混凝土结构基本原理第八章

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第八章 预应力混凝土构件计算
三、预应力混凝土的特点：
优点：1）提高构件的抗裂度和刚度； 2）可充分利用高强度材料，减小构件重； 3）可提高构件的抗剪能力。 缺点：1）工艺较复杂； 2）预应力反拱度不易控制； 3）预应力混凝土构件的设计较复杂。
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第八章 预应力混凝土构件计算
第二节 预加应力的方法
锚具–––用于永久固定钢筋、作为构件的一部分。 预应力筋的常用锚具如下图：
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第八章 预应力混凝土构件计算
墩 头 锚 具 精 轧 螺 纹 钢 筋 锚 具
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第八章 预应力混凝土构件计算
夹 片 式 锚 具
钢 质 锥 形 锚 具
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第八章 预应力混凝土构件计算
第四节 张拉控制应力和预应力损失
一、张拉控制应力con
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第八章 预应力混凝土构件计算
第三节 预应力混凝土材料及锚夹具
一、预应力混凝土材料 混凝土 高强度 收缩、徐变小 快硬、早强 高强度 较好的塑性 良好的加工性能 应力松弛损失低 较好的粘结性能
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预应力钢筋
第八章 预应力混凝土构件计算
二、锚具和夹具
夹具–––构件制作完后，可取下重复使用。
5.混凝土收缩和徐变引起的预应力损失l5 先张法：
45 + 280
pc
f cn
l5
l5 =
45+280
pc
1+15
f cn 1+15
后张法：
35+280
pc
f cn
35+280
pc
l5
1+15
l5
f cn 1+15
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第八章 预应力混凝土构件计算
注意：此项预应力损失是各项损失中最大的一项，在 直线预应力配筋构件中约占总损失的50％，在曲线预应 力配筋构件中约占30％左右。 减少措施： 1) 采用高强度等级混凝土和水泥，控制水泥用量和水灰 比； 2)采用级配良好的骨料，增加骨料用量，同时加强振捣， 提高混凝土密实性； 3)加强养护，使水泥水化作用充分，减少混凝土的收缩。 有条件时宜采用蒸汽养护； 4)尽量使混凝土压应力pc和′pc小于0.5f ′cu 。
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第八章 预应力混凝土构件计算
2.后张法构件
1）后张法预应力钢筋所需锚具的形式和质量应符合 国家现行有关标准的规定。 2）预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道应符合下列 规定：①对预制构件，孔道间的水平净间距不宜小于 50mm；孔道至构件边缘的净距不宜小于30mm，且不 宜小于孔道直径的一半。②在框架梁中，预留孔道在 垂直方向的净距不应小于孔道外径，水平方向的净距 不应小于1.5倍孔道外径，从孔壁算起的混凝土保护层 厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm。③ 预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及 需穿过孔道的连接器外径大10～15mm。④在构件两端 及跨中应设置灌浆孔或排气孔，其孔径不宜大于12mm。 ⑤凡制作时需要预先起拱的构件，预留孔道宜随构件 同时起拱。
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第八章 预应力混凝土构件计算
6.用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于 混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6
采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，采用
后张法直接在构件上进行张拉。由于预应力钢筋对混 凝土局部挤压，使构件直径减小而产生的预应力损失。
d ≤3m， l6 = 30N/mm2 d > 3m， l6 = 0
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第八章 预应力混凝土构件计算
3）在预应力钢筋锚具下及张拉设备的支承处，应在构件 端部不大于1.2h（h为构件端部截面高度）范围设置竖向附 加的焊接钢筋网、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。
4）曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲率半径不宜小于4m， 对折线配筋的构件，在预应力钢筋弯折处的曲率半径可适当 减小。 5）在预拉区和预压区中，应配置一定数量的纵向非预应 力构造钢筋。在预应力钢筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处 内侧设置钢筋网片。 6）当构件在端部有局部凹进时，为防止在施加预应力过 程中，端部转折处产生裂缝，应增设折线构造钢筋或其他有 效的构造钢筋。
后张法： l4 ≥ 80N/mm2
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第八章 预应力混凝土构件计算
第五节 预应力混凝土构件的构造
1. 先张法构件
1）当先张法预应力钢丝按单根方式配筋有困难时， 可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式。
2）预应力钢筋的净距不应小于其公称直径或等效直
径的1.5倍，且符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝， 不应小于25mm；对三股钢绞线，不应小于20mm；对 七股钢绞线，不应小于25mm。
