预应力混凝土构.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,*,*,土木工程专业：结构设计原理,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,*,*,土木工程专业：建筑结构设计原理,无病休嫌瘦，身安莫怨贫。,宋词,一剪梅,李清照,红藕香残玉簟秋。轻解罗裳，独上兰舟。云中谁寄锦书来？雁字回时，月满西楼。,花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。此情无计可消除，才下眉头，却上心头。,9/14/2026,1,第9章 预应力混凝土构件,9.1 预应力混凝土概述,9.2 预应力施加方法,9.3 预应力损失计算,9.4 预应力混凝土轴心受拉构件设计,9/14/2026,2,9.1 预应力混凝土概述,预应力应需而生,钢筋混凝土的缺陷,带裂缝工作构件，应用受限制,耐久性要求限制裂缝宽度,预应力混凝土为解决这一问题而出现。,借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足。,9.1.1 预应力混凝土的基本原理,9/14/2026,3,预应力T梁试验现场,预应力楼板试验现场,9/14/2026,4,预应力混凝土对材料的要求,混凝土,强度高：减小截面尺寸、减小自重,收缩、徐变小：减少预应力损失,快硬、早强：施工进度,不低于C30、当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，不低于C40,钢筋（钢丝、钢绞线）,强度高：钢筋受拉，抗拉强度要高,具有一定的塑性：避免脆性破坏,具有良好的加工性能：可焊、镦粗,与混凝土之间良好的粘结强度,9/14/2026,5,受拉构件预应力的基本原理,工作前轴心受压,施加轴心压力,混凝土均匀压应力,使用荷载作用,外加轴向拉力,拉应力均匀分布,叠加结果,全截面受压,或拉应力很小,压应力,拉应力,压应力,9/14/2026,6,受弯构件预应力的基本原理,使用前偏心受压,利用受拉钢筋的,回缩施加压力,偏心使全截面受压,使用荷载作用,弹性状态,应力线性分布,叠加结果,拉应力减小，甚至不出现拉应力,裂缝宽度可控制，或不出现裂缝,9/14/2026,7,预应力混凝土分类,裂缝控制分类,全预应力混凝土,部分预应力混凝土,有限预应力混凝土,9.1.2 预应力混凝土的 分类、特点与应用,使用过程中不出现拉应力,允许出现裂缝，最大裂缝宽度不超过限值,准永久组合不出现拉应力,标准组合可出现拉应力，但不超过规定值,9/14/2026,8,粘结方式分类,有粘结预应力混凝土,无粘结预应力混凝土,9/14/2026,9,预应力混凝土的特点,优点,抗裂性能较好,刚度较大,耐久性较好,可减小截面尺寸，一定的经济性,缺点,工序多、施工较复杂,需要专门设备：张拉工具,端头锚具,9/14/2026,10,预应力混凝土的应用,应用领域,房屋建筑,桥梁工程,基础工程,应用实例,预制构件,现浇构件,六库怒江桥，主跨154m,9/14/2026,11,9/14/2026,12,9.1.3 预应力混凝土构件的构造要求,钢筋布置,预应力钢筋,布置形式：直线布置跨度和荷载较小时,曲线布置跨度和荷载较大,多用于后张法,曲率半径不小于4m,折线配筋的构件，弯折处曲率半径可减小,9/14/2026,13,间距及孔道尺寸,先张法钢筋净间距根据浇混凝土、加预应力、钢筋锚固等要求确定；不小于公称直径或等效直径的1.5倍，且,热处理钢筋及钢丝，不应小于25mm,三 股 钢 绞 线，不应小于20mm,七 股 钢 绞 线，不应小于25mm,双并筋的等效直径取单根直径的1.4倍,三并筋的等效直径取单根直径的1.7倍,后张法钢筋净距如图,孔道内径比穿孔连接器外径大1015mm,两端及跨中设灌浆孔或排气孔，间距不宜大于12m,9/14/2026,14,非预应力钢筋,非预应力钢筋布置在预应力钢筋的外侧,（1）防止受弯构件制作、运输、堆放、吊装时在预拉区出现裂缝，或限制裂缝宽度。