預應力混凝土結構

1、LOGO鋼筋混凝土鋼筋混凝土第第6章章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件6.1 預應力混凝土的基本概念預應力混凝土的基本概念16.2 預應力混凝土構件設計的一般規(guī)定預應力混凝土構件設計的一般規(guī)定26.3 預應力混凝土軸心受拉構件預應力混凝土軸心受拉構件36.4 預應力混凝土構件的構造要求預應力混凝土構件的構造要求46.1.1 預應力混凝土的基本原理預應力混凝土的基本原理 預應力混凝土的提出：預應力混凝土的提出：a. 抗裂性能差?？沽研阅懿睢ｄ摻顟︿摻顟?s = 2030N/mm26.1 預應力混凝土的基本概念預應力混凝土的基本概念b. 難以利用高強度鋼筋。難以利用高強度鋼筋。普通鋼筋混凝土

2、結構的缺點：普通鋼筋混凝土結構的缺點：混凝土不開裂混凝土不開裂鋼筋應力鋼筋應力 s = 250N/mm2裂縫寬度為裂縫寬度為0.20.3mm在使用荷載下帶裂縫工作在使用荷載下帶裂縫工作，影響耐久，功能！剛度！疲勞性！影響耐久，功能！剛度！疲勞性！若不裂，加大截面面積若不裂，加大截面面積，增加自重增加自重，不經(jīng)濟。，不經(jīng)濟。 在結構構件受外荷載作用之前，預先在構件的受拉區(qū)施加壓力，使它產(chǎn)生在結構構件受外荷載作用之前，預先在構件的受拉區(qū)施加壓力，使它產(chǎn)生預壓應力，來減小或抵消外荷載所引起的混凝土拉應力，延緩裂縫的出現(xiàn)，預壓應力，來減小或抵消外荷載所引起的混凝土拉應力，延緩裂縫的出現(xiàn)，預應力混凝土的

3、基本原理預應力混凝土的基本原理疊加原理疊加原理在混凝土結構承受使用荷載之在混凝土結構承受使用荷載之前的前的制作階段制作階段預先對混凝土施預先對混凝土施加應力。加應力。預應力混凝土構件預應力混凝土構件：在構件未受：在構件未受力之前，在擬受拉區(qū)施加壓應力，力之前，在擬受拉區(qū)施加壓應力，使構件在使用荷載下產(chǎn)生的拉應使構件在使用荷載下產(chǎn)生的拉應力很大部分被預壓應力抵消。由力很大部分被預壓應力抵消。由此達到改善普通混凝土缺點的目此達到改善普通混凝土缺點的目的。的。 預應力混凝土的概念預應力混凝土的概念預預應應力力 日常生活中有許多應用預應力的例子。日常生活中有許多應用預應力的例子。 傳統(tǒng)木器中的木桶、木

4、盆都是利用桶箍將一塊塊的壁板傳統(tǒng)木器中的木桶、木盆都是利用桶箍將一塊塊的壁板箍成一個整體。沒有桶箍，壁板很容易散開（相當于混箍成一個整體。沒有桶箍，壁板很容易散開（相當于混 凝土的抗拉強度很低）；桶箍把壁板箍緊（相當于給混凝土的抗拉強度很低）；桶箍把壁板箍緊（相當于給混凝土施加預應力），就使得壁板之間不容易分離。凝土施加預應力），就使得壁板之間不容易分離。 1 1）大跨度結構：大跨度橋梁、體育館、車間和飛機）大跨度結構：大跨度橋梁、體育館、車間和飛機庫等大跨度的建筑屋蓋、高層建筑結構的轉換層等。庫等大跨度的建筑屋蓋、高層建筑結構的轉換層等。 2 2）對抗裂有特殊要求的結構：壓力容器、應力管道、

5、）對抗裂有特殊要求的結構：壓力容器、應力管道、水工或海洋建筑，還有冶金、化工廠的車間。構筑物水工或海洋建筑，還有冶金、化工廠的車間。構筑物 等。等。 3 3）某些高聳建筑結構：水塔、煙囪、電視塔等。）某些高聳建筑結構：水塔、煙囪、電視塔等。 4 4）某些大量制造的預制構件：預應力空心板、預應）某些大量制造的預制構件：預應力空心板、預應力預制樁等。力預制樁等。 現(xiàn)代預應力結構的應用現(xiàn)代預應力結構的應用 6.1.2 預應力混凝土的特點預應力混凝土的特點 優(yōu)點優(yōu)點：（1）抗裂性好。）抗裂性好。 增大了構件的剛度。相同增大了構件的剛度。相同條件，條件，f預預 f普普，耐久性好，耐疲，耐久性好，耐疲勞，

