预应力钢筋混凝土结构原理.pptx

8.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理预应力概念的形成预应力概念的形成从偏心受压构件的分析过程中可以得出：当在纯弯构件的两端施加一定范围的压力时，其承担弯矩的能力随之增加；受弯能力提高的原因在于：梁两端的压力促使梁由于受弯产生的裂缝在一定程度或范围内愈合，因此增大了混凝土的受压区高度，增加了混凝土受压区的面积；如果施加的压力过大，会促使混凝土破坏，因此预应力结构宜使用高强混凝土。非预应力构件的受压区M预应力构件的受压区M+MMN8.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理对于普通钢筋混凝土构件，由于高强钢筋在达到屈服强度时需要较大的变形，因此会导致构件裂缝增大；对于预应力混凝土构件，施加预应力会使钢筋在结构未承担荷载时就发生部分变形，并使其在施加荷载后进而达到屈服的后续变形控制在一定范围内，就可以控制裂缝地开展；使用普通钢筋的普通钢筋混凝土构件的截面应变变化状况使用普通钢筋的预应力钢筋混凝土构件的截面应变变化状况使用高强钢筋的预应力钢筋混凝土构件的截面应变变化状况8.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理普通钢筋，钢筋屈服应变1；高强钢筋，钢筋屈服应变2；对于高强钢筋施加预应力，使受拉区受压，并使其在混凝土受拉区应变恢复为0时发生应变为3，继续受拉至屈服的应变为4=1；此时使用高强钢筋的构件受拉区与使用普通钢筋的构件受拉区的截面应变一致；对于高强钢筋施加预应力，使受拉区受压，并使其在混凝土受拉区应变恢复为0时发生应变为5 3，继续受拉至屈服的应变为61；此时使用高强钢筋的构件受拉区截面应变小于使用普通钢筋的构件受拉区的截面应变，即裂缝减小，可以有效控制混凝土受拉区的裂缝。123+4=2，4=15+6=28.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理如果对于普通钢筋施加预应力，使受拉区受压，并使其在混凝土受拉区应变恢复为0时发生应变为7，继续受拉至屈服的应变为8，7+8=1此时如果配筋适当，构件受拉区截面应变小于使用普通钢筋的构件受拉区的截面应变，受压区截面面积大于使用普通钢筋的构件受压区的截面面积，理论上可以有效控制裂缝，并提高截面承载力；123+4=2，4=15+6=27+8=18.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理因此使用普通钢筋的预应力混凝土结构的截面承载力为：x=0 1fcbx=fyAs M=0 M=1fcbx(h0-x/2)=fyAs (h0-fyAs/2 1fcb)可以看出，由于钢筋屈服后塑流的存在，当配筋率相同时，预应力结构与非预应力结构承载力相同，混凝土受压区高度相同，破坏时的变形也相同；增加配筋可以促使混凝土的受压区高度增加，使受拉区应变减小，但预应力的作用可以使钢筋的部分应变在受拉区受拉前发生，钢筋仍然可以发生屈服，因此可以使截面的承载力有所提高。此时的配筋率对于非预应力结构来讲，属于超筋，但由于施加了预应力，使钢筋发生提前变形，并促使混凝土受压区增大，也可以满足钢筋屈服混凝土压碎的塑性破坏基本特征要求对于实际结构，由于预应力结构中也同时配置有非预应力钢筋，为保证非预应力钢筋屈服，必须保证其应有的应变量，因此必须保证常规结构的混凝土受压区的界限高度bh0，即预应力钢筋与非预应力钢筋强度等级相同在承载力方面是没有意义的。8.1 预应力混凝土结构的概念与原理预应力混凝土结构的概念与原理对于使用高强钢筋的预应力混凝土结构的截面承载力也可以表示为：x=0 1fcbx=fyAs M=0 M=1fcbx(h0-x/2)=fyAs (h0-fyAs/2 1fcb)虽然钢筋强度高，达到屈服时的变形较大，但是由于使用预应力，可以使钢筋的部分应变在受拉区受拉前发生，因此截面受拉区的正常应变使普通钢筋发生屈服的应变，就可以使高强钢筋发生屈服；因此可以看出：1.对于预应力结构，钢筋发生屈服也是其发生破坏的重要标志；2.施加预应力可以有效调整截面受拉前的钢筋应力值与应变的大小，进而可以控制截面受拉区受拉后的应变能够使钢筋发生屈服的应变值，以及相应的受压区的大小；3.因此，使用预应力结构不仅可以控制截面裂缝，还可以有效提高截面混凝土的利用率，提高截面刚度，提高承载力。4.预应力结构宜使用高强材料高强钢筋与高强混凝土。常规的截面预应力形成与施加主要通过两种方法：常规的截面预应力形成与施加主要通过两种方法：1.先张法1.设置台座2.放置钢筋3.钢筋张拉4.浇筑混凝土并养护5.端头钢筋切断形成预应力6.先张法是通过混凝土与钢筋之间的摩擦锚固力形成预应力的，传力较为均匀钢筋的张拉状态 张拉控制应力钢筋的工作状态预应力钢筋的自然状态8.2 预应力混凝土结构预应力的形成预应力混凝土结构预应力的形成常规的截面预应力形成与施加主要通过两种方法：常规的截面预应力形成与施加主要通过两种方法：1.