《結(jié)構設計原理》葉見曙_課件__第12章_預應力混凝土結(jié)構的基本概念及其材料

1、1、混凝土的抗拉強度和極限拉應變很?。?混凝土臨近拉裂時，受拉鋼筋應力s20 30Mpa，鋼筋利用不充分。 對某些不允許開裂的結(jié)構如水池、油罐、惡劣環(huán)境下的結(jié)構是不適應的。12.1 概述普通鋼筋砼的缺點2、大跨度結(jié)構時，為滿足構件強度、變形、裂縫控制的要求，需加大截面尺寸，使構件自重進一步增大，造成安裝困難，材料浪費，或造型不協(xié)調(diào)。3、當采用高強鋼筋、高強混凝土時，由于裂縫寬度控制在0.2mm，而高強鋼筋的彈性模量與普通鋼筋相當，高強材料的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。 結(jié)論：由于普通鋼筋混凝土結(jié)構無法改善構件使用性能，也無法有效利用高強材料，有必要發(fā)展一種新的工藝方法預應力混凝土結(jié)構。預應力混凝土結(jié)構。12

2、.1 概述普通鋼筋砼的缺點木桶是用環(huán)向竹箍對桶壁預先施加環(huán)向壓應力。當桶中盛水后，水壓引起的拉應力小于預加壓應力時，桶就不會漏水。 從書架上取下一疊書，由于受到雙手施加的壓力，這一疊書就如同一橫梁，可以承擔全部書的重量。 2、預應力的工作原理 在混凝土結(jié)構承受外荷載之前，預先對其在外荷載作用下的受拉區(qū)施加預壓應力，以改善結(jié)構使用性能，這種結(jié)構形式稱為預應力混凝土結(jié)構。NpNpPPNpNpPP拉壓壓壓拉-壓+拉-壓+ 下面以簡支梁為例，說明預應力混凝土結(jié)構的基本原理：或預應力的作用可部分或全部抵消外荷載產(chǎn)生的拉力，從而提高構件的抗裂性。（分解）應力疊加：NpNpPPNpNpPP拉消壓壓kcktk

3、c+pt+-ptpca)kt+pc0+c)b)a）+-b)kt+pc=0c)kt+pc0下緣：對混凝土或鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)受拉區(qū)預先施加壓應力，這種應力的大小和分布規(guī)律，能有利于抵消使用荷載作用下產(chǎn)生的拉應力，因而使混凝土構件在使用荷載作用下不致開裂，或推遲開裂，或者使裂縫寬度減小。即，即，由于預壓力的存在避免混凝土開裂，使梁全截面參與工作，改善了梁中混凝土的抗拉性能，并且達到充分利用高強鋼材性能的目的。12.1 概述預應力砼結(jié)構基本原理a. 節(jié)省材料，減輕自重，增加跨越能力。b. 提高構件的抗裂性、增加截面剛度。c. 可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應力。d. 預加力還可以作為結(jié)構構件的連

4、接手段，促進了橋梁結(jié)構新體系與施工方法的發(fā)展。12.1 概述預應力砼結(jié)構優(yōu)點預應力損失：預應力損失：最主要的問題是在使用階段如何保持有效預應力不至于降低到最小。技術要求高：技術要求高：需要有一定的專門設備和配備一支技術熟練的專業(yè)隊伍。預應力反拱度不易控制。12.1 概述預應力砼結(jié)構缺點大跨度結(jié)構（大跨度橋梁）；特種結(jié)構（防漏 、防滲和壓力容器 ）；對構件的剛度和變形控制要求較高的結(jié)構構件。除在橋梁工程采用外，路基邊坡治理、庫岸斜坡治理中也廣泛應用（如預應力錨桿、預應力錨索） 12.1 概述預應力砼結(jié)構應用公路橋規(guī)將預應力度（）定義為由預加應力大小確定的消壓彎矩MO與外荷載產(chǎn)生的彎矩M的比值，即

