《结构设计原理》教案 第十一章 预用力混凝土的基本概念及其材料.doc

第一节 预应力混凝土的基本原理 第二节 预加应力方法 第三节 预应力混凝土结构的材料 第四节 预应力混凝土结构的设备 测试题 第一节 预应力混凝土的基本原理 二、预应力混凝土的基本概念 三、加筋混凝土结构的分类 四、预应力混凝土结构优缺点 一、钢筋砼结构的缺点 需要带裂缝工作，裂缝的存在，不仅使构件刚度(rigidity)下降很多，而且不能应用于不允许开裂的结构中； 在钢筋混凝土结构中，无法充分发挥高强度钢筋作用及高标号混凝土的作用； 构件跨径(span)受到限制，当跨径较大时，构件截面尺寸增加很大，使构件的自重比例增大，造成材料不经济和使用不合理。 二、预应力混凝土的基本概念 预应力混凝土结构(prestressed concrete structure)是指结构在承受外荷载以前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种应力状态，使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力，这项压应力将与使用阶段荷载产生的拉应力抵销一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。 如图所示简支梁为例。 ? 图11.1.1ａ表示一纯混凝土小梁，梁上受到15kN／m的均布荷载作用（包括自重），已知混凝土的抗压强度设计值＝18.4MPa，抗拉强度设计值＝1.65MPa，试计算跨中截面的应力。 解：跨中弯矩： 跨中截面应力： 上缘压应力： 下缘拉应力： 从计算结果看出，下缘拉应力（tension stress）已大大超过混凝土的抗拉设计强度，而上缘压应力却还远未达到抗压设计强度。 如果在梁的两端对中心轴加上一个集中力Np=600KN，梁的跨中截面应力叠加后得： 上缘应力 下缘应力 即下缘可以不出现拉应力。采用精轧螺纹钢筋作为预应力钢筋进行加压，钢筋的抗拉强度标准值540MPa，假定张拉的应力为 ＝600×103/486×106＝1234.6mm2 可采用4Φ20，Ａg=12.72cm2。如将施加的集中力作用于中心轴下方e=50mm的位置，并将Np减小为300KN(此时只需用220的钢筋加压），则跨中截面应力如下: 在预加力作用下，仍按材料力学的偏心受压公式计算 上缘应力=0 下缘应力5＋5＝10MPa（压应力） 所以在预加力和荷载共同作用下的跨中截面应力为： 上缘应力＝＝10MPa（压应力） 下缘应力＝10MPa－10MPa＝０ １.由于预先给混凝土梁施加了预压力Ｎp，使混凝土梁在均布荷载ｑ作用下，下缘的拉应力完全被预压应力所抵消，可以避免裂缝出现，混凝土梁始终全截面参加工作。 ２.必须针对荷载作用下可能产生的应力状态来施加预应力。施加的预压应力Ｎp不仅与荷载(或者说弯矩)的大小有关，且与Ｎy的作用位置(即偏心距ｅ的大小)有关。 在现代预应力混凝土结构学中，通常把在使用荷载作用下，沿预应力筋方向的正截面始终不出现拉应力的预应力混凝土，称为“全预应力混凝土”；把普通钢筋混凝土称为“非预应力混凝土（non-prestressed structure）”；把介于钢筋混凝土与全预应力混凝土之间，预应力程度不同的整个区间的预应力混凝土，称为“部分预应力混凝土(partially prestressed concrete structure)”。 三、加筋混凝土结构的分类国内通常把全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土结构总称为加筋混凝土结构系列。（一）国将加筋混凝土按预加应力的大小划分为级、级、级、级分别为全预应力、有限预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构。 （二）国内加筋混凝土结构的分类 我国按预应力度分成全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土等三种结构的分类方法。 1.预应力度（degree of prestress）的定义 《公桥规》将预应力度定义为 对预应力混凝土受弯构件预应力度定义也可按下式计算： 部分预应力混凝土构件：部分预应力混凝土构件， 1l0 全预应力混凝土构件，l≥１。 钢筋混凝土构件：不加预应力，即l=0。 3.有粘结预应力与无粘结预应力 有粘结预应力，是指沿预应力钢筋全长，其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。先张预应力结构及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属此类。 无粘结预应力混凝土结构，是指预应力钢筋伸缩、滑动自由，不与周围混凝土粘结的预应力混凝土结构。一般是在预应力钢筋外面涂防腐油脂外包塑料套管防止钢筋与混凝土粘结、按后张法制作的预应力混凝土结构。 四、预应力混凝土结构优缺点 1、优点： （１）提高了构件的抗裂度和刚度。 （２）节约材料，降低造价。 （３）结构质量安全可靠。 （４）增强结构耐久性（durability）。 （５）能促进桥梁新体系的发展。 2、缺点： （１）工艺较复杂，对质量要求高。 （２）需要有一定的专门设备。 （３）预应力反拱