钢筋混凝土预应力概念方法101.pptx

预应力混凝土结构的优点预应力混凝土结构的优点1、改善结构的使用性能、改善结构的使用性能延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度，提延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度，提 高截面的刚度高截面的刚度2、受剪承载力提高、受剪承载力提高延缓斜裂缝的出现延缓斜裂缝的出现3、卸载后结构的变形或裂缝得到恢复、卸载后结构的变形或裂缝得到恢复使用荷载移去后，裂缝使用荷载移去后，裂缝 会闭合，变形得到恢复会闭合，变形得到恢复4、提高构件的疲劳承载力、提高构件的疲劳承载力降低疲劳应力比降低疲劳应力比5、使高强钢材和混凝土得到应用、使高强钢材和混凝土得到应用减轻结构的自重，节约材料减轻结构的自重，节约材料6、降低工程造价、降低工程造价比普通混凝土结构可省混凝土比普通混凝土结构可省混凝土2040，节省主筋钢材节省主筋钢材3060。第10章 预应力混凝土结构的概念第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念Prestressed Beam a:No prestress applied b:Prestress applied 第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第十章第十章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件10.1 预应力混凝土的一般概念一、钢筋混凝土的缺欠一、钢筋混凝土的缺欠跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Mk=(0.60.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Mk下sss=(0.60.8)fy。对于级钢筋，fy=310MPa，sss=180250MPa，裂缝宽度已达(0.20.3)mm。如采用级高强钢筋，fy=580MPa，则，则s sss=350460MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定由于预加应力spc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会不会出现开裂；出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的开裂明开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。显推迟，裂缝宽度也显著减小。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.2 施加预应力的方法先张法先张法abutmentPrestressing bedTensioning of Prestressing strand in stressing bed before concrete is pouredCasting of concrete around tension strandCut strand from stressing bed and causing stressing and shortening of membermember shorteningAnchoring of tendons against the end abutments Placing of jacksApplying tension to the tendons Casting of concrete Cutting of the tendons 第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 二、先张法的施工设备二、先张法的施工设备 (一一)台座台座 1、要求：有足够的强度、刚度和稳定性；满足生产工艺的要求。2、形式：墩式(传力墩、台面、横梁)长度100150m，适于中、小型构件。墩式台座的几种形式如图图6-26-2所示。槽式(传力柱、上下横梁、砖墙)长4576m，适于双向预应力构件,易于蒸汽养护。槽式台座如图图6-36-3所示。图6-2墩式台座的几种形式槽式台座图图6-36-3图6-4()钢质锥形夹具 二、先张法的施工设备二、先张法的施工设备 (二二)夹具：夹具：夹具是先张法构件施工时保持预应力筋拉力，并将其固定在张拉台座(或设备)上的临时性锚固装置。按其工作用途不同分为锚固夹具和张拉夹具。1、钢丝锚固夹具：如图图6-4(1)6-4(1)所示锥形夹具 锥形夹具可分为圆锥齿板式夹具和圆锥槽式夹具，如图图6-4(2)所示。镦头夹具:如图图6-56-5所示，采用镦头夹具时，将预应力筋端部热镦或冷镦，通过承力分孔板锚固。2、钢筋锚固夹具 钢筋锚固常用圆套筒三片式夹具，由套筒和夹片组成(图图6-66-6)。其型号有YJ12、YJ14，适用于先张法；用YC-18型千斤顶张拉时，适用于锚固直径为12mm、14mm的单根冷拉HRB335、HRB400、RRB400级钢筋。