《钢筋混凝土结构设计》项目4任务2教学课件.ppt

1、 Page:1项目四项目四 任务任务2预应力混凝土梁设预应力混凝土梁设计方法计方法 Page:22.1 2.1 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失s scon的定义的定义：张拉预应力钢筋时，张拉设备（千斤顶：张拉预应力钢筋时，张拉设备（千斤顶或油泵）上的压力表所控制的或油泵）上的压力表所控制的总张拉力总张拉力Np,con除以除以预应力预应力钢筋面积钢筋面积Ap得到的应力称为得到的应力称为张拉控制应力张拉控制应力s scon。pconpconAN,s一、张拉控制应力一、张拉控制应力s scon它是预应力筋在构件它是预应力筋在构件受荷以前受荷以前所经受的所经受的最大最大应力。应力。P

2、age:3 Page:4s scon的取值的取值（1）取值的一般概念：）取值的一般概念：张拉控制应力张拉控制应力s scon取值越高，取值越高，预应力筋对预应力筋对混凝土的预压作用混凝土的预压作用越大，越大，可以使可以使预应力筋预应力筋充分发挥作用。充分发挥作用。（2）s scon的上限值的上限值 s scon取值过高，取值过高，第一第一可能发生预应力钢筋可能发生预应力钢筋拉断拉断事故；事故；第二第二会产生会产生过大过大的应力松弛。的应力松弛。因此，因此，规范规范规定了张拉控制规定了张拉控制s scon的的上限值上限值。Page:5张拉控制应力限值 张张拉拉方方法法 钢钢筋筋种种类类 先先张张

3、法法 后后张张法法 消消除除应应力力钢钢丝丝、钢钢绞绞线线 热热处处理理钢钢筋筋 0.75 fptk 0.70 fptk 0.75 fptk 0.65 fptk （3）s scon的下限值的下限值s scon的取值的取值过低过低，影响，影响预应力筋预应力筋充分发挥作用，充分发挥作用，规范规范规定规定s scon不应小于不应小于0.4 fptk。Page:6 随时间，预应力钢筋中的应力随时间，预应力钢筋中的应力从从 s scon 逐步减少逐步减少，这种应力的降低现象这种应力的降低现象称为称为“预应力损失预应力损失”。只有只有稳定后的应力值稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力才对构件产生实际的预

4、应力效果。效果。因此，因此，预应力损失预应力损失是预应力混凝土结构设计和是预应力混凝土结构设计和施工中的一个施工中的一个关键问题关键问题。Page:7锚固损失锚固损失：由：由“锚具变形锚具变形”引起。引起。摩擦损失：摩擦损失：在在“张拉过程张拉过程”中发生。中发生。后张法后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦；预应力筋与孔道壁之间的摩擦；先张法先张法预应力钢筋与锚具之间以及折点处的摩预应力钢筋与锚具之间以及折点处的摩混凝土的混凝土的收缩和徐变收缩和徐变引起的损失引起的损失。松弛损失松弛损失：在高应力的在高应力的长期长期作用下，预应力作用下，预应力钢钢筋的筋的松弛松弛，引，引起的起的“预应力损失预应力

5、损失”。（能使能使“预应力钢筋预应力钢筋”产生产生缩短缩短的一切因素的一切因素 Page:8混凝土的局部挤压损失混凝土的局部挤压损失 直径直径 3m的环形构件中的的环形构件中的螺旋式螺旋式预应力预应力钢钢筋。筋。弹性压缩损失弹性压缩损失 “后后”张拉钢筋张拉钢筋对对“先先”张拉钢筋造成的压缩等。张拉钢筋造成的压缩等。温差损失温差损失 先张法构件先张法构件加热养护加热养护时，由时，由“预应力预应力钢筋钢筋与与 台座之间的台座之间的温差温差”引起。引起。Page:9 锚具的受力变形锚具的受力变形 垫板缝隙的挤紧垫板缝隙的挤紧 钢筋在锚具中的内缩钢筋在锚具中的内缩slEla1s对直线预应力钢筋对直线

