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1、1工程实例工程实例2第十一章第十一章预应力混凝土构件设计预应力混凝土构件设计31.1.熟悉预应力混凝土的基本知识，分类方法、预应熟悉预应力混凝土的基本知识，分类方法、预应力损失及计算方法；力损失及计算方法；2.2.掌握建筑工程中轴心受拉构件各阶段受力分析及掌握建筑工程中轴心受拉构件各阶段受力分析及计算方法；计算方法；3.3.熟悉预应力混凝土构件的施工工艺及构造要求。熟悉预应力混凝土构件的施工工艺及构造要求。难点：难点：预应力轴心受拉构件的计算预应力轴心受拉构件的计算重重 难难 点点41 1、在使用荷载作用下，一般是带裂缝工作：、在使用荷载作用下，一般是带裂缝工作：tu=0.10.1510-3（
2、即即每每m m只能拉长只能拉长0.10.15mm）对使用上不允许开裂的构件，钢筋的拉应力仅为对使用上不允许开裂的构件，钢筋的拉应力仅为2030N/mm2对允许开裂的构件，当对允许开裂的构件，当s=250N/mm2时，裂缝已达时，裂缝已达0.20.3mm，不宜用在处于高湿度或侵蚀性环境中的构，不宜用在处于高湿度或侵蚀性环境中的构件。件。2.2.难以采用高强钢筋：难以采用高强钢筋：一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点11.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识51 1、预应力砼、预应力砼：是指在构件受荷之前预先对砼受：是指在构件受荷之前预先对砼受拉区施加压力的结构。拉区施加压力的结构
3、。预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件 pkNpebxhNp二、预应力砼的基本原理：二、预应力砼的基本原理：62、预应力混凝土的基本原理、预应力混凝土的基本原理0btkbf0tkbfpccb0b73、预应力砼构件的基本特点：、预应力砼构件的基本特点：（1 1）施加预应力可提高构件的抗裂度。）施加预应力可提高构件的抗裂度。（2 2）预加力的大小以及作用点位置可根据需要进行）预加力的大小以及作用点位置可根据需要进行调整；调整；（3 3）预应力对构件正截面承载力无明显影响；）预应力对构件正截面承载力无明显影响；（4 4）预应力可提高构件的刚度，减小变形。）预应力可提高构件的刚度，减小变形。ppf
4、pcrcon=0.7fptkpcrcon=0.5fptkpcrcon=0pfo8对下列结构应优先采用预应力砼结构：对下列结构应优先采用预应力砼结构：1 1）为满足裂缝控制的要求）为满足裂缝控制的要求（即裂缝控制等级较高的结构；（即裂缝控制等级较高的结构；2 2）为满足轻质高强的要求）为满足轻质高强的要求（以减小截面，减轻自重；（以减小截面，减轻自重；3 3）为满足刚度和变形控制的要求。）为满足刚度和变形控制的要求。对下列结构应优先采用预应力砼结构：对下列结构应优先采用预应力砼结构：9全全预应力：预应力：是在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉是在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即
5、全截面受压。应力，即全截面受压。部分预应力：部分预应力：是在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出是在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力，即部分截面受压。现拉应力，即部分截面受压。4、预应力混凝土的分类、预应力混凝土的分类分类分类裂缝控制等级裂缝控制等级构件受拉边缘砼应力构件受拉边缘砼应力全预应力砼构件全预应力砼构件一级：严格要求不一级：严格要求不出现裂缝的构件出现裂缝的构件按荷载效应的标准组合计算时，不按荷载效应的标准组合计算时，不出现拉应力，即出现拉应力，即ck-pc00部部分分预预应应力力砼砼构构件件A A类：有限预应力类：有限预应力砼构件砼构件二级：一般要求不二级：一般要求不出
