建筑结构44预应力混凝土结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,第四节 预应力混凝土结构,中国民航大学交通工程学院,钢筋混凝土受,拉,拉与受弯等构,件,件，由于混凝,土,土抗拉强度及,极,极限拉应变值,都,都很低，所以,在,在使用荷载作,用,用下，通常是,带,带裂缝工作的,。,。因而对使用,上,上不允许开裂,的,的构件，不能,充,充分利用受拉,钢,钢筋的强度。,为,为了要满足变,形,形和裂缝控制,的,的要求，则需,增,增大构件的截,面,面尺寸和用钢,量,量，这将导致,自,自重过大，使,钢,钢筋混凝土结,构,构用于大跨度,或,或承受动力荷,载,载的结构成为,不,不可能或很不,经,经济。,4.1概述,4.1.1,预应力混凝土,的,的概念,预应力砼,的,的提出：,普通砼的缺点：,a.,在使用荷载下,带,带裂缝工作：,影,影响耐久，功,能,能！刚度！疲,劳,劳性！若不裂,，,，加大截面面,积,积增加自重。,不开裂,s,=2030,MP,a,b,.,难以利用高强,度,度钢筋。与,max,对应的,s,=200N/mm,2,。,而高强钢丝可,达,达1860N/mm,2,。,预应力砼,的,的基本原理：,预应力,：在砼结构承,受,受使用荷载之,前,前的制作阶段,预,预先对砼施加,应,应力。在构件,未,未受力之前，,在,在拟受拉区施,加,加压应力，使,构,构件在使用荷,载,载下产生的拉,应,应力很大部分,被,被预压应力抵,消,消。由此达到,改,改善普砼缺点,的,的目的。,预应力混凝土,结,结构受力示意,图,图,预应力混,凝,凝土的优缺点,：,：,优点：,a,.,提高构件的抗,裂,裂能力,b,.,增大了构件的,刚,刚度。,f,预,f,普,，耐久性好，,耐,耐疲劳，提高,抗,抗剪承载力。,c,.,充分利用高强,度,度材料的性能,。,。,d,.,扩大了构件的,使,使用范围：减,轻,轻自重，加大,跨,跨度，提高适,用,用能力。,缺点：,成本高，材料,质,质量要求高。,工,工序复杂，技,术,术水平要求高,。,。,先张法,：先张法就是,张,张拉钢筋先于,混,混凝土构件浇,筑,筑成型的方法,。,。,4.1.2,施,施加预应力,的,的方法,先张法,先张法预应力,混,混凝土构件，,预,预应力是靠钢,筋,筋与混凝土之,间,间的粘结力来,传,传递的。,后张法,：后张法就是,在,在构件浇筑成,型,型后再张拉钢,筋,筋的施工方法,。,。后张法构件,中,中，预,应力主要靠钢,筋,筋端部的锚具,来,来传递。,后张法,4.1.3,预,预应力混凝土,使,使用的机具,锚、夹具：用,于,于固定,钢筋,构件制作完后,，,，能取下重复,使,使用夹,具,具,用于永久固定,钢,钢筋、作为构,件,件的一部分,锚具,不同种类的锚,具,具，有不同的,固,固定原理。同,时,时固定预应力,筋,筋不同。锚具,不,不同则回缩量,不,不同，尺寸外,形,形对构件的影,响,响不同。,4.1.4,张,张拉控制应,力,力,con,张拉控制应力是指张拉预应,力,力钢筋时所控,制,制的最大应力,值,值，其值为张,拉,拉设备所控制,的,的总的张拉力,除,除以预应力钢,筋,筋面积得到的,应,应力值。,从充分发挥预,应,应力优点的角,度,度考虑，张拉,控,控制应力宜尽,可,可能地定得高,一,一些，,con,定得高，形成,的,的有效预压应,力,力高，构件的,抗,抗裂性能好，,且,且可以节约钢,材,材，但如果控,制,制应力过高，会出现以下问,题,题：,con,越高，构件的,开,开裂荷载与极,限,限荷载越接近,，,，使构件在破,坏,坏前无明显预,兆,兆，构件的延,性,性较差。,在施工阶段,会,会使构件的某,些,些部位受到拉,力,力甚至开裂，,对,对后张法构件,有,有可能造成端,部,部混凝土局部,受,受压破坏。