第十章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容即本學(xué)期的三部分內(nèi)容 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 單層工業(yè)廠房 多層框架 各部分之間相互獨立。2014.8.30 太原理工大學(xué)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能chapter 10康錦霞主講 聯(lián)系方式：本章提要 了解預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念及優(yōu)缺點； 掌握預(yù)應(yīng)力混凝土損失的計算和采取的措施； 熟練掌握預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計計算方法； 熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土的構(gòu)造要求。 了解部分預(yù)應(yīng)力混凝土與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念。 10.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本知識一、預(yù)應(yīng)力混凝土的原理木桶 鋸自行車抱書法國的弗萊西奈預(yù)應(yīng)力混凝土之父 1928年法國E.Freyssinet提出預(yù)應(yīng)力混凝土概念。 脆性材料變

2、為彈性材料全預(yù)應(yīng)力混凝土 有限預(yù)應(yīng)力混凝土 部分預(yù)應(yīng)力混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土成為專門的學(xué)科分支 預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等。 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件就是在構(gòu)件受外荷載以前，對混凝土受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力的構(gòu)件。 混凝土的缺點產(chǎn)生的問題 原因混凝土抗拉強度太低; 普通混凝土抗拉強度為抗壓強度的1/61/20,混凝土的抗拉的應(yīng)變?yōu)榭箟簯?yīng)變的1/151/20, 極限拉應(yīng)變值約為0.1X10-30.15X10-3即每米只能伸長0.10.15mm,此時鋼筋的應(yīng)力為EsXt= 2X105X( 0.1X10-30.15X10-3 ) =2030Mpa 遠小于鋼筋的屈服強度.裂縫跨度為0.20.3mm

3、 受拉鋼筋的應(yīng)力小于270Mpa，接近HPB300的屈服強度。因此普通混凝土構(gòu)件均為帶裂縫工作。而高強鋼筋的強度可以到達 1860 Mpa這樣的鋼材在普通混凝土中無法使用。問題 鋼筋混凝土梁使用大跨結(jié)構(gòu)時出現(xiàn)如下問題：1）增加剛度而加大截面尺寸，導(dǎo)致自重增大形成惡性循環(huán) 2）增加鋼筋來提高剛度，則鋼筋的強度不能充分利用，造成浪費。 3）采用高強鋼筋，按正截面承載力可以減少配筋，截面抗彎剛度基本與配件面積成比例降低，故撓度變形控制難以滿足。設(shè)計控制條件 一般鋼筋混凝土梁（reinforced concrete）（RC）由承載力控制 大跨鋼筋混凝土梁由變形控制 高強鋼筋的混凝土由裂縫寬度控制原理預(yù)

4、壓應(yīng)力作用荷載作用共同作用二、 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點加載加載*提高剛度和抗裂度提高剛度和抗裂度*減輕結(jié)構(gòu)自重減輕結(jié)構(gòu)自重*提高梁的抗扭和抗剪承載力，提高梁的抗扭和抗剪承載力，但不提高抗彎承載力但不提高抗彎承載力*提高梁的抗疲勞承載力保護鋼提高梁的抗疲勞承載力保護鋼筋免受大氣腐蝕筋免受大氣腐蝕總結(jié)：優(yōu)點抗裂性能好；耐久性好、剛度大、變形?。豢衫酶邚姸蠕摻顪p輕自重；可提高構(gòu)件的抗剪能力；提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性；可提高構(gòu)件的抗疲勞強度；缺點：施工復(fù)雜、計算復(fù)雜 二、預(yù)應(yīng)力混凝土分類 1.根據(jù)張拉預(yù)應(yīng)力筋的順序分 先張法和后張法見flashpre-tension method post-tension

5、method張拉鋼筋并在臺座上固定澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設(shè)計強度的70%以上時剪斷鋼筋澆混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道在構(gòu)件中預(yù)留孔道中穿鋼筋并張拉錨固灌漿特點 先張法特點： 需要臺座千斤頂傳力架和錨具； 錨具可以重復(fù)使用； 適應(yīng)在預(yù)制廠預(yù)制； 臺座較長可以減少損失保證強度和剛度等優(yōu)點。 后張法特點：不用臺座；可現(xiàn)場張拉；需要灌漿留孔等工藝 先張法的施工設(shè)備先張法的施工設(shè)備 ( (一一) )臺座臺座 1、要求：有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性；滿足生產(chǎn)工藝的要求。 2、形式： 墩式(傳力墩、臺面、橫梁) 長度100150m，適于中、小型構(gòu)件。 墩式臺座的幾種形式如圖圖6-26-2所示。 槽式(傳

