东大工程结构设计原理课件14预应力结构的基本概念.ppt

2020 3 21 工程结构设计原理 东南大学远程教育 结构设计原理 第七十讲 主讲教师 曹双寅舒赣平 2020 3 21 工程结构设计原理 第70讲 预应力混凝土结构的原理 1 16 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 预压力可减少甚至抵消荷载产生的拉力2施加预应力的目的 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 2020 3 21 工程结构设计原理 第70讲 预应力混凝土结构的原理 3 16 一 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 镦头锚具 弗式锚具 2020 3 21 工程结构设计原理 第70讲 预应力混凝土结构的原理 1 下一讲的主要内容 1 预应力的损失2 局部承压的验算 2020 3 21 工程结构设计原理 东南大学远程教育 结构设计原理 第七十一讲 主讲教师 曹双寅舒赣平 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 第71讲 预应力混凝土结构的原理 8 16 三 张拉控制应力和预应力损失 1 5 1张拉控制应力 con 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 2020 3 21 工程结构设计原理 第71讲 预应力混凝土结构的原理 9 16 三 张拉控制应力和预应力损失 2 5 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 减少措施 减少垫片数量 增加台座的长度 2020 3 21 工程结构设计原理 第71讲 预应力混凝土结构的原理 10 16 三 张拉控制应力和预应力损失 3 5 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 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 T 砼未成型 钢筋伸长 变松 T 共同变形 特点 先张法有 与升温时砼结硬程度有关 计算方法 减少措施 两次升温 在钢模上张拉 共同升温 2020 3 21 工程结构设计原理 第71讲 预应力混凝土结构的原理 11 16 三 张拉控制应力和预应力损失 4 5 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 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 l5 45 25 220 pc fcu 1 15 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 pc fcu 0 5 增加非预应力钢筋 2020 3 21 工程结构设计原理 第71讲 预应力混凝土结构的原理 12 16 三 张拉控制应力和预应力损失 5 5 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 d3m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 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 lI 混凝土预压后的损失 lII l lI lII 最小限量 100 先张法 80 后张法 2020 3 21 工程结构设计原理 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 ltr内预应力效果差 应按实际应力 按照线性 ltr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ltr大 2020 3 21 工程结构设计原理 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 Fl 1 35 c lfcAln 受压承载力验算 间接钢筋对混凝土约束的折减系数 v间接钢筋的体积配筋率 2020 3 21 工程结构设计原理 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 Fl 1 2 conAp 局部受压时的计算底面积 按同心 对称的原则确定 cor配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 东南大学远程教育 结构设计原理 第七十二讲 主讲教师 曹双寅舒赣平 2020 3 21 工程结构设计原理 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 2020 3 21 工程结构设计原理 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 ltr内预应力效果差 应按实际应力 按照线性 ltr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ltr大 2020 3 21 工程结构设计原理 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 Fl 1 35 c lfcAln 受压承载力验算 间接钢筋对混凝土约束的折减系数 v间接钢筋的体积配筋率 2020 3 21 工程结构设计原理 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 Fl 1 2 conAp 局部受压时的计算底面积 按同心 对称的原则确定 cor配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数 2020 3 21 工程结构设计原理 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