现代预应力结构设计-1ppt

1. 绪 论
土木建筑系
1.4.3 预应力结构设计理论 （1）设计方法 概率极限状态设计法和结构可靠度理论 （2）部分预应力混凝土结构与无粘结预应力混凝土结构 对部分预应力混凝土结构和无粘结预应力混凝土结构的受力性能 和设计计算有了较深入的研究。 （3）预应力超静定结构次内力与内力重分布 对超静定预应力结构的次弯矩、非线性性能、弯矩重分布与调幅， 以及极限承载力有了较深入的试验研究和理论分析，提出了相应的设 计计算建议。 （4）预应力结构的抗震设计 预应力混凝土结构在地震区应用的争论趋于统一。
HT P H S
fpy 1320 1220 1110 1320 1220 1250 1180 1110 1110 1040
′ f py
390
1720 1570 1860 1720 1770 1670 1570 1570 1470
390
消除应力钢丝
410 410 400
I
2. 预应力材料
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在持续高应力作用下，钢材的应力随时间增长而降低的现象称为 松弛；应力与温度不变，应变随时间而增加的现象称为蠕变。 习惯上把1000小时发生的松弛作为推断长期松弛的依据。 初应力越大，松弛越大；应力松弛值随温度的升高而增加，因此 对于采用蒸汽养护或处于高温状态下工作的预应力混凝土构件，应考 虑温度对预应力松弛的影响。 （4）预应力筋的疲劳 预应力混凝土结构在重复或反复荷载作用下，预应力筋的应力将 会出现波动，预应力筋及其锚具抵抗这种波动应力的能力，即为抗疲 劳能力。 影响因素：钢种的化学、物理性质，荷载引起的上限应力和下限 应力以及引起破坏的应力循环次数。
1. 绪 论
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1. 绪
论
1. 预应力基本概念和形式 2. 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级 3. 预应力结构的发展历史 4. 现代预应力结构最新进展
1. 绪 论
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1.1 预应力基本概念和形式
1.1.1 预应力基本概念 （1）预应力结构的定义 普通钢筋混凝土的局限性： 混凝土的抗拉极限应变:0.0001~0.00015；带裂缝影响耐久性， 混凝土不开裂，受拉钢筋应力：30Mpa；裂缝宽度0.2~0.3mm，受拉 钢筋应力200Mpa。高强钢筋无法使用。构件的自重大。 预应力结构的定义： 在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使之产生 的应力（如压应力）与使用荷载产生的应力（如拉应力）方向相反， 从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉应力），以改善结构使用 性能的结构型式。
1.2 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
1.2.1 预应力混凝土的分类 （1）按施工工艺分类 1. 先张法 采用永久或临时台座在构件混凝土浇筑之前张拉预应力筋，待混 凝土达到设计强度和龄期后，将施加在预应力筋上的拉力逐渐释放， 在预应力筋回缩的过程中利用其与混凝土之间的粘结力，对混凝土施 加预压应力。
2. 预应力材料
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（3）较好的粘结强度 （4）低松弛性 （5）良好的加工性能 2.1.2 预应力筋的种类 （1）高强钢筋 1. 冷拉热轧低合金钢筋 经过冷拉提高屈服强度的热轧低合金钢筋 2. 热处理低合金钢筋 由Ⅳ级钢经过调质热处理而成 含碳量和合金含量对焊接性能有一定影响，解决方法：在钢筋端 部冷轧螺纹，或是轧制无纵肋的精轧螺纹钢筋，用套筒连接。
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2. 预应力材料
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2.1 预应力筋
2.1.1 对预应力筋的要求 （1）高强度 预应力筋中有效预应力的大小取决于预应力筋张拉控制应力的大 小。考虑到预应力损失，只能采用高强材料，才能建立较为有效的预 应力。 提高钢材强度的方法： 1. 成分中加入某些合金元素，如碳、锰、硅、铬等。 2. 冷拔、冷拉 3. 调质热处理、高频感应热处理、余热处理等方法 （2）较好的塑性 为实现预应力结构的延性破坏，预应力筋必须具有足够的塑性。
2. 预应力材料
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表面形态有光滑的、螺纹或网状的几种，形状包括棒状、绞线形。 2.1.3 预应力筋的力学性能 （1）预应力筋的强度标准值、设计值和弹性模量 预应力筋的强度标准值、 （2）预应力筋的应力应变曲线 硬钢的极限抗拉强度可试验测定。其应力应变 曲线上没有明显的屈服台阶。常用条件流限方法定 义硬钢的条件屈服强度。但目前对预应力钢材还没 有一个统一的标准。