6、力柱、上下橫梁、磚墻) 長4576m，適于雙向預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,易于蒸汽養(yǎng)護。 槽式臺座如圖圖6-36-3所示。 槽式臺座2.根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋的不同分為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋；相應(yīng)的混凝土分為有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋：混凝土和鋼筋之間通過粘結(jié)共同工作，鋼筋應(yīng)力與同一位置的混凝土應(yīng)力相等。 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋：鋼筋和混凝土之間可以自由滑動，鋼筋應(yīng)力處處相等 。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋圖片圖片有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土先張法生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無粘結(jié)預(yù)應(yīng)

7、力混凝土后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點造價低，便于以后再次張拉或更換預(yù)應(yīng)力鋼筋3.根據(jù)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的方法分為機械張拉、電熱式張拉和自張法 機械張拉：用千斤頂?shù)葯C械工具直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。如液壓千斤頂、電動螺桿 電熱式張拉：低電壓強電流通過鋼筋使其發(fā)熱伸長，達設(shè)計要求時斷電。原理：熱脹冷縮。 自張法 ：用自應(yīng)力水泥制成混凝土，結(jié)硬時混凝土膨脹帶動混凝土中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產(chǎn)生壓力。4.根據(jù)預(yù)應(yīng)力度分為全預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力和鋼筋混凝土。 預(yù)應(yīng)力度定義為： 受彎構(gòu)件 軸心受拉構(gòu)件。NN0MM0分類全預(yù)應(yīng)力混凝土 部分預(yù)應(yīng)力混凝土 鋼筋混凝土 1010全預(yù)應(yīng)力和部

8、分預(yù)應(yīng)力使用荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力或裂縫全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件使用荷載下允許混凝土受拉區(qū)產(chǎn)生寬度不大的裂縫部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件5根據(jù)施加預(yù)應(yīng)力的大小分為全預(yù)應(yīng)力混凝土、有限預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力的大小全預(yù)應(yīng)力混凝土：在使用荷載作用下截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力。特點：抗裂性能好，抗疲勞性能好，反拱值過大，延性較差。 有限預(yù)應(yīng)力混凝土：是指在使用荷載作用下出現(xiàn)拉應(yīng)力但不開裂。特點：反拱值減小，但仍是脆性破壞。部分預(yù)應(yīng)力混凝土：是指在使用荷載作用下出現(xiàn)裂縫但是裂縫寬度受限制。特點：合理控制裂縫，節(jié)約鋼材，反拱值減小，延性較好綜合經(jīng)濟效果好，但是計算復(fù)雜。 三、預(yù)應(yīng)力的計算方法1.近似按彈性材料計算（材

9、力）規(guī)范2.壓力線法：壓力線是指各截面上相應(yīng)的混凝土壓應(yīng)力合力作用點相連而成的壓力線。3.荷載平衡法：由林同炎教授于1963年在美國提出，他認(rèn)為預(yù)應(yīng)力鋼筋對混凝土的作用當(dāng)成反向的荷載。有興趣可以參閱林同炎預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)四、施加預(yù)應(yīng)力的方法直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C械工具直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋電熱法：低電壓強電流通過鋼筋使其發(fā)熱伸長，達設(shè)計要求時斷電連續(xù)配筋法：用旋轉(zhuǎn)工作臺將預(yù)應(yīng)力筋纏繞于混凝土塊體上或水池壁上自張法：用自應(yīng)力水泥制成混凝土，結(jié)硬時混凝土膨脹帶動混凝土中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產(chǎn)生壓力直接加壓法：用千斤頂直接在構(gòu)件兩端加力使其獲得預(yù)壓力五、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的錨、夾具及張拉設(shè)備夾具是

10、指當(dāng)構(gòu)件制成后能夠取下重復(fù)使用的。錨具是指當(dāng)構(gòu)件制成后留在構(gòu)件上不再取下的。建筑工程中常用的錨具有：螺絲端桿錨具、錐形錨具、鐓頭錨具、夾具式錨具。夾具式錨具主要有JM12型（錨固36根直徑d=12mm的鋼筋束）QM型（群錨可錨固多根鋼絞線）、XM型（斜錨）等。對錨具的要求：安全可靠、不產(chǎn)生滑移、構(gòu)造簡單、使用方便。 錨具和夾具夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后夾具的作用即消失錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。錨具和夾具螺絲端桿 LM型螺絲端桿錨 用于預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉錨固，依靠對焊與預(yù)應(yīng)力鋼筋連接。錨具和夾具鋼質(zhì)錐形夾具錐形夾具可分為圓錐齒板

