,200671第70页/共72页18 Nov,200672第71页/共72页