6、提高抗剪承載力。勞，提高抗剪承載力。（3） 充分利用高強度材料的性能。充分利用高強度材料的性能。（4）提高構件的抗剪能力。）提高構件的抗剪能力。缺點：缺點：成本高，材料質量要求高。工序復雜，技術水平成本高，材料質量要求高。工序復雜，技術水平要求高。要求高。（2）節(jié)省材料，減輕構件自重。）節(jié)省材料，減輕構件自重。（5）提高構件的抗疲勞性能。）提高構件的抗疲勞性能。預應力混凝土的分類預應力混凝土的分類按照按照張拉鋼筋張拉鋼筋與與澆搗混凝土澆搗混凝土的先后次序分為：的先后次序分為：1.先張法先張法 6.1.3 施加預應力的方法施加預應力的方法張拉鋼筋張拉鋼筋支模、澆混凝土支模、澆混凝土混凝土達到一定

7、強度混凝土達到一定強度剪鋼絲剪鋼絲產(chǎn)生預應力產(chǎn)生預應力2. 后張法后張法 澆混凝土，預留孔道澆混凝土，預留孔道 達到強度，穿筋達到強度，穿筋 張拉鋼筋，張拉鋼筋，錨固錨固 孔道灌漿孔道灌漿先張法、后張法的比較先張法、后張法的比較 適用范圍適用范圍 先張法：先張法：在工廠大批制作中小型構件在工廠大批制作中小型構件(鋼絲或鋼絲或d16mm鋼筋配筋鋼筋配筋)。 后張法：后張法：在施工現(xiàn)場制作大型構件在施工現(xiàn)場制作大型構件(以粗鋼筋或鋼絞線配筋以粗鋼筋或鋼絞線配筋)。 優(yōu)缺點優(yōu)缺點 先張法：先張法：工藝簡單，無需永久性錨具，可批量生產(chǎn)工藝簡單，無需永久性錨具，可批量生產(chǎn);需要臺座。需要臺座。 后張法：

8、后張法：無需臺座，需永久性錨具，成本高，預應力更可靠。無需臺座，需永久性錨具，成本高，預應力更可靠。 預應力的傳遞預應力的傳遞 先張法：先張法：通過預應力鋼筋與混凝土之間的粘結力傳遞預應力。通過預應力鋼筋與混凝土之間的粘結力傳遞預應力。 后張法：后張法：依靠其兩端錨具錨住預應力鋼筋并傳遞預應力。依靠其兩端錨具錨住預應力鋼筋并傳遞預應力。預應力混凝土構件的錨、夾具預應力混凝土構件的錨、夾具 錨具是錨具是后張法后張法中為保持預應力筋的拉力并將其傳遞到混凝土上的永中為保持預應力筋的拉力并將其傳遞到混凝土上的永久性錨固裝置。久性錨固裝置。 是是先張法先張法中為保持預應力筋的拉力并將其固定在臺座上的臨時

9、性錨中為保持預應力筋的拉力并將其固定在臺座上的臨時性錨固裝置；或后張法中夾持預應力筋的臨時性錨固裝置。固裝置；或后張法中夾持預應力筋的臨時性錨固裝置。錨具的定義錨具的定義夾具夾具錨、夾具：用于固定鋼筋錨、夾具：用于固定鋼筋作用：構件制作完后，能取下重復使用作用：構件制作完后，能取下重復使用作用：用于永久固定鋼筋、作為構件的一部分作用：用于永久固定鋼筋、作為構件的一部分n 錨具的分類錨具的分類錨具類型錨具類型支承式支承式 錐塞式錐塞式握裹式握裹式 螺母錨具螺母錨具鐓頭錨具鐓頭錨具JMJM型型BMBM型型OVMOVM型型QMQM型型XMXM型型擠壓錨具擠壓錨具壓花錨具壓花錨具夾具類型夾具類型鋼絲夾

