受拉构件和预应力混凝土构件

1、一、轴心受拉构件承载力计算,计算公式,钢筋抗拉强度设计值，为了控制受拉构件在使用荷载下,的变形和裂缝开展，规定轴心受拉和小偏心受拉构件的,fy,大于,300N,mm2,时，仍应按,300N,mm2,取用,轴心受拉构件的钢筋用量并不总是由强度要求决定,的，在许多情况下，裂缝宽度验算对纵筋用量起决定作,用,s,y,A,f,N,y,f,二、偏心受拉构件正截面承载力计算,两种偏心受拉构件的判别,a,小偏心受拉构件,b,大偏心受拉构件,s,a,h,e,2,0,s,a,h,e,2,0,一,小偏心受拉构件正截面承载力计算,0,0,s,s,y,s,s,y,a,h,A,f,Ne,a,h,A,f,Ne,0,0,2

2、,2,s,s,a,e,h,e,a,e,h,e,二）大偏心受拉构件正截面承载力计算,公式适用条件,0,0,1,1,2,s,s,y,c,c,s,y,s,y,a,h,A,f,x,h,bx,f,Ne,bx,f,A,f,A,f,N,s,a,h,e,e,2,0,0,2,h,x,a,b,s,7.2,预应力混凝土概述,一、预应力混凝土的基本概念,1,在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压应力，使其能够部分或,全部抵消由荷载产生的拉应力，这种利用混凝土较高的抗压能力来弥补其,抗拉能力的不足，就是预应力混凝土的概念,预应力混凝土施加了预应力的混凝土,普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋,混疑土,

3、2,预应力混凝土的优点,a,预应力提高了构件的抗裂能力和刚度，使构件在使用荷载,作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地,改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的,耐久性,b,预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺,寸，减少材料用量并降低结构物的自重,c,预应力受弯构件在施加预应力的同时，可以使构件产生反,拱，减小了构件工作时的挠度,d,预应力可以作为结构的一种拼装手段和加固措施,3,预应力混凝土的应用,a,工作中存在受拉区的构件，如受弯、轴心受拉、偏心受拉及大,偏心受压等构件,b,大跨度结构，如大跨度桥梁、体育馆和车间以及机库等大跨度,建筑的屋盖、高层建筑结

4、构的转换层等,c,用于对抗裂有特殊要求的结构，如压力容器、压力管道、水工,或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间、构筑物等,d,用于某些高耸建筑结构，如水塔、烟筒、电视塔等,e,用于某些大量制造的预制构件，如常见的预应力空心楼板、预,应力预制桩等,f,在一般的房屋结构中，如果建筑设计限定了层高、屋楼盖梁等,的高度，或者限定了某些其他构件的尺寸，使得普通钢筋混凝土构,件难以满足要求，也可以考虑使用预应力混凝土,4,预应力混凝土构件抗裂等级,由于各种预应力构件所处的环境不同、使用要求不同，抗裂安全储,备也不同，所以，规范将预应力混凝土构件的抗裂等级划分三级,a,一级为严格要求不出现裂缝的构件,b,二级

5、为一般要求不出现裂缝的构件,c,三级构件则允许在使用中开裂，但要求计算所得的裂缝宽度小,于限值,二,施加预应力的方法,1,先张法,在浇筑混凝土之前张拉预应力筋的方法称为先张法；在浇筑混凝土,之后张拉预应力筋的方法称为后张法,a,先张法的施工工序,1,先在台座上张拉预应力筋，并将它临时锚固在台座上,2,架设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土,3,待混凝土达到要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，让,钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土，使其获,得预压应力,先张法的施工工序如,图,7,4,b,先张法主要适用于大批量生产以钢丝或,d16mm,钢筋配筋的中,小型构件，如常见的预应力混凝

6、土楼板、轨枕、水管、电杆等,2,后张法,后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力筋的,方法,a,后张法的施工工序,1,在制作构件时，预先在构件中留出穿预应力筋的孔道,2,当构件混凝土达到规定强度（规范规定,70,设计强度,后，将预应力钢筋穿入预留孔道内，再将千斤顶支承于混凝土构件,端部，张拉钢筋，使构件也同时受到压缩,3,待张拉到一定拉力后，即用特制的锚具将预应力钢筋锚固,于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其压应力,4,在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢筋不致锈蚀，并使钢,筋束与混凝土粘结成为整体,后张法的施工工序如,图,7-5,b,后张法主要适用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力

