結(jié)構(gòu)選型1課件(第八章).ppt

1、第八章: 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一般知識(shí),本章重點(diǎn) 1了解預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念。 2了解施加預(yù)應(yīng)力的方法和在實(shí)際工程中 的應(yīng)用。 3. 了解產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的各種原因及控制措施 4.理解軸心受拉構(gòu)件受力的全過(guò)程以及各階段的應(yīng)力狀態(tài)和計(jì)算方法。,5注意預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件截面計(jì)算包括使用和施工兩個(gè)階段。 使用階段包括承載力和抗裂度的計(jì)算； 施工階段包括張拉鋼筋時(shí)對(duì)構(gòu)件的承載力驗(yàn)算，構(gòu)件張拉端（錨固區(qū)）局部承壓的驗(yàn)算； 6熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求。,8-1 預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念,由于混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，使普通鋼筋混凝土受拉、受彎等構(gòu)件存在以下缺陷： 1）通常是帶裂縫工作； 2）難以用于大跨度

2、或承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)成為不可能或很不經(jīng)濟(jì)。 3）難以利用高強(qiáng)度鋼筋。與wmax對(duì)應(yīng)的s = 200N/mm2。 而高強(qiáng)鋼絲強(qiáng)度可達(dá)1600N/mm2以上 。,一、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本原理 預(yù)應(yīng)力：在混凝土結(jié)構(gòu)承受使用荷載之前的制作階段預(yù)先對(duì)混凝土施加應(yīng)力。,施工階段,使用階段,日常生活中有許多應(yīng)用預(yù)應(yīng)力的例子。,(1)用預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土構(gòu)件施加預(yù)壓應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力 混凝土梁 在荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力的地方，預(yù)先用預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)它施加壓應(yīng)力，來(lái)部分或全部抵消荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。,施加預(yù)應(yīng)力 可提高混凝土構(gòu)件的抗裂性； 利用預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱抵消恒載引起的撓度； 更充分地利用高強(qiáng)鋼材的抗拉性能和高強(qiáng)混凝土

3、的抗壓性能； 可減小截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，以便應(yīng)用到大跨和高層中。,(2)不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,預(yù)彎型鋼組合梁 預(yù)制起拱的焊接工字梁; 對(duì)工字梁加載，使鋼梁變直, 再澆筑部分混凝土； 待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，卸下荷載，利用工字梁反彈，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力； 澆混凝土疊合層，形成疊合梁； 施加使用荷載。,目前這種預(yù)彎型鋼組合簡(jiǎn)支梁的跨度已達(dá)40 m 。若應(yīng)用二次澆筑，形成預(yù)彎型鋼組合連續(xù)梁，更能充分發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，最大跨度可達(dá)80 m 。 這種新型預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)自重輕、承載力高、撓度小、結(jié)構(gòu)高度小，又易于施工，在城市立交橋中有很好的應(yīng)用前景。,p,(2)不用預(yù)應(yīng)力鋼筋也可對(duì)結(jié)

4、構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力,設(shè)想在兩山之間要建一座無(wú)筋混凝土橋： 搭臨時(shí)支架，鋪預(yù)制混凝土塊； 用一排千斤頂對(duì)預(yù)制混凝土塊施加預(yù)應(yīng)力； 在千斤頂之間澆筑混凝土； 達(dá)到必要的強(qiáng)度后卸下千斤頂； 在原千斤頂所占位置再補(bǔ)澆混凝土； 拆下臨時(shí)支架，一座不用預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力橋梁就建成了。(這和用手搬書的道理是一樣的),對(duì)一塊薄板施加預(yù)應(yīng)力會(huì)不會(huì)使薄板失穩(wěn)呢? 當(dāng)壓桿有偶然偏心或偶然側(cè)向力作用而彎曲后，附加的力矩可能使構(gòu)件越來(lái)越彎曲，甚至導(dǎo)致破壞，這就是失穩(wěn)。軸向力作用下的薄板或長(zhǎng)細(xì)桿件有可能發(fā)生失穩(wěn)。,(3)預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力,預(yù)應(yīng)力是一個(gè)內(nèi)力，當(dāng)一塊預(yù)應(yīng)力薄板發(fā)生偶然彎曲后，預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的附加力矩以及彎曲后的預(yù)應(yīng)力筋

