第十章预应力混凝土构件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 预应力混凝土构件,问答题,计算题,目录,1.预应力混凝土结构的优缺点是什么,?,2.为什么预应力混凝土构件所选用的材料都要求有较高的强度,?,3.什么是张拉控制应力,?,为何不能取得大高，也不能取得大低,?,4.预应力损失有哪些,?,是由什么原因产生的,?,5.,如何减少各项预应力的损失值,?,答案,答案,答案,答案,答案,10 问答题,目录,答案,答案,答案,目录,6.预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失,?,先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的,?,7.预应力轴心受拉构件，在施工阶段计算预加应力产生的混凝土法向应力,pc,时，为什么先张法构件用,A,0,，,而后张法构件用,A,n,?,而在使用阶段时，都采用,A,0,?,先张法、后张法的,A,0,、,A,n,如何进行计算,?,8.如采用相同的控制应力,con,，,预应力损失值也相同，当加载至混凝土预压应力,pc,0,时，先张法和后张法两种构件中预应力钢筋的应力,是否相同，哪个大,?,9.预应力轴心受拉构件的裂缝宽度计算公式中，为什么钢筋的应力为：,10.预应力混凝土构件主要构造要求有哪些,?,答案,答案,目录,预应力混凝土结构的优缺点是什么,?,答,：,预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比，其主要,优点,是：1）提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此适用于对裂缝要求严格的结构；2）由于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，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件；3）提高了构件的刚度，减少构件的变型，因此适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件；4）提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。,预应力混凝土结构的,缺点,是需要增设施加预应力的设备，制作技术要求高，施工周期较长。,返回,为什么预应力混凝土构件所选用的材料都要求有较高的强度,?,答,：,钢筋,：,预应力混凝土结构在制作和使用过程中，由于种种原因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，因此预应力钢筋必须采用高强钢筋（丝）。,混凝土,：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。,返回,什么是张拉控制应力,?,为何不能取得太高，也不能取得太低,?,答,：,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的到的应力值。从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力应尽可能地定得高一些，张拉控制应力定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高，会有构件的延性较差、对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏、预应力损失增大等缺点。张拉控制应力也不能定过低，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。,返回,预应力损失有哪些,?,是由什么原因产生的,?,答：钢筋得张拉控制应力，从开始张拉至构件使用，由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种预应力降低的现象称为,预应力损失,。,预应力损失包括以下六项：1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失,l,1,；2）,预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失,l,2,；3）,混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失,l,3,；4）,钢筋应力松弛的引起的预应力损失,l,4,；5）,混凝土的收缩徐变引起的预应力损失,l,5,；6）,环形构件预应力钢筋钢筋挤压混凝土引起的预应力损失,l,6,。,返回,如何减少各项预应力的损失值,?,答,：,1）减少,l,1,的措施有：选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；对先张法构件，选择长台座。,2）减少,l,2,的措施有：对较长的构件可在两端进行张拉；采用超张拉。,3、减少,l,3,的措施有：采用二次升温养护；在钢模上张拉预应力钢筋。,4）减少,l,4,的措施有：采用超张拉可使应力松弛损失有所降低,。5）减少,l,5,的措施有：采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩；控制混凝土应力,pc,要求,以防止发生非线性徐变。,返回,预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失,?,先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的,?,各阶段预应力损失值的组合,预应力损失值的组合 先张法构件 后张法构件,第一批损失,l,l1,+,l2,+,l3,+,l4,l1,+,l2,第二批损失,l,l5,l,4,+,l5,+,l6,答,：,为了计算方便，规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第,一批预应力损失,l,，,而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失,l,。