第2章-預應力材料(2).ppt

1、2.1 預應力筋 1、對預應力筋的要求,要求,高強度,塑性好,粘結性好,提高材料強度的方法： （1）在鋼材中增加合金元素； （2）采用冷拔、冷拉方法提高屈服強度； （3）通過調(diào)質(zhì)熱處理、高頻感應熱處理、 余熱處理等方法提高鋼材強度。,實現(xiàn)延性破壞，防治脆性破壞； 要求保證預應力筋具有一定的 延伸率和彎折次數(shù)。,（1）先張法，預應力筋與混凝土； （2）后張法，預應力筋與孔道壓漿； （3）高強鋼絲預應力筋刻痕或鋼絞線。,2、預應力筋的種類 按照材質(zhì)劃分：金屬預應力筋和非金屬預應力筋； 常用的金屬預應力筋：高強鋼筋，高強鋼絲，鋼絞線； 非金屬預應力筋主要指：纖維增強塑料（FRP）預應力筋； 各種材料

2、的介紹和基本性能： （1）高強鋼筋 P19； （2）高強鋼絲 P20； （3）鋼絞線 P21； （4）非金屬預應力筋 P22.,最常用的兩種預應力筋材： A、鋼絞線 鋼絞線是用直徑56mm的高強鋼絲捻制而成的一種高強預應力筋，其中以7股鋼絞線應用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為9.515.2 mm，強度可高達1860MPa。,無粘結預應力束,B、鋼絲 分為冷拉鋼絲和消除應力鋼絲兩種。 外形分為光圓鋼絲、螺旋肋鋼絲、刻痕鋼絲三種。 極限抗拉強度標準值可達1770N/mm2。 鋼絲公稱直徑為39mm。 為增加與混凝土粘結強度，鋼絲表面可采用刻痕或壓波，也可制成螺旋肋。,3、預應力筋的力學性能 （1）預

3、應力的強度標準、設計值和彈性模量 混凝土結構設計規(guī)范（GB500010-2002）P23-24表2-7/8/9. （2）預應力筋的應力應變曲線 硬鋼的極限抗拉強度（fpu）可以通過試驗確定。 硬鋼的應力-應變曲線及 FPR筋的應力-應變曲線（P23圖2-2和圖2-3）： 沒有明顯屈服臺階，國際預應力協(xié)會取用0.1%殘余應變時對應的應力（f0.1）；中國和日本采用（f0.2）;美國取1%伸長時對應的應力。 鋼材的塑性：常用鋼材拉斷時的應變（伸長率）表示，伸長率與量測的標距有關。鋼絲標距一般為10d或100mm，最低塑性要求伸長率一般為4%，鋼絞線的標距一般為600mm。塑性要求3.5%。,（3）

4、預應力筋的松弛 在持續(xù)高應力的作用下，鋼材的應力隨時間增長而降低的現(xiàn)象稱為松弛。 如果應力和溫度不變，鋼材的應變隨時間而增加的現(xiàn)象稱為蠕變。 預應力筋的松弛試驗條件：溫度20，初始應力0.60.8fpu，通常把1000h內(nèi)發(fā)生的松弛做完推斷長期松弛的依據(jù)。 初始應力越大， 應力松弛也越大！當初始應力小于0.5fpu時，送上損失很小。 溫度越高，應力松弛越大！溫度對應力松弛的影響比初始應力的影響還要大！,（4）預應力筋的疲勞 預應力混凝土結構在重復或反復荷載作用下，預應力筋的 應力將會出現(xiàn)波動，預應力筋及其錨具抵抗這種伯丁應力的能力即為抗疲勞能力。 影響抗疲勞能力的因素： A、鋼材的化學、物理性

5、質(zhì)； B、荷載引起的上限應力和下限應力； C、引起破壞的應力循環(huán)次數(shù)N。 試驗表明，引起破壞的應力幅度（上限減下限應力）隨上限應力的增加而有一定程度的下降。因此，鋼材的疲勞強度是一個變化值。一般取值見P25表2-13。,2.2 非預應力筋 預應力混凝土結構中的非預應力縱向鋼筋宜選用熱軋鋼筋HRB335和HRB400，箍筋宜選用HPB235。 我國現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定的非預應力筋的強度標準值、設計值和彈性模量見P25表2-14，2-15，2-16。,2.3 混凝土 1、對混凝土材料的要求 預應力混凝土應具有高強度（且早期強度高）、變形小（收縮變形和徐變?。?。 A

6、、高強混凝土優(yōu)點： 采用與高強預應力相匹配的高強混凝土，可以充分發(fā)揮材料強度，減小構件截面尺寸和自重，以適應大跨度的要求； 高強混凝土具有較高的彈性模量，從而具有較小的彈性變形、較小的塑性變形，減小預應力損失。 具有較高的抗拉壓強度和粘結力，推遲截面裂縫的出現(xiàn)。 有利于先張法和后張法預應力筋的錨固 。,B、低收縮、低徐變 可以減小由于混凝土收縮、徐變引起的預應力損失；另一方面可以有效控制預應力混凝土結構的徐變變形。 影響混凝土收縮的主要因素：P26 （1）水灰比、水泥用量和含水量 （2）骨料含量 （3）養(yǎng)護條件 （4）纖維材料 （5）減水劑,影響混凝土徐變的主要因素：P26 （1）水灰比 （2

