现代预应力混凝土结构理论1.1~1.3第一部分案例.ppt

提??? 要 本篇的主要内容： 钢筋混凝土的缺欠和原因，预应力混凝土的基本概念和优点。 施加预应力的方法及建立预应力的条件。 预应力混凝土构件对材料的要求、常用预应力筋的品种、锚夹具。 引起预应力损失的原因及计算，预应力损失的组合。 预应力混凝土构件开裂前截面应力分析方法，平衡荷载概念。 我国公路桥梁建设的辉煌成绩 2006年底的统计数据表明，我国桥梁总数已达50 万座，共160万延米（不含港、澳、台地区） 早在1991年我国公路桥梁的主跨已突破400米 润扬大桥 最大跨径达到1490米 苏通大桥夜景 1.1.1 预应力混凝土结构的基本原理 预应力在日常生活中的应用 木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向压应力。当桶中盛水后，水压引起的拉应力小于预加压应力时，桶就不会漏水。 从书架上取下一叠书，由于受到双手施加的压力，这一叠书就如同一横梁，可以承担全部书的重量。 * 预应力混凝土的概念 * 现代预应力混凝土结构 (Prestressed Concrete Structure) 上图是法国横跨马恩河的卢赞西桥，1940年完工，这是弗来西奈设计的第一座主要的预应力混凝土桥，跨长55米． 上图是四川省巴中江北广场，2002年竣工，采用钢铰线。 香港青马大桥 苏通大桥模型 江苏江阴大桥 预计到2020年我国还将建20万座大中小桥梁，总长度和将会超过1万公里。 万县长江大桥 江阴大桥 1999年跨径又突破1000米大关 苏通大桥多个世界第一 §1 预应力混凝土的概念 §1.1 概 述 1）普通R、C结构的主要特点及改进措施： 普通R、C结构 有其优点。主要为 （1）在使用上，相对而言，也有不足，主要为： ①自重大：2.5t/m 3，60%以上自重，不能充分发挥材料的有效承载力； ②开裂早：工作荷载时，大多开裂，以致刚度下降，钢筋锈蚀，有碍使用，减少耐久性； ③不宜采用高强材料： 原因主要在混凝土决定因素在于：极限拉应变为(1.1～1.5)×10-4。RC构件，根据变形协调，未开裂前，εs将开裂时：εs=(1～1.5) ×10-4，相应σs=εs ·Es=（1.0～1.5）×10-4 ×2.0× 105 =20～30MPa，仅为fs的1/10，不裂不可能，即使允许开裂，(0.2～0.25mm)允许裂宽，σs=(150～250) N/mm2，而高强St，fs500、1000、1500以上。如果要发挥高钢效力，工作应力σs↑，wf↑,如满足[wf]，即σs↓，钢材浪费，不得其所。 又经济造价上，钢材fs提高2～3倍，而价格只增加80%±，故使用高强钢是经济的。 总之，存在问题，要解决。 （2）措施—途径 原则：结构上布置造型合理，材料上可行。提高混凝土εcut受限。要求技术上可能，经济上合理，操作简便，采用预应力混凝土。 （1）实质： 构件在承受荷载之前，预先对C.C或R.C构件施加压应力，使之建立起一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载下产生拉应力。因而使混凝土构件在使用荷载下不致开裂或推迟开裂，或减小裂缝开展宽度。这种预先给混凝土引入内部应力的结构，就称为预应力混凝土结构。 其具体作法：将构件中之钢筋进行拉伸，利用钢材的弹性性能，造成预期的应力状态。 （2）例1：混凝土简支梁，如下图： 跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200×450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。经过不同处理，效果见下页表格： 例2：现以图1－1所示的简支梁为例，说明预应力混凝土机构的基本原理。 设混凝土梁跨径为L，截面为b×h，承受均布荷载q（含自重在内），其跨中最大弯矩M=qL2/8,此时跨中截面上、下缘的应力（图1－1c）为 假如预先在离该梁下缘h/3（即偏心距h/6）处，设置高强钢丝束，并在梁的两端对拉锚固（图1－1a）所示。梁上.下缘所产生的应力为： 将上述两项应力叠加，即可得梁在q和Np共同作用下，跨中截面上.下缘的总应力（图1－1e）为： 由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在均布荷载q作用下边缘所产生的拉应力全部被抵消，因而可避免混凝土出现裂缝，混凝土可以全截面参加工作。 预应力后：挠度减小，拉区应力减小。