《钢筋混凝土与砌体结构》9预应力★幻灯

《钢筋混凝土与砌体结构》湖北职业技术学院学建筑技术学院◎第二十九讲～◎第三十讲九．预应力混凝土构件◆教学要求与目的：通过对本章的学习，使学生理解预应力混凝土构件的基本特点；熟练掌握施加预应力的方法及对材料性能的要求；理解预应力损失及其原因；掌握预应力混凝土结构构件的基本计算。重点与难点：（1）先张法与后张法（2）张拉控制应力和预应力损失教学方式：讲授教学时数：4课时一．预应力混凝土的基本概念混凝土的抗拉强度很低，混凝土的极限拉应变也很小，裂缝出现时的受拉钢筋的应力仅为当裂缝宽度为0.2～0.3mm时，钢筋拉应力也只达到由于混凝土的过早开裂，使钢筋混凝土构件存在难以克服的缺点：裂缝的开展使高强度材料无法充分利用，而从结构耐久性出发必须限制裂缝开展宽度；过早开裂导致构件刚度的降低，为了满足变形控制的要求，需加大构件截面尺寸——既不经济又增加了构件自重。2/30~20mmN2/250~150mmN一．预应力混凝土的基本概念预应力混凝土结构——是在结构构件受外荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预压应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。例如一受弯构件，当截面受到偏心预加压力N作用后，构件产生反拱，从而可以抵消一部分由荷载作用所引起的变形。预应力混凝土结构的应用预应力技术的采用为混凝土结构用于大跨结构创造了良好的条件；为装配式结构提供了良好的装配、拼装手段，可通过纵、横方向施加预应力钢筋，把装配式结构联成理想的整体。屋架、折板、吊车梁、空心板、小梁、檩条等预制构件；大跨度、高层房屋的现浇结构；公路及铁路桥梁、立交桥、塔桅结构等。施加预应力的方法1）先张法——先张拉钢筋，后浇筑混凝土的方法。先在台座上按设计规定的拉力张拉钢筋，并用锚具临时固定，再浇筑混凝土，待混凝土达到一定的强度（约设计强度的70％）后，放松钢筋，将钢筋的回缩力通过钢筋与混凝土间的粘结作用传递给混凝土，使混凝土获得预压应力。——靠粘结力来传递和保持预加应力。先张法先张拉钢筋后浇筑混凝土施加预应力的方法2）后张法——先浇筑构件混凝土，等混凝土养护结硬后，再在构件上张拉预应力钢筋的方法。先浇筑混凝土，并在混凝土构件中预留孔道，待混凝土达到一定的强度后，将钢筋穿入预留孔内，以混凝土构件本身作为支座张拉钢筋，同时混凝土构件被压缩。待张拉到设计拉力后，用锚具将钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后在预留孔内压力灌注水泥浆，以保护预应力钢筋不致锈蚀，并尽可能地将预应力钢筋和混凝土联成整体。施加预应力的方法后张法二．预应力混凝土构件材料1）预应力钢筋性能要求：高强度、具有一定的塑性、良好的加工性能、与混凝土有较好的粘接强度（“刻痕”或“压波”，钢丝扭绞成钢绞丝）。2）混凝土性能要求：强度高收缩及徐变小快硬及早强≥C30三．张拉控制应力和预应力损失1）张拉控制应力——张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）上的测力计所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积所得的应力值。张拉控制应力不能定得过高：构件延性变差、引起钢丝束断丝、应力松弛增大使预应力损失加大等。张拉控制应力限值，见表9.1，P208。concon2）预应力损失由于张拉工艺和材料特性等原因，预应力钢筋的张拉应力从施工到使用将不断降低，这种降低值称为预应力损失。锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失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预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失环形构件采用螺旋预应力钢筋时由混凝土的局部挤压引起的预应力损失——环形配筋损失。1l2l3l4l5l6l一．预应力混凝土的基本概念二．预应力混凝土构件材料三．张拉控制应力和预应力损失※减少预应力损失应采取的必要措施：选择带肋钢筋和内缩小的夹具和锚具；减少垫板数量；对预应力钢筋超张拉；蒸汽养护时先常温、后升温（两阶段升温养护）；选择好的骨料和强度等级高的混凝土；减少水灰比；后张法构件采用两端张拉等。三．张拉控制应力和预应力损失预应力损失值组合第一批损失——混凝土预压前出现的预应力损失；第二批损失——混凝土预压后出现的预应力损失。组合见表9.5。当计算求得的预应力损失小于下列数值时，应按下列数值取用（预应力总损失的最小值）：先张法构件后张法构件lll2/100mmN2/80mmN四．预应力混凝土结构构件的基本计算规定因预应力混凝土结构构件在施工阶段和使用阶段处于完全不同的受力状态，故应分别进行施工阶段和使用阶段的设计计算或验算。1）使用阶段计算2）施工阶段验算四．预应力混凝土结构构件的基本计算规定1）使用阶段计算1°承载力计算对预应力混凝土轴心受拉构件只进行正截面承载力计算；对预应力混凝土受弯构件应同时进行正截面和斜截面承载力计算。2°裂缝控制验算应根据使用要求及耐久性要求，确定构件是不允许开裂还是允许开裂。不允许开裂的构件应进行抗裂验算，允许开裂的构件则应进行裂缝宽度验算。3°变形验算对预应力混凝土受弯构件应进行挠度验算。四．预应力混凝土结构构件的基本计算规定1）使用阶段计算2）施工阶段验算施工阶段验算是指对构件在制作、运输和吊装过程中所受力的实际情况而进行的承载力和抗裂性的验算。对后张法构件还应验算锚具处的局部受压承载力。后张法构件端部锚固区局部承压演算1）局部受压区截面尺寸要求2）为了防止构件端部局部受压破坏，常在构件端部配置间接钢筋（焊网或螺旋筋）