,有时为了减,少,少预应力损失,，,，需对钢筋进,行,行超张拉，由,于,于钢材材质的,不,不均匀，可能,使,使个别钢筋的,应,应力超过它的,实,实际屈服强度,，,，而使钢筋产,生,生较大塑性变,形,形或脆断，使,施,施加的预应力,达,达不到预期效,果,果。,con,也不能定得过,低,低，它应有下,限,限值。否则预,应,应力钢筋在经,历,历各种预应力,损,损失后，对混,凝,凝土产生的预,压,压应力过小，,达,达不到预期的,抗,抗裂效果。,4.1.5,预,预应力损失及,其,其组合,（1,）预应力损失,的,的组成及减少,预,预应力损失的,措,措施,钢筋的张拉控,制,制应力，从开,始,始张拉至构件,使,使用；由于张,拉,拉工艺和材料,特,特性等原因将,不,不断降,低，这种预应,力,力降低的现象,称,称为预应力损,失,失。预应力损,失,失包括以下,6,项：,1）,锚具变形和钢,筋,筋内缩引起的,预,预应力损失,l,1,当为直线型预应力,钢,钢筋时,式中,a,张拉端锚,具,具变形和钢筋,回,回缩值；,l,张拉端至,锚,锚固端之间的,距,距离。,减少此项损失,的,的措施有：,选择变形小,或,或预应力钢筋,内,内缩小的锚具,，,，尽量减少垫,板,板数；,对先张法构,件,件，选择长台,座,座。,2）预应力钢,筋,筋与孔道壁之,间,间摩擦引起的,预,预应力损失,l,2,式中,k,考虑孔道,局,局部偏差对摩,擦,擦影响的系数,：,：,x,张拉端至,计,计算截面的孔,道,道长度，可近,似,似取该孔道在,纵,纵轴上的投影,长,长度，,预应力钢,筋,筋与孔道壁的,摩,摩擦系数，,从张拉端,至,至计算截面曲,线,线型孔道部分,切,切线,当,的夹角（以弧,度,度计）。,减少该项损失,，,，可采取以下,措,措施：,对较长的构,件,件可在两端,进行张拉；,采用超张拉,，,，张拉程序可,采,采用,：,当第一次张拉,至,至,1.1,con,时，预应力钢,筋,筋应力沿,EHD,分布，当张拉,应,应力降至,0.85,con,，由于钢筋回,缩,缩受到孔道反,向,向摩擦力的影,响,响，预应力沿,FGHD,分布，当再张,拉,拉至,con,时，钢筋应力,沿,沿,CFGHD,分布，可见，,超,超张拉钢筋中,的,的应力比一次,张,张拉至,con,的应力分布均,匀,匀，预应力损,失,失要小一些。,一端张拉,两端张拉,超张拉,3）,混凝土加热养,护,护时，受张拉,的,的钢筋与承受,拉,拉力的设备之,间,间温差引起的,损,损失,l,3,为了缩短先张,法,法构件的生产,周,周期，混凝土,常,常采用蒸汽养,护,护办法。升温时，新浇的混凝,土,土尚,未结硬，预应,力,力筋与台座之,间,间的温差,t,使钢筋受热自,由,由伸长，但两,端,端的台座是固,定,定不动的，即,距,距离保持不变,，,，于是钢筋就,松,松了，钢筋的,应,应力降低；降温时，预应力钢筋,与,与混凝土已黏,结,结成整体，加,上,上两者的温度,线,线膨胀系数相,近,近，二者能够,同,同步回缩，放,松,松钢筋时因温,度,度上升钢筋伸,长,长的部分已不,能,能回缩，因而,产,产生了温差损,失,失。仅先张法构件,有,有该项损失。,l,3,=2,t,（N/mm,2,）,减少此项损失,的,的措施有：,采用二次升温,养,养护。先在常温下养,护,护至混凝土强,度,度等级达到,C7.5,C10,，再逐渐升温,至,至规定的养护,温,温度，这时可,认,认为钢筋与混,凝,凝土已结成整,体,体，能够一起,胀,胀缩而不引起,预,预应力损失,;,在钢模上张拉,预,预应力钢筋。由于钢模和构,件,件一起加热养,护,护，升温时两,者,者温度相同，,可,可不考虑此项,损,损失。,4）,钢筋应力松弛,引,引起的预应力,损,损失,l,4,钢筋的应力松,弛,弛是指钢筋在高,应,应力作用下及,钢,钢筋长度不变,条,条件下，其应,力,力随时间增长,而,而,降低的现象。