建筑结构44预应力混凝土结构精编版

第四章第四节预应力混凝土结构钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，所以在使用荷载作用下，通常是带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件，不能充分利用受拉钢筋的强度。为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。4.1概述4.1.1预应力混凝土的概念预应力砼的提出：普通砼的缺点：a.在使用荷载下带裂缝工作：影响耐久，功能！刚度！疲劳性！若不裂，加大截面面积增加自重。不开裂s=20～30MPab.难以利用高强度钢筋。与max对应的s=200N/mm2。而高强钢丝可达1860N/mm2。预应力砼的基本原理：预应力：在砼结构承受使用荷载之前的制作阶段预先对砼施加应力。在构件未受力之前，在拟受拉区施加压应力，使构件在使用荷载下产生的拉应力很大部分被预压应力抵消。由此达到改善普砼缺点的目的。预应力混凝土结构受力示意图预应力混凝土的优缺点：优点：a.提高构件的抗裂能力b.增大了构件的刚度。f预<<f普，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。c.充分利用高强度材料的性能。d.扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。缺点：成本高，材料质量要求高。工序复杂，技术水平要求高。①先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。4.1.2施加预应力的方法先张法先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。②后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。后张法4.1.3预应力混凝土使用的机具锚、夹具：用于固定钢筋构件制作完后，能取下重复使用–––夹具用于永久固定钢筋、作为构件的一部分–––锚具不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时固定预应力筋不同。锚具不同则回缩量不同，尺寸外形对构件的影响不同。4.1.4张拉控制应力σcon张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，σcon定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高，会出现以下问题：①σcon越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。②在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。③有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力达不到预期效果。σcon也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。4.1.5预应力损失及其组合（1）预应力损失的组成及减少预应力损失的措施钢筋的张拉控制应力，从开始张拉至构件使用；由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种预应力降低的现象称为预应力损失。预应力损失包括以下6项：1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1当为直线型预应力钢筋时式中a——张拉端锚具变形和钢筋回缩值；l——张拉端至锚固端之间的距离。减少此项损失的措施有：①选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；②对先张法构件，选择长台座。2）预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2式中k——考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数：x——张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道在纵轴上的投影长度，μ——预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，θ——从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线当的夹角（以弧度计）。减少该项损失，可采取以下措施：①对较长的构件可在两端进行张拉；②采用超张拉，张拉程序可采用：当第一次张拉至1.1σcon时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至0.85σcon，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至σcon时，钢筋应力沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至σcon的应力分布均匀，预应力损失要小一些。一端张拉两端张拉超张拉3）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损失σl3为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应力筋与台座之间的温差△t使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。σl3=2△t（N/mm2）减少此项损失的措施有：①采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5～C10，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失;②在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。4）钢筋应力松弛引起的预应力损失σl4钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。　钢筋应力松弛有以下特点：①应力松弛与时间有关，开始快，以后慢；②应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小；③张拉控制应力σcon高，应力松弛大。采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序为:　　因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失与在较低应力下经过较长时间才能完成的松弛损失大体相当，所以经过超张拉后再张拉至σcon时，一部分松弛损失已完成。5）混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σl5混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。先张法构件后张法构件式中σpc,σpc′——分别为完成第一批预应力损失　　　　　　　　后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；fcu′——施加预应力时混凝土的实际立方体抗压　　　　强度。一般fcu′不等于构件混凝土的立方体强度fcu，但要求fcu≥0.75fcu′；ρ，ρ′——受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率。先张法构件后张法构件式中Ap,Ap′——分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配筋的构件，取ρ，ρ′，此时配筋率应按钢筋截面面积的一半进行计算；A0,An′——分别为混凝土换算截面积、净截面面积。后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因是后张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。以上公式适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，σl5，σl5′应降低，反之则增加。减少此项损失的措施有：①采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；②采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；③加强养护，以减少混凝土的收缩，④控制混凝土应力σpc，要求,以防止发生非线性徐变。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σl6仅后张法有这项损失。当D≤3m，σl6=30MPa，当D＞3m，不考虑该项损失。此处D为环形构件的直径。（2）预应力损失值的组合为了计算方便，《规范》把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失σlⅠ，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失σlⅡ。各阶段预应力损失值的组合预应力损失值的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）的损失σlⅠσl1+σl2+σl3+σl4σl1+σl2混凝土预压后（第二批）的损失σlⅡσl5σl4+σl5+σl61、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。3、越是没有本领的就越加自命不凡。4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。。8、业余生活要有意义，不要越轨。9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。谢谢大家