5、=M0/Ms式中：預應力度；M0消壓彎矩。構件抗裂邊緣預壓應力抵消到零時的彎矩。Ms按作用（或荷載）短期效應組合計算的彎矩。12.1 概述預應力度全預應力混凝土：沿預應力方向的正截面不出現(xiàn)拉應力，即部分預應力混凝土：沿預應力方向的正截面出現(xiàn)拉應力或出現(xiàn)不超過規(guī)定寬度的裂縫，即對拉應力加以限制時，為A類構件類構件（拉而不裂）；拉應力超過限值或出現(xiàn)不超過限定的裂縫寬度時，為B類構件類構件（裂而有限）3. 鋼筋混凝土：不施加預應力的混凝土結(jié)構，即101012.1 概述預應力砼的分類張拉鋼筋并在座上固定澆注混凝土構件混凝土強度達設計強度的75%以上時剪斷鋼筋先張法先張法依靠粘結(jié)依靠粘結(jié)力來傳遞力來傳遞

6、并保持預并保持預加應力加應力 12.2 預應力張拉方法先張法伸長張拉臺座預應力筋混凝土壓縮a）b）c）臨時錨固pN壓縮 圖 12-2 先張法工藝流程示意圖 a)預應力鋼筋就位，準備張拉 b)張拉并錨固，澆筑構件混凝土 c)松錨，預應力鋼筋回縮，制成預應力混凝土構件 12.2 預應力張拉方法先張法澆混凝土構件，并在構件中預留孔道在構件中預留孔道中穿鋼筋并張拉錨固灌漿后張法后張法依靠工作錨具依靠工作錨具來傳遞和保持來傳遞和保持預加應力預加應力12.2 預應力張拉方法后張法12.2 預應力張拉方法后張法12.2 預應力張拉方法后張法1、預應力結(jié)構對錨具的要求(1)根據(jù)設計取用的預應力筋種類、預壓力大

7、小及布束的需要選擇預應力錨具(2)錨具應只有足夠的強度和剛度，安全可靠；(3)構造簡單，加工制作方便；(4)施工方便、節(jié)省材料、價格低廉。12.2 預應力結(jié)構錨具夾具：夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構件上，剪斷預應力筋后夾具的作用即消失錨具：錨具：永久地留在構件上，如錨具失效構件中的預應力將全部消失。12.2 預應力結(jié)構錨具錨具分類方法：按錨固受力筋類型：錨粗鋼筋、鋼絲束、鋼鉸線、鋼筋束按傳遞預應力的原理分：支承式和摩擦式1. 按錨具的使用位置不同：張拉端和固定端12.2 預應力結(jié)構錨具分類常用的錨具 1 鋼筋螺紋錨用于錨高強粗鋼筋優(yōu)點：錨固可靠；構造簡單；施工方便；預應力損失小缺點

8、：有時螺紋不易咬緊而需要用雙螺母常用的錨具 1、承壓型錨具鋼筋螺紋錨：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預應力鋼筋錨固在端部粗鋼筋錨固螺母圓墊圈鋼墊板螺旋筋預留孔道排氣槽螺帽錨固板灌漿排氣波紋套管鋼筋梁體a）b）12.2 預應力錨具鋼筋螺紋錨特點：特點：屬于自承式錨具，操作簡單，受力可靠，滑移量小。缺點：缺點：下料長工度精度要求高，不可多根錨固。適用適用于較短的預應力構件及直線預應構件。12.2 預應力錨具鋼筋螺紋錨2、承壓形錨具墩頭錨具鐓頭錨具：鐓頭錨具：利用鋼絲的鐓粗頭來錨固預應力鋼絲的一種支承式錨具用途：用途：主要用于錨固鋼絲束，錨固5mm和7mm。組成組成：(1)錨杯 (2)錨圈 (3)冷鐓

9、頭工作原理：工作原理：借鐓頭直接承壓將鋼絲錨固于錨杯上。優(yōu)點：優(yōu)點：(1)可靠（不滑絲） (2)預應力損失小 (3)工序簡單缺點缺點: (1)如張拉噸位過大，鋼絲數(shù)很多，施工麻煩； (2)對鋼絲的下料長度要求很精確，12.2 預應力錨具墩頭錨具墩頭錨工作示意圖孔道長度L穿束方向固定端錨圈（螺帽）鋼絲鐓頭預留孔道錨杯墊板錨圈（螺帽）錨杯接千斤頂鋼絲鐓頭壓漿孔預留孔道擴口張拉端12.2 預應力錨具墩頭錨錨具墩頭錨產(chǎn)品圖片12.2 預應力錨具墩頭錨3、摩擦型錨具錐形錨鋼絲通過摩擦力將預拉力傳給錨環(huán)，錨環(huán)通過承壓板將預應力傳給混凝土用途：可以用到固定端，也可以用于張拉端缺點：滑移量大、每根鋼絲應力有差

