受拉构件和预应力混凝土构

,*,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,第七章 受拉构件和预应力混凝土构件,7.1受拉构件简介,轴心受拉构件,偏心受拉构件,单向偏心受拉构件,大偏心受拉构件,小偏心受拉构件,注意:拉力由构件中的纵向钢筋承担,外围混凝土对钢筋起到有效的防护作用,一、轴心受拉构件承载力计算,计算公式,钢筋抗拉强度设计值，为了控制受拉构件在使用荷载下的变形和裂缝开展，规定轴心受拉和小偏心受拉构件的fy大于300Nmm2时，仍应按300Nmm2取用。,轴心受拉构件的钢筋用量并不总是由强度要求决定的，在许多情况下，裂缝宽度验算对纵筋用量起决定作用。,二、偏心受拉构件正截面承载力计算,两种偏心受拉构件的判别,a.小偏心受拉构件,b.大偏心受拉构件,(一)小偏心受拉构件正截面承载力计算,（二）大偏心受拉构件正截面承载力计算,公式适用条件:,7.2预应力混凝土概述,一、预应力混凝土的基本概念,1.在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压应力，使其能够部分或,全部抵消由荷载产生的拉应力，这种利用混凝土较高的抗压能力来弥补其,抗拉能力的不足，就是预应力混凝土的概念。,预应力混凝土施加了预应力的混凝土；,普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋,混疑土。,2.预应力混凝土的优点,a.预应力提高了构件的抗裂能力和刚度，使构件在使用荷载,作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地,改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的,耐久性。,b.预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺,寸，减少材料用量并降低结构物的自重。,c.预应力受弯构件在施加预应力的同时，可以使构件产生反,拱，减小了构件工作时的挠度。,d.预应力可以作为结构的一种拼装手段和加固措施。,3.预应力混凝土的应用,a.工作中存在受拉区的构件，如受弯、轴心受拉、偏心受拉及大,偏心受压等构件；,b.大跨度结构，如大跨度桥梁、体育馆和车间以及机库等大跨度,建筑的屋盖、高层建筑结构的转换层等；,c.用于对抗裂有特殊要求的结构，如压力容器、压力管道、水工,或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间、构筑物等；,d.用于某些高耸建筑结构，如水塔、烟筒、电视塔等；,e.用于某些大量制造的预制构件，如常见的预应力空心楼板、预,应力预制桩等。,f.在一般的房屋结构中，如果建筑设计限定了层高、屋楼盖梁等,的高度，或者限定了某些其他构件的尺寸，使得普通钢筋混凝土构,件难以满足要求，也可以考虑使用预应力混凝土。,4.预应力混凝土构件抗裂等级,由于各种预应力构件所处的环境不同、使用要求不同，抗裂安全储,备也不同，所以，规范将预应力混凝土构件的抗裂等级划分三级：,a.一级为严格要求不出现裂缝的构件；,b.二级为一般要求不出现裂缝的构件；,c.三级构件则允许在使用中开裂，但要求计算所得的裂缝宽度小,于限值。,二、施加预应力的方法,1.先张法,在浇筑混凝土之前张拉预应力筋的方法称为先张法；在浇筑混凝土,之后张拉预应力筋的方法称为后张法。,a.先张法的施工工序,（1）先在台座上张拉预应力筋，并将它临时锚固在台座上；,（2）架设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土；,（3）待混凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，让,钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土，使其获,得预压应力。,先张法的施工工序如,图7-4,。,b.先张法主要适用于大批量生产以钢丝或d16mm钢筋配筋的中、,小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。,2.后张法,后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力筋的,方法。,a.后张法的施工工序,（1）在制作构件时，预先在构件中留出穿预应力筋的孔道；,（2）当构件混凝土达到规定强度（规范规定70设计强度）,后，将预应力钢筋穿入预留孔道内，再将千斤顶支承于混凝土构件,端部，张拉钢筋，使构件也同时受到压缩；,（3）待张拉到一定拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固,于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其压应力。,（4）在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢筋不致锈蚀，并使钢,筋束与混凝土粘结成为整体。,后张法的施工工序如图7-5。,b.后张法主要适用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，,如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。,3.先张法构件与后张法构件的比较,a.先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力,传给混凝土的，在构件上无需任何锚具；后张法构件的钢筋回弹力,必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具,必须永远留在构件上。