7、构件,如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等,3,先张法构件与后张法构件的比较,a,先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力,传给混凝土的，在构件上无需任何锚具；后张法构件的钢筋回弹力,必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具,必须永远留在构件上,b,先张法构件中的预应力钢筋可布置为直线形或折线形，多为直,线形。后张法构件中的预应力钢筋可以做成曲线形,c,当以相同的张拉应力张拉钢筋时，两种方法在混凝土中所建立,的预压应力是不等的，先张法低，后张法高。在先张法构件切断或,放松预应力钢筋后，由于预应力钢筋回弹带动混凝土缩短，因而预,应力钢筋本身将缩短，应力将降低。在后张法中

8、，混凝土的压缩与,张拉预应力钢筋同步发生，混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补,偿，钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小,所以，先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低,三、夹具和锚具,1,夹具和锚具的作用：固定预应力钢筋,2,夹具：能重复使用，一般用于先张法构件,3,锚具：不能重复使用，一般用于后张法构件,四、机具设备,1,张拉设备,2,制孔器,3,灌孔水泥浆及压浆机,五、预应力混凝土材料,1,混凝土：快硬、早强和收缩、徐变小，一般不低于,C40,2,钢材：强度高、塑性好和表面有刻痕,7.3,张拉控制应力和预应力损失,一、张拉控制应力,1,定义：张拉控制应力,N,为

9、总张拉力，可由仪器读出；为预应力钢筋截面面积,2,为何要控制张拉应力,1,太小时，产生的预应（压）力不足以抵消荷载产生的拉应力,2,太大时，会使构件开裂、构件破坏无预兆和预应力钢筋脆断,3,控制要求,1,与张拉工艺有关,2,同条件下，先张法,的大于后张法,3,规范的数值见表,7-1,4,一定条件下可略有提高,p,con,A,N,二、预应力损失,概念：在施工和使用阶段，预应力钢筋中的预应力（如张拉完毕时,的控制应力）降低的现象,可能有六种原因将导致此现象发生,1,锚具变形导致预应力钢筋内缩引起的预应力损失,1,计算公式为,7-1,2,一般在先张法构件中产生（直线形构件,3,减小,的措施,A,选择

10、变形小的锚具和减少锚具个数,B,增加台座长度,2,预应力钢筋与孔道摩擦引起的预应力损失,1,计算公式为,7-2,1,l,1,l,2,l,2,一般在后张法构件中产生,3,减小,的措施,A,两端张拉,B,超张拉,3,养护构件时预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失,1,计算公式为,7-3,2,一般在先张法构件中产生,3,减小,的措施,A,两次升温,B,预应力钢筋与台座同时升温,4,预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失,1,计算公式视不同情况分别为,7-4a,7-4b,2,一般在先、后张法构件中均会产生,3,减小,的措施：超张拉,2,l,3,l,3,l,4,l,4,l,5,混凝土收缩、徐变引起的预

11、应力损失,1,计算公式根据先张法、后张法、受拉区和受压区分别为,7-5,7-6,2,一般在先张法和后张法构件中均会出现,3,减小,的措施,A,采用高标号水泥,B,提高密实性,C,加强养护,6,由于螺旋预应力钢筋对混凝土的挤压产生的预应力损失,1,一般在后张法环形（或圆形）截面构件中产生,2,减小,的措施：避免采用小直径构件,5,l,5,l,5,l,5,l,6,l,6,l,三、预应力损失值的组合,1,预应力损失的特点,1,有的在先张法构件中产生，有的在后张法构件中产生，有的,在先、后张法,构件中均产生,2,有的是单独产生，有的是和别的预应力损失同时产生,3,前述各公式是分别计算，未考虑相互关系,

12、2,我国规范规定应进行相应组合，如表,7-4,3,预应力损失的最低值,1,先张法构件,2,后张法构件,4,减少预应力损失的措施,a,采用强度等级较高的混凝土和高强度的水泥,b,控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度,c,对预应力钢筋进行超张拉,d,对后张法构件采用两端张拉的方法,e,选择变形小的钢筋、内缩小的锚夹具，减少垫板的数量,2,100,mm,N,2,80,mm,N,7.4,预应力混凝土构件计算,一、预应力产生的截面应力,二、预应力混凝土构件的截面面积,三、预应力混凝土构件的正常使用极限状态验算,1,抗裂度验算,2,裂缝宽度验算,3,挠度验算,四、预应力混凝土构件挠度验算,7.5,预应力混凝土构件的构造要求,一、预应力构件的截面形式,1,轴心受拉构件，通常采用矩形或正方形截面,2,受弯构件，宜选用,T,形,I,形或其他空心截面形式,3,受弯构件的截面形式沿构件纵轴可以变化，如跨中为,I,形，而在,支座附近做成矩形，以便承受较大的剪力，并能在端面有足够的面,积布置锚具和提高其局部承压能力,二、预应力构件的截面尺寸,受弯构件,截面高度一般取,最小可为,大致为非,预应力受弯构件截面高度的,70,腹板