高等钢筋混凝土结构学.ppt

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1、1 高等钢筋混凝土结构学高等钢筋混凝土结构学预应力混凝土结构预应力混凝土结构2主要内容：主要内容：一、概一、概 述述二、预应力混凝土构件分类二、预应力混凝土构件分类三、预应力损失三、预应力损失四、无粘结预应力混凝土结构四、无粘结预应力混凝土结构五、超静定预应力混凝土结构五、超静定预应力混凝土结构六、横张预应力混凝土结构的概念六、横张预应力混凝土结构的概念3一、概一、概 述述 1、预应力混凝土的概念、预应力混凝土的概念 n 预应力混凝土是预加应力混凝土的简称。预应力混凝土是预加应力混凝土的简称。n 从应力角度出发：预应力混凝土是根据需要人为从应力角度出发：预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值

2、与分布的内应力，用以部分或全地引入某一数值与分布的内应力，用以部分或全部抵消外荷载引起应力的一种加筋混凝土。部抵消外荷载引起应力的一种加筋混凝土。n 从荷载角度出发：从荷载角度出发：“预应力混凝土是根据需要人预应力混凝土是根据需要人为地引入某为地引入某反向荷载，用以部分或全部抵消使反向荷载，用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土用荷载的一种加筋混凝土”。n 预加应力也可理解为产生与使用荷载预加应力也可理解为产生与使用荷载(外力外力)方向相方向相反的预加反向荷载反的预加反向荷载(反向力反向力)。42 2、预应力混凝土的特点、预应力混凝土的特点 抗裂性好；抗裂性好；耐久性好、刚度大、变形小耐久

3、性好、刚度大、变形小；可充分利用高强度材料可充分利用高强度材料；提高构件的抗剪能力提高构件的抗剪能力；提高抗疲劳性能提高抗疲劳性能；构件质量好构件质量好；施工较复杂，技术要求高。施工较复杂，技术要求高。53 3、预应力混凝土的发展和应用、预应力混凝土的发展和应用 l 1888年，德国工程师道伦年，德国工程师道伦(W.Doehring)最早提最早提出对混凝土结构施加预应力概念，但因当时材料出对混凝土结构施加预应力概念，但因当时材料强度太低而未获得实际结果。强度太低而未获得实际结果。l 1928年，法国工程师弗奈西涅年，法国工程师弗奈西涅(EFreyssinet)经经长期研究后，明确了混凝土收缩和

4、徐变对预应力长期研究后，明确了混凝土收缩和徐变对预应力巨大影响等问题并采用高强度钢丝巨大影响等问题并采用高强度钢丝(控制应力约大控制应力约大于于400Nmm2)，从而创造出在混凝土中建立有效，从而创造出在混凝土中建立有效预应力的方法，预应力混凝土才获得实际意义并预应力的方法，预应力混凝土才获得实际意义并真正开始应用到工程结构中。真正开始应用到工程结构中。6n早期预应力混凝土主要用于建造单层和多早期预应力混凝土主要用于建造单层和多层房屋、电线杆、桩、油罐、公路和铁路层房屋、电线杆、桩、油罐、公路和铁路桥梁、轨枕、压力管道、水塔、水池及水桥梁、轨枕、压力管道、水塔、水池及水工建筑物等方面。工建筑物

5、等方面。n随着预应力技术和材料的发展，现在它巳随着预应力技术和材料的发展，现在它巳扩大到高层建筑、地下建筑、压力容器、扩大到高层建筑、地下建筑、压力容器、海洋结构、水工结构、电视塔、飞机跑道、海洋结构、水工结构、电视塔、飞机跑道、大吨位船舶、核反应堆的保护壳等诸多领大吨位船舶、核反应堆的保护壳等诸多领域。域。7二、预应力混凝土构件分类n加筋混凝土加筋混凝土以钢材为配筋的混凝土结构。以钢材为配筋的混凝土结构。1、国外加筋混凝土结构的分类、国外加筋混凝土结构的分类 1970年国际预应力混凝土联合会年国际预应力混凝土联合会(FIP)欧洲混凝欧洲混凝土委员会土委员会(CEB)建议，将加筋混凝土按预加应