,（2）后张构件，预拉区和预压区中应设置纵向非预应力构造钢筋,无粘结后张法预应力混凝土受弯构件中，应配置一定数量的纵向非预应力钢筋,克服脆性破坏,分散裂缝,改善变形性能，提高正截面抗弯承载力,9/14/2026,15,附加钢筋网片,后张法预应力混凝土构件，在预应力钢筋弯折处,加密箍筋或弯折内侧设置钢筋网片,9/14/2026,16,构件端部加强,先张法构件,单根预应力钢筋：,设置螺旋筋,支座垫板上设插筋,多根预应力钢筋,设垂直的钢,筋网片,预应力钢丝,配筋的薄板,加密横向钢筋,9/14/2026,17,后张法构件,端部局部凹进时，设置折线构造钢筋防止转折处产生裂缝,9/14/2026,18,宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起，弯起的预应力钢筋宜沿构件端部均匀布置,预应力筋集中布置在下部或上部和下部时，应在构件端部0.2,h,范围内设置附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其他形式的构造钢筋。附加竖向钢筋宜采用带肋钢筋。,在预应力钢筋锚具下及张拉设备的支承处，应设置预埋钢板，并设置间接钢筋和附加构造钢筋,9/14/2026,19,生产工艺,张拉台座设备,工艺过程,穿钢筋,张拉钢筋,浇筑混凝土并养护,切断钢筋,9.2 预应力的施加方法,9.2.1 先张法,9/14/2026,20,先张法的优点和适用性,先张法的优点,生产工艺简单,工序少，效率高,质量容易保证,成本低（省去锚具和预埋件）,先张法适用性,工厂化大量生产,长线法生产,中、小型构件,9/14/2026,21,后张法生产工艺,张拉设备,千斤顶,锚具和夹具,工艺过程,浇筑混凝土并养护,预留孔道中穿钢筋,张拉钢筋、锚固,孔道内压力灌浆,9.2.2 后张法,9/14/2026,22,后张法的特点和应用,后张法的优点,钢筋直接在构件上张拉，无需台座,可工厂生产、亦可现场生产,后张法的缺点,生产周期长,需要利用工作锚锚固钢筋，耗材多，成本高,工序多，操作复杂,应用场合,大型构件现场生产,避免长途搬运,锚具,9/14/2026,23,后张法预应力混凝土梁现场施工,9/14/2026,24,后张法的特殊应用,后张自锚法,后张法施工,构件端部做成喇叭口,依靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力，以代替锚具的挤压,无粘结预应力施加法,混凝土浇筑前放入预应力钢筋,钢筋表面涂油并套塑料管,浇筑混凝土,张拉钢筋，锚固,9/14/2026,25,9.2.3 电热张拉法,电热张拉法的原理和特点,电热张拉法的原理,热胀,：钢筋通电发热，温度上升钢筋伸长,伸长到规定值，切断电源，锚固钢筋,冷缩,：温度下降，钢筋回缩,回缩受到混凝土的限制，钢筋产生拉力，混凝土内部产生压力,9/14/2026,26,电热张拉法的优点,设备简单，操作方便,生产效率高,无摩擦损失,便于曲线张拉,便于高空作业,电热张拉法的缺点,耗电量大,用伸长量控制钢筋应力，准确性低,成批生产尚需校核张拉力,9/14/2026,27,电热张拉法的工艺流程,构件制作,伸长值、功率计算,电热机具准备,钢筋除锈、镦粗及垫板制作,穿钢筋,伸长标志,通电,测量伸长量值,断电锚固,冷却,校核,灌浆,9/14/2026,28,9.2.4 