專題講座-體外預(yù)應(yīng)力

1、Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 12006.11.15Bridge E30 Doc, 2006Advanced Concrete Structures 2一、體外預(yù)應(yīng)力概述一、體外預(yù)應(yīng)力概述1 1、體外預(yù)應(yīng)力橋梁的精確定義、體外預(yù)應(yīng)力橋梁的精確定義2 2、體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍、體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍3 3、國(guó)外的研究現(xiàn)狀、國(guó)外的研究現(xiàn)狀4 4、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀、國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀5 5、體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 31

2、.1 1.1 體外預(yù)應(yīng)力橋梁的精確定義體外預(yù)應(yīng)力橋梁的精確定義 具有以下特性的橋梁是體外預(yù)應(yīng)力橋梁：具有以下特性的橋梁是體外預(yù)應(yīng)力橋梁：（1 1）所有的體外預(yù)應(yīng)力鋼筋位于橋梁截面之外；）所有的體外預(yù)應(yīng)力鋼筋位于橋梁截面之外；（2 2）預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎剛度的影響很小）預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)抗彎剛度的影響很小(5%)(5%)；（3 3）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到允許的最大張拉值；）預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到允許的最大張拉值；（4 4）活載只產(chǎn)生有限的撓度，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的應(yīng)力變化）活載只產(chǎn)生有限的撓度，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的應(yīng)力變化 幅度也很小（對(duì)于少數(shù)荷載最多只達(dá)到幅度也很?。▽?duì)于少數(shù)荷載最多只達(dá)到50MPa50MPa）。）。

3、Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 41.2 1.2 體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用范圍 （1 1）體外預(yù)應(yīng)力現(xiàn)階段主要應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、）體外預(yù)應(yīng)力現(xiàn)階段主要應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁、特種結(jié)構(gòu)和大跨度建筑工程結(jié)構(gòu)；特種結(jié)構(gòu)和大跨度建筑工程結(jié)構(gòu)； （2 2）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修；）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重建、加固及維修； （3 3）臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或作為施工臨時(shí)性鋼）臨時(shí)性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或作為施工臨時(shí)性鋼 索。索。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structur

4、es 51.2.1 1.2.1 新建橋梁的應(yīng)用新建橋梁的應(yīng)用 從從Long KeyLong Key橋的設(shè)計(jì)建造至今，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展了近橋的設(shè)計(jì)建造至今，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展了近2020年，年，其主要用在以下幾個(gè)方面其主要用在以下幾個(gè)方面: : 首先，是以首先，是以Long KeyLong Key橋?yàn)榇淼牟捎弥鹂珙A(yù)制節(jié)段施工的長(zhǎng)橋。橋?yàn)榇淼牟捎弥鹂珙A(yù)制節(jié)段施工的長(zhǎng)橋。這種類型的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最早、最為廣泛的體外預(yù)這種類型的體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最早、最為廣泛的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式。其突出的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)和施工的標(biāo)準(zhǔn)化和施工速度應(yīng)力結(jié)構(gòu)形式。其突出的優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)和施工的標(biāo)準(zhǔn)化和施

5、工速度快捷。出于它的體外預(yù)應(yīng)力索與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)同樣，采用普通多快捷。出于它的體外預(yù)應(yīng)力索與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)同樣，采用普通多股鋼絞線、錨具和水泥灌漿，故其預(yù)應(yīng)力索的成本較低。這種類型股鋼絞線、錨具和水泥灌漿，故其預(yù)應(yīng)力索的成本較低。這種類型的橋梁受支撐結(jié)構(gòu)的影響，跨徑一般為的橋梁受支撐結(jié)構(gòu)的影響，跨徑一般為30m50m30m50m。它通常在通航要求。它通常在通航要求不高的多跨橋，長(zhǎng)大跨橋梁的引橋以及人口密集和交通組織困難的不高的多跨橋，長(zhǎng)大跨橋梁的引橋以及人口密集和交通組織困難的城市高架公路和輕軌干線中采用。城市高架公路和輕軌干線中采用。 Bridge E30 Oct, 2006Advanced

