《建筑力學(xué)與結(jié)構(gòu)》課件-第十五章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識

2024/8/81第十五章

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識15.1概述2024/8/8概述2在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)度鋼筋是不能充分發(fā)揮其作用；另外，在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，提高混凝土強(qiáng)度等級對增加其極限拉應(yīng)變的作用是極其有限的，即采用高強(qiáng)度混凝土也是不合理的。在構(gòu)件正常受荷前預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加一定的壓應(yīng)力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。2024/8/83概述15.1.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理在構(gòu)件正常受荷前預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加一定的壓應(yīng)力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結(jié)構(gòu)稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。以簡支梁為例，說明預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理。2024/8/8概述4梁在受荷之前，在構(gòu)件受拉側(cè)距截面形心軸偏心距為ep的位置處預(yù)先施加大小相等、方向相反的一對壓力Np，則梁底部預(yù)先產(chǎn)生的壓應(yīng)力為2024/8/8概述5然后再施加荷載，荷載q產(chǎn)生的彎矩M在梁底引起的拉應(yīng)力為2024/8/8概述6預(yù)加偏心壓力Np和彎矩M疊加后，梁底部的應(yīng)力為（以拉為正）根據(jù)預(yù)加偏心壓力Np和偏心距ep的大小，疊加結(jié)果可能產(chǎn)生以下三種情況：（1）σc-σpc≤0，即由于預(yù)加應(yīng)力σpc較大，施加荷載后梁底邊緣仍沒有產(chǎn)生拉應(yīng)力，故在梁使用階段不會出現(xiàn)開裂；2024/8/8概述7（2）0＜σc-σpc＜ftk，施加荷載后梁底邊緣雖然產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，但其值小于混凝土的抗拉強(qiáng)度ftk，故一般不會出現(xiàn)開裂；2024/8/8概述8（3）σc-σpc＞ftk，施加荷載后梁底邊緣的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度ftk，雖然會產(chǎn)生裂縫，但與未施加預(yù)壓力的鋼筋混凝土構(gòu)件（Np=0）相比，其開裂會明顯推遲，裂縫寬度也將明顯減小。2024/8/8概述9預(yù)應(yīng)力的原理在日常生活中的應(yīng)用2024/8/8概述1015.1.2預(yù)應(yīng)力混凝土的分類（1）根據(jù)張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序可分為先張法和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。（2）根據(jù)預(yù)應(yīng)力大小的程度可分為如下三種類型：①全預(yù)應(yīng)力混凝土，相當(dāng)于裂縫控制等級為一級的構(gòu)件；②有限預(yù)應(yīng)力混凝土，相當(dāng)于裂縫控制等級為二級的構(gòu)件；③部分預(yù)應(yīng)力混凝土，相當(dāng)于裂縫控制等級為三級的構(gòu)件。（3）根據(jù)鋼筋與混凝土之間是否有粘結(jié)力，可分為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。2024/8/8概述1115.1.3預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)1.預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)（1）改善結(jié)構(gòu)的使用性能。（2）節(jié)約材料，減輕自重。（3）提高構(gòu)件的受剪承載力（4）提高構(gòu)件的疲勞承載力。（5）卸載后的結(jié)構(gòu)變形或裂縫得到恢復(fù)。2024/8/8概述122.預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的缺點(diǎn)（1）工藝較復(fù)雜，對施工設(shè)備及施工質(zhì)量要求較高。（2）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算較復(fù)雜。2024/8/8概述13第十五章

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識15.2施加預(yù)應(yīng)力的方法2024/8/8施加預(yù)應(yīng)力的方法14根據(jù)張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序，可分為先張法與后張法兩大類。15.2.1先張法先張法是指首先在臺座上或者鋼模內(nèi)張拉鋼筋，并加以臨時錨固，然后澆筑混凝土的一種施工方法。2024/8/815施加預(yù)應(yīng)力的方法先張法的過程和工序：2024/8/8施加預(yù)應(yīng)力的方法1615.2.2后張法后張法是指先澆筑混凝土構(gòu)件，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后直接在構(gòu)件上張拉預(yù)應(yīng)力筋的一種施工方法。2024/8/8施加預(yù)應(yīng)力的方法17比較：先張法生產(chǎn)工序少，工藝簡單，質(zhì)量容易保證，但需要臺座（或鋼模）設(shè)施；適合于在預(yù)制構(gòu)件廠成批生產(chǎn)的、方便運(yùn)輸?shù)闹行⌒蜆?gòu)件。后張法工序較復(fù)雜，需要對構(gòu)件安裝永久性的工具錨，耗鋼量較大，但不需要臺座；適合于在現(xiàn)場成型的大型構(gòu)件，在現(xiàn)場分階段張拉的特大型構(gòu)件，以至整個結(jié)構(gòu)。2024/8/8施加預(yù)應(yīng)力的方法18先張法與后張法的本質(zhì)差別在于對混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力的途徑，先張法是通過預(yù)應(yīng)力筋與混凝土間的黏結(jié)作用來施加預(yù)應(yīng)力；后張法則通過錨具直接施加預(yù)應(yīng)力。2024/8/8施加預(yù)應(yīng)力的方法19第十五章

