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.,第9章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,9.1 概述9.2 预应力损失9.3 预应力混凝土构件的受力性能分析9.4 预应力混凝土构件的设计计算9.5 预应力混凝土构件的构造措施,本章主要内容,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.1.1预应力混凝土的一般概念一、钢筋混凝土的缺点,（1）抗裂性能差 砼的极限拉应变一般为（11.5）10-4， 因此，通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。（2）不能使用高强钢筋,9.1 概述,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第一：砼的极限拉应变一般为（11.5）10-4 ， 故砼开裂时，钢筋应力只有2030MPa；第二：对应于裂缝宽度为(0.2 0.3) mm时的钢筋应力 约为（150250） MPa。这应力与HRB400、HRB335、HPB300钢筋正常使用阶段的工作应力接近。可见，若在普通砼中采用高强钢筋，不能发挥高强钢筋 的强度优势。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,二、预应力的基本概念,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,spc较大，全截面处于受压状态，不会开裂；称全预应力砼。,拉应力超过ftk ，会产生裂缝，称部分预应力砼或B类预应力砼构件。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,生活中的预应力,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.1.2 预应力混凝土的分类,先张法,1.按施加预应力的方法分类,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,后张法,10.2 施加预应力的方法,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,后张法,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,2.按施加预应力的程度分类,全预应力混凝土部分预应力混凝土,A类预应力混凝土构件,B类预应力混凝土构件,也称有限预应力混凝土构件,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,3.按预应力筋与混凝土之间的粘结程度分类,有粘结预应力混凝土 如：先张法构件、经过孔道灌浆处理的后张法构件无粘结预应力混凝土在预应力筋表面涂油脂并设外包层等措施来阻断预应力筋与混凝土之间的粘结作用。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,1高密度聚乙烯或聚丙烯套管2防腐润滑油脂（12mm厚）3钢绞线（裸线直径为6.2528.6mm),无粘结钢绞线,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.1.3 施加预应力的方法,一般通过张拉预应力筋来施加预应力，有先张法和后张法两种。,先张法施加预应力的工艺流程见P229图9-2,后张法施加预应力的工艺流程见P229图9-3,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,图10.3 先张法工艺流程,.,图10.4 后张法工艺流程,.,先张法和后张法的特点比较先张法优点： 张拉工艺简单； 不需在构件上设置永久性锚具； 适合于量大面广的中小型构件。先张法缺点： 需要较大台座或成批钢模等固定设备，一次投资大； 预应力筋为直线型，曲线布置困难。 后张法优点： 直接在构件上张拉预应力筋； 预应力筋可为直线型、曲线型等； 适宜运输不便、现场施工的大型构件等；后张法缺点：永久性锚具的耗钢量大； 张拉工序比先张法复杂，施工周期长。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.1.4 锚具和夹具,镦头型锚具,锚块锚塞型锚具,螺丝端杆型锚具,三种基本类型,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,见P230,.,锚夹具实例,1、单孔夹片锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,单孔夹片锚及相应锚垫板,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,2、多孔夹片锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,多孔夹片锚、锚垫板及螺旋筋,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,扁锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,扁锚施工现场,.,挤压锚具锚杯及异形钢丝环,4、挤压锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,挤压机,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,镦头锚及镦头器,5、镦头锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,镦头锚具高强钢丝组装件,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,压花锚及压花机,6、压花锚,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,拉索锚具及其结构组成,7、拉索锚具,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,拉索锚具应用,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,钢筋长度不足时，可通过连接器来接长。普通钢筋的连接：,8、连接器,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,单孔连接器,预应力筋的连接器：,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,多孔连接器,扁型锚具连接器,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,多孔连接器及配套护筒,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.1.5 预应力混凝土材料,1混凝土对其性能要求如下： 强度高。其承受预压应力的能力就高，可以减小构件截面尺寸，还可以提高构件的抗拉、抗剪、粘结和承压能力； 收缩和徐变小。可以减小预应力损失； 快硬早强。可以尽早施加预应力，以提高台座等的使用效率。GB50010规定：预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜C40，且不应3m时,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,1、考虑预应力损失组合的原因 预应力砼构件从加预应力开始即需要进行计算； 而预应力损失是分批发生的。