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混凝土及砌体结构

PowerPoint. 混凝土及砌体结构. Concrete and Masonry Structure. 东北电力大学建筑工程学院 秦力. 混凝土结构设计 钢筋混凝土平面楼盖（单向板） 预应力混凝土结构 单层厂房结构 砌体结构 多、高层建筑结构. 第九章 预应力混凝土结构. 学 习 目 标. 预应力混凝土结构的基本概念； 各项预应力损失值的意义和计算方法； 预应力损失值的组合； 预应力轴心受拉构件各阶段的应力状态、设计计算方法和主要构造要求； 部分预应力混凝土构件及无粘结预应力混凝土构件的设计计算要点。. 第九章 预应力混凝土结构.

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  1. PowerPoint 混凝土及砌体结构 Concrete and Masonry Structure 东北电力大学建筑工程学院 秦力

  2. 混凝土结构设计 • 钢筋混凝土平面楼盖（单向板） • 预应力混凝土结构 • 单层厂房结构 • 砌体结构 • 多、高层建筑结构

  3. 第九章预应力混凝土结构

  4. 学 习 目 标 • 预应力混凝土结构的基本概念； • 各项预应力损失值的意义和计算方法； • 预应力损失值的组合； • 预应力轴心受拉构件各阶段的应力状态、设计计算方法和主要构造要求； • 部分预应力混凝土构件及无粘结预应力混凝土构件的设计计算要点。

  5. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1 概 述 9.1.1预应力混凝土的概念 1.钢筋混凝土结构的缺欠 简支梁跨度5.2m，截面尺寸200×450mm，均布活荷载标准值 qk=10kN/m，恒荷载标准值 gk=5kN/m。

  6. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  7. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  8. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  9. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 ★ ▲ ▼

  10. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 ★主要原因是混凝土抗拉强度太低，受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。 ★如加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。 ★如增加钢筋，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。 ★如采用高强钢筋，则截面抗弯刚度降低，故挠度变形控制难以满足。

  11. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 裂缝宽度与钢筋应力基本成正比 • 一般Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms下=(0.5~0.7)fy。 • 对于Ⅱ级钢筋， =150~210MPa，裂缝宽度已达(0.15~ 0.25) mm。 • 采用Ⅵ级钢筋，则= 290 ~406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。 ▼

  12. 第九章 预应力混凝土结构 加载 加载 9.1 概述 2.预应力混凝土的概念 压 拉 *提高刚度和抗裂度 *减轻结构自重 拉 压 *提高梁的抗扭和抗剪承载力，但不提高抗弯承载力 压 *提高梁的抗疲劳承载力,保护钢筋免受大气腐蚀 压

  13. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 不会出现开裂； 一般不会出现开裂； 开裂明显推迟，裂缝宽度显著减小。

  14. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 生活中使用预应力的例子

  15. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 生活中使用预应力的例子

  16. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.2 预应力混凝土的分类 美国混凝土协会（ACI）：预应力混凝土是根据需要人为地引入某一分布与数值的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。 全预应力混凝土构件: 最不利荷载效应组合下， 混凝土不允许出现拉应力。 部分预应力混凝土构件：最不利荷载效应组合下，允许混凝土开裂,但应控制裂缝宽度。 有限预应力混凝土构件: 最不利荷载效应组合下，允许出现低于抗拉强度的拉应力。

  17. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 优点： • 抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设计计算简单。 • 适用于对抗裂有很高要求的结构。 • 如有防渗漏要求的压力容器（核反应堆压力容器和安全壳）、储液罐； • 严重腐蚀环境下需防止钢材锈蚀的结构； • 承受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构。

  18. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 缺点： • 预应力筋配筋量由抗裂要求控制，而不是由承载力条件确定； • 反拱过大，混凝土处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，影响结构正常使用； • 从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小； • 对张拉设备、锚具等有较高要求，制作费用高。

  19. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 其它产生裂缝的的因素 • 温度、收缩徐变、沉降、水化热等； • 局部高压应力产生横向拉应力； • 剪力和扭转产生斜拉应力。 • 细微裂缝宽度对结构耐久性并无影响 • 预应力构件，裂缝还可以重新闭合。

  20. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不仅技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。 ◆有限预应力或部分预应力混凝土，可使设计更加合理和经济。 ◆节约预应力钢材、有效地控制反拱、提高延性； • 部分开裂有助于结构内力调整，减小由于约束变形（如温差、不均匀沉降等）而产生的内力。

  21. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.3 张拉预应力钢筋的方法 1.先张法 依靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递预应力.

  22. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 2.后张法: 依靠构件两端的工作锚具传递预应力.