6、力的大建议，将加筋混凝土按预加应力的大小划分为如下四级：小划分为如下四级：lI级级全预应力。在全部荷载最不利组合下，全预应力。在全部荷载最不利组合下，截面混凝土不出现拉应力。截面混凝土不出现拉应力。l级级有限预应力。在全部荷载最不利组合作有限预应力。在全部荷载最不利组合作用下，截面上混凝土允许出现拉应力，但不超过用下，截面上混凝土允许出现拉应力，但不超过其抗拉强度其抗拉强度(即不出现裂缝即不出现裂缝)；在长期持续荷载作；在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力。用下，混凝土不出现拉应力。l级级部分预应力。在全部荷载最不利组合作部分预应力。在全部荷载最不利组合作用下，构件截面上混凝土允许出现裂缝

7、，但裂缝用下，构件截面上混凝土允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过规定容许值。宽度不超过规定容许值。l级级普通钢筋混凝土结构。普通钢筋混凝土结构。82、国内加筋混凝土结构的分类、国内加筋混凝土结构的分类n 预应力混凝土结构：预应力混凝土结构：l全预应力混凝土全预应力混凝土在使用荷载下，截面上不在使用荷载下，截面上不允许出现拉应力，允许出现拉应力，c-pcII0。l有限预应力混凝土有限预应力混凝土在使用荷载下截面受拉在使用荷载下截面受拉边缘允许产生拉应力，但拉应力不得超过边缘允许产生拉应力，但拉应力不得超过 ctftk，即即 c-pcII ctftk。l部分预应力混凝土部分预应力混凝土在使用荷载下允许

8、出现在使用荷载下允许出现裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制，裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制，即即 c-pcII ftk。n 钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构9早期的预应力混凝土早期的预应力混凝土结构大多设计成全预应结构大多设计成全预应力混凝土。力混凝土。全预应力混凝土构件全预应力混凝土构件具有抗裂性好、刚度大具有抗裂性好、刚度大等优点。但也存在着一等优点。但也存在着一些明显的缺点。些明显的缺点。适当降低预压力、设计成有限或部分预应力混凝土适当降低预压力、设计成有限或部分预应力混凝土构件，既克服了全预应力混凝土的缺点，又用预应力构件，既克服了全预应力混凝土的缺点，又用预应力改善了钢筋混凝土构件的受力性能

9、，使开裂推迟、刚改善了钢筋混凝土构件的受力性能，使开裂推迟、刚度增加，并减轻自重、降低造价。度增加，并减轻自重、降低造价。采用部分预应力混凝土结构已成为加筋混凝土结构采用部分预应力混凝土结构已成为加筋混凝土结构系列中的重要发展趋势。系列中的重要发展趋势。103 3、其它分类方法、其它分类方法n 按预应力筋张拉方式分按预应力筋张拉方式分l先张法预应力混凝土；先张法预应力混凝土；l后张法预应力混凝土后张法预应力混凝土n 按预应力筋与混凝土的粘结方式分按预应力筋与混凝土的粘结方式分l有粘结预应力混凝土有粘结预应力混凝土(包括缓粘结预应力混凝包括缓粘结预应力混凝)；l无粘结预应力混凝土；无粘结预应力混

10、凝土；n 按结构的约束条件分按结构的约束条件分l静定预应力混凝土结构；静定预应力混凝土结构；l超静定预应力混凝土结构。超静定预应力混凝土结构。11三、预应力损失n预应力钢筋中建立起的预应力预应力钢筋中建立起的预应力(张拉控制应力张拉控制应力)在构件在构件施工及使用过程中将由于工艺和材性等原因不断降低，施工及使用过程中将由于工艺和材性等原因不断降低，这就是预应力损失这就是预应力损失 l。n尽可能减少预应力损失并对其准确地估算，是预应尽可能减少预应力损失并对其准确地估算，是预应力混凝土结构设计中的重要问题。力混凝土结构设计中的重要问题。n引起预应力损失的原因很多，而且许多因素相互制引起预应力损失的

11、原因很多，而且许多因素相互制约、影响，精确计算十分困难。在结构设计时通常有约、影响，精确计算十分困难。在结构设计时通常有两种考虑预应力钢筋应力损失的方法：两种考虑预应力钢筋应力损失的方法：l一种是用近似的办法估算预应力损失值；一种是用近似的办法估算预应力损失值；l另一种是采用分项计算然后按时序逐项迭加的办另一种是采用分项计算然后按时序逐项迭加的办法。法。l根据我国工程设计的经验，以采用后者为宜。根据我国工程设计的经验，以采用后者为宜。121 1、分项计算的预应力损失分项计算的预应力损失n 由于锚具变形和预应力钢筋内缩引起的预应力损失由于锚具变形和预应力钢筋内缩引起的预应力损失值值l1；n 预应