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識

15.3預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具2015.3.1預(yù)應(yīng)力混凝土材料1.混凝土（1）高強(qiáng)度。《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30。（2）收縮、徐變小。（3）快硬、早強(qiáng)。（4）彈性模量高。2024/8/821預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具2.預(yù)應(yīng)力筋預(yù)應(yīng)力筋：鋼絲、鋼絞線和精軋螺紋鋼筋。（1）具有較高的強(qiáng)度。（2）具有一定的塑性?！痘炷两Y(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋在最大力下的總伸長率不應(yīng)小于3.5%。（3）具有良好的加工性能。（4）與混凝土之間有良好的黏結(jié)強(qiáng)度。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具2215.3.2錨具和夾具錨固預(yù)應(yīng)力筋的工具分為錨具和夾具兩類。夾具：預(yù)應(yīng)力構(gòu)件制成后能夠取下重復(fù)使用。錨具：留在構(gòu)件上不再取下的稱為。夾具和錨具之所以能夾住或錨住鋼筋，主要是依靠摩阻、握裹和承壓錨固。對夾具和錨具的一般要求：受力性能安全可靠；具有足夠的強(qiáng)度和剛度；預(yù)應(yīng)力損失?。粯?gòu)造簡單，制作方便，節(jié)約鋼材；張拉錨固方便迅速等。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具23《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》根據(jù)錨固原理的不同，將錨具分為支承式和夾片式。支承式錨具:鋼絲束墩頭錨具、精軋螺紋鋼筋錨具等；夾片式錨具:JM型錨具、XM型錨具、QM型錨具及OVM型錨具等。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具241.墩頭錨具墩頭錨具用于錨固鋼絲束或鋼筋束。張拉端采用錨環(huán)，固定端采用錨板。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具252.精軋螺紋鋼筋錨具精軋螺紋鋼筋錨具用于錨固高強(qiáng)粗鋼筋。錨具由螺帽和鋼板組成。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具263.夾片式錨具夾片式錨具主要用于錨固鋼絞線束。夾片式錨具由帶錐孔的錨板、夾片和錨墊板組成。2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土材料及錨夾具27第十五章

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15.4張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失281.張拉控制應(yīng)力張拉控制應(yīng)力是指張拉預(yù)應(yīng)力筋時，張拉設(shè)備的測力裝置顯示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力筋橫截面面積所求得的應(yīng)力值，以σcon表示，即2024/8/829張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失張拉應(yīng)力過高時：（1）在施工階段會使構(gòu)件的某些部位出現(xiàn)拉應(yīng)力甚至開裂，還可能造成后張法構(gòu)件端部混凝土產(chǎn)生局部受壓破壞；（2）使構(gòu)件開裂荷載與破壞荷載很接近，構(gòu)件破壞前無明顯的預(yù)兆，呈脆性破壞；（3）為了減少預(yù)應(yīng)力損失，往往要進(jìn)行超張拉，由于鋼材材質(zhì)的不均勻，鋼筋的強(qiáng)度有一定的離散性，有可能在超張拉過程中使個別鋼筋被拉斷。另外，σcon過高，鋼筋的應(yīng)力松弛損失將會增大。2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失30《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制力應(yīng)符合下列規(guī)定：消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失31中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲的張拉控制應(yīng)力值不應(yīng)小于0.4fptk；預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋的張拉控制應(yīng)力值不宜小于0.5fpyk。當(dāng)符合下列情況之一時，上述張拉控制應(yīng)力限值可相應(yīng)提高0.05fptk或0.05fpyk：（1）要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋；（2）要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力筋與張拉臺座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失322.預(yù)應(yīng)力損失引起預(yù)應(yīng)力損失的原因有：①張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮σl1；②預(yù)應(yīng)力筋的摩擦σl2；③預(yù)應(yīng)力筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差σl3；④預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛σl4；⑤混凝土的收縮和徐變σl5；⑥環(huán)形截面構(gòu)件受張拉的螺旋式預(yù)應(yīng)力筋擠壓混凝土引起的預(yù)應(yīng)力損失σl6。2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失333.預(yù)應(yīng)力損失值的組合《混凝土規(guī)范》將預(yù)應(yīng)力損失分為兩批：發(fā)生在混凝土預(yù)壓前的稱為第一批預(yù)應(yīng)力損失，用σlⅠ表示；發(fā)生在混凝土預(yù)壓后的稱為第二批預(yù)應(yīng)力損失，用σlⅡ表示?？偟念A(yù)應(yīng)力損失為σl=σlⅠ+σlⅡ。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在各階段的預(yù)應(yīng)力損失值宜按表15-1的規(guī)定進(jìn)行組合。2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失34表15-1各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合《混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定，當(dāng)計(jì)算求得的預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值時，應(yīng)按下列數(shù)值取用：先張法構(gòu)件100N/mm2；后張法構(gòu)件80N/mm2。4.減少預(yù)應(yīng)力損失值的措施選擇變形和鋼筋內(nèi)縮小的錨具；減少墊板數(shù)量；對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行超張拉；選擇高強(qiáng)混凝土；加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)措施等。2024/8/8張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失35第十五章

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識15.5預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求2024/8/8預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求3615.5.1先張法構(gòu)件（1）先張法預(yù)應(yīng)力筋之間的凈間距不宜小于其公稱直徑的2.5倍和混凝土粗骨料最大直徑的1.25倍，且應(yīng)符合下列規(guī)定：預(yù)應(yīng)力鋼絲，不應(yīng)小于15mm；三股鋼絞線，不應(yīng)小于20mm；七股鋼絞線，不應(yīng)小于25mm。當(dāng)混凝土振搗密實(shí)性具有可靠保證時，凈間距可放寬為最大粗骨料直徑的1.0倍。（2）先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部宜符合有關(guān)采構(gòu)造措施。2024/8/837預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求15.5.2后張法構(gòu)件（1）后張法預(yù)應(yīng)力筋所用錨具、夾具和連接器等的形式和質(zhì)量應(yīng)符合