6、预应力钢筋的的引起的损失引起的损失s sl1 Page:10锚锚 具具 变变 形形 和和 钢钢 筋筋 内内 缩缩 值值 a（mm）锚锚 具具 类类 别别 a 支支 承承 式式 锚锚 具具（钢钢 丝丝 束束 镦镦头头 锚锚 具具 等等）：螺螺 帽帽 缝缝 隙隙 每每 块块 后后 加加 垫垫 板板 的的 缝缝 隙隙 1 1 锥锥 塞塞 式式 锚锚 具具（钢钢 丝丝 束束 的的 钢钢 质质 锥锥 形形 锚锚 具具 等等）5 有有 顶顶 压压 时时 5 夹夹 片片 式式 锚锚 具具 无无 顶顶 压压 时时 68 一是一是选择变形小的锚夹具选择变形小的锚夹具,少用垫板；少用垫板；二是二是增加台座长度增加

7、台座长度l Page:11张拉钢筋时张拉钢筋时“存存在摩擦在摩擦”，而引起而引起的预应力钢筋中的预应力钢筋中应力的减少值应力的减少值称为称为摩擦摩擦损失损失s sl2 x x x)(con211ssxle Page:12超张拉超张拉程序为：程序为：01.1s scon持荷持荷2min0.85s scon持荷持荷2mins scon两端张拉两端张拉一端张拉一端张拉（张拉端）（张拉端）Page:13（先张法构件，缩短生产周期先张法构件，缩短生产周期），混凝土尚未结硬混凝土尚未结硬 钢筋受热膨胀钢筋受热膨胀 台座不动，即钢筋长度不变台座不动，即钢筋长度不变引起的损失引起的损失s sl3 Page:1

8、4，混凝土，混凝土与与预应力筋预应力筋之间之间已有粘结作用，已有粘结作用，两者两者共同回缩，共同回缩，s sl3无法恢复。无法恢复。温差温差D D t，钢筋的温度膨胀系数为钢筋的温度膨胀系数为110-5/两阶段升温养护。两阶段升温养护。浇砼浇砼t1=200cf cu=7.510Mpa至养护温度至养护温度0.71.0fcu 10153tEslDsDt55102101t D2 Page:15高应力作用高应力作用 钢筋长度不变钢筋长度不变而产生的钢筋应力的而产生的钢筋应力的降低值降低值-初始应力水平初始应力水平作用时间长短作用时间长短钢筋种类钢筋种类 Page:16普通松弛普通松弛的的预应力钢丝和钢

9、绞线预应力钢丝和钢绞线conptkconlfsss)5.0(4.04-为超张拉系数为超张拉系数：一次张拉时，一次张拉时，=1 超张拉时，超张拉时，=0.9 （根据试验结果，根据试验结果，规范规范取取）Page:17当当s scon0.7fptk时，时，conptkconlfsss)5.0(125.04当当0.7fptk 75%75%）asin8.0175.100sbysvyvtAfhsAfbhfV005.0sin8.0pppbpyNAfa+Page:51混凝土强度影响系数，混凝土强度影响系数，当当C50时，时，c=1.0；当当=C80时，时，c=0.8；其间线性插值。其间线性插值。线性插值时，

10、当时，当时，当64020.06025.04bwhbhcfcVbwhbhcfcVbwh Page:52yvtsvsvsvffbsA24.0min,梁 高 h(m m)箍 筋 直 径(m m)250800 6 8 当当V0.7ftbh0+0.05Np0时时 Page:53 梁 高 h(m m)V0.7ftbh0 V 0.7ftbh0 150h 300 150 200 300h 500 200 300 500800 300 400 Page:54三、使用阶段的裂缝控制验算三、使用阶段的裂缝控制验算0pccqss1 1、一级：、一级：严格严格要求不出现裂缝的构件，应满足要求不出现裂缝的构件，应满足:0

11、pcckss2 2、二级：、二级：一般一般要求不出现裂缝的构件，应满足：要求不出现裂缝的构件，应满足：tkpcckfss其中其中s sck=Mk W0其中其中s scq=Mq W0 Page:553 3、三级：、三级：允许允许出现裂缝的构件，应满足出现裂缝的构件，应满足:limmaxww（1 1）wlim-预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的wlim=0.2mm（2 2）wmax的计算公式的计算公式与钢筋混凝土构件的公式与钢筋混凝土构件的公式相同相同)08.09.1(maxteeqsskcrdcEwsa即 Page:56zAAezNMAAApsppksktepstecr)()(7.10sa其中