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裂缝控制等级为二级：一般要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载 下，构件受拉区允许出现小于混凝土抗拉强度的拉应力； 裂缝控制等级为三级：允许出现裂缝的构件，即在使用荷载下，构 件受拉区允许出现小于规定的混凝土最大裂缝宽度的的裂缝。
1.3 预应力结构发展历史
1866年，美国工程师杰克逊首次将预应力技术应用于混凝土结构， 随后斯坦纳和狄尔提出了不同的构造方式，由于钢筋强度低，效果很 不明显。 1928年，法国工程师弗莱西耐特指出预应力混凝土必须采用高强 度钢材和高强混凝土。 1938年德国的霍友研制成功高强钢丝先张法预应力工艺；1939 年弗莱西耐特推出弗氏锥形锚具及双作用千斤顶。40年，比利时的麦
1. 绪 论
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1. 预应力梁桥 2. 预应力刚构桥 3. 预应力拱桥 4. 预应力斜拉桥 5. 预应力悬索桥 （3）特种结构 1. 预应力混凝土储液池、简仓 2. 预应力混凝土核安全壳 3. 预应力混凝土看台 4. 预应力混凝土高耸结构 （4）路面结构
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（5）加固改造结构 1. 恢复和提高结构的承载力和刚度 2. 托梁抽柱 3. 加层改造
0.2%
fu
σ0.2
a
钢丝标矩常用10d或100mm，而钢绞线多取用600mm。伸长率要 求：标矩10d一般为4%左右，600mm标矩的钢绞线一般为3.5%。 （3）预应力筋的松弛
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预应力钢筋强度设计值（N/mm2）
种 类 符号 fptk 1860 1×3 钢绞线 1×7 光面 螺旋肋 刻痕 40Si2Mn 热处理钢筋 48Si2Mn 45Si2Cr
1. 绪 论
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尼尔推出麦氏楔形锚具。 二战后，由于钢材紧缺，预应力结构大量出现。我国的预应力结 构发展与上世纪50年代。从80年代开始，修建的各类大桥几乎全部都 采用了预应力技术。
1.4 现代预应力结构的最新进展
1.4.1 预应力结构型式与体系 （1）预应力结构型式 有粘结预应力结构走向成熟，占据了主导地位；无粘结预应力结 构的应用也在不断扩大。 体外预应力结构自上世纪80年代开始，得到了迅速发展。 （2）预应力结构体系 房屋建筑方向：朝着大跨度、大柱网以及标准化的方向发展；预
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（5）结构耐久性设计 我国缺乏预应力混凝土结构在耐久性方面的研究 1.4.4 预应力施工工艺 大吨位预应力锚具和张拉设备为大跨度与超大跨度预应力体系 的发展提供了必要的条件。 预应力结构施工技术有了新的发展。
2. 预应力材料
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2. 预应力材料
1. 预应力钢筋 2. 预应力混凝土 3. 孔道及灌浆材料
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张拉钢筋并在 台座上固定
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计 强度的75%以上时 剪断钢筋
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单根钢绞线锚头连接器 1一带外螺纹的锚环； 2一带内螺纹的套筒； 3一挤压锚具； 4一钢绞线
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2. 后张法 在构件混凝土的强度达到设 计值后，利用预设在混凝土构架 内的孔道穿入预应力筋，以混凝 土构件本身为支承张拉预应力筋 ，然后用特制锚具将预应力筋锚 固形成永久预加力，最后在预应 力孔道内压注水泥浆防锈，并使 预应力筋和混凝土粘结成整体。
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现代预应力结构设计
Modern Pre-stressed Structural Design Pre-
授课： 授课：王连坤
目录
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1.绪论 2.预应力材料 3.预应力施工工艺及预应力损失 4.预应力混凝土轴心受拉构件设计 5.预应力混凝土受弯构件设计 6.预应力混凝土构件的构造要求 7.无粘结预应力混凝土结构
1. 绪 论