  23. 第九章 预应力混凝土结构 混凝土强度达设计 强度的70%以上时 剪断钢筋 张拉钢筋并在 台座上固定 浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道 在构件中预留孔道 中穿钢筋并张拉 浇注混凝土构件 锚固灌浆 9.1 概述 3.先张法和后张法的比较

  24. 第九章 预应力混凝土结构 有粘结预应力混凝土 特点 9.1 概述 4.有粘结预应力混凝土 先张法；后张法：张拉钢筋后在孔道中灌浆 受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小

  25. 第九章 预应力混凝土结构 无粘结预应力混凝土 特点 9.1 概述 5.无粘结预应力混凝土 后张法：张拉钢筋后不在孔道中灌浆 无粘结钢绞线:在普通钢绞线外表涂一层油脂,然后外包一层0.8mm厚塑料套管（PE管）。优点：造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢筋。 无粘结预应力束

  26. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  27. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  28. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 6.张拉预应力筋的方法 *直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋 *电热法：低电压强电流通过钢筋 使其发热伸长，达设计要求时断电 *连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池壁上(压力水管、水池） *自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力 *直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力

  29. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.4. 锚具和夹具 *夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，不留在构件上，剪断预应力筋后夹作用即消失 *锚具：永久留在构件上，如锚具失效预应力将全部消失。

  30. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  31. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 摩擦型锚具

  32. 第九章 预应力混凝土结构 (a) (b) (c) 张拉端 分散式固定端 集中式固定端 9.1 概述 墩头锚具

  33. 第九章 预应力混凝土结构 3铅丝线圈 8箍筋 灌浆口（灌浆锚固） 6~ 8螺旋筋 预应力筋 9.1 概述 粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力钢筋。

  34. 第九章 预应力混凝土结构 螺母 预应力筋 对焊接头 垫板 螺丝杆端 9.1 概述 承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端部

  35. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 夹片式锚具

  36. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  37. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述

  38. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.5 预应力混凝土材料 1.钢 筋 强度高;与混凝土间有足够的粘结力（刻痕、压波）;良好的加工性能;具有一定的塑性。 要求 冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝 钢筋种类 处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋 注意 对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋

  39. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 (1) 冷拉低合金钢筋 ◆ 通常将Ⅳ级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。 ◆ 为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。 ◆ 但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。

  40. 第九章 预应力混凝土结构 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 9.1 概述 (2) 消除应力钢丝 钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。强度为1570~1770MPa，钢丝直径为4~9mm。 为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用‘刻痕’或‘压波’，也可制成螺旋肋。

  41. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 (3) 钢绞线 钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为9.5～15.2mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。 无粘结预应力束

  42. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 (4) 热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为6~10mm，抗拉强度为1470MPa。 除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为0.2%的条件屈服点作为抗拉强度设计指标。

  43. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 2.混凝土--- 要求采用高强混凝土 ★ 可施加较大的预压应力，提高预应力效率； ★ 减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； ★ 具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩； ★ 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； ★ 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；

  44. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 ★有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； ★强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用。 一般预应力混凝土构件 C30 采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线的预应力混凝土构件 C40

  45. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.6 张拉控制应力con 1. con的定义 ◆ 张拉设备所控制的总张拉力除以预应力筋截面面积。 ◆ 预应力筋在构件受荷之前所经受的最大应力。 ◆ 张拉控制应力取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。

  46. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 2. 的限值 • ◆ scon取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。 • 因此，《规范》规定了张拉控制应力限值。

  47. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 下列情况下，[scon]可提高0.05 fptk。 • 为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； • 为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生的预应力损失。 • 《规范》规定：scon不应小于0.4 fptk。

  48. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 9.1.7 预应力损失 • 预应力筋张拉后，应力会从scon逐步减少，并经过相当长的时间才最终稳定下来。 • 预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。 • 过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。 • 凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都引起预应力损失。

  49. 第九章 预应力混凝土结构 9.1 概述 • 锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。 • ◆摩擦损失：后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦。 • ◆ 混凝土的收缩和徐变引起的损失。 • ◆ 松弛损失：高应力长期作用下预应力筋产生松弛。 • ◆ 温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失。 • ◆ 混凝土局部挤压损失：螺旋式预应力筋（环形构件） • ◆ 弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。

  50. 第九章 预应力混凝土结构 Apcon Apcon Apcon Apcon 发生在预应力传到混凝土之前 发生在预应力传到混凝土之后 9.1 概述 • 预应力损失值组合 如锚具变形、管道摩擦、台座与钢筋的温差、钢筋松弛损失等 第一批损失 如混凝土收缩徐变、局部挤压损失等 第二批损失

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