12、020)1(12.087.0hehzf0pkpNMeez,ep,e的概念见建工教材P293图 Page:57四、使用阶段的斜截面裂缝控制验算四、使用阶段的斜截面裂缝控制验算 s stp-截面上混凝土的截面上混凝土的主拉主拉应力应力 s scp-主压主压应力应力1 1、一级：、一级：严格严格要求不出现裂缝的构件，应满足要求不出现裂缝的构件，应满足2 2、二级：、二级：一般一般要求不出现裂缝的构件，应满足要求不出现裂缝的构件，应满足s stp0.85ftks scp0.6fcks stp0.95ftks scp0.6fck Page:58 f：应用最小刚度原则，并用结构力学方法求应用最小刚度原则，

13、并用结构力学方法求f。skqkBMMMB)1(相同之处相同之处f flim Page:59=2 =1.6；=2.0反拱值计算反拱值计算-预加力作用下产生的预加力作用下产生的 按刚度为按刚度为EcI0，用用方法计算方法计算，计算值计算值预压应力预压应力增大系数增大系数2.0，。Bs=0.85EcI0 Page:60 )1(85.00crcrcsIEB7.0)45.01(21.00.1fEa0)(bhhbbfff0)(WfMtkpccrskcrcrMM其中 Page:61六、施工阶段的裂缝控制验算（六、施工阶段的裂缝控制验算（了解了解）NpoNkMk1 1、s sct、s scc的概念及计算的概念

14、及计算（1 1）s sct、s scc的概念的概念 预加力预加力、自重标准值自重标准值和和施工荷载标准值施工荷载标准值作用下构件作用下构件截面边缘混凝土的拉应力、压应力截面边缘混凝土的拉应力、压应力s sctcts scccc后张法构件后张法构件Npo改为改为Np00WMANkkpcccctsss或（2 2）s sct、s scc的计算的计算 Page:62（1 1）对预拉区对预拉区不允许不允许出现裂缝出现裂缝 或预压时或预压时全截面受压全截面受压的构件，的构件，s sct、s scc应满足应满足8.0ckcctkctffss2 2、s sctct、s scccc应应满足的条件满足的条件（2

15、2）对预拉区）对预拉区允许允许出现裂缝出现裂缝 而在预拉区而在预拉区不配置不配置纵向预应力钢筋的构件，纵向预应力钢筋的构件，s sct、s scc应满足应满足8.02ckcctkctffss Page:632.5 2.5 预应力的传递长度预应力的传递长度和和锚固区的局部受压锚固区的局部受压一、预应力的传递长度一、预应力的传递长度1 1、的概念的概念先张法先张法构件构件放张后放张后s spe钢筋应力钢筋应力s spc砼应力砼应力构件端部构件端部：s sc=0 s sp=0经过某一长度经过某一长度 后后：s sc=s spc s sp=s speltrltr Page:642 2、的计算的计算df

16、ltkpetrsas spe-放张时放张时预应力钢筋预应力钢筋的有效预应力的有效预应力a a-预应力钢筋的预应力钢筋的外形系数外形系数，与计算与计算 时的取值相同。时的取值相同。见见建工教材建工教材P1143 3、在设计中的应用在设计中的应用对先张法构件对先张法构件进行进行时，时，应考虑预应力钢筋在应考虑预应力钢筋在 范围内的应力值的变化。范围内的应力值的变化。Page:654 4、预应力钢筋的锚固长度、预应力钢筋的锚固长度dffltpyaa（1 1）的的计算计算（2 2）在设计中的应用在设计中的应用计算计算先张法构件先张法构件锚固区的锚固区的正、斜截面正、斜截面受弯承载力时，受弯承载力时，范

