建筑结构课件：第3章预应力

第七节预应力混凝土结构基本知识 一.预应力混凝土概念 普通钢筋混凝土的缺点：裂缝出现早，带裂缝工作；高强钢筋使用受到限制；构件刚度小，变形大。解决问题方法：加大截面尺寸；导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。提高混凝土强度等级；对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也不大。采用预应力混凝土 二.预应力混凝土结构的优缺点及应用特点：提高构件的抗裂能力。改善了构件的受力性能。适用于对裂缝要求严格的结构。增大构件刚度。减少构件的变形，适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件。充分利用高强度材料。采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重，适用于跨度大或承受重型荷载的构件。扩大构件的应用范围。提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。施工复杂，对施工技术要求高；造价高 三.施加预应力的方法先张法：张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递过程，需要经过一段传递长度才能完成。后张法：在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。 先张法 后张法 四.钢筋张拉控制应力张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，σcon定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，但如果控制应力过高，会出现以下问题： ①σcon越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。②在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。③有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力达不到预期效果。σcon也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种和施加预应力的方法有关。 五.预应力损失预应力混凝土构件在施工过程中，张拉控制应力并不能完全施加在混凝土上，混凝土得到的应力小于张拉控制应力，二者之差称为预应力损失。混凝土实际得到的应力称为有效应力。当然，我们不希望预应力损失太多，致使有效应力太小。基本概念：有效应力=张拉控制应力σcon-预应力损失σl 预应力损失：①锚具变形引起的预应力损失（先、后张法）②预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失③预应力与承拉设备间的温差引起的损失④钢筋应力松弛引起的预应力损失⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失⑥螺旋式钢筋挤压混凝土引起预应力损失 ①锚具变形引起的预应力损失（先、后张法）原因：锚具与垫板之间，垫板与构件之间，锚具与构件之间的所有缝隙，在预应力作用下被压紧，以及钢筋在锚具内的滑移，都引起预应力钢筋的回缩，造成预应力损失。减少预应力损失措施：采用变形小的锚具，少用垫板；采用长台座。 ②预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失原因：后张法张拉预应力钢筋时，预应力钢筋与孔道壁有接触而产生与张拉方向相反的摩擦阻力。减少损失的措施：采用两端张拉和超张拉。尽可能避免使用连续弯束及超长度束。 ③预应力筋与承拉设备间的温差引起的损失 原因：先张法构件，浇灌混凝土后采用蒸汽养护，升温时，钢筋受热膨胀，而台座距离不变，产生了预应力损失。 ④钢筋应力松弛引起的预应力损失原因：钢筋在高应力下，其长度保持不变的条件下，应力随时间增加而降低的现象，称为钢筋应力松弛。钢筋应力松弛与初始应力大小、持续时间、钢材品种等有关。 特点：初期损失快。减少此项损失的措施：⑴采用低松弛预应力筋；⑵超张拉，使张拉应力为1.1σcon左右，卸荷后再张拉至σcon。 ⑤混凝土收缩、徐变引起的预应力损失原因：徐变使构件长度缩短，预应力钢筋也内缩，造成预应力损失。特点：在总损失中占的比例较大。 减少此项损失的措施：⑴采取措施减少混凝土收缩徐变。⑵采用延长混凝土的受力时间，即控制混凝土的加载龄期。 ⑥螺旋式钢筋挤压混凝土引起的预应力损失d<3m,d>3m,特点：与直径成反比，一般出现在后张法中。构件直径越小，预应力损失越大.《规范》规定，直径不同的构件预应力损失取不同值。 六.预应力混凝土结构计算基本原理承载力计算裂缝宽度验算预应力混凝土构件与钢筋混凝土构件相比：①预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构件迟得多，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接近。②预应力混凝土构件与条件相同的未加预应力的钢筋混凝土构件承载能力相同，故预加应力能推迟裂缝出现，但不能提高承载能力 七.预应力混凝土材料和构件截面形状尺寸1.预应力混凝土结构对钢筋的要求预应力混凝土构件在制作和使用过程中，会出现各种预应力损失，为了在扣除预应力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值，需采用较高的张拉应力，预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。 2.预应力混凝土结构对混凝土的要求不应低于C30，不宜低于C40①强度高预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应力，并可减少构件截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的预压力；②收缩、徐变小可以减少由于收缩、徐变引起的预应力损失；③快硬、早强可以尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接费用。 3.截面形状、尺寸矩形、T形、工形等；尺寸：受弯h=(1/20~1/14)L,甚至可以达到(1/35)L,腹板宽b=(1/15~1/8)h