建筑結構電子教案六.ppt

,0 緒論 1 建筑結構計算基本原則 2 建筑結構材料 3 鋼筋混凝土受彎構件 4 鋼筋混凝土縱向受力構件 5 鋼筋混凝土受扭構件 6 預應力混凝土構件 7 鋼筋混凝土樓屋蓋,鋼筋混凝土結構 Reinforced Concrete Structure,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,由于混凝土的抗拉性能很差， 使得鋼筋混凝土構件出現(xiàn)了兩個問題： 1、鋼筋混凝土受拉、受彎等構件通常帶裂縫工作； 2、為保證結構耐久性，必須限制裂縫寬度。,解決問題的首先想到的方法： 1、加大截面尺寸自重過大； 2、采用高強度鋼筋裂縫過寬，無法滿足使用要求； 3、提高混凝土強度等級抗裂性能提高不明顯。 上述方法都不能很好地解決大跨度結構，以及承受動載結構 中裂縫寬度過大，變形嚴重的問題。,對配置高強度鋼筋的鋼筋混凝土構件而言，承載力可能已不是控制條件，起控制作用的因素可能是裂縫寬度或構件的撓度。當鋼筋應力達到500 1000N/mm2時，裂縫寬度將很大，無法滿足使用要求。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,混凝土抗拉強度及極限拉應變值都很低。其抗拉強度只有抗壓強度的1/101/18，極限拉應變僅為0.00010.00015，即每米只能拉長0.10.15mm，超過后就會出現(xiàn)裂縫。而鋼筋達到屈服強度時的應變卻要大得多，約為0.00050.0015，如HPB235級鋼筋就達110-3。對使用上不允許開裂的構件，受拉鋼筋的應力只能用到2030N/mm2，不能充分利用其強度。對于允許開裂的構件，當受拉鋼筋應力達到250N/mm2時，裂縫寬度已達0.20.3mm.。,繼續(xù)思考： 能否借助混凝土較高的抗壓能力來彌補其抗拉能力的不足？,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,、預應力構件 基本原理 ： 預先在混凝土受拉區(qū)施加壓應力，使其減小或抵消荷載引起的拉應力，將構件受到的拉應力控制在較小范圍，甚至處于受壓狀態(tài)，即可控制構件裂縫寬度，甚至可以使構件不產(chǎn)生裂縫。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,預應力與木桶雞： 木桶在制作過程中，用鐵箍把木板箍緊，目的是為了使木板間產(chǎn)生環(huán)向預壓力，裝水或裝湯后，由水產(chǎn)生環(huán)向拉力，預壓力抵消掉全部拉力，就不會漏水。,2、預應力混凝土的分類,分為全預應力混凝土 和部份預應力混凝土兩類。,在使用荷載作用下，不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應力的構件，稱為全預應力混凝土，屬嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件； 允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值的構件，則稱為部分預應力混凝土，屬允許出現(xiàn)裂縫的構件。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,2、預應力混凝土的分類,按照粘結方式，預應力混凝土還可分為有粘結預應力混凝土和無粘結預應力混凝土。,無粘結預應力混凝土，是指配置無粘結預應力鋼筋的后張法預應力混凝土。,無粘結預應力鋼筋是將預應力鋼筋的外表面涂以瀝清、油脂或其他潤滑防銹材料，以減小摩擦力并防銹蝕，并用塑料套管或以紙帶、塑料帶包裹，以防止施工中碰壞涂層，并使之與周圍混凝土隔離，而在張拉時可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預應力鋼筋。特點：不需要預留孔道，也不必灌漿，施工簡便、快速，造價較低，易于推廣應用。,從90年代開始，無粘結束技術已在我國的某些橋梁工程中得到應用，目前最大跨度可達到20m。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,3、預應力混凝土的特點,1、構件的抗裂性能較好,2、構件的剛度較大,3、構件的耐久性較好,4、減小構件截面尺寸，節(jié)省材料，減輕自重,5、工序較多，施工較復雜，且需張拉設備和錨具等。,注意： 預應力混凝土不能提高構件的承載能力。也就是說，當截面和材料相同時，預應力混凝土與普通鋼筋混凝土受彎構件承載能力相同。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,（1）、先張法,先張拉預應力鋼筋，然后澆筑混凝土的施工方法，稱為先張法。,主要工藝過程： 穿鋼筋 張拉鋼筋 澆筑混凝土并養(yǎng)護 至75 切斷鋼筋,預壓應力的傳遞主要靠 鋼筋和混凝土間的粘結力,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,先張法主要優(yōu)點：生產(chǎn)工藝簡單，工序少，效率高，質(zhì)量易于保證，同時由于省去了錨具和減少了預埋件，構件成本較低。 適用范圍：主要用于工廠化大量生產(chǎn)，尤其適宜用于長線法生產(chǎn)中、小型構件。,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,（2）、后張法,先澆筑混凝土，待混凝土硬化后，在構件上直接張拉預應力鋼筋，這種施工方法稱為后張法 。,主要工藝過程： 澆筑混凝土構件（在構件中預留孔道）并進行養(yǎng)護至75 穿預應力鋼筋 張拉鋼筋并用錨具錨固往孔道內(nèi)壓力灌漿。