a）圆锥齿板式；b）圆锥槽式；c）锲形图4-17钢丝用锚固夹具1套筒；2齿板；3钢丝；4锥塞；5锚板；6锲块2、钢筋锚固夹具钢筋锚固常用圆套筒三片式夹具，由套筒和夹片组成圆套筒2片式夹具 3、张拉夹具 张拉夹具是夹持住预应力筋后，与张拉机械连接起来进行预应力筋张拉的机具。常用的张拉夹具有月牙形夹具、偏心式夹具、楔形夹具等，如图图6-76-7所示，适用于张拉钢丝和直径16mm以下的钢筋。a）钳式；b）偏心式；c）锲形4-18钢丝的张拉夹具1钢丝；2钳齿；3拉钩；4偏心齿条；5拉环；6锚板；7锲块 二、先张法的施工设备二、先张法的施工设备 (三三)张拉设备张拉设备 张拉机具的张拉力应不小于预应力筋张拉力的1.5倍；张拉机具的张拉行程不小于预应力筋伸长值的1.11.3倍。1、钢丝张拉设备 钢丝张拉分单根张拉和成组张拉。用钢模以机组流水法或传送带法生产构件时，常采用成组钢丝张拉。在台座上生产构件一般采用单根钢丝张拉，可采用电动卷扬机、电动螺杆张拉机进行张拉。电动卷扬机张拉、杠杆测力装置 如图图6-86-8所示。电动螺杆张拉机 如图图6-9所示，电动螺杆张拉机由螺杆、顶杆、张拉夹具、弹簧测力器及电动机组成。2、钢筋张拉设备 穿心式千斤顶用于直径1220mm的单根钢筋、钢绞线或钢丝束的张拉。用YC20型穿心式千斤顶(图图6-106-10)张拉时，高压油泵启动，从后油嘴进油，前油嘴回油，被偏心夹具夹紧的钢筋随液压缸的伸出而被拉伸。YC20型穿心式千斤顶的最大张拉力为20kN，最大行程为200mm。适用于用圆套筒三片式夹具张拉锚固1220mm单根冷拉HRB335、HRB400和RRB400钢筋。钢筋成组张拉见图图6-116-11所示。图6-10图6-11 第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定后张法后张法 anchorcasting of concrete tensioning of tendoninstalling of tendonhydraulic jack installing of hydraulic jack Anchoraging of the tendon at the stretching end&Groutingtendon elongates elastically 二、后张法预应力筋、锚具和张拉机具二、后张法预应力筋、锚具和张拉机具 (一一)单根粗筋单根粗筋(直径直径181836mm)36mm)：1、锚具：单根粗钢筋的预应力筋，如果采用一端张拉，则在张拉端用螺丝端杆锚具，固定端用帮条锚具或镦头锚具；如果采用两端张拉，则两端均用螺丝端杆锚具。(1)螺丝端杆锚具如图图6-14(1)6-14(1)及及图图6-14(2)6-14(2)所示。(2)帮条锚具如图图6-156-15所示。(3)镦头锚具由镦头和垫板组成 图6-14(1)螺丝端杆锚 图6-14(2)LM型螺丝端杆锚 用于预应力钢筋的张拉锚固，依靠对焊与预应力钢筋连接。图图6-156-15 3、张拉设备：拉杆式千斤顶(YL60)，如图图6-166-16所示；穿心式千斤顶(YC60、YC20、YC18),如图图6-17(1)6-17(1)及及图图6-17(2)6-17(2)所示,配置撑脚和拉杆等附件后,可作为拉杆式千斤顶使用。图图6-166-16 图6-17(1)(二二)钢筋束、钢绞线钢筋束、钢绞线1、锚具钢筋束、钢绞线采用的锚具有JM型、KT-Z型、XM型、QM型和镦头锚具等。其中镦头锚具用于非张拉端。JM型锚具 JM型锚具由锚环与夹片组成(图图6-186-18)，锚环分甲型和乙型两种。JM型锚具与YL60型千斤顶配套使用，适用于锚固36根直径为12mm光面或螺纹钢筋束，也可用于锚固56根直径为12mm或15mm的钢绞线束。二、后张法预应力筋、锚具和张拉机具二、后张法预应力筋、锚具和张拉机具 图6-18(二二)钢筋束、钢绞线钢筋束、钢绞线KT-Z型锚具 KT-Z型锚具由锚环和锚塞组成，分为A型和B型两种。当预应力筋的最大张拉力超过450KN时采用A型，不超过450KN时，采用B型。KT-Z型锚具适用锚固36根直径为12mm的钢筋束或钢绞线束。XM型锚具 XM型和QM型锚具是一种新型锚具，由锚环和夹片组成(图图6-206-20)。利用楔形夹片，将每根钢绞线独立地锚固在带有锥形的锚环上，形成一个独立的锚固单元。XM型锚具的夹片为斜开缝。XM型锚具既可作为工作锚，又可兼作工具锚。XM型锚具型锚具锚板1锚板；2夹片(三片)；3钢绞线图图6-206-20 QM型锚具 QM型锚具与XM型锚具相似，它也是由锚板和夹片组成(图图6-216-21)。但锚孔是直的，锚板顶面是平的，夹片垂直开缝。此外，备有配套喇叭形铸铁垫板与弹簧等。镦头锚具用于固定端(图图6-22(1)6-22(1)、图图6-22(2)6-22(2)，它由锚固板和带镦头的预应力筋组成。镦头锚具TYM15、TYM13系列固定端P型锚具适用于构件端部设计应力大或端部空间受到限制的情况。它是用挤压机将挤压锚压结在钢绞线上的一种握裹式锚具。1.挤压锚2.固定锚板3.预应力筋4.螺旋筋5.排气管6.约束环7.