17、围内的范围内的预应力钢筋预应力钢筋抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：fpy在锚固起点处取为在锚固起点处取为零零；在锚固终点处取为在锚固终点处取为fpy；其间按其间按线性插值线性插值。Page:66二、二、锚固区的局部受压锚固区的局部受压1 1、锚固区的受力性能、锚固区的受力性能Fl压应力压应力拉应力拉应力s sy分布分布s sx分布分布锚固区锚固区后张法构件，后张法构件，张拉完毕时张拉完毕时ft当当达达ft时时，出现纵向裂缝，出现纵向裂缝，最后因最后因局部压坏局部压坏而破坏。而破坏。Page:672、局部受压区的截面尺寸限制条件局部受压区的截面尺寸限制条件Fl 1.35 c l fc=1.280

18、8.0500.1CC=（1 1）限制条件）限制条件lblAA局部受压面积；局部受压面积；（2）-局部受压的局部受压的强度强度提高系数提高系数 Page:68（3）-局部受压计算底面积局部受压计算底面积可知：可知：是根据与是根据与同心、对称同心、对称 的原则确定的原则确定 Page:693、局部受压承载力的计算局部受压承载力的计算计算公式计算公式Fl 0.9(c l fc+2a a v c or f y)8085.0500.1CCa a=v=sdAsAlAnlAncorsscorss12221114（方格网式配筋方格网式配筋）（螺旋式配筋螺旋式配筋）c or=lcorAAAcor亦是根据与亦是根

19、据与Al同心、对称同心、对称 的原则确定，且的原则确定，且Acor应应 Ab Page:702.4 2.4 预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求一、截面形式和尺寸一、截面形式和尺寸1 1、截面形式、截面形式对预应力对预应力轴心受拉轴心受拉构件，常采用构件，常采用正方形正方形和和矩形矩形截面。截面。对预应力对预应力受弯构件受弯构件，常采用，常采用T T形形、I I形形和和箱形箱形截面。截面。Page:712 2、截面尺寸、截面尺寸对预应力受弯构件：对预应力受弯构件：截面高度截面高度 约为普通砼梁的约为普通砼梁的70%，一般一般h=(1/201/14)l，最小可为最小可为1/35l

20、；翼缘宽度翼缘宽度可取可取(1/31/2)h；翼缘厚度翼缘厚度可取可取(1/101/6)h；腹板宽度腹板宽度 可取可取(1/151/8)h。h Page:72防止或减缓防止或减缓施工阶段施工阶段预拉区的裂缝；预拉区的裂缝；防止施加预应力时，在构件端部防止施加预应力时，在构件端部 产生产生截面中部截面中部的纵向水平裂缝；的纵向水平裂缝；有利于锚具的布置。有利于锚具的布置。提高构件端部斜截面的抗裂度和承载力；提高构件端部斜截面的抗裂度和承载力；（2）适用性）适用性：荷载、跨度较大时采用，荷载、跨度较大时采用，一般用一般用后张法后张法施工。施工。二、预应力纵向钢筋的布置二、预应力纵向钢筋的布置1 1

21、、直线布置、直线布置适用于荷载、跨度不大，适用于荷载、跨度不大，先张法和后张法施工均可。先张法和后张法施工均可。2 2、曲线、折线布置、曲线、折线布置直线布置直线布置曲线布置曲线布置折线布置折线布置（1 1）采用曲线布置的原因）采用曲线布置的原因 Page:73三、三、Ap的的设置设置2 2、Ap的配置量的配置量Ap一般可取（一般可取（1/71/4）ApApAp1 1、设置、设置Ap的的原因原因防止或减缓防止或减缓施工阶段施工阶段预拉区的裂缝；预拉区的裂缝；构件的过大反拱；构件的过大反拱；（张拉、运输和吊装）（张拉、运输和吊装）Page:74再配上非预应力纵向钢筋再配上非预应力纵向钢筋四、非预

22、应力纵向钢筋的设置四、非预应力纵向钢筋的设置1 1、设置非预应力纵向钢筋的原因、设置非预应力纵向钢筋的原因防止或减缓施工阶段防止或减缓施工阶段因混凝土收缩和温差因混凝土收缩和温差 引起的预拉区裂缝；引起的预拉区裂缝；防止或减缓防止或减缓施加预应力、运输、吊装施加预应力、运输、吊装等施工阶段等施工阶段 引起的裂缝；引起的裂缝；2 2、非预应力纵向钢筋的设置、非预应力纵向钢筋的设置非预应力钢筋的强度等级非预应力钢筋的强度等级宜低于宜低于预应力钢筋；预应力钢筋；满足抗裂或裂缝宽度后，承载力需要的满足抗裂或裂缝宽度后，承载力需要的其余钢筋其余钢筋 可采用非预应力钢筋可采用非预应力钢筋 Page:75五