2、预应力损失组合的分批 第一批：混凝土预压前完成的损失lI； 第二批：混凝土预压后完成的损失lII。,9.2.3 预应力损失值的分阶段组合,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,（1）规定最小值的原因 考虑到预应力损失的计算误差。（2）最小值 规范规定： 先张法构件 100MPa 后张法构件 80MPa,3、预应力损失的最小值,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,四、混凝土弹性压缩sle 先张法构件：放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,后张法构件： 当一次张拉所有预应力筋时： 无弹性压缩 ;,当分批张拉时：则后张拉预应力筋使混凝土产生的压缩变形将导致先张拉预应力筋中的应力减小，即先张拉的预应力筋就有弹性压缩 sle 。工程中常按下式计算：,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,9.2.5 预应力筋的预应力传递长度和锚固长度,一、预应力传递长度ltr,1、 ltr的概念,先张法构件放张后,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,2、 ltr的计算,pe-放张时预应力筋的有效预应力,-预应力筋的外形系数， 与计算la时的取值相同。 见P241表9-4,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,4、预应力筋的锚固长度la,（1） la的计算,（2） la在设计中的应用,计算先张法构件锚固区的正、斜截面受弯承载力时， la范围内的预应力筋抗拉强度设计值：,在锚固起点处取为零；在锚固终点处取为fpy ；其间按线性插值。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,9.3 预应力混凝土构件的受力性能分析,预应力砼构件受力全过程，分施工和使用两阶段。其受力性能分析过程中经常用到以下六个概念：将开裂之前的混凝土视作弹性材料，并用材料力学方法进行分析。先张法构件在构件开裂之前，预应力筋、普通钢筋和混凝土三者变形协调。 后张法构件在施工阶段仅普通钢筋和混凝土变形协调，从施加外荷载开始至构件开裂期间预应力筋、普通钢筋和混凝土三者变形协调。,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,在变形协调期间，钢筋的应力变化量是同一纤维高度处混凝土应力变化量的E倍，即s = E c 。预应力对构件的作用可等同于一个虚拟的轴心压力或偏心压力对构件的作用。换算截面适用于：先张法的施工阶段，以及先张法和后张法构件从施加外荷载开始至混凝土开裂前的使用阶段； 净截面仅适用于：后张法的施工阶段。施工阶段混凝土的收缩徐变不引起混凝土自身的应力变化，却引起预应力筋和普通钢筋应力变化l5。,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,1、先张法构件,分析构件从开始受力至破坏整个过程各特征阶段的受力性能。 经历施工和使用两个阶段。,9.3.1 轴心受拉构件的受力性能分析 分先张法构件和后张法构件两种,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,1）施工阶段,放张预应力筋前又可分为 放张预应力筋后 三个特征阶段 完成第二批预应力损失时,三个特征阶段的受力分析见下图：,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,由图（b）的X=0得：,由图（c）的X=0得：,称：有效预压应力，用符号pc表示,此时，预应力筋的应力称为有效预应力，用符号pe表示；,则,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,2）使用阶段,消压状态又可分为 开裂临界状态 三个特征阶段 承载能力极限状态,三个特征阶段的受力分析见下图：,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,由图（a）的X=0得：,由图（b）的X=0得：,由图（c）的X=0得：,消压轴力,开裂轴力,极限轴力,.,2.后张法构件,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,分析构件从开始受力至破坏整个过程各特征阶段的受力性能。 经历施工和使用两个阶段。,2.后张法构件,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,1）施工阶段,张拉至控制应力时又可分为 完成第一批预应力损失时 三个特征阶段 完成第二批预应力损失时,三个特征阶段的受力分析见下图：,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,由图（a）的X=0得：,由图（b）的X=0得：,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,由图（c）的X=0得：,称：有效预压应力，用符号pc表示,此时，预应力筋的应力称为有效预应力，用符号pe表示；,则,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,2）使用阶段,消压状态又可分为 开裂临界状态 三个特征阶段 承载能力极限状态,三个特征阶段的受力分析见下图：,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,由图（a）的X=0得：,由图（b）的X=0得：,由图（c）的X=0得：,消压轴力,开裂轴力,极限轴力,.,重要公式回顾-先张法构件,（1）完成l时,（2）消压状态,（4）承载力极限状态,（3）开裂临界状态,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,重要公式回顾后张法构件,（1）完成l时,（2）消压状态,（4）承载力极限状态,（3）开裂临界状态,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,3、先张法与后张法计算公式的比较,消压,开裂,极限,有效应力,先张法,后张法,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,通过计算公式比较发现的一些规律,（1）在施工阶段：混凝土应力pc的计算公式 先后张法的形式相同， 但先张法用A0（ A0= Ac+E As +E Ap） 而后张法用An（ An= Ac+E As ）,导致后张法的pc比 先张法大,（2）开裂前的各阶段：预应力筋的应力p 先张法总比后张法滞后E pc， 导致后张法的p比先张法大。（3）在使用阶段：两者的受力过程是相同的。 开始加荷消压截面开裂承载力极限状态。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,.,（4）在使用阶段： Np0、 Ncr的计算公式 后张法比先张法多一项E pc Ap， 导致后张法的Np0、 Ncr比先张法大。（5）在使用阶段： Nu的计算公式 两者相同， 因此后张法的Nu与先张法相同。,第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计,
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