,b.先张法构件中的预应力钢筋可布置为直线形或折线形，多为直,线形。后张法构件中的预应力钢筋可以做成曲线形。,c.当以相同的张拉应力张拉钢筋时，两种方法在混凝土中所建立,的预压应力是不等的，先张法低，后张法高。在先张法构件切断或,放松预应力钢筋后，由于预应力钢筋回弹带动混凝土缩短，因而预,应力钢筋本身将缩短，应力将降低。在后张法中，混凝土的压缩与,张拉预应力钢筋同步发生，混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补,偿，钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。,所以，先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低。,三、夹具和锚具,1.夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋；,2.夹具：能重复使用，一般用于先张法构件；,3.锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件；,四、机具设备,1.张拉设备,2.制孔器,3.灌孔水泥浆及压浆机,五、预应力混凝土材料,1.混凝土：快硬、早强和收缩、徐变小，一般不低于C40；,2.钢材：强度高、塑性好和表面有刻痕。,7.3 张拉控制应力和预应力损失,一、张拉控制应力,1.定义：张拉控制应力,N为总张拉力，可由仪器读出；为预应力钢筋截面面积；,2.为何要控制张拉应力,（1）太小时，产生的预应（压）力不足以抵消荷载产生的拉应力；,（2）太大时，会使构件开裂、构件破坏无预兆和预应力钢筋脆断。,3.控制要求,（1）与张拉工艺有关；,（2）同条件下，先张法,的大于后张法；,（3）规范的数值见表7-1；,（4）一定条件下可略有提高。,二、预应力损失,概念：在施工和使用阶段，预应力钢筋中的预应力（如张拉完毕时的控制应力）降低的现象。,可能有六种原因将导致此现象发生。,1.锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失,（1）计算公式为（7-1）；,（2）一般在先张法构件中产生（直线形构件）；,（3）减小 的措施：A选择变形小的锚具和减少锚具个数；,B增加台座长度；,2.预应力钢筋与孔道摩擦引起的预应力损失,（1）计算公式为（7-2）；,（2）一般在后张法构件中产生；,（3）减小 的措施：A两端张拉；B超张拉。,3.养护构件时预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失,（1）计算公式为（7-3）；,（2）一般在先张法构件中产生；,（3）减小 的措施：A两次升温；B预应力钢筋与台座同时升温。,4.预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失,（1）计算公式视不同情况分别为（7-4a）（7-4b）；,（2）一般在先、后张法构件中均会产生；,（3）减小 的措施：超张拉。,5.混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 、,（1）计算公式根据先张法、后张法、受拉区和受压区分别为,（7-5）（7-6）；,（2）一般在先张法和后张法构件中均会出现；,（3）减小 、的措施：A采用高标号水泥；B提高密实性；,C加强养护。,6.由于螺旋预应力钢筋对混凝土的挤压产生的预应力损失,（1）一般在后张法环形（或圆形）截面构件中产生；,（2）减小 的措施：避免采用小直径构件,三、预应力损失值的组合,1.预应力损失的特点,（1）有的在先张法构件中产生，有的在后张法构件中产生，有的 在先、后张法构件中均产生；,（2）有的是单独产生，有的是和别的预应力损失同时产生；,（3）前述各公式是分别计算，未考虑相互关系；,2.我国规范规定应进行相应组合，如表7-4。,3.预应力损失的最低值,（1）先张法构件：,（2）后张法构件：,4.减少预应力损失的措施,a.采用强度等级较高的混凝土和高强度的水泥,b.控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度,c.对预应力钢筋进行超张拉,d.对后张法构件采用两端张拉的方法,e.选择变形小的钢筋、内缩小的锚夹具，减少垫板的数量,7.4预应力混凝土构件计算,一、预应力产生的截面应力,二、预应力混凝土构件的截面面积,三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算,1.抗裂度验算,2.裂缝宽度验算,3.挠度验算,四、预应力混凝土构件挠度验算,7.5,预应力混凝土构件的构造要求,一、预应力构件的截面形式,1、轴心受拉构件，通常采用矩形或正方形截面。,2、受弯构件，宜选用T形、I形或其他空心截面形式。,3、受弯构件的截面形式沿构件纵轴可以变化，如跨中为I形，而在,支座附近做成矩形，以便承受较大的剪力，并能在端面有足够的面,积布置锚具和提高其局部承压能力。,二、预应力构件的截面尺寸,受弯构件：,截面高度一般取 ，最小可为 ，大致为非,预应力受弯构件截面高度的70；,腹板厚度可取,三、预应力构件的配筋方式,1、先张法构造应保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用,变形钢筋、刻痕钢丝、钢绞线等，以加强自锚性能。先张法构件的,端部混凝土加强如图10.19。,2、后张法构件中的预应力钢筋的预留孔道应符合一系列要求。孔,道之间的净距不应小于25mm；孔道至构件边缘的净距不应小于25mm，,且不宜小于孔道直径的一半。,