6、 Concrete Structures 6 其二，是用粗大體外索代替原有配置在腹板內(nèi)大量體內(nèi)束筋的結(jié)其二，是用粗大體外索代替原有配置在腹板內(nèi)大量體內(nèi)束筋的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化腹板的構(gòu)造及減少腹板的厚度。其主要應(yīng)用與懸構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化腹板的構(gòu)造及減少腹板的厚度。其主要應(yīng)用與懸臂施工和頂推施工的橋梁中，全橋的預(yù)應(yīng)力體系通常采用體內(nèi)有粘結(jié)臂施工和頂推施工的橋梁中，全橋的預(yù)應(yīng)力體系通常采用體內(nèi)有粘結(jié)和體外無(wú)粘結(jié)混合配置的方式。由于腹板內(nèi)不放置預(yù)應(yīng)力筋，所以可和體外無(wú)粘結(jié)混合配置的方式。由于腹板內(nèi)不放置預(yù)應(yīng)力筋，所以可以把傳統(tǒng)的混凝土箱梁腹板改成混凝土桁架形式或直接在肋板式結(jié)構(gòu)以把傳統(tǒng)的混凝土箱梁腹

7、板改成混凝土桁架形式或直接在肋板式結(jié)構(gòu)中采用鋼腹板。采用的三角形斷面和波紋鋼腹板的法國(guó)中采用鋼腹板。采用的三角形斷面和波紋鋼腹板的法國(guó)Maupre橋是此橋是此類體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的代表作。類體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的代表作。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 7 此外，當(dāng)體外預(yù)應(yīng)力索在橋墩頂部的偏心距大于混此外，當(dāng)體外預(yù)應(yīng)力索在橋墩頂部的偏心距大于混凝土梁高時(shí)，稱為坦拉式體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，由于凝土梁高時(shí)，稱為坦拉式體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，由于這種結(jié)構(gòu)的外形除了主塔較矮以外，與斜拉橋基本相似，這種結(jié)構(gòu)的外形除了主塔較矮以外，與斜拉橋基本相似，故也

8、有學(xué)者稱之為故也有學(xué)者稱之為“部分斜拉橋部分斜拉橋”。它可以作為梁高較。它可以作為梁高較高的梁式橋與具有柔細(xì)梁的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋之間平高的梁式橋與具有柔細(xì)梁的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋之間平滑過(guò)渡的結(jié)構(gòu)形式?；^(guò)渡的結(jié)構(gòu)形式。 下表為早期修建的下表為早期修建的十座體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。十座體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 8Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 91.2.2 1.2.2 體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用 在大部分的場(chǎng)合中，由

9、于防護(hù)套斷裂造成鋼筋銹蝕、預(yù)應(yīng)力鋼筋在大部分的場(chǎng)合中，由于防護(hù)套斷裂造成鋼筋銹蝕、預(yù)應(yīng)力鋼筋磨損，以及混凝土的收縮徐變及溫度等各種因素的影響，導(dǎo)致橋梁中磨損，以及混凝土的收縮徐變及溫度等各種因素的影響，導(dǎo)致橋梁中的鋼筋破損嚴(yán)重的鋼筋破損嚴(yán)重, ,需要提供額外的或替換的力筋。由于采用了預(yù)應(yīng)力需要提供額外的或替換的力筋。由于采用了預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在結(jié)構(gòu)體系之外的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，破損鋼筋的置換較容易鋼筋布置在結(jié)構(gòu)體系之外的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)，破損鋼筋的置換較容易, ,同時(shí)此方法克服了許多加固方法材料中普遍存在的應(yīng)力滯后的弱點(diǎn)，同時(shí)此方法克服了許多加固方法材料中普遍存在的應(yīng)力滯后的弱點(diǎn)，并保證了新舊材料和結(jié)

