预应力溷凝土的基本概念及其材料

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1、第二篇,第二篇 预应力混凝土结构,第二篇 预应力混凝土结构,提纲(syllabus)： 12.1 概 述 12.2 预加应力的方法和设备 12.3 预应力混凝土结构的材料 12.4预应力混凝土结构的三种概念,第二篇 预应力混凝土结构,第12章 预应力混凝土的基本概念及其材料,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1 概 述,钢筋混凝土构件由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，所以在使用荷载作用下，通常是带裂缝工作。因而对使用上不允许开裂的构件，不能充分利用受拉钢筋的强度。为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量

2、，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。,钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其作用的 。而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也不大。,12.1概 述, 产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。 钢筋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。 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1 概 述,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,预

3、应力混凝土的概念,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1 概 述,12.1.1 预应力混凝土的基本原理,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,图示，跨经为L截面为bh，承受均部荷载，跨中最大弯矩为M的简支梁,12.1.1 预应力混凝土的基本原理,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,图示，跨经为L的简支梁,12.1.1 预应力混凝土的基本原理,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,由于预加应力spc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现开裂；,受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；,受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但

4、比钢筋混凝土构件（Np =0）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定, 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。,12.1.1,1）国外配筋混凝土结构的分类,II级：有限预应力混凝土 有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念

5、及其材料,12.1.2 配筋混凝土结构的分类,I级：全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。,配筋混凝土结构预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构,III级：部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。,IV级：普通钢筋混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。,1）国外配筋混凝土结构的分类,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1.2 配筋混凝土结构的分类,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.

6、1.2 配筋混凝土结构的分类,2）国内配筋混凝土结构的分类,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1.2 配筋混凝土结构的分类,我国按照工程习惯，根据预应力度将配筋混凝土分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土。,（1）预应力度的定义 公路桥规将受弯构件的的预应力度()定义为：由预应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩M的比值。,2）国内配筋混凝土结构的分类,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1.2 配筋混凝土结构的分类,（3）部分预应力混凝土构件的分类 公路桥规将作用（荷载）在短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力的部分预应力混凝土构

7、件分为两类： A类：对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时； B类：当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出现不超过宽度限值的裂缝时。,（2）配筋混凝土构件的分类 全部预应力混凝土(1) 部分预应力混凝土(10) 普通钢筋混凝土(=0),12.1.3,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1.3 预应力混凝土结构的优缺点,预应力混凝土的优点 改善结构的使用性能：延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度；截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度结构。 受剪承载力提高：施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成，使受剪承载力得到提高。 卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作用，使用活荷载移去

8、后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。 提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加钢筋的疲劳强度。 使高强钢材和高强混凝土得到应用：有利于减轻结构自重，节约材料，取得经济效益。,预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比,其主要优点是： 提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此适用于对裂缝要求严格的结构； 由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件； 提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件； 提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12

9、.1.3 预应力混凝土结构的优缺点,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.1.3 预应力混凝土结构的优缺点,预应力混凝土的缺点 工艺复杂，对施工质量要求较高。 需要有专门的设备。 预应力上拱度不易控制。 预应力混凝土结构的开工费较大。,12.2,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2 预加应力的方法与设备,12.2.1 预应加力的主要方法,施加预应力的方法分为两类先张法和后张法,先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度 ltr才能完成。,先张法,先张法

10、预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.1 预应加力的主要方法, 将预应力钢筋用夹具固定于台座或钢模上, 支模、帮扎非预应力钢筋、浇注混凝土, 待混凝土达到预定强度后，切断或放松钢筋，使混凝土产生预压应力。,先张法的工序,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2 预加应力的方法与设备,12.2.1 预应加力的主要方法,后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。,后张法,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.1 预应加力的主

11、要方法,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.1 预应加力的主要方法,后张法的工序,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,后张法 Post-tension,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,后张无粘结预应力,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,无粘结预应力混凝土,锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度,第十章 预应力混凝土结构的原理及计算规定,12.2.2锚具,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2 预加应力的方法与设备,12.2.2 锚具,1）对锚具的要求, 受力安全可靠、预应力损失小、构造简单、紧凑、制作

12、方便、用钢量少、张拉锚固方便迅速，设备简单。 锚具的自锚和自锁。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.2 锚具,2）锚具的分类,锚具的分类很多，按其传力锚固的受力原理，可以分为：,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.2 锚具,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（1）锥形锚具 用于锚固钢丝束或钢绞线束 锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成 张拉时采用专门的双作用或三作用弗氏千斤顶,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2.2 锚具,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（1）锥形锚具,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结

13、构中几种常用的锚具,（2）镦头锚具 用于锚固钢丝束和单根粗钢筋 张拉端采用锚杯，固定端采用锚板 要求钢丝下料长度精度高，防止造成钢丝受力不均,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（2）镦头锚具,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（3）钢筋螺纹锚具 主要用于预应力筋张拉端构造简单、滑移小，也便于再次张拉，注意焊接接头的质量，以防止发生脆断。,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具, JM12型锚具 用于锚固36根直径为12

14、mm的钢筋束，或56根74的钢绞线，必需采用双作用千斤顶张拉 缺点：钢筋内缩值较大, QM型和XM型锚具 用于锚固单根或多根钢绞线每次张拉一根钢绞线 锚环根据钢绞线的布置，采用单孔或多孔,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,3）目前桥梁结构中几种常用的锚具,（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具,夹片式锚具,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.2 预加应力的方法与设备,12.2.4 预应力的其他设备, 制孔器 穿索机 灌孔水泥浆及压浆机

15、张拉台座,12.3,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.3 预加应力结构的材料,12.3.1 混凝土,1）强度要求,用于预应力混凝土构件的混凝土强度要求比较高。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。 这样，可以充分发挥高强钢材的抗拉强度，有效地减小构件截面尺寸。,2）收缩、徐变的影响,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.3.1 混凝土,3）混凝土的配置要求与措施,配置要求高强度、低收缩、徐变小。 措施控制水灰比、选用高标号水泥、控制水泥掺 入量、注意掺合料的选择、加强振捣和养护。,预应力混凝土要求采用高强混凝土 可以施加较大的预压应力，提

16、高预应力效率； 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； 具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩； 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.3.1 混凝土,第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料,12.3.2 预应力钢材, 预应力钢筋的强度越高越好。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的