11、式夾具和圓錐槽式夾具夾具式錨具錨具和夾具墩頭錨具鐓頭夾具:采用鐓頭夾具時，將預(yù)應(yīng)力筋端部熱鐓或冷鐓，通過承力分孔板錨固。夾具式錨具夾具式錨具QM型錨具與XM型錨具相似，它也是由錨板和夾片組成但錨孔是直的，錨板頂面是平的，夾片垂直開縫。此外，備有配套喇叭形鑄鐵墊板與彈簧等。夾具式錨具JM12型無粘結(jié)鋼絲束鐓頭錨具 無粘結(jié)鋼絞線夾片式錨具常采用XM型錨具，其固定端采用壓花成型埋置在設(shè)計部位，待混凝土強度等級達到設(shè)計強度后，方能形成可靠的粘結(jié)式錨頭。 錨具根據(jù)受力性能分為摩擦型錨具錨具根據(jù)受力性能分為粘結(jié)型錨具：利用構(gòu)件端部預(yù)留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋灌漿口（灌漿錨固）6 8螺旋筋8箍筋

12、3鉛絲線圈預(yù)應(yīng)力筋錨具根據(jù)受力性能分為承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在端部預(yù)應(yīng)力筋墊板螺絲桿端螺母對焊接頭張拉設(shè)備： 拉桿式千斤頂(YL60)，穿心式千斤頂(YC60、YC20、YC18。配置撐腳和拉桿等附件后,可作為拉桿式千斤頂使用。 穿心式千斤頂六、預(yù)應(yīng)力混凝土所用的材料 1. 鋼筋強度高；與混凝土間有足夠的粘結(jié)力；良好的加工性能；具有一定的塑性。要求鋼筋熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、（冷拔低碳鋼絲、冷拉鋼筋） 2）冷拉鋼筋：由熱軋鋼筋在常溫下用機械拉伸而成的。冷拉鋼筋為軟鋼，也分為四個級別。 分別用 ALBLCLDL表示。（現(xiàn)在用的較少） 3）消除應(yīng)力鋼

13、絲：將鋼筋拉拔后，校直，經(jīng)中溫回火消除應(yīng)力并穩(wěn)定化處理的鋼絲。它為硬鋼 光面鋼絲（分為 P4、P5、P6、P7、P8和P9六個級別）、現(xiàn)行規(guī)范有P5、 P7 P9 螺旋肋鋼絲（分為 H4、H5、H6、H7、H8和H9六個級別）現(xiàn)行規(guī)范有H5、 H7 H9 刻痕鋼絲（是指在光面鋼絲表面進行刻痕處理，來增加與混凝土的粘結(jié)能力，分為I5和I7兩種）三種。(取消) 4）鋼絞線：由多根高強鋼絲捻制在一起經(jīng)過低溫回火處理清除應(yīng)力后而成的。鋼絞線的直徑是指鋼絞線的外接圓直徑即公稱直徑。分為3股和7股兩種，用S表示。公稱直徑無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束新增加或改變名稱的 中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲分為光面和螺旋肋 兩種公稱直徑為5、

14、7和9三種。光面用 表示螺旋肋 表示。 預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋分為公稱 直徑18、25、32、40、50五種。用 表示。 5）冷拔低碳鋼絲：把低碳鋼冷拔而成的鋼絲。根據(jù)力學(xué)指標(biāo)可分為甲級和乙級兩類。 6）熱處理鋼筋：將特定強度鋼筋再加熱、淬火和回火等調(diào)質(zhì)工藝處理的鋼筋。熱處理鋼筋有40si2Mn、48si2Mn和45si2Cr三種，用HT表示。(取消) 7）冷軋帶肋鋼筋：采用低碳熱軋的盤圓鋼筋進行冷軋減徑，并在其表面軋出橫肋的鋼筋。鋼筋級別有CRB550 、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170用AR表示具體見冷軋帶肋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ95。粘結(jié)性能好，適用于鋼筋混凝土板類

15、構(gòu)件配筋。 8）冷軋扭鋼筋：以HPB235級盤圓鋼筋為原料，經(jīng)冷軋扁平狀并經(jīng)扭轉(zhuǎn)而成的鋼筋。公稱直徑為6.514mm，抗拉強度設(shè)計值為360kN/mm2，其強度比原材料提高將近一倍，但延性較差，一般可用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力鋼筋。具體見冷軋扭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ115。分類 我國目前在預(yù)應(yīng)力混凝土中使用的預(yù)應(yīng)力鋼筋主要有鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋。 鋼絞線是有直徑56mm的高強度鋼絲攆制成的。用三根鋼絲捻制成的鋼絞線，其結(jié)構(gòu)為1X3，公稱直徑有8.6mm、10.8mm、12.9mm。 鋼絲可分為冷拉鋼絲和消除應(yīng)力鋼絲。 按外形可分為圓鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲。 按應(yīng)力松弛性能分為普通松弛即級松弛和低松弛即級松弛。 熱處理鋼筋是用熱軋的螺紋鋼筋經(jīng)淬火和回火的調(diào)質(zhì)熱處理而成的。 按外形可分為有縱肋和無