6、出 现裂缝的构件现裂缝的构件按荷载效应的准永久组合时，不出按荷载效应的准永久组合时，不出现拉应力，即现拉应力，即cq-pc00按荷载效应的标准组合计算时，控按荷载效应的标准组合计算时，控制拉应力在一定范围内，即制拉应力在一定范围内，即cq-pcftkB B类：部分预应力类：部分预应力砼构件（狭义）砼构件（狭义）三级：允许出现裂三级：允许出现裂缝的构件缝的构件最大裂缝宽度按荷载效应标准组合最大裂缝宽度按荷载效应标准组合并考虑长期作用的影响进行计算，并考虑长期作用的影响进行计算，并不大于允许值，即并不大于允许值，即max lim预应力砼的分类预应力砼的分类10 1、先张法、先张法（pretensi
7、oning method）：三、施加预应力的方法：三、施加预应力的方法：2、后张法、后张法（post-tensioning method）：113、两种张拉方法的比较、两种张拉方法的比较先张法先张法后张法后张法生产工艺简单，质量易保证生产工艺简单，质量易保证工序较复杂性；工序较复杂性；不需永久性的工作锚具不需永久性的工作锚具需永久性的工作锚具；需永久性的工作锚具；生产成本低，台座越长，一生产成本低，台座越长，一次生产构件的数量越多次生产构件的数量越多构件需单个进行张拉，耗钢量构件需单个进行张拉，耗钢量大，成本较高；大，成本较高；需要台座（或钢模）设备，需要台座（或钢模）设备，第一次投资费用较大
8、，且只能第一次投资费用较大，且只能固定在一处，不能移动。固定在一处，不能移动。不需要台座，较灵活，可在现不需要台座，较灵活，可在现场施工，也可在工厂预制；场施工，也可在工厂预制；预应力钢筋是直线分布。预应力钢筋是直线分布。预应力筋可按设计需要做成曲预应力筋可按设计需要做成曲线或折线；线或折线；适用于：工厂成批生产中小适用于：工厂成批生产中小型预应力构件。型预应力构件。适用于：运输不便，现场成型适用于：运输不便，现场成型的大型预应力砼构件。的大型预应力砼构件。12四、预应力混凝土的材料：四、预应力混凝土的材料：1 1、混凝土：、混凝土：预应力混凝土构件对混凝土的基本要求是：预应力混凝土构件对混凝
9、土的基本要求是：(1)(1)强度高；强度高；(2)(2)收缩、徐变小；收缩、徐变小；(3)(3)快硬、早强。快硬、早强。选择砼等级时，应综合考虑施工方法（先、后张法）、选择砼等级时，应综合考虑施工方法（先、后张法）、构件跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种构件跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种类等。一般先张法预应力损失较后张法大类等。一般先张法预应力损失较后张法大 。规范规范规定：砼强度等级不宜低于规定：砼强度等级不宜低于C30C30；当用高强；当用高强钢丝或钢绞线作预应力钢筋的结构，特别是大跨度结钢丝或钢绞线作预应力钢筋的结构，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不宜低于构，混凝土
10、强度等级不宜低于C40C40。13预应力砼结构中的钢筋预应力砼结构中的钢筋预应力钢筋预应力钢筋非预应力钢筋非预应力钢筋2、钢材、钢材：对钢筋有较高的质量要求：对钢筋有较高的质量要求：(1)(1)高强度。高强度。(2)(2)具有一定的塑性：为了避免构件发生脆性破坏，要具有一定的塑性：为了避免构件发生脆性破坏，要求预应力筋在拉断时具有一定的延伸率；一般要求极求预应力筋在拉断时具有一定的延伸率；一般要求极限伸长率限伸长率6%(6%(级级)、8%8%（级级）和和10%10%（级级），），碳碳素钢丝和钢绞线素钢丝和钢绞线4%4%。(3)(3)良好的加工性能。要求有良好的可焊性，同时钢筋良好的加工性能。要
11、求有良好的可焊性，同时钢筋“镦粗镦粗”后并不影响原来的物理力学性能等。后并不影响原来的物理力学性能等。(4)(4)与砼间有足够的粘结强度：特别是靠粘结力完成的与砼间有足够的粘结强度：特别是靠粘结力完成的先张法构件。当采用光面高强钢丝时，表面应经先张法构件。当采用光面高强钢丝时，表面应经“刻刻痕痕”或或“压波压波”等措施处理后方能使用。等措施处理后方能使用。1411.2 预应力混凝土构件设计的一般规定预应力混凝土构件设计的一般规定一、构件截面计算的内容：一、构件截面计算的内容：一般包括以下两个内容：一般包括以下两个内容：1 1、使用阶段计算：包括承载力计算、裂缝控制验算和、使用阶段计算：包括承载