5、對(duì)混凝土板的側(cè)壓力與偶然彎曲方向相反，將使構(gòu)件變直?？梢姡A(yù)應(yīng)力不但不會(huì)使壓桿失穩(wěn)，而且會(huì)使壓桿更加穩(wěn)定。這就不難理解為什么有時(shí)我們會(huì)對(duì)預(yù)制長(zhǎng)柱、長(zhǎng)樁施加預(yù)應(yīng)力了。,桿件截面中心,（4）預(yù)應(yīng)力的其他應(yīng)用,預(yù)應(yīng)力的概念還有更普遍的意義。上面提到預(yù)應(yīng)力可使不能受拉的木盆拼縫“受拉”，同樣也可使抗拉強(qiáng)度很低的混凝土變得似乎可以承受很大的“拉應(yīng)力”。事實(shí)上，預(yù)應(yīng)力只是把受拉的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)壓應(yīng)力減少的過(guò)程。 根據(jù)同樣的原理，也可施加預(yù)拉應(yīng)力，使不能受壓的材料變得似乎可以受壓。氣球薄膜本不能受壓，若充氣打壓先使薄膜承受拉應(yīng)力，只要預(yù)拉應(yīng)力足夠大，超過(guò)荷載作用下薄膜的壓應(yīng)力，則此結(jié)構(gòu)就可以承受荷載。,（4）

6、充氣結(jié)構(gòu)(Balloon Structure ),（4）充氣結(jié)構(gòu)(Balloon Structure ),氣管（囊）式 充氣結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)隔熱性能好，但工作壓力稍大，對(duì)材料的強(qiáng)度、氣密性等質(zhì)量要求也較高，造價(jià)也比氣承式充氣結(jié)構(gòu)高。 充氣結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)混合使用，效果也很好。,（5）張拉膜(Membrance in tension ),張拉膜 近年在旅游景點(diǎn)出現(xiàn)的張拉膜結(jié)構(gòu)也是預(yù)應(yīng)力概念的應(yīng)用實(shí)例之一,可伸長(zhǎng)的撐桿,（6）預(yù)應(yīng)力錨桿,黃河小浪底工程 預(yù)防山體滑坡的預(yù)應(yīng)力錨桿,擋土墻 的錨桿,預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的優(yōu)缺點(diǎn) 提高構(gòu)件的抗裂度和剛度； 可以合理地、有效地采用高強(qiáng)度鋼筋和混凝土、節(jié)約鋼材； 預(yù)

7、應(yīng)力混凝土鋼筋和混凝土的應(yīng)力變化幅度小，在重復(fù)荷載下，抗疲勞性能較好。 但其缺點(diǎn)是構(gòu)造、施工和計(jì)算均較鋼筋混凝土構(gòu)件復(fù)雜，且延性較差；且抗震延性差一些,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 通常通過(guò)機(jī)械張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)給混凝土施加預(yù)應(yīng)力。按照張拉鋼筋與澆灌混凝土的先后次序，分為以下兩種。 先張法鋼筋張拉先于混凝土澆筑 后張法鋼筋張拉后于混凝土澆筑,1、先張法,張拉鋼筋 支模、澆混凝土 混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度剪鋼絲 產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力,2、后張法,澆混凝土，預(yù)留孔道 達(dá)到強(qiáng)度，穿筋 張拉鋼筋，錨固 產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 孔道灌漿,金屬波紋管,思考二種張拉方式是依靠什么來(lái)傳遞預(yù) 應(yīng)力的！ 先張法靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力來(lái)傳遞預(yù)應(yīng)力。

8、 后張法依靠鋼筋端部的錨具來(lái)傳遞和保留預(yù)應(yīng)力。,三、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的錨具和夾具,（用于張拉單根預(yù)應(yīng)力筋）,墩頭錨具,JM-12錨具,錨固端圖,張拉端圖,波紋管 （內(nèi)鋼絞線）,四、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件對(duì)材料的要求 1. 鋼筋 預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用鋼絲、鋼鉸線，也可采用熱處理鋼筋； 2. 混凝土 一般要求不應(yīng)低于C30；采用鋼絲，鋼鉸線，熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于 C40。,7股鋼絞線 強(qiáng)度可高達(dá)1860MPa,8-2 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)的一般規(guī)定,一、張拉控制應(yīng)力con con：張拉鋼筋時(shí)，張拉設(shè)備上的測(cè)力計(jì)所指示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力筋面積。 con的確定原則：與預(yù)應(yīng)力的施加方

9、式及鋼筋的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fptk有關(guān)。,確定con時(shí)考慮的因素 con 增加。產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力大，抗裂性好。 所以 con 0.4 fptk。 con 過(guò)高，可能引起張拉時(shí)個(gè)別鋼絲拉斷，所以 ，控制應(yīng)力的大小必須適當(dāng)。 con 過(guò)高，施工階段可能引起構(gòu)件某些部分受拉開裂或局部受壓破壞。,在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應(yīng)力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉及臺(tái)座之間的溫差損失時(shí)，可以提高0.05fptk。,二、預(yù)應(yīng)力損失l 預(yù)應(yīng)力筋張拉后，由于各種原因其張拉應(yīng)力會(huì)下降，這一現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。 引起預(yù)應(yīng)力損失的原因有六大類。先分別找出這些損失出現(xiàn)的原因，再根據(jù)先張法和后張法的施工特點(diǎn)，了解不同預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算和