10、具鋼絲夾具 鋼筋夾具鋼筋夾具鍥形鍥形圓錐齒板式圓錐齒板式 鋼筋鐓頭鋼筋鐓頭 螺母錨具螺母錨具銷片式夾具銷片式夾具 圓錐槽式圓錐槽式n 夾具的分類夾具的分類n 錨具和夾具圖例錨具和夾具圖例QM型錨具型錨具 灌漿孔灌漿孔 錨墊板錨墊板 錨板錨板 預留孔道用的螺旋管預留孔道用的螺旋管螺旋筋螺旋筋 用于粗鋼筋，由螺桿、螺帽、墊板組成，螺桿焊于預應力鋼用于粗鋼筋，由螺桿、螺帽、墊板組成，螺桿焊于預應力鋼筋的端部。筋的端部。2.螺桿螺帽型螺桿螺帽型6.2 預應力混凝土構件設計的一般規(guī)定預應力混凝土構件設計的一般規(guī)定6.2.1 預應力混凝土材料預應力混凝土材料1. 預應力鋼筋預應力鋼筋 在預應力混凝土制作和

11、使用過程中，由于種種原因，預應力筋中預先施加的在預應力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預應力筋中預先施加的張拉應力會產(chǎn)生損失，因此，為使得張拉應力會產(chǎn)生損失，因此，為使得 扣除應力損失后仍具有較高的張拉應力，扣除應力損失后仍具有較高的張拉應力，也必須使用高強鋼筋（絲）作預應力筋。也必須使用高強鋼筋（絲）作預應力筋。（）有較好的塑性（）有較好的塑性（plasticity）和可焊性（）和可焊性（wdldability）與混凝土有足夠的粘結強度：通常采用與混凝土有足夠的粘結強度：通常采用“刻痕刻痕”或或“壓波壓波” 方法來提高方法來提高與混凝土粘結強度。與混凝土粘結強度。為避免在超載情況下發(fā)生

12、脆性破斷，為避免在超載情況下發(fā)生脆性破斷， 預應力筋還必須具有一定的塑性。預應力筋還必須具有一定的塑性。 （3）具有良好的加工性能。）具有良好的加工性能。（）強度高。（）強度高。以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求。以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求。（4）與混凝土的粘著力強。）與混凝土的粘著力強。鋼絲直徑為鋼絲直徑為39mm。為增加與混凝。為增加與混凝 土粘結強度，鋼絲表面可采用土粘結強度，鋼絲表面可采用刻刻痕痕或或壓波壓波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。（1）鋼絲）鋼絲中高強鋼絲是采用優(yōu)質碳素鋼盤條，中高強鋼絲是采用優(yōu)質碳素鋼盤條， 經(jīng)過幾次冷拔后得到。經(jīng)過幾次冷拔后得到。中強鋼絲的強度為中

13、強鋼絲的強度為8001200MPa，高強鋼絲的強度為高強鋼絲的強度為14701860MPa。預預應應力力鋼鋼絞絞線線刻刻痕痕鋼鋼絲絲光光面面螺螺旋旋肋肋（2）鋼絞線）鋼絞線鋼絞線是用鋼絞線是用2、3、7股高強鋼絲扭結而成的一種高強預應力股高強鋼絲扭結而成的一種高強預應力筋，其中以筋，其中以7股鋼絞線應用最多。股鋼絞線應用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為股鋼絞線的公稱直徑為9.515.2 mm，通常用于無粘結預應力筋，強度可高達，通常用于無粘結預應力筋，強度可高達1860MPa。2股和股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，以提高與混凝土的粘結強度。件，以提

14、高與混凝土的粘結強度。（3）熱處理鋼筋）熱處理鋼筋用熱軋中碳低合金鋼經(jīng)過調質熱處理后制成的高強度鋼筋，用熱軋中碳低合金鋼經(jīng)過調質熱處理后制成的高強度鋼筋，直徑為直徑為610mm，抗拉強度為，抗拉強度為1470MPa。 除冷拉低合金鋼筋外，除冷拉低合金鋼筋外，其余預應力筋的應力其余預應力筋的應力-應變應變曲線均無明顯屈服點，采曲線均無明顯屈服點，采用殘余應變?yōu)橛脷堄鄳優(yōu)?.2%的條件的條件屈服點作為抗拉強度設計屈服點作為抗拉強度設計指標。指標。（4）冷拉低合金鋼筋）冷拉低合金鋼筋通常將通常將級熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后作為預應力筋，抗拉強度可達級熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后作為預應力筋，抗拉強度可達580MPa。為

15、解決粗直徑鋼筋的連接問題，鋼筋表面軋制成不帶縱向肋為解決粗直徑鋼筋的連接問題，鋼筋表面軋制成不帶縱向肋的精制螺紋，可用套筒直接連接。的精制螺紋，可用套筒直接連接。但隨著近年來高強鋼絲和鋼絞線的大量生產(chǎn)，這種預應力筋但隨著近年來高強鋼絲和鋼絞線的大量生產(chǎn)，這種預應力筋的應用已很少的應用已很少。（）快硬、早強；（）快硬、早強；2. 混凝土混凝土 我國預應力混凝土結構采用的混凝土等級為我國預應力混凝土結構采用的混凝土等級為C40、C50和和C60。在先張法中，混凝標號不應低于在先張法中，混凝標號不應低于40號號。當采用碳素鋼絲、。當采用碳素鋼絲、鋼鉸線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土標號不應低于鋼