12、力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失值值l2；n 混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失值备之间的温差引起的预应力损失值l3；n 预应力钢筋的应力松驰引起的预应力损失值预应力钢筋的应力松驰引起的预应力损失值l4；n 混凝土收缩、徐变引起受拉区和受压区纵向预应力混凝土收缩、徐变引起受拉区和受压区纵向预应力钢筋的预应力损失值钢筋的预应力损失值l5、l5；n 环形预应力筋由混凝土局部挤压引起的损失环形预应力筋由混凝土局部挤压引起的损失l6；n 后张法构件的预应力钢筋采用分批张

13、拉时，后批张后张法构件的预应力钢筋采用分批张拉时，后批张拉钢筋在先批张拉钢筋中产生的混凝土弹性压缩拉钢筋在先批张拉钢筋中产生的混凝土弹性压缩(或或伸长伸长)引起的预应力损失值。引起的预应力损失值。132 2、近似的办法估算预应力损失值、近似的办法估算预应力损失值n 预应力损失值的分项计算是繁琐的，且也难以做到预应力损失值的分项计算是繁琐的，且也难以做到精确；精确；n 在设计中估算预应力筋数量时就要知道预应力总损在设计中估算预应力筋数量时就要知道预应力总损失值；失值；n 为此国内外规范和设计建议有很多方法可以近似估为此国内外规范和设计建议有很多方法可以近似估计预应力损失值。；计预应力损失值。；n

14、 我国我国JGJ 92-2004无粘结预应力混凝土结构技术无粘结预应力混凝土结构技术规程规程根据根据1980年代以来的应用经验，提出无粘结年代以来的应用经验，提出无粘结预应力筋总损失的估计值，对板可取预应力筋总损失的估计值，对板可取0.2 con，对梁，对梁可取可取0.3 con。14n 林同炎提出，对取用一般性能的钢材与混凝土，在林同炎提出，对取用一般性能的钢材与混凝土，在一般天气条件下养护的结构，预应力总损失及各组一般天气条件下养护的结构，预应力总损失及各组成因素损失的平均值，可用预加力的百分比表示。成因素损失的平均值，可用预加力的百分比表示。损损 失失 项项 目目后后 张张 ()先先 张

15、张 ()混凝土弹性压缩混凝土弹性压缩混凝土收缩混凝土收缩混凝土徐变混凝土徐变钢材松弛钢材松弛 1 6 5 8 4 7 6 8总损失总损失 20 25上表已考虑了适当的超张拉以降低松弛和抵消摩擦与锚固损上表已考虑了适当的超张拉以降低松弛和抵消摩擦与锚固损失，凡未被克服的摩擦损失必须另加。失，凡未被克服的摩擦损失必须另加。此外，当条件偏离一般情况时，应作相应的增减。例如，当此外，当条件偏离一般情况时，应作相应的增减。例如，当构件的平均预压应力构件的平均预压应力(NpAc)较高，如大约为较高，如大约为7MPa时，则后张时，则后张法总损失应大约增加到法总损失应大约增加到25，先张法的增加到，先张法的增

16、加到30。当平均应。当平均应力力(NpAc)较低，如约为较低，如约为1.7MPa时，则后张法和先张法的总损时，则后张法和先张法的总损失应分别降低到大约失应分别降低到大约15和和18。15四、无粘结预应力混凝土结构四、无粘结预应力混凝土结构 l在后张预应力混凝土结构中，凡张拉后不进行灌浆在后张预应力混凝土结构中，凡张拉后不进行灌浆或不采用其他措施使预应力筋或不采用其他措施使预应力筋(束束)与混凝土牢固地粘与混凝土牢固地粘结在一起，而是容许预应力筋结在一起，而是容许预应力筋(束束)与周围混凝土发生与周围混凝土发生相对滑移的预应力混凝土结构称为无粘结预应力混凝相对滑移的预应力混凝土结构称为无粘结预应力混凝土结构。土结构。l目前大多数无粘结预应力筋均采用挤压涂塑工艺制目前大多数无粘结预应力筋均采用挤压涂塑工艺制成，即对无粘结筋涂敷专用防腐建筑油脂，外包聚乙成，即对无粘结筋涂敷专用防腐建筑油脂，外包聚乙烯或聚丙烯套管。经过挤出成型机后，塑料套管一次烯或聚丙烯套管。经过挤出成型机后，塑料套管一次成型在钢绞线或钢丝束上。成型在钢绞线或钢丝束上。l目前国内有目前国内有 12和和 15高强钢纹线以及高强