增加钢筋配筋量As不经济; 增加截面尺寸.pptx
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1、&缘起缘起-why?钢筋混凝土结构需要满足三种性能状态要求钢筋混凝土结构需要满足三种性能状态要求1.安全性安全性承载能力(承载能力(Mu、Vu、Nu、Tu)2.适用性适用性正常使用极限状态下的裂缝与变形正常使用极限状态下的裂缝与变形3.耐久性耐久性裂缝和钢筋锈蚀裂缝和钢筋锈蚀?大跨建筑结构和大跨桥梁结构对混凝土结构提出更高要求大跨建筑结构和大跨桥梁结构对混凝土结构提出更高要求?构件承载能力可以通过提高材料强度得到提高和保证构件承载能力可以通过提高材料强度得到提高和保证?减小裂缝与变形在实际工程中的常用措施均具有局限性减小裂缝与变形在实际工程中的常用措施均具有局限性10.1.1 预应力混凝土的一
2、般概念预应力混凝土的一般概念10.1 10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识1.增加钢筋配筋量增加钢筋配筋量As,不经济;,不经济;2.增加截面尺寸增加截面尺寸bh,增加自重,不利大跨、抗震结构、不经济;,增加自重,不利大跨、抗震结构、不经济;3.采用高强钢筋和高强混凝土,也不能明显减小裂缝与变形。采用高强钢筋和高强混凝土,也不能明显减小裂缝与变形。混凝土强度混凝土强度fc提高,提高,ft提高不明显,抗裂度提高不明显;提高不明显,抗裂度提高不明显;钢筋强度钢筋强度fy提高,弹性模量提高,弹性模量Es2105MPa,刚度不提高;,刚度不提高;钢筋强度提高,钢筋应力钢筋强度提高,钢
3、筋应力sk提高,裂缝与变形加大。提高,裂缝与变形加大。10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识混凝土结构的混凝土结构的“两朵乌云两朵乌云”:裂缝和变:裂缝和变形形?裂缝与变形限制了混凝土结构应用和发展,以下情况不适用:裂缝与变形限制了混凝土结构应用和发展,以下情况不适用:1.不允许出现裂缝的结构:水池、储罐等;不允许出现裂缝的结构:水池、储罐等;2.高腐蚀环境的结构:海洋工程、跨海大桥等。高腐蚀环境的结构:海洋工程、跨海大桥等。3.大跨结构:大跨桥梁、大跨建筑等;大跨结构:大跨桥梁、大跨建筑等;4.高强材料:高强钢筋、高强混凝土、高强材料:高强钢筋、高强混凝土、FRP等。等。?因
4、此,为发挥和利用混凝土结构取材方便、整体性好、可模性因此,为发挥和利用混凝土结构取材方便、整体性好、可模性强、造价低廉等优点,必须解决裂缝和变形问题。强、造价低廉等优点,必须解决裂缝和变形问题。第1页/共29页10.1 10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识&预应力技术是改善混凝土裂缝和变形最有效措施预应力技术是改善混凝土裂缝和变形最有效措施预应力技术源于生活实践预应力技术源于生活实践一些生活用具中得出以下经验:一些生活用具中得出以下经验:在生活用具零构件间在生活用具零构件间引入足够的紧压力,引入足够的紧压力,紧压力超过可能发生的张拉力紧压力超过可能发生的张拉力可以维持用具原型
5、与功能。可以维持用具原型与功能。减小裂缝减小裂缝。在生活用具零构件间在生活用具零构件间引入引入足够张拉力,足够张拉力,张拉力超过张拉力超过可能发生外荷载可以维持可能发生外荷载可以维持用具原型与功能用具原型与功能提高提高刚度、减小变形。刚度、减小变形。5第2页/共29页?预应力混凝土基本思想预应力混凝土基本思想在混凝土构件在混凝土构件承受外荷载前承受外荷载前,对混凝土受拉区对混凝土受拉区预先施加压应力预先施加压应力,以改善构件抗裂性能,以改善构件抗裂性能,Prestressed Concrete,简称,简称PC。(普通混凝土。(普通混凝土RC)预应预应力大力大预应预应力中力中预应预应力小力小(a
6、)正常使用状态下)正常使用状态下RC轴拉构件应力轴拉构件应力+不不开开裂裂较大较大拉力拉力开裂开裂例例1:轴拉构件:轴拉构件普通钢筋混凝土普通钢筋混凝土(RC)预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土(PC)预应力施加完预应力施加完混凝土受压混凝土受压构件承受荷载构件承受荷载混凝土由压到拉混凝土由压到拉粘结锚固粘结锚固外加锚固外加锚固?因此,预应力可以有因此,预应力可以有效避免开裂或提高开效避免开裂或提高开裂荷载。裂荷载。第3页/共29页10.1 10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识?预应力可以避免或延缓构件开裂预应力可以避免或延缓构件开裂从而使构件在正常使从而使构件在正常使用荷载下
7、不裂缝或开裂荷载较大(在同样荷载下宽度较小);用荷载下不裂缝或开裂荷载较大(在同样荷载下宽度较小);?提高刚度、减小变形提高刚度、减小变形由于裂缝不开展或在较大荷载下开由于裂缝不开展或在较大荷载下开展,在正常使用荷载下构件刚度提高,构件变形减小。展,在正常使用荷载下构件刚度提高,构件变形减小。=预应力大预应力大预应力中预应力中预应力小预应力小(a)正常使用状态下)正常使用状态下RC受弯构件应力受弯构件应力(b)正常使用状态下)正常使用状态下PC受弯构件应力受弯构件应力+不不开开裂裂较大较大荷载荷载开裂开裂例例2:受弯构件(直线预应力筋):受弯构件(直线预应力筋)qq第4页/共29页10.1 1
