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结构设计原理2.docx第二篇预应力第十二章预应力的基本概念预应力混凝土:结构构件受外荷载作用前,预先对由外荷载产生的混凝土受拉区施加压力由此产生的预压应力可以减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力。主要用于:①要求裂缝控制等级较高的结构;②大跨度或受力很大的构件;③对刚度或变形要求较高的构件。钢筋混凝土结构在使用中存在的问题:要带裂缝工作(使构件刚度下降,不能应用于不允许开裂的结构中)无法充分发挥高强度钢筋及高标号混凝土的作用(裂缝宽度受限)自重大,构件跨径受到限制材料的要求:预应力混凝土结构中必须采用高强材料,才能充分发挥高强钢材的抗拉强度,有效的减少构件截面尺寸,减轻结构自重。预应力度λ:按正常使用极限状态设计时受弯构件预应力度λ是由预加力大小确定的消压弯矩M0与外荷载弯矩M的比值钢筋混凝土的分类(根据预应力度)(1)全预应力混凝土结构---λ≥1,沿预应力筋方向的正截面不出现拉应力,(不得消压)。(2)部分预应力混凝土结构---0<λ<1,沿预应力筋方向正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝。(3)钢筋混凝土结构---λ=0,受拉区混凝土很快达到其极限拉应变,出现裂缝,拉力主要由钢筋承受,只至钢筋屈服,受压区混凝土最终压碎破坏。预应力结构的优缺点优点:①提高了构件的抗裂度和刚度②可以节省材料,减少自重③可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力④结构质量安全可靠⑤促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展⑥提高结构的耐疲劳性能缺点:①工艺较复杂②需要有专门设备③预应力反拱度不易控制④对于跨径小、构件数量少的工程,成本较高先张法:在浇灌混凝土前张拉钢筋的方法。优点:(1)工序简单(2)不必耗费锚具(3)质量较稳定缺点:(1)仅适于中、小跨度结构(2)需台座和预制场地传力:靠钢筋与混凝土间的粘结力来传递。后张法:在混凝土结硬后在构件上张拉钢筋的方法。优点:(1)无需台座(2)适宜大跨度和曲线配筋缺点:(1)工艺复杂(2)锚具用量大传力:永久性锚具。锚具的要求:力安全可靠②预应力损失小③构造简单、紧凑,制作方便④用钢量少⑤张拉锚固方便迅速,设备简单锚具的分类按传力锚固的受力原理来分①摩阻型锚具——依靠摩阻力实现锚固如楔形锚、锥形锚和夹片式群锚等②承压型锚具——依靠局部承压实现锚固如镦头锚、钢筋螺纹锚等③粘结型锚具——依靠粘结力实现锚固如先张法的预应力钢筋锚固,以及后张法固定端的钢绞线压花锚具等。常用锚具的种类、工作原理、适用场合及相应的优缺点(1)锥形锚:依靠摩阻力锚固的锚具,主要用于钢丝束的锚固。优点:是锚固面积小,便于在梁体上分散布置缺点:锚固时钢丝的回缩量大,应力损失较其他锚具大,不能重复张拉和接长。(2)墩头锚:依靠钢丝的镦粗头承压进行锚固,主要用于直线式钢丝束的锚固,也可锚固直径14mm以下的直线式钢筋束。优点:锚固可靠,不滑丝,应力损失小缺点:筋束张拉吨位大,钢丝数多,施工麻烦。(3)钢筋螺纹锚具:依靠钢筋螺纹承压进行锚固,主要用于预应力筋束为高强粗钢筋时。优点:锚固可靠,施工方便,预应力损失小,能重复张拉。(4)夹片锚具:钢绞线夹片锚和扁型夹片锚具主要是靠摩阻力进行锚固,主要用于锚固钢绞线筋束优点:锚固吨位大,钢绞线为单独工作缺点:因布置的需要,必须扩孔。预应力混凝土的材料要求1对混凝土的要求强度高。可以提高钢筋与混凝土之间的粘结应力;对采用后张法的构件,可提高锚固端的局部承压承载力,还可减小构件截面尺寸。(2)收缩、徐变小。以减小收缩、徐变引起的预应力损失。(3)快硬、早强。可尽早施加预应力,加快施工进度。《公路桥规》规定:预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C40。钢材强度越高,混凝土强度级别也相应要求提高2对预应力钢筋的要求:高强度;塑性好;粘结性好;低松弛原因:混凝土预压应力的大小,取决于预应力钢筋张拉应力的大小;考虑到构件在制作中会出现各种应力损失,因此需要采用较高的张拉应力,这就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。混凝土的配制要求与措施:第十三章预应力受弯构件预先建立一个与使用荷载产生的应力效应大致相反的应力效应,从而能非常有效地改善结构在正常使用阶段的工作性能(混凝土不开裂或晚开裂)。预应力混凝土可采用高强材料,大幅度的提高了构件的承载能力及跨越能力。(承载力的提高,是因为材料的强度提高,而不是因为施加了预应力)预应力混凝土结构的基本原理:对混凝土或钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力,有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力,使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂,或推迟开裂,或者使裂缝宽度减小。构件受力可分为三个主要阶段:施工阶段、使用阶段、破坏阶段1、施工阶段(预加应力阶段;运输、安装阶段)预加应力阶段:1)预加应力阶段指从预加应力开始,至预加应力结束;2)构件所承受的作用主要是偏心预压力Np;3)梁自重G1、预加力Np同时参加作