,預壓應力的傳遞主要通過工作錨具傳遞,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,錨具,張拉設備,6.1 預應力混凝土的基本概念,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,4、施加預應力的方法,后張法主要優(yōu)點：預應力鋼筋直接在構件上張拉，不需要張拉臺座，所以后張法構件既可以在預制廠生產(chǎn)，也可在施工現(xiàn)場生產(chǎn)。大型構件在現(xiàn)場生產(chǎn)可以避免長途搬運，故我國大型預應力混凝土構件主要采用后張法。 主要缺點：生產(chǎn)周期較長；需要利用工作錨錨固鋼筋，鋼材消耗較多，成本較高；工序多，操作較復雜，造價一般高于先張法。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,錨具與夾具,、錨固鋼絲的套筒式夾具 、錨固粗鋼筋用的螺絲端桿錨具（如下圖） 、錨固直徑12mm或鋼絞線的夾片式錨具（如右圖）,螺絲端桿錨具,鋼絞線夾片式錨具,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,機具設備,1、張拉設備（如千斤頂） 2、制孔器材 （如抽拔橡膠管、螺旋金屬波紋管） 3、灌孔水泥漿和壓漿機,用鍍鋅或不鍍鋅低碳鋼帶螺旋折疊咬口制成的金屬管，用于后張法預應力砼結構或構件的成孔。,夾片錨張拉千斤頂,在張拉預應力鋼筋時所達到的規(guī)定應力， 稱為張拉控制應力，用 表示,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,1、張拉控制應力,張拉控制應力適當取高些是有利的，但不是越高越好。 控制應力與預應力鋼筋的強度設計值越接近時， 構件的開裂彎矩與極限彎矩就越接近，構件延性就越差。,“超張拉” 為了減少預應力的損失，張拉預應力鋼筋時常采取 的一種工藝操作方法。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,1、張拉控制應力,表6.2.1 張拉控制應力限值,預應力鋼筋極限抗拉強度標準值,張拉控制應力值均不應小于,注：下列情況，表中數(shù)值可提高0.05 fptk； 要求提高構件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設置的預應力筋； 要求部分抵消由于應力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力鋼筋與張拉臺 座之間的溫差因素產(chǎn)生的預應力損失。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,（1）張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：由于經(jīng)過張拉的預應力鋼筋被錨固在臺座或構件上以后，錨具、墊板與構件之間的縫隙被壓緊，以及預應力鋼筋在錨具中的滑動，造成預應力鋼筋回縮而產(chǎn)生的預應力損失。 產(chǎn)生范圍：先張法構件、后張法構件。 減小措施：（1）選擇變形小或預應力筋滑動小的錨具、夾具，并盡量減少墊板的數(shù)量；（2）對于先張法張拉工藝，選擇長的臺座。臺座長度超過100m時，可忽略不計。,2、預應力損失及其減小措施,預應力損失共有以下六種：,由于張拉工藝和材料特性等原因，從張拉鋼筋開始直到構件使用的整個過程中，經(jīng)張拉所建立起來的鋼筋預應力將逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為預應力損失。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,2、預應力損失及其減小措施,預應力損失共有以下六種：,（2）預應力鋼筋與孔道的摩擦引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：后張法構件在預留孔道中張拉鋼筋時，因鋼筋與孔道壁之間的接觸引起摩擦阻力而產(chǎn)生的預應力損失。 產(chǎn)生范圍：后張法構件。 減少措施： （1）采用兩端張拉； （2）采用“超張拉”工藝。其工藝程序為：,停2min 停2min,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,2、預應力損失及其減小措施,預應力損失共有以下六種：,（3）混凝土加熱養(yǎng)護時，預應力鋼筋與臺座間溫差引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：當先張法構件進行蒸汽養(yǎng)護時，隨著鋼筋溫度升高，其長度也增加（由于新澆混凝土尚未結硬，不能約束鋼筋增長），而臺座長度固定不變，因此張拉后的鋼筋變松，預應力鋼筋的應力降低。降溫時混凝土和鋼筋已粘結成整體，二者一起回縮，鋼筋的應力不能恢復到原來的張拉應力值。 產(chǎn)生范圍：采用蒸汽養(yǎng)護的先張法構件。 減少措施： (1)蒸汽養(yǎng)護時采用兩次升溫養(yǎng)護，即第一次升溫至20，恒溫養(yǎng)護至混凝土強度達到710N/mm2 時，再第二次升溫至規(guī)定養(yǎng)護溫度。 (2)在鋼模上張拉，將構件和鋼模一起養(yǎng)護。此時，由于預應力鋼筋和臺座間不存在溫差，故溫差損失為0。