10、構(gòu)的整體性與協(xié)同工作。并保證了新舊材料和結(jié)構(gòu)的整體性與協(xié)同工作。 體外預(yù)應(yīng)力是一種有效的橋梁結(jié)構(gòu)加固方法，簡(jiǎn)單易行，不影響體外預(yù)應(yīng)力是一種有效的橋梁結(jié)構(gòu)加固方法，簡(jiǎn)單易行，不影響行車，受力途徑明確，能顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度，能有效改善行車，受力途徑明確，能顯著提高結(jié)構(gòu)承載力和抗裂度，能有效改善結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。正是由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，所以體外預(yù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)。正是由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，所以體外預(yù)Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 10 應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)成為舊橋加固中最有效的方法，在我國(guó)橋梁建設(shè)中應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)成為舊橋加

11、固中最有效的方法，在我國(guó)橋梁建設(shè)中有極其廣泛的應(yīng)用前景。有極其廣泛的應(yīng)用前景。 體外預(yù)應(yīng)力加固體系的形式多種多樣，一般采用折線形，梁的體外預(yù)應(yīng)力加固體系的形式多種多樣，一般采用折線形，梁的跨中部分體外束布置在腹板下緣處，主要通過(guò)水平力筋和斜筋提高梁跨中部分體外束布置在腹板下緣處，主要通過(guò)水平力筋和斜筋提高梁的承載能力。其中水平筋作用于梁底的水平預(yù)應(yīng)力，產(chǎn)生一個(gè)反向彎的承載能力。其中水平筋作用于梁底的水平預(yù)應(yīng)力，產(chǎn)生一個(gè)反向彎矩，用來(lái)抵抗由自重及活載產(chǎn)生的正彎矩，而斜筋給梁端部位提供負(fù)矩，用來(lái)抵抗由自重及活載產(chǎn)生的正彎矩，而斜筋給梁端部位提供負(fù)彎矩和預(yù)剪力。體外束材料一般由無(wú)粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋與

12、槽鋼組合彎矩和預(yù)剪力。體外束材料一般由無(wú)粘結(jié)鋼絞線、粗鋼筋與槽鋼組合而成。而成。 隨著近年來(lái)結(jié)構(gòu)建設(shè)隨著近年來(lái)結(jié)構(gòu)建設(shè) 的不斷發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)已從最初的不斷發(fā)展，體外預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)已從最初應(yīng)用于加固中小跨徑的簡(jiǎn)支梁發(fā)展到廣泛應(yīng)用于大、中跨的各種類應(yīng)用于加固中小跨徑的簡(jiǎn)支梁發(fā)展到廣泛應(yīng)用于大、中跨的各種類Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 11 型橋梁，如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土型剛構(gòu)、鋼管混型橋梁，如預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預(yù)應(yīng)力混凝土型剛構(gòu)、鋼管混凝土系桿拱橋等等。凝土系桿拱橋等等。 a a、體外束加固橋梁受彎構(gòu)件

13、時(shí)，按偏心構(gòu)件計(jì)算。、體外束加固橋梁受彎構(gòu)件時(shí)，按偏心構(gòu)件計(jì)算。 b b、按無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)預(yù)應(yīng)力度確定預(yù)應(yīng)、按無(wú)粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算，根據(jù)預(yù)應(yīng)力度確定預(yù)應(yīng)力鋼筋面積，分別驗(yàn)算加固結(jié)構(gòu)的承載力、使用階段應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)的力鋼筋面積，分別驗(yàn)算加固結(jié)構(gòu)的承載力、使用階段應(yīng)力以及結(jié)構(gòu)的變形。變形。 c c、按加勁梁組合結(jié)構(gòu)分別計(jì)算對(duì)其受力和使用性能進(jìn)行分析研究。、按加勁梁組合結(jié)構(gòu)分別計(jì)算對(duì)其受力和使用性能進(jìn)行分析研究。按整體變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋在外載作用下的應(yīng)力增量。按整體變形協(xié)調(diào)條件計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋在外載作用下的應(yīng)力增量。 經(jīng)過(guò)幾年運(yùn)營(yíng)，橋梁結(jié)構(gòu)的某些主要受力構(gòu)件發(fā)生了變形

