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1、,1.普通钢筋混凝土的缺点：,（1） 在使用荷载下带裂缝工作：影响耐久，功能！刚度！疲劳性！若不裂，加大截面面积增加自重。,不开裂 3 = 2030M/a,（2）难以利用高强度材料。与max对应的3 = 200N/mm2，而高强钢丝可达160N/mm2 。提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用不大。,钢筋混凝土的缺欠 Disadvantages of RC,L0=5.2m的简支梁 截面尺寸为200450mm2,均布活荷载标准值q k=10kN/m 均布恒荷载标准值g k=5kN/m,产生上述问题原因主要是混凝土抗拉强度太低，受拉区混凝土的过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。钢筋
2、混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，但是截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，钢筋应力大大提高，故挠度变形和裂缝宽度控制难以满足。,所谓预应力砼，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，而且其数值和分布有利于抵消使荷载产生的应力，称其为预应力混凝土。,2.预应力砼的基本原理：,要使钢筋混凝土结构得到进一步发展，就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的生产实践中，创造出了预应力混凝土结构。,例如，对混凝土或钢筋混凝土的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力
3、的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的应力，因而使混凝土构件在使用荷载下允许出现拉应力而不致开裂，或推迟开裂，或者限制裂缝宽度大小。,设有一矩形简支梁，计算跨径为L，截面为bh，承受均布荷载q（含自重在内）,如图所示。,下面以简支梁为例，进一步说明预应力混凝土的基本概念。,该矩形简支梁由均布荷载产生的跨中最大弯矩为M=qL2/8，跨中截面应力为,为了使截面下缘不出现拉应力，采用预加应力的方法来抵消下缘拉应力。,一种方法是：先在截面重心处施加预压力，令Ny=6M/h.,产生的截面应力为：,在预加力Ny和均布荷载q共同作用下，将该预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、下缘的总应力为：
4、,上缘：,下缘：,=,（压应力）,=,+,=,另一种方法是：在距截面下缘h/3处（即偏心距e=h/6)处，施加预应力，令Ny=3M/h。,产生的截面上、下缘应力为：,上缘：,下缘：,（压应力）,=,在预加力Ny和均布荷载q共同作用下，将该预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、下缘的总应力为：,上缘：,下缘：,=,（压应力）,=,+,=,（1）施加预应力后，可以避免混凝土出现裂缝，混凝土梁可以全截面参加工作。,（2）预加力的大小以及预加力的作用点位置是预应力混凝土结构设计计算的关键问题。,3. 预应力混凝土的优点：,a. 节省材料，减轻自重，增加跨越能力。,b. 提高构件的抗裂性、增加截面刚度
5、。,c. 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。,d. 结构质量安全可靠。,e. 预加力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。,3. 预应力混凝土的缺点：,a. 最主要的问题是在使用阶段如何保持有效预 应力不至于降低到最小。,b.需要有一定的专门设备和配备一支技术 熟练的专业队伍。,c. 预应力反拱度不易控制。,3. 预应力混凝土的应用：,大跨度结构（大跨度桥梁）；,特种结构（防漏 、防渗和压力容器 ）；,对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。,将预应力混凝土视作弹性材料，用材料力学公式对截面应力进行计算，即将预应力混凝土构件看作受到两组外力的作用，一组是由预
6、应力钢筋的预拉力反向作用于构件截面上的预拉力；另一组为外荷载的作用。分别计算由两组力所产生的应力、应变和变形，然后进行叠加。,1. 预应力度,公路桥规将预应力度（）定义为由预加应力大小确定的消压弯矩MO与外荷载产生的弯矩M的比值，即, =M0/M,式中：,预应力度；,M0消压弯矩。即将控制截面边缘由预 加力产生的预压应力抵消为零时所施加的荷载弯矩；,M使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩。,全预应力混凝土,部分预应力混凝土,钢筋混凝土,2.加筋混凝土结构的分类,：沿预应力方向的正截面不出 现拉应力，即,：沿预应力方向的正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝，即,：不施加预应力的混凝
7、土结构，即,1.力学与实践；生活中预应力；,桶箍，使木板预受压，在使用中受水的张力，受 拉 木锯 - 锯条受压，会发生压屈，但锯条的受拉性能好 ，拧 紧拉绳使锯条受拉，不易产生压屈 自行车 幅条和钢圈，辐条细，易压屈，受拉 钢圈截面较大，可受压，旋紧辐条，使辐条预先受拉，在受力时不会产生压屈 搬书上架 双手对书施加预压力，书就不会掉下来,日常生活中的预应力应用,木制水桶的预应力原理,2.预应力混凝土的发展应用；,初期阶段 1886年前后，加利福尼亚旧金山工程师 P.H.Jackson 申请了在混凝土拱内张紧钢拉杆作楼板的专利 1988年，德国的C.E.W.Doehring 在混凝土楼板受荷前时
8、拉力的钢筋来加强混凝土的专利 1908年，美国的C.R.Steiner 提出了二次张拉的建议 1925年 内布拉斯加州的R.E.Dill 试用无粘结的做法,工程实用阶段 法国的 弗莱西奈 E.Freyssinet 在 1928年考虑混凝土收缩和徐变产生的损失 ，提出预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土 ，这是预应力混凝土在理论上关键的突破直到1939 年，E.Freyssinet 发明了短部锚固用的锥形契等，在工艺上提供了切实可行的方法， 使预应力结构得到工程应用的真正推广 40 年代，弗莱西奈 E.Freyssinet 设计跨越法国马恩河 ，孔径为55 m 的 luzancy 桥，人们才