23、、预拉区纵向钢筋五、预拉区纵向钢筋Ap、As 的配置要求的配置要求1 1、配筋率的规定、配筋率的规定（1）对对施工阶段施工阶段预拉区预拉区不允许不允许出现出现裂缝裂缝的构件的构件对先张法构件对先张法构件%2.0AAAps对后张法构件对后张法构件%2.0AAsAp+AsAp+As Page:76（2）对对施工阶段施工阶段预拉区预拉区允许允许出现裂缝出现裂缝 而在预拉区而在预拉区不配置不配置纵向预应力钢筋的构件纵向预应力钢筋的构件当当s sct=2 f tk时，时，%4.0AAs当当f tk s sct2f tk时，时，As/A在在0.2%0.2%和和0.4%0.4%之间线性插值。之间线性插值。2

24、 2、其它规定、其它规定：预拉区的纵向预拉区的纵向非预应力钢筋非预应力钢筋的的直径直径宜宜 14mm，并沿构件并沿构件预拉区的外边缘预拉区的外边缘均匀布置。均匀布置。AsAp+As Page:77六、先张法构件预应力钢筋六、先张法构件预应力钢筋净间距净间距的规定的规定1、预应力钢筋之间的净间距预应力钢筋之间的净间距不应小于不应小于其公称直径其公称直径 或等效直径的或等效直径的1.5倍。倍。2、而且、而且对热处理钢筋及钢丝，不应小于对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm；对对三股三股钢绞线，不应小于钢绞线，不应小于20mm；对对七股七股钢绞线，不应小于钢绞线，不应小于25mm。Page:78七、预

25、应力构件的混凝土保护层厚度七、预应力构件的混凝土保护层厚度 保护层厚度规定保护层厚度规定同同钢筋混凝土构件；钢筋混凝土构件；且且预应力钢筋的保护层厚度预应力钢筋的保护层厚度不应小于不应小于15mm。八、后张法构件八、后张法构件预留孔道预留孔道的构造规定的构造规定1 1、对预制构件、对预制构件:孔道之间的孔道之间的水平净间距水平净间距不宜小于不宜小于50mm；孔道至孔道至构件边缘的净间距构件边缘的净间距不宜小于不宜小于30mm，且且不宜小于不宜小于孔道半径。孔道半径。Page:792 2、在框架梁中、在框架梁中（1）孔道间的净间距）孔道间的净间距 预留孔道在预留孔道在竖直方向的净间距竖直方向的净

26、间距 孔道外径，孔道外径，水平方向的净间距水平方向的净间距 1.5倍孔道外径倍孔道外径；（2）孔道的混凝土保护层厚度）孔道的混凝土保护层厚度 从从孔壁孔壁算起的混凝土保护层厚度：算起的混凝土保护层厚度：梁底梁底不宜小于不宜小于50mm，梁侧梁侧不宜小于不宜小于40mm。Page:803 3、预留孔道的内径预留孔道的内径应比应比 预应力钢丝束预应力钢丝束外径外径；钢绞线束钢绞线束外径外径；需穿过孔道的连接器需穿过孔道的连接器外径外径4 4、在构件在构件两端及跨中两端及跨中应设置应设置灌浆孔或排气孔灌浆孔或排气孔，孔距孔距不宜大于不宜大于 12m。5 5、凡制作时需要凡制作时需要预先起拱预先起拱的构件，的构件，预留孔道预留孔道宜随构件宜随构件同时起拱。同时起拱。九、后张法构件中九、后张法构件中 曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲率半径曲率半径不宜小于不宜小于4m。大大1015mm Page:811高密度聚乙烯或聚丙烯套管2防腐润滑油脂（12mm厚）3钢绞线（裸线直径为6.2528.6mm)无粘结钢绞线 Page:82 Page:83；（一般不必验算，且验算公式与使用阶段的相同）（一般不必验算，且验算公式与使用阶段的相同）Ap