14、，原經(jīng)過(guò)幾年運(yùn)營(yíng)，橋梁結(jié)構(gòu)的某些主要受力構(gòu)件發(fā)生了變形，原Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 12受力筋也被嚴(yán)重銹蝕，考慮到橋梁結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜多變，分析中常采用受力筋也被嚴(yán)重銹蝕，考慮到橋梁結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜多變，分析中常采用有限元理論進(jìn)行修復(fù)施工過(guò)程模擬計(jì)算。由于補(bǔ)強(qiáng)力筋或更換力筋在有限元理論進(jìn)行修復(fù)施工過(guò)程模擬計(jì)算。由于補(bǔ)強(qiáng)力筋或更換力筋在原橋梁結(jié)構(gòu)上的作用點(diǎn)發(fā)生了變化，另外原力筋銹蝕造成力的大小變?cè)瓨蛄航Y(jié)構(gòu)上的作用點(diǎn)發(fā)生了變化，另外原力筋銹蝕造成力的大小變化等因素都會(huì)使橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能發(fā)生較大的改變，因此對(duì)修復(fù)施化等因素都會(huì)使橋梁結(jié)

15、構(gòu)的力學(xué)性能發(fā)生較大的改變，因此對(duì)修復(fù)施工的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控是極為重要的。一般通過(guò)對(duì)施工控制參數(shù)中的索力、工的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控是極為重要的。一般通過(guò)對(duì)施工控制參數(shù)中的索力、變位、應(yīng)力變化的跟蹤觀測(cè)，將其與有限元理論計(jì)算值比較，檢驗(yàn)橋變位、應(yīng)力變化的跟蹤觀測(cè)，將其與有限元理論計(jì)算值比較，檢驗(yàn)橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)是否在控制范圍之內(nèi)，以確保加固修復(fù)工程的施工梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)是否在控制范圍之內(nèi)，以確保加固修復(fù)工程的施工安全，如果施工中控制參數(shù)的出入較大，應(yīng)及時(shí)分析并采取措施。安全，如果施工中控制參數(shù)的出入較大，應(yīng)及時(shí)分析并采取措施。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete St

16、ructures 131.3 1.3 國(guó)外的研究現(xiàn)狀國(guó)外的研究現(xiàn)狀 19881988年，年，VirlogeuxVirlogeux采用塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度的方法，討論了很多與體外采用塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度的方法，討論了很多與體外預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支和連續(xù)梁在正常工作和極限狀態(tài)下受力性能有關(guān)的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支和連續(xù)梁在正常工作和極限狀態(tài)下受力性能有關(guān)的問(wèn)題，他注意到體外預(yù)應(yīng)力梁偏心距的變化是由于錨固端（包括轉(zhuǎn)向問(wèn)題，他注意到體外預(yù)應(yīng)力梁偏心距的變化是由于錨固端（包括轉(zhuǎn)向塊）之間預(yù)應(yīng)力筋保持直線，結(jié)構(gòu)變形為非線形，并給出了梁在未開(kāi)塊）之間預(yù)應(yīng)力筋保持直線，結(jié)構(gòu)變形為非線形，并給出了梁在未開(kāi)裂、保持線彈性狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力混