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应力混凝土转换层在高层结构中得到了应用。应用对象拓展到了钢结 构、钢-混凝土组合结构。 桥梁工程方面：各种体系的预应力桥梁都得到了迅速发展。跨度 更大。 特种结构。 1.4.2 预应力结构新材料 （1）混凝土 轻质高强有了新的发展；耐久性优异的高性能混凝土得到了较为 迅速的发挥发展和应用。 （2）预应力筋 高强度满足塑性要求的预应力筋耐久性、非金属预应力筋方面均 有所发展。
PPR =
A p f 0 .2 A p f 0 . 2 + As f y
3. 基于消压弯矩或消压轴力的预应力度
M0 N0 PPR = 或 M N
1. 绪 论
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1.1.2 预应力结构基本形式 （1）房屋建筑 1. 预应力混凝土框架 2. 预应力混凝土平板结构 3. 预应力混凝土门架结构 4. 预应力混凝土转换层结构 5. 预应力钢桁架结构 6. 预应力空间结构 7. 预应力钢-混凝土组合结构 8. 预应力砌体结构 （2）桥梁工程
锚固灌浆 在构件中预留孔道 中穿钢筋并张拉 浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
（2）按预应力度分类 1. 国外的分类
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a. 全预应力混凝土 b. 限值预应力混凝土 c. 部分预应力混凝土 d. 普通钢筋混凝土 2. 国内的分类 a. 全预应力混凝土 b. 部分预应力混凝土 c. 钢筋混凝土 （3）按预应力筋的位置分类 1. 体内预应力混凝土 预应力筋布置在混凝土构件体内，分为无粘结预应力混凝土和有 粘结预应力混凝土。
1. 绪 论
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1. 基于抗弯承载力的预应力度 在极限状态下，由预应力筋提供的抵抗弯矩与由预应力筋和非预 应力筋共同提供的抵抗弯矩的比值，称为预应力度PPR。 x Ap f py (h p − ) (M u ) p 2 PPR = = ( M u ) p +s A f (h − x ) + A f (h − x ) p py p s y s 2 2 2. 基于钢筋拉力的预应力度
2. 预应力材料
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（2）高强度钢丝 按交货状态分为冷拉和矫直回火两种；按外形分为光面、刻痕和 螺旋肋三种。 高强钢丝用优质碳素钢热轧盘条经索氏体化处理、酸洗、镀铜或 磷化后冷拔制成。若用机械方法对钢丝进行压痕处理就成为刻痕钢丝， 对钢丝进行低温矫直回火处理后便成为矫直回火钢丝。 1. 消除应力钢丝 矫直回火后，消除冷拔过程中产生的残余应力，比例极限、屈服 强度和弹性模量有所提高，塑性有所改善。但松弛损失仍然较高。 2. 低松弛钢丝 在一定的温度（350℃）和拉应力下 进行应力消除回火处理，然后冷却至常温。
1. 绪 论
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1. 绪 论
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表1.1 预应力混凝土受弯构件工作原理
1. 绪 论
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（2）预应力结构的特点 1. 改善结构使用性能 2. 减小构件截面高度，减轻自重 3. 充分利用高强钢材 4. 具有良好的裂缝闭合能力与变形恢复性能 5. 提高抗剪承载力 6. 提高抗疲劳强度 7. 具有良好的经济性 8. 预应力结构所用材料单价较高，设计、施工复杂 （3）预应力度 预应力度是衡量结构预应力水平的参数，目前存在三种定义方式：
螺旋肋钢丝 刻痕钢丝
2. 预应力材料
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我国消除应力钢丝分为普通松弛和低松弛两类。 （3）钢绞线 钢绞线是用冷拔钢丝绞扭而成，方法是在绞线机上以一种稍粗的 直钢丝为中心，其余钢丝则围绕其进行螺旋状绞合，再低温回火处理。 根据深加工的要求不同可分为普通松弛钢绞线、低松弛钢绞线和 镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线和模拔钢绞线。 钢绞线规格有2、3、7和19股等。其中 以7股钢绞线应用最多。 （4）非金属预应力筋 用纤维增强塑料制成的预应力筋 （FRP），有玻璃纤维 (GFRP) 、芳 纶纤维(AFRP)及碳纤维增强塑料预应力筋(CFRP) 。
1. 绪 论
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有粘结预应力混凝土指沿预应力筋全长预应力筋完全与周围混凝 土或水泥砂浆粘结、握裹在一起的预应力混凝土。 无粘结预应力混凝土指预应力筋伸缩变形自由、不与周围混凝土 或水泥砂浆粘结的预应力混凝土。 2. 体外预应力混凝土 预应力筋布置在混凝土构件体外的预应力混凝土。 1.2.2 裂缝控制等级 我国规范对预应力混凝土分类的原则：根据裂缝控制程度划分； 具体分类： 裂缝控制等级为一级：严格要求不出现裂缝的构件，即在使用荷载 下，构件受拉区不允许出现拉应力；