12、力计算、裂缝控制验算和变形验算。变形验算。2 2、施工阶段计算：包括张拉（或放松）钢筋时构件承、施工阶段计算：包括张拉（或放松）钢筋时构件承载力验算；吊装验算和构件张拉端（锚固区）局部承载力验算；吊装验算和构件张拉端（锚固区）局部承压的验算。压的验算。151 1、概念：、概念：con在张拉预应力筋对构件施加预应力时，在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力得到的应力称为张拉控制应力 con。con是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。是预应力筋
13、在构件受荷以前所经受的最大应力。pconpconAN,二、张拉控制应力二、张拉控制应力con161）con宜尽可能定得高一些：宜尽可能定得高一些：但如果con过大过大时，可能出现下列问题下列问题:（1 1）个别钢筋可能被拉断。）个别钢筋可能被拉断。（2 2）施工阶段可能会引起构件某些部位受到拉力）施工阶段可能会引起构件某些部位受到拉力,甚至破坏甚至破坏,还可能使后张法构件端部混凝土产生局还可能使后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏。部受压破坏。（3 3）使开裂荷载与破坏荷载相近）使开裂荷载与破坏荷载相近,一旦裂缝，将一旦裂缝，将很快破坏，即可产生无预兆的脆性破坏。很快破坏，即可产生无预兆的脆性
14、破坏。2 2）con与预应力钢筋的钢种有关：与预应力钢筋的钢种有关：冷拉热轧钢筋：塑性好，冷拉热轧钢筋：塑性好，con可高些；可高些；高强钢丝和热处理钢筋，故高强钢丝和热处理钢筋，故con应低些应低些。3）con与施加预应力的方法有关：与施加预应力的方法有关：对同种钢筋，先张法取值高于后张法。对同种钢筋，先张法取值高于后张法。2、张拉控制应力、张拉控制应力con的确定的确定17con上限上限:不宜超过上表规定的不宜超过上表规定的con；con下限下限:不应小于不应小于0.40.4fptk。热处理钢筋热处理钢筋 消除应力钢丝钢绞线消除应力钢丝钢绞线 后张法后张法 先张法先张法 张拉方法张拉方法钢
15、筋种类钢筋种类 ptk75.0fptk75.0fptk70.0fptk65.0f表中表中 为预应力钢筋强度标准值。为预应力钢筋强度标准值。ptkf允许张拉控制应力值允许张拉控制应力值 con 18当符合下列情况之一时当符合下列情况之一时,上表所列数值可根据具体情上表所列数值可根据具体情况和施工经验作适当调整，可将其限值提高况和施工经验作适当调整，可将其限值提高5%。(1)(1)为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂性，为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂性，而设置在使用阶段受压区的预应力钢筋。而设置在使用阶段受压区的预应力钢筋。(2)(2)为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、分批张拉以为了部分抵
16、消由于应力松弛、摩擦、分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座间的温差因素产生的预应力及预应力钢筋与张拉台座间的温差因素产生的预应力损失，对预应力钢筋进行超张拉。损失，对预应力钢筋进行超张拉。张拉控制应力张拉控制应力con的调整的调整19其值可按下式计算：其值可按下式计算：sssl1ElaE 式中式中:a锚具变形及钢筋回缩值锚具变形及钢筋回缩值,见下表；见下表；1 1锚具变形和钢筋内缩损失锚具变形和钢筋内缩损失l1定义：指预应力钢筋张拉到定义：指预应力钢筋张拉到concon后，构件从制作到后，构件从制作到使用过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因而不使用过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因而不断降低的现象。断降低的现象。三、预应力损失三、预应力损失:20锚锚 具具 类类 别别 a 支承式锚具（钢丝束支承式锚具（钢丝束墩头锚具等）墩头锚具等）螺帽缝隙螺帽缝隙1每块后加垫板的缝隙每块后加垫板的缝隙 1锥塞式锚具（钢丝束的钢质锥形锚具等）锥塞式锚具（钢丝束的钢质锥形锚具等）5夹片式锚具夹片式锚具 有顶压时有顶压时 5无顶压时无顶压时 68注：注：1 1、表中的锚具变形和钢筋内缩值也可根据实测数据确定；