17、凝土梁預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)的計(jì)算公式，裂、保持線彈性狀態(tài)下體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)的計(jì)算公式，還利用塑性鉸長(zhǎng)度公式提出了推測(cè)極限承載力時(shí)預(yù)應(yīng)力筋平均伸長(zhǎng)量還利用塑性鉸長(zhǎng)度公式提出了推測(cè)極限承載力時(shí)預(yù)應(yīng)力筋平均伸長(zhǎng)量的模型。的模型。 19931993年，年，M.HarajliM.Harajli進(jìn)行了進(jìn)行了1616片梁的疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：體片梁的疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：體外預(yù)應(yīng)力能夠增加梁的抗彎強(qiáng)度，且并不降低梁的延性和極限變形；外預(yù)應(yīng)力能夠增加梁的抗彎強(qiáng)度，且并不降低梁的延性和極限變形；它可用來(lái)有效控制裂縫和改善梁在使用荷載下的撓度；它可以增加梁它可用來(lái)有效控制裂縫和改善梁在使用荷載下的撓度

18、；它可以增加梁Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 14 的疲勞壽命等。指出體外預(yù)應(yīng)力是加固和改善混凝土構(gòu)件的一種很有效的疲勞壽命等。指出體外預(yù)應(yīng)力是加固和改善混凝土構(gòu)件的一種很有效的技術(shù)。的技術(shù)。 19931993年，年，F(xiàn).M.AlkhainF.M.Alkhain通過(guò)有限元的方法推出了一種推測(cè)由預(yù)制構(gòu)通過(guò)有限元的方法推出了一種推測(cè)由預(yù)制構(gòu)件組成的體外預(yù)應(yīng)力梁橋的彎距件組成的體外預(yù)應(yīng)力梁橋的彎距- -撓度關(guān)系的非線性運(yùn)算法則。在研究撓度關(guān)系的非線性運(yùn)算法則。在研究中他考慮了兩種非線性的影響，即材料的非線性和預(yù)制節(jié)段分界處節(jié)點(diǎn)中他考慮

19、了兩種非線性的影響，即材料的非線性和預(yù)制節(jié)段分界處節(jié)點(diǎn)的開(kāi)縫，并確定了幾種重要的極限狀態(tài)：混凝土開(kāi)裂、節(jié)段間節(jié)點(diǎn)的開(kāi)的開(kāi)縫，并確定了幾種重要的極限狀態(tài)：混凝土開(kāi)裂、節(jié)段間節(jié)點(diǎn)的開(kāi)縫、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的屈服和極限承載力狀態(tài)。縫、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的屈服和極限承載力狀態(tài)。 19951995年，年，HindiHindi研究了體外預(yù)應(yīng)力束與構(gòu)件連接的數(shù)目、體內(nèi)束研究了體外預(yù)應(yīng)力束與構(gòu)件連接的數(shù)目、體內(nèi)束（灌漿和未灌漿）及節(jié)點(diǎn)類型對(duì)體外預(yù)應(yīng)力拼裝箱梁強(qiáng)度和延性影響。（灌漿和未灌漿）及節(jié)點(diǎn)類型對(duì)體外預(yù)應(yīng)力拼裝箱梁強(qiáng)度和延性影響。研究表明，提高體外預(yù)應(yīng)力束與梁連接的數(shù)目或者對(duì)體內(nèi)束灌漿可以提研究表明，提高體外預(yù)應(yīng)

20、力束與梁連接的數(shù)目或者對(duì)體內(nèi)束灌漿可以提高梁的強(qiáng)度。高梁的強(qiáng)度。 19971997年，年，Kiang.Hwee.TanKiang.Hwee.Tan等人的研究考慮了有效預(yù)應(yīng)力大小的影響。等人的研究考慮了有效預(yù)應(yīng)力大小的影響。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 15 得出結(jié)論：預(yù)應(yīng)力偏心距變化導(dǎo)致的二次影響會(huì)使梁的承載力下降；得出結(jié)論：預(yù)應(yīng)力偏心距變化導(dǎo)致的二次影響會(huì)使梁的承載力下降；設(shè)置轉(zhuǎn)向塊的梁比沒(méi)有設(shè)置轉(zhuǎn)向塊的梁具有更高的承載力；采用較小設(shè)置轉(zhuǎn)向塊的梁比沒(méi)有設(shè)置轉(zhuǎn)向塊的梁具有更高的承載力；采用較小的有效預(yù)應(yīng)力將增加體內(nèi)鋼筋和體外預(yù)