锚具和夹具,锚具和夹具的性能要求,锚具和夹具：锚固预应力钢筋的工具,能够取下重复使用的夹具,留在构件内不能取下的锚具,对锚具和夹具的要求,安全可靠，自身具有足够的强度和刚度,钢筋滑移量小（6mm以内）,构造简单，便于机械加工制作,使用方便、价格低廉,9/14/2026,29,锚具的类型,锚固原理分类,支承式锚具：靠承压锚固的锚具,夹片式锚具：靠摩擦阻力锚固的锚具,锥塞式锚具：靠摩擦阻力锚固的锚具,锚固性能分类,I类锚具：满足静载性能,满足疲劳性能,II类锚具：满足静载性能要求,仅用于有黏结预应力混凝土结构,且预应力变化不大的部位,9/14/2026,30,常用锚具和夹具,螺丝端杆锚具：支承式,单根粗钢筋焊接螺丝端杆，套螺帽、垫板,可用于张拉端，也可用于固定端,操作简单，千斤顶回油时基本不滑移,对钢筋长度的精度要求高,9/14/2026,31,镦头锚具,组成：被镦粗的钢丝头，锚环，外螺帽,内螺帽，垫板,工艺：将钢丝穿过锚环孔眼，端头镦粗，与锚环固定，然后将预应力钢筋束连同锚环一起穿过构件预留孔道，待钢筋伸出孔道口，套上螺帽进行张拉，边张拉边拧紧内螺帽,锚固可靠，锚力大,9/14/2026,32,JM12锚具：夹片式,由锚环和夹片组成,可锚固36根平行钢筋或56根平行钢绞线束,可用于张拉端，也可用于固定端,钢筋内缩量大,光面钢筋2mm,变形钢筋3mm,钢绞线5mm,9/14/2026,33,QM型锚具,由锚板与夹片组成，分单孔和多孔两类,锚固钢绞线,楔形夹片，每根钢绞线分开锚固,锚固可靠，互换性好，自锚性能强,9/14/2026,34,XM型锚具,类似于QM型锚具，每根钢丝分开锚固,夹片沿轴向有偏转角，偏转方向与钢绞线的扭角相反，保证了钢丝束的锚固,9/14/2026,35,锥形锚具,由锚环和锚塞组成,可锚固多根平行钢丝束，,钢绞线束,可用于张拉端，,也可用于固定端,钢筋滑移大,9/14/2026,36,9.3 预应力损失计算,张拉控制应力的影响,张拉钢筋达到的最大应力值=张拉控制应力,控制应力过低时的影响,预应力钢筋在经历各种损失后，应力太小,对混凝土产生的预压应力过小,不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度,9.3.1 张拉控制应力,9/14/2026,37,控制应力过高时的影响,构件的某些部位受拉开裂,锚固端混凝土局部受压破坏,开裂荷载与极限荷载接近，延性较差,超张拉过程中，个别钢筋的应力可能超过实际屈服强度，产生塑性变形或脆断,张拉控制应力的确定,考虑因素,钢筋种类：,钢丝、钢绞线塑性好，可定得高些,热处理钢筋塑性差，取值低些,9/14/2026,38,施加预应力的方法：,先张法与后张法取值不同,先张法取值高于后张法,规范取值：,con,钢筋种类,张拉方法,先张法,后张法,消除应力钢丝、钢绞线,0.75,f,ptk,0.75,f,ptk,热处理钢筋,0.70,f,ptk,0.65,f,ptk,下列情况下可以提高0.05,f,ptk,（1）要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受,压区内设置的预应力筋,（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及,预应力钢筋与台座之间的温差因素产生的预应力损失,9/14/2026,39,张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失,l,1,损失原因,锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，钢筋在锚具之间滑动,使预应力钢筋回缩,发生工艺,先张法,后张法,9.3.2 预应力损失和减小措施,9/14/2026,40,a,锚具变形和钢筋内缩值（mm）,支承式锚具螺帽间隙1，每块后加垫板1,锥塞式锚具5,夹片式锚具：有顶压5，无顶压68,l,张拉端至锚固端的距离（mm）,减小损失的措施,选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，尽量减少垫板数量,对于先张工艺，选择长的台座。超过100m时，该项损失可忽略。