8、0.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识?在本例中,预应力产在本例中,预应力产生等效荷载,等效荷生等效荷载,等效荷载可抵消外加荷载作载可抵消外加荷载作用用q,在理想状态下,在理想状态下,受弯构件变为受压构受弯构件变为受压构件,裂缝和变形问题件,裂缝和变形问题得到解决。得到解决。?因此,预应力相当于因此,预应力相当于产生一个内在等效荷产生一个内在等效荷载,该等效荷载可以载,该等效荷载可以抵抗外加荷载,从而抵抗外加荷载,从而有效解决裂缝和变形有效解决裂缝和变形问题。问题。(a)正常使用状态下)正常使用状态下RC受弯构件应力受弯构件应力(b)正常使用状态下)正常使用状态下PC受弯构件应力
9、受弯构件应力例例3:受弯构件(曲线预应力筋):受弯构件(曲线预应力筋)qq第5页/共29页f?ACI(American Concrete Institute)“预应力混凝土预应力混凝土是根据需要人为地引入是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力某一数值与分布的内应力,用以,用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土”。各种情况下预应力所产生的等效荷载各种情况下预应力所产生的等效荷载&预应力混凝土实质预应力混凝土实质预应力产生等效荷载,平衡外加荷载预应力产生等效荷载,平衡外加荷载v预应力对构件产生等效荷载,而且该等效荷载可以调整、设计;预应力对构件产生
10、等效荷载,而且该等效荷载可以调整、设计;v等效荷载可以部分或全部抵销外加使用荷载效应,减小裂缝与变形。等效荷载可以部分或全部抵销外加使用荷载效应,减小裂缝与变形。第6页/共29页10.1.2 预应力结构混凝土的特点预应力结构混凝土的特点&预应力混凝土是钢筋混凝土结构的一场新革命。预应力混凝土是钢筋混凝土结构的一场新革命。&与与RC相比,预应力混凝土具有以下优点:相比,预应力混凝土具有以下优点:v提高了构件抗裂能力提高了构件抗裂能力避免或减小裂缝、提高抗裂度避免或减小裂缝、提高抗裂度v增大构件刚度、减小构件变形增大构件刚度、减小构件变形不开裂或裂缝很小不开裂或裂缝很小构件基本处于弹性阶段,刚度较
11、大;构件基本处于弹性阶段,刚度较大;预应力产生等效荷载,抵消外荷载,减小变形。预应力产生等效荷载,抵消外荷载,减小变形。v充分利用高强度材料充分利用高强度材料裂缝和变形问题得到解决,高强混凝土裂缝和变形问题得到解决,高强混凝土和高强钢筋强度充分发挥,构件截面变小、自重小,经济合理;和高强钢筋强度充分发挥,构件截面变小、自重小,经济合理;v扩大混凝土结构应用范围扩大混凝土结构应用范围改善抗裂性能改善抗裂性能可用于防渗、防水及耐久性要求高的构件;可用于防渗、防水及耐久性要求高的构件;改善抗裂性能改善抗裂性能连续梁桥梁(钢筋混凝土连续梁、连续组合梁)连续梁桥梁(钢筋混凝土连续梁、连续组合梁)高强材料
12、应用高强材料应用结构强度高、变形小,适用大跨、重载结构;结构强度高、变形小,适用大跨、重载结构;v缺点缺点施工工序多、施工技术高,需要张拉设备、锚具等。施工工序多、施工技术高,需要张拉设备、锚具等。&RC和和PC各有应用范围、均有生命力。各有应用范围、均有生命力。vRC结构结构施工方便、造价较低、允许带裂缝工作;施工方便、造价较低、允许带裂缝工作;vPC结构结构RC“力不能及力不能及”的情况(大跨、重载结构)。的情况(大跨、重载结构)。10.1 10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本知识10第7页/共29页第8页/共29页10.1 10.1 预应力混凝土的基本知识预应力混凝土的基本
13、知识10.1.3 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类1.按制作、施工工艺划分按制作、施工工艺划分先张法、后张法先张法、后张法&先张法概念先张法概念在混凝土浇筑前对钢筋施加预应力。在混凝土浇筑前对钢筋施加预应力。v将预应力筋用锚具临时固定在台座或钢模上,待混凝将预应力筋用锚具临时固定在台座或钢模上,待混凝土达到一定强度(一般不低于土达到一定强度(一般不低于75%设计强度),放松设计强度),放松预应力筋,使混凝土在预应力作用下,构件受拉区混预应力筋,使混凝土在预应力作用下,构件受拉区混凝土承受预压应力。凝土承受预压应力。v先张法施工工序:张拉固定钢筋先张法施工工序:张拉固定钢筋浇混凝土浇混凝土养
14、护混凝土养护混凝土(至至75%设计强度设计强度)放张钢筋放张钢筋 运输安装。运输安装。v先张法特点:先张法特点:临时锚具,通过粘结作用保持预应力;临时锚具,通过粘结作用保持预应力;需要台座,一般多采用预制构件;需要台座,一般多采用预制构件;预制构件整体性差(抗震性能差)。预制构件整体性差(抗震性能差)。v先张法适用范围:构件厂生产中、小型构件(楼板、屋面板、吊车先张法适用范围:构件厂生产中、小型构件(楼板、屋面板、吊车梁、桥面板等)梁、桥面板等)大型构件运输难;大型构件运输难;第9页/共29页第10页/共29页&后张法概念后张法概念在混凝土浇筑后对钢筋施加预应力。在混凝土浇筑后对钢筋施加预应力
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