21、應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力，增大裂縫寬的有效預(yù)應(yīng)力將增加體內(nèi)鋼筋和體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力，增大裂縫寬度和撓度，延性更好；采用折線布筋的梁剛度減小，裂縫寬度增加，度和撓度，延性更好；采用折線布筋的梁剛度減小，裂縫寬度增加，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增加，但與直線布筋梁相比延性變差。預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增加，但與直線布筋梁相比延性變差。 19991999年，年，M.HarajliM.Harajli采用參數(shù)研究的方法來(lái)確定體外預(yù)應(yīng)力混采用參數(shù)研究的方法來(lái)確定體外預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的性能。選用體外預(yù)應(yīng)力筋的布置、轉(zhuǎn)向塊的個(gè)數(shù)及外荷載凝土構(gòu)件的性能。選用體外預(yù)應(yīng)力筋的布置、轉(zhuǎn)向塊的個(gè)數(shù)及外荷載的形式來(lái)進(jìn)行研究，并得出了這些因素對(duì)二次效應(yīng)、結(jié)

22、構(gòu)承載力和體的形式來(lái)進(jìn)行研究，并得出了這些因素對(duì)二次效應(yīng)、結(jié)構(gòu)承載力和體外筋應(yīng)力增量等的影響。合理考慮了構(gòu)件的跨高比和偏心距變化的影外筋應(yīng)力增量等的影響。合理考慮了構(gòu)件的跨高比和偏心距變化的影響。通過(guò)對(duì)跨長(zhǎng)方向上幾個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行多級(jí)迭代非線形分析來(lái)計(jì)算無(wú)響。通過(guò)對(duì)跨長(zhǎng)方向上幾個(gè)不同點(diǎn)進(jìn)行多級(jí)迭代非線形分析來(lái)計(jì)算無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋平均伸長(zhǎng)，提出了分析加載過(guò)程中體內(nèi)和體外無(wú)粘結(jié)預(yù)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋平均伸長(zhǎng)，提出了分析加載過(guò)程中體內(nèi)和體外無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁受力性能的模型。應(yīng)力梁受力性能的模型。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 16下表為一些國(guó)外的體外預(yù)

23、應(yīng)力混凝土橋梁下表為一些國(guó)外的體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 171.4 1.4 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 19921992年，鐵道部科學(xué)研究院牛斌等通過(guò)十片體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁年，鐵道部科學(xué)研究院牛斌等通過(guò)十片體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁的試驗(yàn)，利用試驗(yàn)結(jié)果，建立了體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎條件下全過(guò)程的試驗(yàn)，利用試驗(yàn)結(jié)果，建立了體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎條件下全過(guò)程非線形分析的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)程序。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一些合理的簡(jiǎn)非線形分析的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)程序。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一些合理的簡(jiǎn)化，提出了體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁極限狀態(tài)的

24、計(jì)算方法?；岢隽梭w外預(yù)應(yīng)力混凝土梁極限狀態(tài)的計(jì)算方法。 19951995年，單成林利用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)原理，提出體外預(yù)應(yīng)力結(jié)年，單成林利用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)原理，提出體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量的計(jì)算公式，以及截面應(yīng)力的計(jì)算方法。構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量的計(jì)算公式，以及截面應(yīng)力的計(jì)算方法。 19971997年，黃僑、張樹(shù)仁等試驗(yàn)分析了年，黃僑、張樹(shù)仁等試驗(yàn)分析了1212片鋼筋混凝土梁。驗(yàn)證體片鋼筋混凝土梁。驗(yàn)證體外索加固體系在正常使用階段的應(yīng)力、裂縫以及撓度計(jì)算方法的正確性，外索加固體系在正常使用階段的應(yīng)力、裂縫以及撓度計(jì)算方法的正確性，探討體外索斜鋼筋、水平鋼筋極限應(yīng)力的合理取值，分析體外