波纹管第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋钢绞线钢绞线锚垫板锚垫板预留槽预留槽锚环锚环Anchorage ring 夹片夹片wedge挤压头挤压头工作锚环工作锚环千斤顶千斤顶jack张拉完之后的钢绞线（切索）Tendons made up of strands are secured by steel wedges that grip each strand and seat firmly in a wedge plate锚垫板.The wedge plate itself carries all the strands and bears on a steel anchorage.镀锌铁皮预应力波纹管镀锌铁皮预应力波纹管 塑料波纹管塑料波纹管 Post-Tensioning OperationThe duct or sheathing that houses the prestressing steel provides one layer of corrosion protection.Post-Tensioning OperationInside the duct or sheathing,the prestressing steel is covered in a protective coating that provides another level of corrosion protection.This coating can be a specially formulated type of grease,or it can be a specially designed type of grout.无粘结预应力砼楼盖的钢筋布置张拉设备张拉设备A cutaway view of a jack,showing strands passing through the top anchor plateLarge Conduits for Placement of Post Tensioning Cables on a Bridge 第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.2 预应力混凝土构件设计一般规定10.2.1.1预应力钢筋预应力钢筋预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋作预应力筋。为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一具有一定的塑性定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土粘结强度。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.2.1.2 混凝土混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋具有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用，当采用高强钢丝时不低于高强钢丝时不低于C40。第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3 张拉控制应力和预应力损失10.2.2 张拉控制应力和预应力损失 在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力张拉控制应力s scon。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。大应力。张拉控制应力scon取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。s scon取值过高，可能取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。因此，规范规定张拉控制应力值scon：第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3 预应力混凝土的基本受力分析一、截面应力计算一、截面应力计算第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定二、截面受力特点二、截面受力特点受荷以前受荷以后第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化依靠内力臂的变化来抵抗外弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力C。钢筋混凝土受弯开裂后，内力臂基本保持不变内力臂基本保持不变，而钢筋拉力T和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度高的性能得以发挥。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定三、平衡荷载概念三、平衡荷载概念取第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定r当当w=gk时时，曲线预应力筋对混，曲线预应力筋对混凝土产生横向分布压力恰好抵凝土产生横向分布压力恰好抵消梁均布恒荷载消梁均布恒荷载gk。按这种方。按这种方法设计的预应力混凝土结构称法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。为平衡荷载法。