16、鉸線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土標號不應低于C40。（）強度高（）強度高 可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時的彈性回縮；具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時的彈性回縮；一般預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于一般預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于C30，當采用高強鋼絲時不，當采用高強鋼絲時不低于低于C40。（）收縮和徐變小（）收縮和徐變小可較早施加預應力，加快施工速度，提高臺座、

17、夾具的周轉率，降低間接費用可較早施加預應力，加快施工速度，提高臺座、夾具的周轉率，降低間接費用6.2.2 張拉控制應力張拉控制應力 con：指張拉預應力鋼筋時，鋼筋所控制達到的最大應力值。：指張拉預應力鋼筋時，鋼筋所控制達到的最大應力值。ANcon個別鋼筋可能被拉斷；個別鋼筋可能被拉斷；施工階段，構件的預拉區(qū)可能開裂；施工階段，構件的預拉區(qū)可能開裂；后張法構件端部混凝土產(chǎn)生局部受壓破后張法構件端部混凝土產(chǎn)生局部受壓破壞；壞；降低構件延性，降低構件延性，使開裂荷載與破壞荷載使開裂荷載與破壞荷載相近，可能產(chǎn)生脆性破壞；相近，可能產(chǎn)生脆性破壞；增大預應力鋼筋的松弛損失；增大預應力鋼筋的松弛損失； c

18、on過大時可能出現(xiàn)的問題過大時可能出現(xiàn)的問題 con大的好處大的好處提高預應力鋼筋的利用率，減少用鋼量提高預應力鋼筋的利用率，減少用鋼量對混凝土施加的預壓應力高，抗裂性能好對混凝土施加的預壓應力高，抗裂性能好A預應力筋面積預應力筋面積N張拉設備上的測力計所指示的總張拉力張拉設備上的測力計所指示的總張拉力張拉控制應力限值張拉控制應力限值 在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應力松馳、摩擦、鋼筋在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉及臺座之間的溫差損失時，可以提高分批張拉及臺座之間的溫差損失時，可以提高0.05fptk。張拉控制應力張拉控制應力與所采用的鋼筋種類和張拉方式有關。與

19、所采用的鋼筋種類和張拉方式有關。先張先張 ，后張，后張 6.2.3 預應力損失預應力損失預應力筋按張拉后，由于各種原因會下降到一定的程度，這一現(xiàn)象稱為預應力筋按張拉后，由于各種原因會下降到一定的程度，這一現(xiàn)象稱為預應力損失。引起預應力損失的原因有六大類。先分別找出這些損失出現(xiàn)的預應力損失。引起預應力損失的原因有六大類。先分別找出這些損失出現(xiàn)的原因，再根據(jù)先張法和后張法的施工特點，了解不同預應力損失的組合。原因，再根據(jù)先張法和后張法的施工特點，了解不同預應力損失的組合。 con l = P 有效預應力。有效預應力。預應力損失預應力損失1、張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失、張拉端錨具變形和

20、鋼筋內(nèi)縮引起的預應力損失2、預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失、預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失3、混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉鋼筋與承受拉力的設備之間溫差、混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的預應力損失引起的預應力損失4、預應力鋼筋的應力松弛引起的預應力損失、預應力鋼筋的應力松弛引起的預應力損失5、混凝土的收縮和徐變引起的預應力損失、混凝土的收縮和徐變引起的預應力損失6、環(huán)形構件采環(huán)形構件采用螺旋式預應力鋼筋，由于混凝土的局部擠壓引用螺旋式預應力鋼筋，由于混凝土的局部擠壓引起的預應力損失起的預應力損失預應力損失的種類預應力損失的種類為了減小摩擦阻力損失，一般可采用如下措施：為了減小摩擦阻力損失，一般可采用如下措施： 一端張拉一端張拉兩端張拉兩端張拉超張拉超張拉（1）采用兩端同時張拉；）采用兩端同時張拉；（2）進行超張拉。）進行超張拉。一般采用的超張拉程序是一般采用的超張拉程序是0con1 . 1con85. 0停停2 2分鐘分鐘con停停2 2分鐘分鐘