25、索加固體探討體外索斜鋼筋、水平鋼筋極限應(yīng)力的合理取值，分析體外索加固體系的極限破壞機(jī)理，并建立極限強(qiáng)度計(jì)算方法。系的極限破壞機(jī)理，并建立極限強(qiáng)度計(jì)算方法。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 18 19991999年，同濟(jì)大學(xué)的徐棟等用條帶法和分層模型的方法編制了有限年，同濟(jì)大學(xué)的徐棟等用條帶法和分層模型的方法編制了有限元非線性分析程序，通過(guò)試驗(yàn)分析了體外預(yù)應(yīng)力梁在整個(gè)加載過(guò)程中的反元非線性分析程序，通過(guò)試驗(yàn)分析了體外預(yù)應(yīng)力梁在整個(gè)加載過(guò)程中的反應(yīng)。在單元?jiǎng)偠染仃囍斜容^全面地考慮了材料非線性、幾何非線性及軸力應(yīng)。在單元?jiǎng)偠染仃囍斜容^全

26、面地考慮了材料非線性、幾何非線性及軸力二次矩等，還考慮了預(yù)應(yīng)力筋的材料非線性本構(gòu)關(guān)系、體外預(yù)應(yīng)力偏心距二次矩等，還考慮了預(yù)應(yīng)力筋的材料非線性本構(gòu)關(guān)系、體外預(yù)應(yīng)力偏心距的變化、轉(zhuǎn)向塊處預(yù)應(yīng)力筋的摩擦和滑移的影響。通過(guò)有限元分析，研究的變化、轉(zhuǎn)向塊處預(yù)應(yīng)力筋的摩擦和滑移的影響。通過(guò)有限元分析，研究中對(duì)整體施工與節(jié)段施工、節(jié)段施工時(shí)有無(wú)體內(nèi)鋼束、鋼束是完全粘結(jié)還中對(duì)整體施工與節(jié)段施工、節(jié)段施工時(shí)有無(wú)體內(nèi)鋼束、鋼束是完全粘結(jié)還離散粘結(jié)、轉(zhuǎn)向塊處有無(wú)滑動(dòng)等對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響進(jìn)行了介紹。計(jì)算離散粘結(jié)、轉(zhuǎn)向塊處有無(wú)滑動(dòng)等對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響進(jìn)行了介紹。計(jì)算表明由于接縫和普通鋼筋的影響，整體施工的體外預(yù)應(yīng)力

27、與節(jié)段施工的體表明由于接縫和普通鋼筋的影響，整體施工的體外預(yù)應(yīng)力與節(jié)段施工的體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有很大差別，其中接縫處的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)是本質(zhì)因素。外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有很大差別，其中接縫處的剛體轉(zhuǎn)動(dòng)是本質(zhì)因素。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 19 19991999年，同濟(jì)大學(xué)預(yù)應(yīng)力研究所的孫海、黃鼎業(yè)等根據(jù)年，同濟(jì)大學(xué)預(yù)應(yīng)力研究所的孫海、黃鼎業(yè)等根據(jù)4 4根體根體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)，得出體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁在非線形狀態(tài)下的外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁的試驗(yàn)，得出體外預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁在非線形狀態(tài)下的反應(yīng)，并利用大變形條件下桿件結(jié)構(gòu)變形推導(dǎo)了包括幾何非線形