,损失值计算,9/14/2026,41,长台座张拉,9/14/2026,42,预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失,l,2,损失原因,钢筋与预留孔壁之间的接触引起的摩擦阻力,钢筋预应力随距张拉端的距离的增加而减小,曲线孔道损失更大,仅发生于后张法施工中,损失计算,当（,x,+,0.2,）时可用下式近似计算,9/14/2026,43,x,张拉端至计算截面的孔道长度(m)，可近,似取孔道在纵轴上的投影长度,张拉端至计算截面曲线孔道部分切线夹角,（rad）,考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数,预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数,孔道成型方式,预埋金属波纹管,0.0015,0.25,预埋钢管,0.0010,0.30,橡胶管或钢管抽芯成型,0.0014,0.55,9/14/2026,44,减小,l,2,的措施,采用两端张拉：减小,x,采用“超张拉”工艺,0,1.1,con,停2min,0.85,con,停2min,con,0,1.03,con,停2min,con,或,0,1.05,con,停2min,con,9/14/2026,45,混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间温差引起的预应力损失,l,3,损失原因,长线生产先张法构件，加热养护时，台座和钢筋之间存在温差,t,钢筋受热伸长，台座距离不变，预应力损失,损失计算：,l,3,=2,t,减小措施,两次升温养护：常温养护+升温至规定温度,构件在钢模上张拉，一起升温养护,9/14/2026,46,预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失,l,4,应力松弛和徐变,高应力下的塑性变形随时间增长,长度不变，应力松弛,应力不变，应变增大（徐变）,损失计算,热处理钢筋,一次张拉,超张拉,9/14/2026,47,预应力钢丝、钢绞线,普通松弛,一次张拉1.0；超张拉0.9,低松弛,当,con,0.7,f,ptk,时,当0.7,f,ptk,3m时，,l,6,=0,9/14/2026,53,组合表,项次,预应力损失值的组合,先张法构件,后张法构件,1,混凝土预压前(第一批)损失,l,I,l,1,+,l,3,+,l,4,l,1,+,l,2,2,混凝土预压后(第二批)损失,l,II,l,5,l,4,+,l,5,+,l,6,计算结果的取值规定,先张法构件,l,计算值,100N/mm,2,时,取,l,=100N/mm,2,后张法构件,l,计算值,80 N/mm,2,满足要求,9/14/2026,83,4.抗裂度验算,N,（1）混凝土的有效预压应力,N/mm,2,（2）荷载标准组合下拉应力,kN,9/14/2026,84,N/mm,2,N/mm,2,0,能保证严格不出现裂缝,达到一级裂缝控制等级,9/14/2026,85,一次张拉,5.施工阶段验算,N/mm,2,混凝土截面上压应力,N/mm,2,满足要求,9/14/2026,86,JM12锚具的直径为100mm，锚具下垫板厚20mm，局部受压面积可按压力,F,l,从锚具边缘在垫板中按45,扩散至混凝土表面的面积计算。具体计算时可近似按图中两条实线所围之矩形面积代替两个圆面积。,6.锚具下局部受压承载力验算,（1）局部受压区截面尺寸验算,N/mm,2,6 11.1,mm,2,mm,2,9/14/2026,87,mm,2,N,kN,N,kN,kN,满足要求,9/14/2026,88,N/mm,2,6 11.1,（2）局部承压承载力验算,间接钢筋采用4片,6的方格网片，网格尺寸如图所示，s=50mm。,mm,2,mm,2,9/14/2026,89,N,kN,kN,满足要求,The End,9/14/2026,90,