,返回,预应力轴心受拉构件，在施工阶段计算预加应力产生的混凝土法向应力,pc,时，为什么先张法构件用,A,0,，,而后张法构件用,A,n,?,而在使用阶段时，都采用,A,0,?,先张法、后张法的,A,0,、,A,n,如何进行计算,?,答,：,先张法构件预应力钢筋的合力通过钢筋和混凝土之间的黏结传递给混凝土和非预应力钢筋，预应力传递过程中，预应力钢筋、混凝土、非预应力钢筋三者协调变形；全截面受力，所以施工阶段计算时采用换算截面面积,A,0,(,A,0,A,c,+,Es,A,s,+,E,A,p,，,Es,和,E,分别为非预应力钢筋、预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比,),；,后张法构件预应力钢筋的合力靠锚具传递给孔道外侧混凝土和非预应力钢筋，由于施工阶段孔道没有灌浆或灌浆材料强度不够，预应力钢筋和混凝土之间没有黏结，预应力钢筋的预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上，因此，后张法构件在施工阶段计算时用净截面面积,A,n,(,A,n,A,c,+,Es,A,s,),。,当计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法构件，预应力钢,筋和混凝土之间都已经黏结成整体，因此，都采用,A,0,。,返回,如采用相同的控制应力,con,，,预应力损失值也相同，当加载至混凝土预压应力,pc,0,时，先张法和后张法两种构件中预应力钢筋的应力,是否相同，哪个大,?,答,：预应力钢筋合力点处混凝土法向应力等于零时预应力钢筋的应力计算公式分别为：,先张法：,p,0,=,con,-,l,后张法：,p,0,=,con,-,l,+,E,pc,从公式可以看出，先张法预应力钢筋的应力比后张法少,E,pc,，,所以说,后张法构件中预应力钢筋的应力大,。,返回,预应力轴心受拉构件的裂缝宽度计算公式中，为什么钢筋的应力为：,答,：在钢筋混凝土构件的,裂缝宽度计算公式中，,sk,代表在,N,k,作用下纵向受拉钢筋的应力，准确地说,sk,应该是从混凝土应力为零（,N,=0,）,到荷载为,N,k,时纵向钢筋应力的增量。按照上述概念，对预应力混凝土构件，,sk,应该从混凝土应力,pc,0,（,相应的轴力为,N,p,0,),到荷载为,为,N,k,时的预应力钢筋的应力增量，即,返回,预应力混凝土构件主要构造要求有哪些,?,答,：,预应力混凝土构件的构造要求主要包括以下几个方面,：,1）截面形式和尺寸；,2）预应力纵向钢筋及端部附加竖向钢筋的布置；,3）非预应力纵向钢筋的布置；,4）钢筋、钢丝、钢绞线净间距；,5）预应力钢筋的预留孔道；,6）锚具；,7）端部混凝土的局部加强。,返回,【10-1】,一先张法轴心受拉预应力构件，截面为,b,h,=120200mm,预应力钢筋截面面积,A,p,=804mm,2,，,强度设计值,f,py,=580MPa，,弹性模量,E,s,=1.810,5,MPa，,混凝土为,C40,级（,f,tk,=2.40MPa，E,c,=3.2510,4,MPa），,完成第一批预应力损失并放松预应力钢筋后，预应力钢筋的应力为 ，然后又发生第二批预应力损失 。试求：,（1）完成第二批预应力损失后，预应力环境的应力和混凝土的应力；（2）加荷至混凝土应力为零时的轴力；（3）加荷至构件开裂前瞬间的轴力；（4）此拉杆的极限轴力设计值。,【解】,（1）截面几何特征,目录,10 计算题,（2）完成第二批预应力损伤后混凝土所受的预压应力,根据截面平衡条件,则,由,得,则,目录,（3）求完成第二批预应力损失后钢筋的应力,及混凝土,所受预压应力,求加荷至混凝土应力为零时的轴力,N,0,（5）求,N,cr,目录,（6）求,N,u,讨论：（1）熟悉并掌握预应力构件个阶段截面应力情况非常重要，对于不同阶段，要用相应的公式计算；,（2）预应力构件开裂荷载和破坏荷载比较接近，本例结果就所明了这一点，同时也说明了预应力构件的延性比普通钢筋混凝土构件差；,（3）本题关键在于根据已知条件求出 ，然后才能求出计算 所需的 。,目录,，张拉控制应力,（2）计算得到的预应力损伤值为,【10-2】,某预应力混凝土屋架下弦杆，杆件长度21,m，,用后张法施加预应力，孔道直径为,50，,杆件截面尺寸和配筋如图所示，混凝土强度为,C40，,非预应力筋为4,12（,A,s,=452mm,2,），,预应力钢筋为冷拉级钢筋2 25（,A,p,=982mm,2,），,张拉时混凝土强度,f,cu,=40MPa，,f,c,=19.5MPa。,验算：（1）使用阶段正截面承载力；,（2）使用阶段正截面抗裂；,（3）施工阶段混凝土预压应力是否满足要求。,说明：（1）该下弦杆属一般要求不出现裂缝的构件,目录,（3）计算得到杆件在荷载标准组合和准永久组合下的轴向拉力设计值分别为：,N,s,360kN，,N,l,310kN。,（4）,验算用其它数据,C40,混凝土,E,s,3.2510,4,MPa，,f,tk,2.40MPa,冷拉,级钢筋,f,py,420MPa，,f,pyk,500MPa，,E,s,1.810,5,MPa,非预应力钢筋 级,f,y,300MPa，,f,yk,335MPa，,E,s,210,5,MPa,【,解,】,（1）使用阶段正截面验算,目录,故使用阶段正截面承载力满足要求。,（2）使用阶段正截面抗裂验算,截面几何特征,预应力钢筋,非预应力钢筋,目录,求混凝土有效预压应力,（后张法构件,l,下限值）,由于非预应力钢筋面积,A,s,0.4,A,p，,故应考虑非预应力筋对预应力的影响。则,目录,抗裂度计算,在荷载标准组合下混凝土法向应力,在荷载准永久组合下混凝土法向应力,故使用阶段正截面抗裂度满足要求。,目录,施工阶段应力校核,满足要求。,讨论,：,（1）本例是后张法构件，故计算混凝土受到的预压应力,pc,时用的是,A,n,，,上例是先张法构件，则用,A,0,；（2）,抗裂验算是预应力构件十分重要的计算内容，要熟悉规范对不同构件的抗裂要求。,目录,