,钢筋应力松弛,有,有以下,特点,：,应力松弛与,时,时间有关，开,始,始快，以后慢,；,；,应力松弛与,钢,钢材品种有关,。,。冷拉钢筋、,热,热处理钢筋的,应,应力松弛损失,比,比碳素钢丝、,冷,冷拔低,碳钢丝、钢绞,线,线要小；,张拉控制应,力,力,con,高，应力松弛,大,大。,采用超张拉可,使,使应力松弛损,失,失有所降低。,超,超张拉程序为:,因为在较高应,力,力下持荷两分,钟,钟所产生的松,弛,弛损失与在较,低,低应力下经过,较,较长时间才能,完,完成的松弛损,失,失大体相当，,所,所以经过超张,拉,拉后再张拉至,con,时，一部分松,弛,弛损失已完成,。,。,5）,混凝土的收缩,徐,徐变引起的预,应,应力损失,l,5,混凝土结硬时,产,产生体积收缩,，,，在预压力作,用,用作用下，混,凝,凝土会发生徐,变,变，这都会使,构,构件缩,短，构件中的,预,预应力钢筋跟,着,着回缩，造成,预,预应力损失。,先张法构件,后张法构件,式中,pc,pc,分别为完,成,成第一批预应,力,力损失,后,后受拉区、,受,受压区预应力,钢,钢筋合力点处,混,混凝土法向压,应,应力；,f,cu,施加预应,力,力时混凝土的,实,实际立方体抗,压,压强,度,度。一般,f,cu,不等于构件混,凝,凝土的立,方体强度,f,cu,，但要求,f,cu,0.75,f,cu,；,，,受拉区、,受,受压区预应力,钢,钢筋和非预应,力,力钢筋的配筋,率,率。,先张法构件,后张法构件,式中,A,p,A,p,分别为受,拉,拉区和受压区,预,预应力钢筋截,面,面面积，对称,配,配筋的构件，,取,取,，,，此时配筋率,应,应按钢筋截面,面,面积的一半进,行,行计算；,A,0,A,n,分别为混,凝,凝土换算截面,积,积、净截面面,积,积。,后张法构件收,缩,缩徐变损失比,先,先张法构件小,，,，原因是后张法构件,在,在施加预应力,时,时，混凝土的,收缩已完成一,部,部分。以上公,式,式适用于一般,相,相对湿度环境,，,，高湿度环境,下,下，,l,5,，,l,5,应降低，反,之,之则增加。,减少此项损失,的,的措施有：,采用高标号,水,水泥，减少水,泥,泥用量，降低,水,水灰比；,采用级配良,好,好的骨料，加,强,强振捣，提高,混,混凝土的密实,性,性；,加强养护，,以,以减少混凝土,的,的收缩，,控制混凝土,应,应力,pc,，要求,以防止发生,非,非线性徐变。,6）,用,用螺,旋,旋式,预,预应,力,力钢,筋,筋作,配,配筋,的,的,环形,构,构件,由,由于,混,混凝,土,土的,局,局部,挤,挤压,引,引起,的,的预,应,应力,损,损失,l6,仅后,张,张法,有,有这,项,项损,失,失。,当,当D,3,m，,l6,=30,MPa，,当,当D,3,m，,不,不考,虑,虑该,项,项损,失,失。,此,此处D为,环形,构,构件,的,的直,径,径。,（2,）预,应,应力,损,损失,值,值的,组,组合,为了,计,计算,方,方便,，,，,规,规范,把,预,预应,力,力损,失,失分,为,为两,批,批，,混,混凝,土,土受,预,预压,前,前产,生,生的,预,预应,力,力损,失,失为,第,第,一批,预,预应,力,力损,失,失,l,，而,混,混凝,土,土受,预,预压,后,后产,生,生的,预,预应,力,力损,失,失为,第,第二,批,批预,应,应力,损,损失,l,。,各阶,段,段预,应,应力,损,损失,值,值的,组,组合,预应,力,力损,失,失值,的,的组,合,合,先,先,张,张法,构,构件,后,后张,法,法构,件,件,混凝,土,土预,压,压前,（,（第,一,一批,）,）的,损,损失,l,l,1,+,l,2,+,l,3,+,l,4,l,1,+,l,2,混凝,土,土预,压,压后,（,第二,批,批,）,的损,失,失,l,l,5,l,4,+,l,5,+,l,6,