建筑结构电子教案六

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第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 由于混凝土的抗拉性能很差, 使得钢筋混凝土构件出现了两个问题: 1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作; 2、为保证结构耐久性,必须限制裂缝宽度。 解决问题的首先想到的方法: 1、加大截面尺寸——自重过大; 2、采用高强度钢筋——裂缝过宽,无法满足使用要求; 3、提高混凝土强度等级——抗裂性能提高不明显。 上述方法都不能很好地解决大跨度结构,以及承受动载结构 中裂缝宽度过大,变形严重的问题。 对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言,承载力可能已不是控制条件, 起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力达到500 ~1000N/mm2时,裂缝宽度将很大,无法满足使用要求。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低。其抗拉强度只 有抗压强度的1/10~1/18,极限拉应变仅为0.0001~ 0.00015,即每米只能拉长0.1~0.15mm,超过后就会出现 裂缝。而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多,约为 0.0005~0.0015,如HPB235级钢筋就达1×10-3。对使用上 不 允 许 开 裂 的 构 件 , 受 拉 钢 筋 的 应 力 只 能 用 到 20~30N/mm2,不能充分利用其强度。对于允许开裂的构 件,当受拉钢筋应力达到250N/mm2时,裂缝宽度已达 0.2~0.3mm.。 继续思考: 能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足?第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 1、预应力构件 基本原理 :       预先在混凝土受 拉区施加压应力, 使其减小或抵消荷 载引起的拉应力, 将构件受到的拉应 力控制在较小范围, 甚至处于受压状态, 即可控制构件裂缝 宽度,甚至可以使 构件不产生裂缝。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 2、预应力混凝土的分类 分为全预应力混凝土 和部份预应力混凝土两类。  在使用荷载作用下,不允许 截面上混凝土出现拉应力的构 件,称为全预应力混凝土,属 严格要求不出现裂缝的构件; 预应力与木桶鸡:   木桶在制作过程中,用铁箍  允许出现裂缝,但最大裂缝 把木板箍紧,目的是为了使木板 宽度不超过允许值的构件,则 间产生环向预压力,装水或装汤 称为部分预应力混凝土,属允 后,由水产生环向拉力,预压力 许出现裂缝的构件。 抵消掉全部拉力,就不会漏水。 第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 2、预应力混凝土的分类 按照粘结方式,预应力混凝土 还可分为有粘结预应力混凝土 和无粘结预应力混凝土。 无粘结预应力混凝土,是指配 置无粘结预应力钢筋的后张法 预应力混凝土。 无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防 锈材料,以减小摩擦力并防锈蚀,并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹, 以防止施工中碰坏涂层,并使之与周围混凝土隔离,而在张拉时可沿纵向 发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点:不需要预留孔道,也不必灌浆, 施工简便、快速,造价较低,易于推广应用。 从90年代开始,无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用,目前最大跨度可达到20m。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 3、预应力混凝土的特点 1、构件的抗裂性能较好 2、构件的刚度较大 3、构件的耐久性较好 4、减小构件截面尺寸,节省材料,减轻自重 5、工序较多,施工较复杂,且需张拉设备和锚具等。 注意: 预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说,当截面和材 料相同时,预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件承载能力相同。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 (1)、先张法 先张拉预应力钢筋, 然后浇筑混凝土的施 工方法,称为先张法。 主要工艺过程:  穿钢筋 →张拉钢筋 →浇筑混凝土并养护 至75% →切断钢筋 预压应力的传递主要靠 钢筋和混凝土间的粘结力第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 先张法主要优点:生产工艺简单,工序少,效率高, 质量易于保证,同时由于省去了锚具和减少了预埋件,构件 成本较低。 适用范围:主要用于工厂化大量生产,尤其适宜用于 长线法生产中、小型构件。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 (2)、后张法  先浇筑混凝土,待混凝 土硬化后,在构件上直接 张拉预应力钢筋,这种施 工方法称为后张法 。 主要工艺过程: 浇筑混凝土构件(在构件 中预留孔道)并进行养护 至75% →穿预应力钢筋 →张拉钢筋并用锚具锚固 →往孔道内压力灌浆。 预压应力的传递主要通过 工作锚具传递第六章 钢筋混凝土预应力构件6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 张 拉 锚 设 具 备第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.1 预应力混凝土的基本概念 4、施加预应力的方法 后张法主要优点:预应力钢筋直接在构件上张拉,不 需要张拉台座,所以后张法构件既可以在预制厂生产,也可 在施工现场生产。大型构件在现场生产可以避免长途搬运, 故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。 主要缺点:生产周期较长;需要利用工作锚锚固钢筋, 钢材消耗较多,成本较高;工序多,操作较复杂,造价一般 高于先张法。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 锚具与夹具 ①、锚固钢丝的套筒式夹具 ②、锚固粗钢筋用的螺丝端 杆锚具(如下图) ③、锚固直径12mm或钢绞 线的夹片式锚具(如右图) 钢绞线夹片式锚具 螺丝端杆锚具第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 机具设备 1、张拉设备(如千斤顶) 2、制孔器材 (如抽拔橡胶管、螺旋金属波纹管) 3、灌孔水泥浆和压浆机 ↑用镀锌或不镀锌低碳钢 带螺旋折叠咬口制成的 ↓夹片锚张拉千斤顶 金属管,用于后张法预 应力砼结构或构件的成 孔。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 1、张拉控制应力 在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力, 称为张拉控制应力,用 ? c o n 表示 张拉控制应力适当取高些是有利的,但不是越高越好。 控制应力与预应力钢筋的强度设计值越接近时, 构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近,构件延性就越差。 “超张拉”—— 为了减少预应力的损失,张拉预应力钢筋 时常采取 的一种工艺操作方法。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 1、张拉控制应力 表6.2.1 张拉控制应力限值 张拉方法 钢筋种类 先张法 后张法 消除应力钢丝、钢绞线 0.75 f ptk 0.75 f ptk 热处理钢筋 0.70 f ptk 0.65 f ptk fptk ——预应力钢筋极限抗拉强度标准值 张拉控制应力值均不应小于 0.40 fptk 注:下列情况,表中数值可提高0.05 fptk; ①要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋; ②要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台 座之间的温差因素产生的预应力损失。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种: 由于张拉工艺和材料特性等原因,从张拉钢筋开始直到构件使用的 整个过程中,经张拉所建立起来的钢筋预应力将逐渐降低,这种现象称 为预应力损失。 ? (1)张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l 1   产生原因:由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座或构件上以后, 锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧,以及预应力钢筋在锚具中的滑动, 造成预应力钢筋回缩而产生的预应力损失。 产生范围:先张法构件、后张法构件。 减小措施:(1)选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具,并 尽量减少垫板的数量;(2)对于先张法张拉工艺,选择长的台座。台 座长度超过100m时,可忽略不计。第六章 钢筋混凝土预应力构件 6.2 张拉控制应力与预应力损失 2、预应力损失及其减小措施 预应力损失共有以下六种: (2)预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失 ? l 2 产生原因:后张法构件在预留孔道中张拉钢筋时,因钢筋与孔道壁 之间的接触引起摩擦阻力而产生的预应力损失。 产生范围:后张法构件。 减少措施:
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