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第一节 预应力混凝土的基本概念
一、 预应力混凝土的基本概念和基本原理 1.基本概念
普通钢筋混凝土构件在荷载作用下通常是带裂缝 工作的，导致构件刚度降低，不适应于采用高强钢筋； 解决这些问题的有效途径是采用预应力混凝土。 预应力混凝土是指在构件承受荷载以前，用某种 方法预先在构件的受拉区施加压应力的构件。
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第八章 预应力混凝土构件计算
有限预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许
截面上混凝土出现拉应力，但不能超过混凝土的 抗拉强度。属一般要求不出现裂缝的构件，相当 于裂缝控制等级为二级的构件。 部分预应力混凝土：允许出现裂缝，但最大裂
缝宽度不超过限值的构件。属允许出现裂缝的构
件。相当于裂缝控制等级为三级的构件。 3）根据钢筋与混凝土之间是否有粘结力分为 有粘结预应力混凝土和后张法无粘结预应力混土。
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第八章 预应力混凝土构件计算
●
预应力混凝土结构构件，当通过对一部
分纵向钢筋施加预应力已能使构件满足裂缝控
制要求时，所需的其余纵向钢筋可采用非预应
力钢筋，非预应力受力钢筋宜采用 HRB335 、
HRB400，也可采用RRB400级钢筋。
●
预应力混凝土构件的箍筋设置的构造要求
第八章 预应力混凝土构件计算
第八章 预应力混凝土构件计算
1.了解预应力混凝土的基本原理和施加预应力的方 法。
2.理解张拉控制应力的概念及其确定原则 。 3.理解预应力损失的概念、种类及减小措施 。 4.熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力 分析及施工阶段和使用阶段的计算与验算。 5.了解预应力混凝土构件的一般构造要求。
预应力混凝土可明显提高构件的抗裂性能和刚度。
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第八章 预应力混凝土构件计算
2.基本原理
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第八章 预应力混凝土构件计算
二、预应力混凝土的分类 1）根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序分为
先张法和后张法预应力混凝土。
2）根据预应力对构件抗裂度的影响分为三种类
型：
全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截 面上混凝土出现拉应力的构件。属严格要求不出现 裂缝的构件，相当于裂缝控制等级为一级的构件。
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第八章 预应力混凝土构件计算
（2）施工工序
1）制作无粘结预应力钢筋;
2）将无粘结预应力钢筋象普通钢筋一样按
设计位置敷设在钢筋骨架内，并与普通钢筋 一起绑扎形成骨架，然后浇筑混凝土并养护; 3）当混凝土强度达到预期强度后，利用构 件本身作为台座张拉预应力钢筋，张拉到设 计应力后，用锚具锚固在构件上。
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第八章 预应力混凝土构件计算
特点：1）张拉控制应力越高，应力松弛越 大， 同时松弛速度越快。
2）24小时完成50% ~80%。
3）松弛量与钢筋的品种有关。
4）钢筋松弛随温度升高而增加 。
对预应力钢丝、 钢绞线： （a）普通松弛
σcon σ l 4 = 0.4ψ ( - 0.5)σcon fptk
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第八章 预应力混凝土构件计算
3）对预应力钢筋端部周围的混凝土应采取下列措施： ①对单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置长度不小
于150mm且不少于四圈的螺旋钢筋，当有可靠经验时，也
可利用支座垫板上的插筋代替螺旋钢筋，但插筋数量不应 少于4根，其长度不宜小于120mm；②对分散布置的多根 预应力钢筋，在构件端部10d范围内应设置3～5片与预应 力钢筋垂直的钢筋网；③对采用预应力钢丝配筋的薄板， 在板端100mm范围内应适当加密钢筋时，
张拉设备所显示的总张拉力除以被张拉预应 力钢筋的截面面积所得的应力值。
张拉控制应力 con 取值：主要与采用的张
拉方法和预应力钢筋种类有关。取值见《规范》 或教材表所列。
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第八章 预应力混凝土构件计算
二、预应力损失及其组合
（一）预应力损失 预应力损失：由于各种因素的影响，使预 应力钢筋从张拉开始直至构件使用的整个过程
中，张拉控制应力逐渐降低，同时混凝土所建
立的预应力也逐渐降低的现象。
六种预应力损失的原因及计算如下：
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第八章 预应力混凝土构件计算
1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1
直线：
a σl 1 = Es l
曲线：
μ x σ l 1 = 2σcon lf + k 1 - rc lf
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（二）预应力损失值的组合
先张法构件： 砼预压前 lI = l1 +l3 +l4 砼预压后 lII = l5 后张法构件： 砼预压前 lI = l1 +l2
砼预压后 lII = l4 +l5 +l6
总损失： l = lI +lII
先张法： l4 ≥ 100N/mm2
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对热处理钢筋： （a）一次张拉
（b） 超张拉 当con≤0.5 fptk 时 减小措施： 1)采用应力松驰损失较小的钢筋作预应力钢筋； 2)采用“超张拉”工艺。