混凝土結(jié)構(gòu)基本原理：第11章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能

1、第十一章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能,混凝土結(jié)構(gòu)基本原理,一、基本概念 1. 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點,*提高剛度和抗裂度,*減輕結(jié)構(gòu)自重,*提高梁的抗扭和抗剪承載力，但不提高抗彎承載力,*提高梁的抗疲勞承載力保護(hù)鋼筋免受大氣腐蝕,一、基本概念 2. 先張法和后張法,一、基本概念 3. 有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土,先張法生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小,一、基本概念 3. 有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土,后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,造價低，便于以后再次張拉或更換預(yù)應(yīng)力鋼筋,一、基本概念 4.

2、 全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力,全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 1. 張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法,*直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C(jī)械工具直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋,*電熱法：低電壓強(qiáng)電流通過鋼筋使其發(fā)熱伸長，達(dá)設(shè)計要求時斷電,*連續(xù)配筋法：用旋轉(zhuǎn)工作臺將預(yù)應(yīng)力筋纏繞于混凝土塊體上或水池壁上,*自張法：用自應(yīng)力水泥制成混凝土，結(jié)硬時混凝土膨脹帶動混凝土中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產(chǎn)生壓力,*直接加壓法：用千斤頂直接在構(gòu)件兩端加力使其獲得預(yù)壓力,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具,*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后夾具的作用即消失,*錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨

3、具失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具,摩擦型錨具,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具,墩頭錨具,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具,粘結(jié)型錨具：利用構(gòu)件端部預(yù)留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋,二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具,承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在端部,三、預(yù)應(yīng)力混凝土所用的材料 1. 鋼筋,強(qiáng)度高；與混凝土間有足夠的粘結(jié)力；良好的加工性能和一定的塑性,要求,處于侵蝕介質(zhì)中的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不宜采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線等作為預(yù)應(yīng)力鋼筋,鋼筋,冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼

4、絞線、冷拔低碳鋼絲,注意,對直接承受動荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋,三、預(yù)應(yīng)力混凝土所用的材料 2. 混凝土,C30,一般預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,C40,四、張拉控制應(yīng)力con的確定 1. con對結(jié)構(gòu)的影響,使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞,con越大，混凝土中的預(yù)壓應(yīng)力越大，但過大會產(chǎn)生如下問題,預(yù)應(yīng)力筋過早進(jìn)入流幅，降低其塑性,增加鋼筋的松弛損失,四、張拉控制應(yīng)力con的確定 2. con的取值,預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服強(qiáng)度的0.50.9,冷拉鋼筋,預(yù)應(yīng)力鋼筋極限抗拉強(qiáng)度的0.40.75,預(yù)應(yīng)力鋼筋極限抗拉強(qiáng)度的0.40.70,碳素

5、鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線,冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋,五、預(yù)應(yīng)力損失值 1. 預(yù)應(yīng)力損失的種類,前期損失或第一批損失,如錨具變形、管道摩擦、臺座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛損失等,后期損失或第二批損失,如混凝土收縮徐變、局部擠壓損失等,五、預(yù)應(yīng)力損失值 1. 預(yù)應(yīng)力損失的種類,前期損失或第一批損失,后期損失或第二批損失,預(yù)應(yīng)力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應(yīng)予分項計算，然后相加確定總的損失值,但各項預(yù)應(yīng)力損失值又不是截然無關(guān)的。試圖求得各項預(yù)應(yīng)力損失的“凈值”是很困難的。,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,后張法中，張拉鋼筋時，鋼筋在孔道中滑動，就會產(chǎn)生摩擦力,*孔道偏差等因素引起的,*曲線型孔道而引起

6、的,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,負(fù)號表示dP1和Px方向相反,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)，教材表10-2,預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數(shù)，教材表10-2,五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2,采用超張拉可以減少l2,0,1.1con停2分鐘,0.85con停2分鐘,con,五、預(yù)應(yīng)力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,由于錨具、墊塊本身的變形，其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失,張拉端至錨固端之間的距離,預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量,張

7、拉端錨具的變形和鋼筋的內(nèi)縮值，見教材表10-3,五、預(yù)應(yīng)力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,應(yīng)注意的幾個問題,*由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)考慮填逢間的預(yù)壓變形。當(dāng)采用混凝土或砂漿為填逢材料時，每條縫的預(yù)壓變形值為1mm,*先張法構(gòu)件，當(dāng)臺座長度超過100m時，可忽略l1,*后張法構(gòu)件，l1只考慮張拉端，因錨固端錨具在張拉過程中已被壓緊,五、預(yù)應(yīng)力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1,應(yīng)注意的幾個問題,*此式不適用于曲線配筋的后張法構(gòu)件（具體算法可參考相關(guān)文件）,五、預(yù)應(yīng)力損失值 4. 溫差應(yīng)力損失l3,混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)時,預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座之間溫差引起的損失,鋼筋的線膨脹系數(shù),*采用二次升

8、溫法可減少l3:先在常溫下養(yǎng)護(hù),當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到7.510N/mm2時再逐漸升溫,五、預(yù)應(yīng)力損失值 5. 應(yīng)力松弛損失l4,鋼筋在高應(yīng)力作用下，長度不變而應(yīng)力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛,鋼筋張拉后1小時內(nèi)約完成總松弛的50%，24小時內(nèi)完成總松弛的80%，以后逐漸收斂,采用超張拉時為0.9，不采用時為1.0,常數(shù)參見規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容,五、預(yù)應(yīng)力損失值 5. 應(yīng)力松弛損失l4,采用超張拉可以減少l4,0,(1.051.16)con停25分鐘,0,con,在高應(yīng)力下，本需1小時才能完成的損失，在25分鐘內(nèi)就完成了大部分,五、預(yù)應(yīng)力損失值 6. 混凝土收縮徐變損失l5,收縮和徐變兩者相互有關(guān)，

9、很難精確計算，為了簡化兩項損失可合并考慮,受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率,受拉區(qū)或受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力作用點處混凝土的法向壓應(yīng)力,高濕環(huán)境中可降低50% 干燥環(huán)境中應(yīng)增加2030%,系數(shù)A、B、C、D參見教材中的相關(guān)規(guī)定,五、預(yù)應(yīng)力損失值 6. 鋼筋擠壓混凝土損失l6,采用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作為配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力筋對混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所引起的損失,五、預(yù)應(yīng)力損失值 7. 預(yù)應(yīng)力損失的組合,預(yù)應(yīng)力總損失的下限值,先張法構(gòu)件： l100N/mm2,后張法構(gòu)件： l80N/mm2,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 受力特征,開裂前，荷載-位移關(guān)系為線性的，預(yù)應(yīng)力

10、鋼筋的應(yīng)力增長較少,開裂后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力急增，進(jìn)入非線性階段,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-張拉鋼筋,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-完成第一批預(yù)應(yīng)力損失,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-放松鋼筋,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-完成第二批損失,混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,加載階段-加載至混凝土中的應(yīng)力為0,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,加載階段-加載至混凝土開裂,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,加載階段-加載到破壞,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-穿鋼筋,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-張拉鋼筋完成第一批預(yù)應(yīng)力損失,六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析,施工階段-完成第二批損失,混凝土中