9、接受预应力损失可以控制和计算的见解,迅速发展阶段 40年代 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结束后，由于西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢材供应十分紧张的情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力混凝土结构 ，应用范围 ，也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑工程的各个领域 1950年国际上成立了预应力混凝土协会 （ 简称为FIP ） 1960年 ，预应力混凝土桥已经成为美国的标准做法,世界普及阶段 美国 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结束后，由于西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢材供应十分紧张的情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力混
10、凝土结构 ，应用范围 ，也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑工程的各个领域 日本 德国 比利时 待续,我国预应力的发展 50 、60 年代 ：预制构件 ，3 - 6 米的楼板，吊车梁 ， 大型屋面板，12 18 米的大梁 ，36米以内的屋架 等 提倡工业化施工 70 年代 ，北京 和江、浙 一带建了不少的升板结构 ，和少量的预应力框架结构 80 年代：由于无粘结预应力混凝土的推广，多、高层 大开间的预应力平板体系 ，大量地采用预应力混凝土结构 桥梁，特种结构等大量采用预应力混凝土结构 90年代 ：高层房屋的楼板跨度大 ；采用预应力梁减少 新世纪 ：,预应力坝,预应力装配式框架,张拉结构,张拉结构
11、,伦敦千年桥,英国Picketts Lock国家体育场 National Athletics Stadium Picketts Lock, UK,无粘结预应力混凝土楼板,无粘结预应力混凝土,锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度,按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后次序分为：,先张法（pretensioning method）：,张拉钢筋 支模、浇砼 砼达到一定强度剪丝 产生预应力,先张法是靠粘结力来传递并保持预加应力的。,先张法,后张法（ post-tensioning method ）：,浇砼，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 孔道灌浆,后张法是靠工作锚具来传递并保持预加应力的。,后张法,1.锚
12、、夹具,构件制作完后，能取下重复使用夹具,用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 锚具,不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时固定预应力筋不同。锚具不同则回缩量不同，尺寸外形对构件的影响不同。,其作用为固定力筋。,（1） 对锚、夹具的要求：,A. 安全可靠，其本身具有足够的强度和刚度。,B. 应使预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少预应力损失。,C. 构造简单，便于机械加工制作。,D. 使用方便，省材料、价格低。,(2). 锚具的形式：,锚具的型式繁多，按其传力锚固受力原理，可分为三类：,依靠摩擦力锚固的锚具。,依靠承压锚固的锚具。,依靠粘结力锚固的锚具。,如楔形锚、锥形锚和用 于锚固钢绞线
13、的JM锚与夹片式群锚等。,如墩头锚、钢筋螺纹锚等。,如先张法的筋束锚固，以及后张法固定端的钢绞线压花锚具等。,螺丝端杆锚具,锥形锚具,锚具和夹具,图9-7 镦头锚具,JM12锚具,夹片式锚具,JM12锚具,其它设备：,2.预加应力的其它设备,千斤顶,制孔器,抽拔橡胶管,螺旋金属波纹管,穿索机,压浆机,张拉台座（先张法）,千斤顶油泵 卷扬机,1.混凝土 ：,钢丝 Wire 中强钢丝：8001200MPa 高强钢丝： 1470 1860MPa 延伸率：d10=6%，d100=3.54% 直径39mm，有光面、刻痕和螺旋肋三种,钢绞线Strand or Tendon 有二股、三股和七股钢绞线， 7股
14、钢绞线应用最多 外接圆直径9.515.2 mm,无粘结预应力束,1.定义 ：,其值为张拉设备（如千斤顶油压表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。,张拉控制应力(control stress by spread out) 是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。,2.张拉控制应力大小的确定 ：,考虑因素：,张拉控制应力 的确定原则：与预应力钢筋的钢种有关，还与施加预应力的方法有关。,a. con 。产生的预应力大，抗裂性好 con 0.4 fptk,0.5 fpyk,b. con 过高。可能引起张拉时钢丝拉断 也只能适当。或Pcr 与 Pu 过干接近,c. 与所采用的钢筋
15、种类和张拉方式有关。软钢，硬，先张，后张,3.张拉控制应力允许值,钢种,先张法,后张法,张 拉 方 法,在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk(0.05fpyk),引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。conl =P 有效预应力。,1.定义,预应力钢筋的张拉应力在预应力混凝土构件施工及使用过程中，由于张拉工艺和材料特性等原因是在不断降低的，这种预应力钢筋应力的降低，称为预应力损失（the cost of prestressing force)。,
16、2.预应力损失种类,瞬时损失,长期损失,对于不同种类的锚具、不同施工方法，可能还存在其他预应力损失。如：锚圈口摩阻损失等，应根据具体情况逐项考虑其影响。,a回缩量,l 张拉端锚固端距离,按下式计算：,式中：,Es 预应力钢筋的弹性模量,后张法：,x 从张拉端至计算截面的孔道长度(m)可用投影长度。, 从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹角(rad)。,当 + kx 0.2时， l2 = con(kx + ),加热养护：此时砼未结硬。筋自由伸长，而台座不动。松了 产生温差损失,小钢模生产的构件无此项损失。,（1）应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑性变形而使应力随时间的增长而降低的现象。,
