《预应力混凝土结构设计》学习总结

《预应力混凝土结构设计》学习总结

王晖 20312152

1 绪论

1.1 预应力混凝土结构的定义

预应力混凝土——系其中已建立有内应力的混凝土，内应力的大小和分布能抵消给定外部加载所引起的应力至所预期的程度。

1.2 预应力混凝土的分类

1） 先张法和后张法；

2） 体内预应力和体外预应力； 3） 有粘结和无粘结预应力； 4） 全预应力和部分预应力

全预应力——在全部荷载最不利组合下，混凝土正截面不出现拉应力；

部分预应力——在全部荷载最不利组合下，正截面拉应力或裂缝宽度不超过容许值。

1.3 预应力混凝土的优缺点

优点：1）提高了构件的耐久性和刚度； 2）减小结构的截面尺寸； 3）充分利用材料的高强度； 4）具有良好的变形恢复能力； 5）提高抗剪强度； 6）提高疲劳强度；

缺点：1）工艺较复杂，质量要求高； 2）需要有一定的专门设备；

3）预应力反拱不易控制。

1.4 预应力混凝土的三种概念

1）第一种概念——预应力变混凝土为弹性材料

混凝土经过预压，如不产生裂缝，可视作弹性材料按照材料力学公式计算，并可在需要时采用叠加原理。

当预应力为F ，偏心距为e ，截面积为A ，惯性矩为I ，梁上荷载及自重所引起的弯矩为M 时，截面上任意一点的正应力可表示为：

I

My

I Fey A F f ±

±=

2）第二种概念——预应力为了使高强度钢筋和混凝土结合

在正常使用阶段，预应力基本保持不变，预应力混凝土通过调整内力偶臂a 来平衡外部弯矩。

y

I

Fc A F f e a c F M a ±=-==/

其中，c 为混凝土合力中心的偏心距。

3）第三种概念——预应力实现荷载平衡 在预应力混凝土结构的总体设计中，预应力的效果被认为是平衡重力荷载，以便受弯构件在给定的荷载条件下将不受挠曲应力。

采用抛物线形预应力筋的简支梁，其等效向上的均布荷载用下式表示

28L

Fh

b =

ω 其中，h 为抛物线垂度，L 为跨长。

对于一给定向下的均布荷载ω，由于力筋作用在梁上的横向荷载会受到平衡，梁仅受轴力F ，它在混凝土内产生均匀的应力A F f /=。

1.5 预应力混凝土的荷载阶段

1）初始阶段

预加预应力之前——承载能力弱，应防止支座下沉和混凝土可能的收缩； 预加应力期间——预应力最大，力筋传递是非对称的，须考虑张拉顺序； 预应力传递时——预应力可能在梁顶引起过大拉应力，造成梁的失效； 拆模架及重张拉——当预应力是分多个阶段施加的，对每个阶段梁的受力状况都必须加以考虑；

2）中间阶段

即安装运输阶段，须保证构件有正确的支承和吊运； 3）最后阶段

即工作使用阶段，须考虑各种荷载的组合； 持续荷载——控制挠度和反挠度； 工作荷载——校验应力应变是否过大；

开裂荷载——对结构的抗疲劳及耐久性有重要意义； 极限荷载——确定结构的极限承载能力。

2 材料

2.1 混凝土的强度要求

采用高强度混凝土的理由——

1）采用与高强预应力筋像匹配的高强混凝土，可以充分发挥材料的强度，减小构件的截面尺寸，减轻自重；

2）高强度混凝土可降低对锚具的要求，节省成本；

3）高强度混凝土在受拉、受剪、粘结和承压等方面有高的抗力； 4）高强度混凝土不易产生收缩裂缝；

5）高强度混凝土还具有较高的弹性模量及较小的徐变，减少预应力损失。

2.2 混凝土的应变特征

2.2.1 应变类型

包括：弹性应变、横向应变、徐变应变、收缩应变；

横向应变——利用泊松比来计算，泊松比在0.15～0.2之间； 徐变应变——由于应力的存在而引起的混凝土随时间的变形； 收缩应变——由于干燥和化学变化引起的混凝土的缩小。 2.2.2 徐变应变的影响因素

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1）加载时试件的龄期愈大，徐变愈小；

2）每单位应力的徐变在高应力下比低应力下仅略大一些，可认为徐变与应力成正比； 3）环境相对湿度越高，徐变越小； 4）徐变随试件尺寸的增加而减小。 2.2.3 收缩应变

收缩应变的平均值约为0.0002～0.0006，收缩率主要取决于气候条件。收缩和徐变的计算，须结合具体规范内容。

2.3 预应力用钢筋

预应力筋可分为钢筋、钢丝和钢绞线三类。

屈服强度——我国以0.2％的残余应变对应的应力作为条件屈服强度。 预应力松弛——在持续高应力的作用下，如长度和温度保持不变，预应力钢筋的应力随时间增长而降低的现象称为预应力松弛。预应力松弛与时间、温度、初应力有关。

抗疲劳能力——预应力混凝土结构在反复荷载作用下，预应力筋的应力将会出现波动，预应力筋及锚具抵抗这种波动应力的能力，称为抗疲劳能力。为了满足抗疲劳要求，需要限制应力波动幅度。

3 预应力损失

3.1 预应力筋张拉控制应力

张拉控制应力——预应力筋张拉锚固前可测量的控制应力； 有效预应力＝张拉控制应力－预应力损失； 3.1.1张拉控制应力太高将出现的问题：

1） 可能引起钢丝断丝；

2） 控制应力越高，预应力松弛越大；

3） 没有足够的安全系数来防止混凝土脆裂。

对于钢绞线，张拉控制应力不小于0.4倍的极限抗拉强度，不超过0.7倍的极限抗拉强度。

3.2 预应力损失的类型

1） 预应力筋与孔道摩擦引起的损失；

2） 锚具变形、预应力筋回缩和分块拼装构件接缝压密引起的损失； 3） 预应力筋与台座之间温差引起的损失； 4） 混凝土弹性压缩引起的损失； 5） 预应力筋松弛引起的损失； 6） 混凝土收缩徐变引起的损失。

3.3 混凝土的弹性缩短

3.3.1 轴向缩短引起的预应力损失

t

i

c A nF A nF ES ==

0 其中：i F ——初始预应力； 0F ——传递后的预应力；