建筑結(jié)構(gòu)44預應力混凝土結(jié)構(gòu)

1、第四章第四章第四節(jié) 預應力混凝土結(jié)構(gòu)中國民航大學交通工程學院 鋼筋混凝土受拉與受彎等構(gòu)件，由于混凝土抗拉強度及極限拉應變值都很低，所以在使用荷載作用下，通常是帶裂縫工作的。因而對使用上不允許開裂的構(gòu)件，不能充分利用受拉鋼筋的強度。為了要滿足變形和裂縫控制的要求，則需增大構(gòu)件的截面尺寸和用鋼量，這將導致自重過大，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度或承受動力荷載的結(jié)構(gòu)成為不可能或很不經(jīng)濟。4.1.1 4.1.1 預應力混凝土的概念預應力混凝土的概念 預應力砼的提出：預應力砼的提出：普通砼的缺點：a. 在使用荷載下帶裂縫工作：影響耐久，功能！剛度！疲勞性！若不裂，加大截面面積增加自重。不開裂 s = 203

2、0MPab. 難以利用高強度鋼筋。與max對應的s = 200N/mm2。而高強鋼絲可達1860N/mm2 。 預應力砼的基本原理：預應力砼的基本原理： 預應力：在砼結(jié)構(gòu)承受使用荷載之前的制作階段預先對砼施加應力。在構(gòu)件未受力之前，在擬受拉區(qū)施加壓應力，使構(gòu)件在使用荷載下產(chǎn)生的拉應力很大部分被預壓應力抵消。由此達到改善普砼缺點的目的。預應力混凝土結(jié)構(gòu)受力示意圖 預應力混凝土的優(yōu)缺點：預應力混凝土的優(yōu)缺點：優(yōu)點：a. 提高構(gòu)件的抗裂能力b. 增大了構(gòu)件的剛度。f預 f普，耐久性好，耐疲勞，提高抗剪承載力。c. 充分利用高強度材料的性能。d. 擴大了構(gòu)件的使用范圍：減輕自重，加大跨度，提高適用能力

3、。缺點：成本高，材料質(zhì)量要求高。工序復雜，技術水平要求高。 先張法先張法：先張法就是張拉鋼筋先于混凝土構(gòu)件澆筑成型的方法。4.1.2 4.1.2 施加預應力的方法施加預應力的方法先張法先張法預應力混凝土構(gòu)件，預應力是靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力來傳遞的。后張法后張法：后張法就是在構(gòu)件澆筑成型后再張拉鋼筋的施工方法。后張法構(gòu)件中，預應力主要靠鋼筋端部的錨具來傳遞。 后張法后張法4.1.3 4.1.3 預應力混凝土使用的機具預應力混凝土使用的機具錨、夾具：用于固定鋼筋構(gòu)件制作完后，能取下重復使用夾具用于永久固定鋼筋、作為構(gòu)件的一部分 錨具不同種類的錨具，有不同的固定原理。同時固定預應力筋不同。錨具不

4、同則回縮量不同，尺寸外形對構(gòu)件的影響不同。 4.1.4 4.1.4 張拉控制應力張拉控制應力 con 張拉控制應力是指張拉預應力鋼筋時所控制的最大應力值，其值為張拉設備所控制的總的張拉力除以預應力鋼筋面積得到的應力值。 從充分發(fā)揮預應力優(yōu)點的角度考慮，張拉控制應力宜盡可能地定得高一些，con定得高，形成的有效預壓應力高，構(gòu)件的抗裂性能好，且可以節(jié)約鋼材，但如果控制應力過高，會出現(xiàn)以下問題： con越高，構(gòu)件的開裂荷載與極限荷載越接近，使構(gòu)件在破壞前無明顯預兆，構(gòu)件的延性較差。 在施工階段會使構(gòu)件的某些部位受到拉力甚至開裂，對后張法構(gòu)件有可能造成端部混凝土局部受壓破壞。 有時為了減少預應力損失，

5、需對鋼筋進行超張拉，由于鋼材材質(zhì)的不均勻，可能使個別鋼筋的應力超過它的實際屈服強度，而使鋼筋產(chǎn)生較大塑性變形或脆斷，使施加的預應力達不到預期效果。 con也不能定得過低，它應有下限值。否則預應力鋼筋在經(jīng)歷各種預應力損失后，對混凝土產(chǎn)生的預壓應力過小，達不到預期的抗裂效果。 4.1.5 4.1.5 預應力損失及其組合預應力損失及其組合 （1）預應力損失的組成及減少預應力損失的措施）預應力損失的組成及減少預應力損失的措施 鋼筋的張拉控制應力，從開始張拉至構(gòu)件使用；由于張拉工藝和材料特性等原因?qū)⒉粩嘟档?，這種預應力降低的現(xiàn)象稱為預應力損失。預應力損失包括以下6項： 1）錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應力

6、損失l1 當為直線型預應力鋼筋時 slEla1 式中 a張拉端錨具變形和鋼筋回縮值； l張拉端至錨固端之間的距離。 減少此項損失的措施有： 選擇變形小或預應力鋼筋內(nèi)縮小的錨具，盡量減少墊板數(shù)； 對先張法構(gòu)件，選擇長臺座。 2）預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失 l221 1lconkxe式中 k考慮孔道局部偏差對摩擦影響的系數(shù)： x張拉端至計算截面的孔道長度，可近似取該孔道在縱軸上的投影長度， 預應力鋼筋與孔道壁的摩擦系數(shù)， 從張拉端至計算截面曲線型孔道部分切線當0.2kx2 ()lconkx的夾角（以弧度計）。 減少該項損失，可采取以下措施： 對較長的構(gòu)件可在兩端進行張拉；采用超張拉