10、異12.2 預應力錨具錐形錨4、夾片錨用途：用途：錨固鋼絞線之用，錨固由（155）根不等的s 15.2 mm或s 12.7mm鋼絞線所組成的預應力鋼束。組成：組成：夾片；錨板；錨墊板優(yōu)點：優(yōu)點：（1）錨固噸位大；（2）各根鋼絞線均為單獨工作，1根鋼絞線錨固失效也不會影響全錨。缺點：缺點：因錨板錐孔布置的需要，必須擴孔。12.2 預應力錨具夾片錨鑄鐵喇叭管錨板錐孔螺旋筋鑄鐵喇叭管工作錨夾板工作錨接片鋼絞線波紋管NconpNl張拉設備張拉設備千斤頂千斤頂l制孔器制孔器l穿索機穿索機l灌孔水泥漿及壓漿機灌孔水泥漿及壓漿機l張拉臺座張拉臺座 12.2 預應力錨具其它設備兩種千斤頂返回預應力波紋管波紋管

11、機返回1、制孔器： 后張法構件的預留孔道是由制孔器來形成的。預應力穿索機返回2、穿索機 對于大跨橋梁，有的預應力鋼筋很長，人工穿束十分吃力，故采用穿索（束）機。 (1) 液壓式 (2) 電動式預應力灌漿機預應力灌漿機 返回 3、灌孔水泥漿及壓漿機 1）水泥漿作用：避免力筋銹蝕和錨具松動，并使力筋與梁體混凝土結(jié)合為整體配合比：水灰比0.400.45；適量的減小劑強度等級：不低于構件砼等級的80%；30MPa 2）壓漿機 它主要由灰漿攪拌桶、貯漿桶和壓送灰漿的灰漿泵以及供水系統(tǒng)組成。張拉臺座l采用先張法生產(chǎn)預應力混凝土構件時，需設置用作張拉和臨時錨固預應力鋼筋的張拉臺座。l設計時應保證它具有足夠的

12、強度、剛度、穩(wěn)定性。l1、強度高。減小構件截面尺寸，充分發(fā)揮鋼筋的抗拉強度；l2、收縮、徐變小。以減小因收縮、徐變引起的預應力損失；l3、快硬、早強?？杀M早施加預應力，加快臺座、錨具、夾具的周轉(zhuǎn)率。l混凝土的配制要求與措施：嚴格控制水灰比；注意選用高標號水泥并宜控制水泥用量；選用優(yōu)質(zhì)活性摻合料；d.加強振搗與養(yǎng)護。l預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于C40。12.3 預應力砼結(jié)構材料砼（1 1）對鋼材的要求：）對鋼材的要求：強度高具有一定的塑性良好的加工性能與混凝土之間有較好的粘結(jié)強度低松弛耐腐蝕12.3 預應力砼結(jié)構材料鋼材（2 2）鋼材的種類：）鋼材的種類：鋼筋鋼絲鋼絞線（一般由七股3

13、、 4或5 的高強鋼絲捻制而成）冷拉低合金鋼筋熱處理鋼筋冷拔低碳鋼絲（常見直徑為5mm、4mm和3mm）高強鋼絲（碳素鋼絲，刻痕鋼絲），直徑45mm。12.3 預應力砼結(jié)構材料鋼材l鋼絞線 鋼絞線是用2、3、7股高強鋼絲扭結(jié)而成的一種高強預應力筋，其中以7股鋼絞線應用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為9.515.2 mm，通常用于無粘結(jié)預應力筋，強度可高達1860MPa。2股和3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(jié)強度。12.3 預應力砼結(jié)構材料鋼絞線無粘結(jié)預應力束無粘結(jié)預應力束12.3 預應力砼結(jié)構材料鋼絞線 高強度鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)過幾次冷拔后得到。高強鋼絲的強度為14701860MPa。鋼絲直徑為39mm。為增加與混凝土粘結(jié)強度，鋼絲表面可采用