3.6 预应力混凝土构件（课件）-《建筑结构》同步教学（大连理工大学出版社）

模块二 钢筋混凝土结构 1 目录页 设计并识读钢筋混凝土基本构件 设计并识读钢筋混凝土梁板结构 设计多层及高层钢筋混凝土房屋 设计钢筋混凝土单层工业厂房 2 知识目标 理解钢筋和混凝土的主要力学性能;了解混凝土徐变、收缩性能及其对混凝土构件的影 响;理解保证钢筋和混凝土黏结作用的构造措施;掌握钢筋混凝土基本构件的一般构造要 求;掌握梁平法施工图制图规则;掌握柱平法施工图制图规则。 能力目标 能正确合理地选择钢筋和混凝土材料;能够计算受弯构件正截面、斜截面承载力;能够 计算受压构件正截面承载力;能够正确识读柱、梁的平法施工图。 素质目标 培养学生具有严谨细致的职业素养;具有规范、细致、标准的识图素养。 3 03 3.6 预应力混凝土构件 4 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 1. 概述 普通钢筋混凝土结构或构件,由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变很小(其极限拉应变约为 1.0×10-4 ~1.5×10-4 ),在荷载作用下,通常处于带裂缝工作状态。对使用上不允许开裂的构件,其受拉钢筋的最大应力仅为 20~30N / mm2 ;对于允许带裂缝工作的构件,《混凝土结构设计规范》( GB50010 — 2010 )(2015 年版)规定的最大裂缝宽度限制为 0.2~0.3mm ,此时钢筋拉应力也只达到150~250N / mm2 。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 5 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 由于混凝土的过早开裂,使普通钢筋混凝土构件存在难以克服的两个缺点:一是受“裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值”的约束使高强度钢筋及高强度等级混凝土无法发挥作用。二是过早开裂导致构件刚度降低,为了满足变形控制的要求,需加大构件截面尺寸。这样做既不经济,又增加了构件自重,特别是随着跨度的增大,自重所占的比例也增大,使钢筋混凝土结构的应用范围受到很多限制。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 6 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 2. 预应力混凝土的基本原理 为了避免普通钢筋混凝土结构过早出现裂缝,并充分利用高强度材料,在结构构件受外荷载作用之前,可通过一定方法预先对由外荷载引起的混凝土受拉区施加压力,用由此产生的预压应力来减小或抵消将来外荷载所引起的混凝土拉应力。这样,在外荷载施加之后,裂缝就可延缓或不发生。即使产生裂缝其宽度也在限定值范围内。这种构件受外荷载以前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构就称为预应力混凝土结构。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 7 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 下面以图 3 - 82 所示简支梁为例来说明预应力混凝土的基本原理。在外荷载作用之前,预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的偏心预压力 N ,使梁截面下边缘混凝土产生预压应力 σ c ,使梁产生反拱,如图 3 - 82 ( a )所示;在使用荷载(包括梁自重)作用下,梁截面的下边缘将产生拉应力 σ t ,如图 3 - 82 ( b )所示;这样梁截面上的最后应力是上述两种情况下截面应力的叠加,其截面下边缘的应力为 σ t - σ c ,如图3 - 82(c)所示。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 8 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 图 3-82 预应力混凝土简支梁的受力分析 9 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 由于预压力 N 的大小可控制,所以可通过对预压力 N 的控制来达到抗裂控制等级的要求。对抗裂控制等级为一级的构件,可使预压力 N 作用下截面下边缘(使用荷载作用下的受拉侧)的压应力大于使用荷载产生的拉应力,截面上就不会出现拉应力;对允许出现裂缝的构件,同样可以通过施加预应力来达到延缓混凝土开裂,提高构件抗裂度和刚度,节约材料,减轻结构自重的效果。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 10 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 与普通混凝土相比,预应力混凝土具有以下优点: (1)提高了构件的抗裂性能,使构件不出现裂缝或减小裂缝宽度,扩大了钢筋混凝土构件的应用范围。 (2)增加了构件的刚度,减少了构件的变形,可建造大跨度结构。 (3)提高了构件的耐久性,由于预应力能使构件不出现裂缝或减小了裂缝,减少了外界环境对钢筋的侵蚀,因此可以满足构件设计使用年限的要求。 (4)能充分发挥高强度钢筋和高强度等级混凝土的性能,可以减少钢筋用量和构件的截面尺寸,减轻构件自重,节约材料,降低造价。 3.6.1 预应力混凝土的基本概念 11 ⑥预应力混凝土构件 3 .6 预应力混凝土构件 值得一提的是:单从承载力角度考虑,预应力混凝土不能提高构件的承载能力。可以这样假设,当构件截面尺