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,2、預應力損失及其減小措施,預應力損失共有以下六種：,（4）預應力鋼筋應力松馳引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：預應力鋼筋應力松馳引起的預應力損失實際上是鋼筋的應力松馳和徐變引起的預應力損失的統(tǒng)稱。 產(chǎn)生范圍：先張法構件、后張法構件。 減小措施： (1)采用應力松馳損失較小的鋼筋作預應力鋼筋； (2)采用“超張拉”工藝。,（5）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：由于混凝土的收縮和徐變使構件長度縮短，被張緊的鋼筋回縮而產(chǎn)生的預應力損失。此項預應力損失是各項損失中最大的一項，在直線預應力配筋構件中約占總損失的50，在曲線預應力配筋構件中約占30左右。,產(chǎn)生范圍：先張法構件、后張法構件。 減少措施： (1)設計時盡量使混凝土壓應力不要過高； (2)采用高強度等級水泥，以減少水泥用量，同時嚴格控制水灰比； (3)采用級配良好的骨料，增加骨料用量，同時加強振搗，提高混凝土密實性； (4)加強養(yǎng)護，使水泥水化作用充分，減少同的收縮。有條件時宜采用蒸汽養(yǎng)護。,6.2 張拉控制應力與預應力損失,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,2、預應力損失及其減小措施,預應力損失共有以下六種：,（6）環(huán)形構件采用螺旋預應力筋時局部擠壓引起的預應力損失 產(chǎn)生原因：由于構件環(huán)形配筋時，預應力鋼筋將混凝土局部壓陷，使構件直徑減小而產(chǎn)生的預應力損失。 產(chǎn)生范圍：直徑d3m的后張法構件中。,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,對混凝土的要求： 預應力混凝土構件的混凝土強度等級不應小于C30； 采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作為預應力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。 無粘結預應力混凝土結構的混凝土強度等級，板不低于C30，梁及其他構件不低于C40。,對鋼筋的要求： 預應力鋼筋宜采用冷軋帶肋鋼筋、消除應力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，以及冷拉、級鋼筋。,鋼絞線與鋼絞線束的橫斷面圖,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,6.3.1 預應力混凝土構件中鋼筋的布置,直線布置和曲線布置：,曲線布置多用于跨度和荷載較大的構件，如預應力梁。 曲線布置一般用于后張法構件。,直線布置用于跨度荷載較小的情況，如預應力板， 直線布置優(yōu)點是施工簡單，用于先張法和后張法構件。,1. 預應力鋼筋,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,6.3.1 預應力混凝土構件中鋼筋的布置,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,6.3.1 預應力混凝土構件中鋼筋的布置,無粘結預應力砼樓蓋的鋼筋布置,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,6.3.1 預應力混凝土構件中鋼筋的布置,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,6.3.1 預應力混凝土構件中鋼筋的布置,間距及孔道尺寸,預應力鋼筋的凈距不應小于其公稱直徑或等效直徑的1.5倍，且符合下列規(guī)定：對熱處理鋼筋及鋼絲，不應小于25mm；對3股鋼絞線，不應小于20mm；對7股鋼絞線，不應小于25mm。當先張法預應力鋼絲按單根方式配筋有困難時，可采用相同直徑鋼絲并筋的配筋方式。,6.3 預應力混凝土構件的構造要求,第六章 鋼筋混凝土預應力構件,間距及孔道尺寸,后張法構件中，預應力鋼絲束、鋼絞線束的預留孔道間的水平凈間距，在預制構件中不宜小于50mm，孔道至構件邊緣的凈距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直徑的一半 。,在構件兩端及跨中應設灌漿孔或排氣孔，孔距不宜大于12m。,孔道的內(nèi)徑應比預應力鋼絲束或鋼絞線束外徑及需穿過孔道的連接器外徑大1015mm。,3）混凝土保護層 預應力鋼筋的保護層厚度同鋼筋混凝土構件。處于一類環(huán)境且由工廠生產(chǎn)的預應力構件，預應力鋼筋的保護層厚度不應小于預應力鋼筋直徑d，且板不小于15mm，梁不小于20mm。 2、非預應力鋼筋 1）縱向非預應力鋼筋 縱向非預應力鋼筋包括受力鋼筋和非受力鋼筋。 非預應力受力鋼筋宜采用HRB335、HRB400和CRB550級鋼筋，也可采用RRB400級鋼筋。,為了防止受彎構件制作、運輸、堆放和吊裝時，在預拉區(qū)出現(xiàn)裂縫或減小裂縫寬度，可在構件預拉區(qū)配置一定數(shù)量的縱向非預應力鋼筋。后張法預應力混凝土結構構件的預拉區(qū)和預壓區(qū)中應設置縱向非預應力構造鋼筋。這些非預應力鋼筋一般布置在預應力鋼筋的外側。,在無粘結后張預應力混凝土受彎構件中，應配置一定數(shù)量的縱向非預應力鋼筋，以克服純無粘結受彎構件只出現(xiàn)一條或少數(shù)幾條裂縫使混凝土壓應變集中而引起脆性破壞的缺點，還利于分散裂縫，改善受彎構件的變形性能和提高正截面受彎承載力。 （2）箍筋 預應力混凝土構件的箍筋設置的構造要求與普通鋼筋混凝土構件基本相同。,（3）附加鋼筋網(wǎng)片 后張法預應力