7、，張拉程序可采用：conconconmin2min285. 01 . 10荷載荷載 當?shù)谝淮螐埨?.1con時，預應力鋼筋應力沿EHD分布，當張拉應力降至0.85con，由于鋼筋回縮受到孔道反向摩擦力的影響，預應力沿FGHD分布，當再張拉至con時，鋼筋應力沿CFGHD分布，可見，超張拉鋼筋中的應力比一次張拉至con的應力分布均勻，預應力損失要小一些。 一端張拉一端張拉兩端張拉兩端張拉超張拉超張拉3）混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的損失 l3 為了縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，混凝土常采用蒸汽養(yǎng)護辦法。升溫時，新澆的混凝土尚未結(jié)硬，預應力筋與臺座之間的溫差t使鋼筋受熱

8、自由伸長，但兩端的臺座是固定不動的，即距離保持不變，于是鋼筋就松了，鋼筋的應力降低；降溫時，預應力鋼筋與混凝土已黏結(jié)成整體，加上兩者的溫度線膨脹系數(shù)相近，二者能夠同步回縮，放松鋼筋時因溫度上升鋼筋伸長的部分已不能回縮，因而產(chǎn)生了溫差損失。僅先張法構(gòu)件有該項損失。 l3=2t （N/mm2）減少此項損失的措施有： 采用二次升溫養(yǎng)護。先在常溫下養(yǎng)護至混凝土強度等級達到C7.5C10，再逐漸升溫至規(guī)定的養(yǎng)護溫度，這時可認為鋼筋與混凝土已結(jié)成整體，能夠一起脹縮而不引起預應力損失; 在鋼模上張拉預應力鋼筋。由于鋼模和構(gòu)件一起加熱養(yǎng)護，升溫時兩者溫度相同，可不考慮此項損失。 4）鋼筋應力松弛引起的預應力損

9、失l4 鋼筋的應力松弛是指鋼筋在高應力作用下及鋼筋長度不變條件下，其應力隨時間增長而降低的現(xiàn)象。 鋼筋應力松弛有以下特點特點： 應力松弛與時間有關，開始快，以后慢； 應力松弛與鋼材品種有關。冷拉鋼筋、熱處理鋼筋的應力松弛損失比碳素鋼絲、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線要?。粡埨刂茟on高，應力松弛大。 采用超張拉可使應力松弛損失有所降低。超張拉程序為:concon0) 1 . 105. 1 (0min2持荷因為在較高應力下持荷兩分鐘所產(chǎn)生的松弛損失與在較低應力下經(jīng)過較長時間才能完成的松弛損失大體相當，所以經(jīng)過超張拉后再張拉至con時，一部分松弛損失已完成。5）混凝土的收縮徐變引起的預應力損失l5 混

10、凝土結(jié)硬時產(chǎn)生體積收縮，在預壓力作用作用下，混凝土會發(fā)生徐變，這都會使構(gòu)件縮短，構(gòu)件中的預應力鋼筋跟著回縮，造成預應力損失。 先張法構(gòu)件先張法構(gòu)件 151/28045 151/2804555cupclcupclff后張法構(gòu)件后張法構(gòu)件 151/28035 151/2803555cupclcupclff式中 pc, pc分別為完成第一批預應力損失 后受拉區(qū)、受壓區(qū)預應力鋼筋合力點處混凝土法向壓應力；fcu施加預應力時混凝土的實際立方體抗壓強度。一般fcu不等于構(gòu)件混凝土的立方體強度fcu ，但要求 fcu0.75 fcu； ， 受拉區(qū)、受壓區(qū)預應力鋼筋和非預應力鋼筋的配筋率。 先張法構(gòu)件 00A

11、AAAAAspsp 后張法構(gòu)件 nspnspAAAAAA 式中 Ap ,Ap分別為受拉區(qū)和受壓區(qū)預應力鋼筋截面面積，對稱配筋的構(gòu)件，取，此時配筋率應按鋼筋截面面積的一半進行計算； A0 ,An分別為混凝土換算截面積、凈截面面積。 后張法構(gòu)件收縮徐變損失比先張法構(gòu)件小，原因是后張法構(gòu)件在施加預應力時，混凝土的收縮已完成一部分。以上公式適用于一般相對濕度環(huán)境，高濕度環(huán)境下，l5，l5應降低，反之則增加。 減少此項損失的措施有： 采用高標號水泥，減少水泥用量，降低水灰比； 采用級配良好的骨料，加強振搗，提高混凝土的密實性； 加強養(yǎng)護，以減少混凝土的收縮， 控制混凝土應力pc，要求 ,以防止發(fā)生非線性徐變。 cupcf 5 . 06）用螺旋式預應力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件由于混凝土的局部擠壓引起的預應力損失l6 僅后張法有這項損失。當D3m，l6=30MPa，當D3m，不考慮該項損失。此處D為環(huán)形構(gòu)件的直徑。 （2）預應力損失值的組合）預應力損失值的組合 為了計算