10、組合。,1、張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l1,張拉端錨具變形和鋼筋回縮量,張拉臺(tái)座的長(zhǎng)度,減少此項(xiàng)損失的措施： 選擇錨具變形小或使預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨具、夾具，盡量少用墊板，每增加一塊墊板，值就增加1mm。 增加臺(tái)座長(zhǎng)度L。,2、預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的損失 l2 指在后張法構(gòu)件張拉鋼筋時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁之間的摩擦而引起。 減少摩擦損失的措施 兩端張拉 超張拉 3、受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差t引起的預(yù)應(yīng)力損失l3,減少此項(xiàng)損失的措施,采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)。 鋼摸上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋,4、 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的損失l4 應(yīng)力松弛現(xiàn)象：指鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)下，由于鋼

11、筋的塑性變形而使應(yīng)力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而降低的現(xiàn)象。 應(yīng)力松弛損失的特點(diǎn)：與預(yù)應(yīng)力鋼筋種類有關(guān)；與張拉時(shí)間有關(guān) 減少l4的措施有：進(jìn)行超張拉。 5、 混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失l5 此項(xiàng)損失約占預(yù)應(yīng)力總損失的一半以上。,6、用螺旋式預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失l6 d3m時(shí) 6 = 30N/mm2 d3m時(shí) 6 = 0 三、預(yù)應(yīng)力損失值的組合 混凝土預(yù)壓前（第一批）完成的損失lI； 混凝土預(yù)壓后（第二批）完成的損失lII。,預(yù)應(yīng)力損失值的組合表,8-3 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算的一般原理,一、計(jì)算內(nèi)容 1、使用階段包括承載力和抗裂度的計(jì)算； 2、施工階段包括張拉

12、（或放松）鋼筋對(duì)構(gòu)件的承載力驗(yàn)算，構(gòu)件張拉端（錨固區(qū)）局部承壓的驗(yàn)算，受彎構(gòu)件還需進(jìn)行抗裂度驗(yàn)算。 在使用階段計(jì)算中，除承載力計(jì)算同普通鋼筋凝土一樣外，抗裂度計(jì)算也必須予以充分重視。,二、預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算和驗(yàn)算 注意：混凝土開裂前截面應(yīng)力可按材料力學(xué) 方法分析；開裂后及破壞階段，材料力學(xué)公式不再適用。 （一）先張法構(gòu)件 1.施工階段,預(yù)應(yīng)力筋的有效拉應(yīng)力,混凝土受到壓應(yīng)力,非預(yù)應(yīng)力筋受到壓應(yīng)力,砼有效預(yù)應(yīng)力,p,s,pcII,p,s,完成第二批損失之后：,由截面平衡條件得：,式中：A0 換算截面面積， A0 = Ac +Es As + E Ap 。,扣除孔道、鋼筋等截面面積后截面上的混

13、凝土截面面積。,2.使用階段,受力過(guò)程的三個(gè)特征點(diǎn)：,加載至混凝土應(yīng)力為零：,分析：Np0截， pcII,加載至構(gòu)件破壞：,（二）后張法構(gòu)件 1.施工階段,預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后：(完成lI),完成第二批損失后：,截面平衡： p Ap = cAc + s As,2.使用階段,消壓 (加載到混凝土應(yīng)力為零),構(gòu)件加載達(dá)到極限承載力：,先張法、后張法軸心受力構(gòu)件各階段的應(yīng)力狀態(tài)及公式的表達(dá)有什么共同點(diǎn)和差異。,想一想：,先張法、后張法應(yīng)力計(jì)算公式比較,（三）使用階段計(jì)算,1.正截面承載力計(jì)算,2. 裂縫控制驗(yàn)算,(1)嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 (一級(jí)),ck 按荷載短期效應(yīng)值合求得的砼的正應(yīng)力,pc 扣

14、除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力,意義：在荷載短期效應(yīng)組合下，不出現(xiàn)拉應(yīng)力。,(2)一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 (二級(jí)),標(biāo)準(zhǔn)組合：ck pc ftk,準(zhǔn)永久組合：cq pc 0,其中,按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計(jì)算的軸向力,意義：在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下，允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但一定有限值；在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合下，不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。,（四）施工階段驗(yàn)算,先張法：放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)構(gòu)件承載力驗(yàn)算。,后張法：張拉鋼筋時(shí)構(gòu)件承載力驗(yàn)算，端部錨固區(qū)局壓驗(yàn)算。,1.張拉（或放松）預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，構(gòu)件的承載力驗(yàn)算,要求砼預(yù)壓應(yīng)力,張拉端錨具布置圖,本章小結(jié) 1. 對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，可以提高構(gòu)件的抗裂度和剛度，在