7、）骨料含量 （3）養(yǎng)護程度 （4）構件尺寸 （5）工作應力 （6）纖維 （7）減水劑 C、快硬性、早強性 預應力混凝土結構中的混凝土應具有快硬、早強的性質(zhì)，可以盡早施加預應力，加快工程進度，提高設備利用率。,2、混凝土的種類 預應力混凝土結構中常用的混凝土種類：普通混凝土、高強混凝土、高性能混凝土（工作性能和耐久性）和輕骨料混凝土。 （1）普通混凝土 采用常規(guī)的水泥、砂石為原料，常規(guī)的生產(chǎn)工藝，是目前最常用的混凝土。其強度標準值、設計值和彈性模量見P27表2-17，2-18和2-19. （2）高強混凝土 采用常規(guī)的水泥、砂石為原料，常規(guī)的生產(chǎn)工藝，主要依靠添加高效減水劑或同時摻加一定數(shù)量的活性

8、礦物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性能并在硬化后具有高強、高密實性的水泥混凝土。50MPa以上的通常稱為高強混凝土，80MPa以上稱為超高強混凝土。其強度標準值、設計值和彈性模量見P28表2-20，2-21，2-22.,（3）高性能混凝土 通常人們以強度來評價混凝土的性能，事實上，由于惡劣環(huán)境的影響，結構物的破壞不是強度問題，而是耐久性問題。強度高的混凝土不一定耐久性好。 高性能混凝土不是傳統(tǒng)混凝土的簡單擴展，而是一種新型的材料。 （4）輕骨料混凝土 為了增大預應力混凝土結構的跨越能力，增強其對環(huán)境的耐久性，必須采用輕質(zhì)和高性能的混凝土材料。 特點：強度/自重比值高，經(jīng)濟效益好。 其強度標準

9、值、設計值和彈性模量見P30表2-23，2-24，2-25。,3、混凝土的力學特性 （1）混凝土的應力應變關系 （P31圖2-4） 上升段：彈性狀態(tài)； 內(nèi)部微裂縫穩(wěn)定發(fā)展階段； 內(nèi)部微裂縫非穩(wěn)定發(fā)展階段，裂縫逐漸貫通。 下降段：剛性壓縮機才能反映出良好的下降段！出現(xiàn)反彎點、收斂點。反映了貫通裂縫面上的剪切滑移及骨料尼阿杰裂縫的不斷擴展。強度主要由滑動面上的摩擦力和殘余粘結力提供。 （2）混凝土的變形 （P32公式2-1和2-2） 混凝土的變形分為受力變形和非受力變形兩種： 受力時的彈性變形、滯后彈性變形和徐變以及收縮變形。,（3）混凝土的收縮、徐變 混凝土收縮是由于所含水分的蒸發(fā)及其他物理化學

10、原因產(chǎn)生的體積縮?。?混凝土的徐變是指在荷載長期作用下產(chǎn)生的隨時間增長的變形。 混凝土的收縮和徐變導致構件縮短，引起預應力損失！從而減小構件的預壓應力，這對混凝土結構是極為不利的！ A、混凝土的收縮 （P33公式2-3） B、混凝土的徐變 （P34公式2-4） 影響徐變的因素：混凝土應力的大小、混凝土的加載齡期、級配、水灰比、構件所處的環(huán)境等 。 C、混凝土的理論厚度與有效齡期,（4）混凝土的疲勞 混凝土在重復荷載（即多次重復加卸載）作用下的強度與變形與一次加卸載的情況完全不同。 當加載應力小于某一特定值（即混凝土的疲勞抗壓強度或疲勞抗拉強度）時，隨著重復荷載作用次數(shù)的增加，混凝土的累積塑性變

11、形不再增長，混凝土的加卸載曲線呈線性變化。 當加載應力大于混凝土的疲勞抗壓強度或疲勞抗拉強度時（但是還是小于一次加載時混凝土的極限強度），隨著重復荷載作用次數(shù)的增加，混凝土的應力應變曲線開始也呈線性變化，但應力值較大，重復加載導致內(nèi)部微裂縫擴展，累積塑性變形不斷增長。最終混凝土將因嚴重開裂或變形過大而破壞。 這種因為多次重復荷載作用而引起的破壞稱為疲勞破壞。,2.4 孔道及灌漿材料 1、孔道 后張法混凝土構件的預留孔道是由制孔器來形成的。 常用的類型： （1）抽拔式制孔器 先預埋制孔器 混凝土初凝 拔出制孔器 形成孔道 （2）埋入式制孔器 在預應力混凝土構件中根據(jù)設計要求永久埋置制孔器，形成預留孔道。 優(yōu)點：耐腐蝕性能好，孔道摩擦系數(shù)小，提高后張預應力結構的抗疲勞性能