后张法1.绑扎钢筋设置孔道2.浇筑混凝土并养护3.穿预应力钢筋4.钢筋张拉5.端头锚固形成预应力6.孔道灌浆封闭7.后张法是通过端头锚具形成预应力的会出现传力过于集中的问题钢筋的张拉状态张拉控制应力钢筋的工作状态预应力钢筋的自然状态8.2 预应力混凝土结构预应力的形成预应力混凝土结构预应力的形成先后张法的差异性：先后张法的差异性：8.2 预应力混凝土结构预应力的形成预应力混凝土结构预应力的形成先张法后张法预应力先于构件施加预应力在构件形成后施加依靠锚固力传递预应力依靠端头锚具传递预应力预应力钢筋为直线形可以做成曲线形预应力钢筋多在中小型构件中采用可以做成大型或超大型构件一般是预制构件预制构件与现浇结构均可以采用预应力张拉的控制应力：预应力张拉的控制应力：预应力张拉应力要在一定控制范围内，保证施加的应力与产生的应变的有效性；该控制应力不宜过小，否则会失去预加应力的作用；该控制应力不宜过大，否则会使预应力钢筋过早屈服，甚至张拉时屈服；应根据具体实际需要计算相应的，不同要求的预应力指标允许裂缝出现的构件、不允许裂缝出现的构件。预应力损失的概念预应力损失的概念处于工作状态的预应力值与施加的预应力的差值施加的预应力值不能够完全成为工作状态的预应力，由于各种原因，会使施加的预应力形成一定的损失。预应力损失的原因预应力损失的原因1.张拉端锚具变形与钢筋回缩（l1）不论先后张法，在使用张拉设备对钢筋张拉后，均需要将其锚固，撤去张拉设备后，锚具会发生受压变形，钢筋也会回缩；2.预应力钢筋在张拉时与孔道的摩擦（l2）摩擦会使张拉端的拉力不能够全部且均匀的传递志钢筋中，形成钢筋中的应力递减，对于曲线形预应力结构尤其如此；3.张拉预应力钢筋与台座之间的温差（l3）先张法构件采用蒸汽养护，在混凝土生成强度前温度升高使构件发生膨胀，并使钢筋松弛，生成强度并降温后，构建回缩形成预应力减小；8.3 预应力混凝土结构的应力损失预应力混凝土结构的应力损失预应力损失的原因预应力损失的原因4.预应力钢筋松弛（l4）钢筋在高应力长期作用下，也会像混凝土一样发生微量徐变，如果钢筋长度不变时，就会发生松弛，应力有所降低；5.混凝土发生徐变（l5）混凝土在高应力长期作用下发生的变形会较小预应力值；6.预应力钢筋与混凝土之间的挤压变形（l6）曲线形预应力钢筋会对于侧面混凝土产生挤压应力，使混凝土发生变形，使预应力钢筋总长度减小，降低预应力值。预应力损失的组合预应力损失的组合lI：施工阶段发生的损失对于先张法：l1、l3、l4；对于后张法：l1、l2；lII：使用阶段发生的损失对于先张法：l5；对于后张法：l4、l5、l6；8.3 预应力混凝土结构的应力损失预应力混凝土结构的应力损失减小预应力损失的措施减小预应力损失的措施1.预应力损失是必然存在的，是难以消除的；2.可以通过一些措施减小预应力损失；l1 ：选择回缩小的锚具l2 ：孔道润滑剂、采用刚度较大的孔道、两端同时张拉的方式、电热法等；l3 ：由于必要的施工方式产生，难以消除；l4 ：早期发展迅速因此可采用持荷并超张拉的措施；l5 ：减小徐变l6 ：由于必要的施工方式产生，难以消除；3.可以通过一些措施减小预应力损失，常规的办法是采用一定的超张拉，即预应力张拉应力超过实际需要的量值，但在允许范围内，不会导致预应力失效或钢筋屈服。8.3 预应力混凝土结构的应力损失预应力混凝土结构的应力损失1.施加预应力并形成第一部分预应力损失；2.施加外荷载使钢筋继续受拉，并使混凝土受压区压应力恢复为 0；3.继续施加荷载并形成第二批预应力损失，进而使钢筋屈服；4.对于预应力结构，在配有非预应力钢筋时的承载力计算公式为：8.4 预应力混凝土结构受力应力过程分析预应力混凝土结构受力应力过程分析ssss张拉控制应力 conccx=0 1fcbx+fyAs=fyAs+fpApM=0 M=1fcbx(h0-x/2)+fyAs(h0-as)fp：预应力钢筋在普通钢筋屈服时的应力指标Ap：预应力钢筋的配筋面积后张法中的锚具问题后张法中的锚具问题锚具是后张法预应力中传递预应力的重要手段，锚具必须坚固、耐久、可靠；常见锚具：摩擦型锚具8.5 预应力混凝土结构注意事项预应力混凝土结构注意事项该类锚具适用于张拉端的固定后张法中的锚具问题后张法中的锚具问题承压型锚具：该类型锚具较适用于做非张拉端的固定。8.5 预应力混凝土结构注意事项预应力混凝土结构注意事项后张法中的局压问题后张法中的局压问题由于后张法采用锚具传递预应力，因此锚具作用的混凝土区域承担的压力较大，易发生破坏。局压区域混凝土处于多维受力状态，承压能力较高；采用相关措施，增强混凝土承压能力：钢垫板使锚具传力均匀；钢丝网片或螺旋钢筋增加局部混凝土测向约束力，增强局部强度后张法中的张拉次序与循环过程问题后张法中的张拉次序与循环过程问题配置有多根预应力钢筋的后张法预应力构件不能够将单根钢筋张拉至设计应力指标；其目的在于防止局部应力过大产生的非对称性受力，使构件破坏；单根钢筋张拉到位后，其他钢筋的张拉会导致混凝土继续变形，使原张拉应力减小，因此需要继续张拉。8.5 预应力混凝土结构注意事项预应力混凝土结构注意事项1234