第十一章+預應力溷凝土結構的受力性能.ppt

1、第十一章 預應力混凝土結構的受力性能,同濟大學土木工程學院建筑工程系顧祥林,混凝土結構基本原理,一、基本概念 1. 預應力混凝土的特點,*提高剛度和抗裂度,*減輕結構自重,*提高梁的抗扭和抗剪承載力，但不提高抗彎承載力,*提高梁的抗疲勞承載力保護鋼筋免受大氣腐蝕,一、基本概念 2. 先張法和后張法,一、基本概念 3. 有粘結和無粘結預應力混凝土,先張法生產的預應力混凝土構件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產的預應力混凝土構件,受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小,一、基本概念 3. 有粘結和無粘結預應力混凝土,后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產的預應力混凝土構件,造價低，便于以后再次張

2、拉或更換預應力鋼筋,一、基本概念 4. 全預應力和部分預應力,全預應力混凝土構件,部分預應力混凝土構件,二、施加預應力的方法 1. 張拉預應力筋的方法,*直接張拉法：用千斤頂等機械工具直接張拉預應力鋼筋,*電熱法：低電壓強電流通過鋼筋使其發(fā)熱伸長，達設計要求時斷電,*連續(xù)配筋法：用旋轉工作臺將預應力筋纏繞于混凝土塊體上或水池壁上,*自張法：用自應力水泥制成混凝土，結硬時混凝土膨脹帶動混凝土中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產生壓力,*直接加壓法：用千斤頂直接在構件兩端加力使其獲得預壓力,二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具,*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構件上，剪斷預應力筋后夾具的作用

3、即消失,*錨具：永久地留在構件上，如錨具失效構件中的預應力將全部消失。,二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具,摩擦型錨具,二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具,墩頭錨具,二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具,粘結型錨具：利用構件端部預留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預應力鋼筋,二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具,承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預應力鋼筋錨固在端部,三、預應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力；良好的加工性能和一定的塑性,要求,處于侵蝕介質中的預應力混凝土構件，不宜采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線等作為預應力鋼筋,鋼筋,冷拉鋼

4、筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、冷拔低碳鋼絲,注意,對直接承受動荷載的預應力混凝土構件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋,三、預應力混凝土所用的材料 2. 混凝土,C30,一般預應力混凝土構件,采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線的預應力混凝土構件,C40,四、張拉控制應力con的確定 1. con對結構的影響,使構件出現(xiàn)脆性破壞,con越大，混凝土中的預壓應力越大，但過大會產生如下問題,預應力筋過早進入流幅，降低其塑性,增加鋼筋的松弛損失,四、張拉控制應力con的確定 2. con的取值,預應力鋼筋屈服強度的0.50.9,冷拉鋼筋,預應力鋼筋極限抗拉強度的0.40.75,預應力

5、鋼筋極限抗拉強度的0.40.70,碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線,冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋,五、預應力損失值 1. 預應力損失的種類,前期損失或第一批損失,如錨具變形、管道摩擦、臺座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛損失等,后期損失或第二批損失,如混凝土收縮徐變、局部擠壓損失等,五、預應力損失值 1. 預應力損失的種類,前期損失或第一批損失,后期損失或第二批損失,預應力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應予分項計算，然后相加確定總的損失值,但各項預應力損失值又不是截然無關的。試圖求得各項預應力損失的“凈值”是很困難的。,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,后張法中，張拉鋼筋時，鋼筋在孔道中滑動，就會產生摩擦力,*孔

6、道偏差等因素引起的,*曲線型孔道而引起的,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,負號表示dP1和Px方向相反,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數，教材表10-2,預應力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數，教材表10-2,五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2,采用超張拉可以減少l2,0,1.1con停2分鐘,0.85con停2分鐘,con,五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,由于錨具、墊塊本身的變形，其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失,張拉端至錨固

7、端之間的距離,預應力鋼筋的彈性模量,張拉端錨具的變形和鋼筋的內縮值，見教材表10-3,五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,應注意的幾個問題,*由塊體拼裝的結構，尚應考慮填逢間的預壓變形。當采用混凝土或砂漿為填逢材料時，每條縫的預壓變形值為1mm,*先張法構件，當臺座長度超過100m時，可忽略l1,*后張法構件，l1只考慮張拉端，因錨固端錨具在張拉過程中已被壓緊,五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,應注意的幾個問題,*此式不適用于曲線配筋的后張法構件（具體算法可參考相關文件）,五、預應力損失值 4. 溫差應力損失l3,混凝土蒸汽養(yǎng)護時,預應力鋼筋與臺座之間溫差引起

8、的損失,鋼筋的線膨脹系數,*采用二次升溫法可減少l3:先在常溫下養(yǎng)護,當混凝土的強度達到7.510N/mm2時再逐漸升溫,五、預應力損失值 5. 應力松弛損失l4,鋼筋在高應力作用下，長度不變而應力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應力松弛,鋼筋張拉后1小時內約完成總松弛的50%，24小時內完成總松弛的80%，以后逐漸收斂,采用超張拉時為0.9，不采用時為1.0,常數參見規(guī)范的相關內容,五、預應力損失值 5. 應力松弛損失l4,采用超張拉可以減少l4,0,(1.051.16)con停25分鐘,0,con,在高應力下，本需1小時才能完成的損失，在25分鐘內就完成了大部分,五、預應力損失值 6. 混凝土收縮

9、徐變損失l5,收縮和徐變兩者相互有關，很難精確計算，為了簡化兩項損失可合并考慮,受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預應力鋼筋和非預應力鋼筋的配筋率,受拉區(qū)或受壓區(qū)預應力鋼筋在各自合力作用點處混凝土的法向壓應力,高濕環(huán)境中可降低50% 干燥環(huán)境中應增加2030%,系數A、B、C、D參見教材中的相關規(guī)定,五、預應力損失值 6. 鋼筋擠壓混凝土損失l6,采用螺旋式預應力筋作為配筋的環(huán)形構件，由于預應力筋對混凝土的局部擠壓使構件直徑減小所引起的損失,五、預應力損失值 7. 預應力損失的組合,預應力總損失的下限值,先張法構件： l100N/mm2,后張法構件： l80N/mm2,六、軸心受拉構件的分析 1. 受力特征,

10、開裂前，荷載-位移關系為線性的，預應力鋼筋的應力增長較少,開裂后，預應力鋼筋的應力急增，進入非線性階段,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,施工階段-張拉鋼筋,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,施工階段-完成第一批預應力損失,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,施工階段-放松鋼筋,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,施工階段-完成第二批損失,混凝土中的有效預壓應力,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,加載階段-加載至混凝土中的應力為0,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,加載階段-加載至混凝土開裂,六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析,加載階段-加載到破壞,六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析,施工階段-穿鋼筋,六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析,施工階段-張拉鋼筋完成第一批預應力損失,六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析,施工階段-完成第二批損失,混凝土