28、和反應(yīng)，并利用大變形條件下桿件結(jié)構(gòu)變形推導(dǎo)了包括幾何非線形和材料非線形的單元?jiǎng)偠染仃?，同時(shí)編制了非線形有限元程序進(jìn)行了材料非線形的單元?jiǎng)偠染仃嚕瑫r(shí)編制了非線形有限元程序進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證。 盡管我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了采用體外預(yù)應(yīng)力的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是，盡管我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了采用體外預(yù)應(yīng)力的諸多優(yōu)點(diǎn)，但是，我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)中體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用是屈指可數(shù)的。我國(guó)橋梁結(jié)構(gòu)中體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用是屈指可數(shù)的。汕頭海灣大橋斷面Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 20年份年份地點(diǎn)地點(diǎn)橋名橋名19901990福建福建福州洪塘大橋福州洪塘大橋 19901990香港香港藍(lán)

29、巴勒海峽大橋藍(lán)巴勒海峽大橋19921992丹陽(yáng)丹陽(yáng)云陽(yáng)大橋云陽(yáng)大橋19951995廣東廣東汕頭海灣大橋汕頭海灣大橋20002000吉林吉林八寶欄子河橋八寶欄子河橋20012001上海上海長(zhǎng)浜里立交橋長(zhǎng)浜里立交橋20022002黑龍江黑龍江鐵嶺河橋鐵嶺河橋下表為我國(guó)的一些體外預(yù)應(yīng)力橋梁下表為我國(guó)的一些體外預(yù)應(yīng)力橋梁Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 211.5 1.5 體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 首先是在材料用量上，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鋼束用量的比體內(nèi)預(yù)應(yīng)首先是在材料用量上，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鋼束用量的比體內(nèi)預(yù)

30、應(yīng)力結(jié)構(gòu)多。但是，由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)減輕占恒載較大比重的箱梁腹力結(jié)構(gòu)多。但是，由于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)減輕占恒載較大比重的箱梁腹板尺寸，節(jié)約了混凝土的數(shù)量；同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)重量的減輕也導(dǎo)致了板尺寸，節(jié)約了混凝土的數(shù)量；同時(shí)，上部結(jié)構(gòu)重量的減輕也導(dǎo)致了下部結(jié)構(gòu)工程量的節(jié)?。皇┕し椒八挠貌牧?、施工速度、管理費(fèi)下部結(jié)構(gòu)工程量的節(jié)?。皇┕し椒八挠貌牧?、施工速度、管理費(fèi)用以及成橋后的維護(hù)費(fèi)用較體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土有優(yōu)勢(shì)。由上述因素組用以及成橋后的維護(hù)費(fèi)用較體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土有優(yōu)勢(shì)。由上述因素組成的結(jié)構(gòu)整體費(fèi)用，預(yù)應(yīng)力鋼束材料用量稍多一些，其影響是非常小成的結(jié)構(gòu)整體費(fèi)用，預(yù)應(yīng)力鋼束材料用量稍多一些，其影響是非常

31、小的。的。 其次是耐久性。對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)究竟哪一其次是耐久性。對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)究竟哪一種更容易腐蝕，哪一種結(jié)構(gòu)的耐久性更好，在近種更容易腐蝕，哪一種結(jié)構(gòu)的耐久性更好，在近2020年來(lái)，國(guó)際上的年來(lái)，國(guó)際上的Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 22普遍看法已傾向于體外預(yù)應(yīng)力鋼束的耐久性更好。由于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)普遍看法已傾向于體外預(yù)應(yīng)力鋼束的耐久性更好。由于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在腹板內(nèi)往往布置大量的鋼束，而且彎道也多。擁擠的鋼束往往造構(gòu)在腹板內(nèi)往往布置大量的鋼束，而且彎道也多。擁擠的鋼束往往造成混凝土澆注的

32、困難，大量的彎道使灌漿質(zhì)量也無(wú)法保證。而體外預(yù)成混凝土澆注的困難，大量的彎道使灌漿質(zhì)量也無(wú)法保證。而體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鋼束線形簡(jiǎn)潔，灌漿容易。鋼束暴露在外，可以隨時(shí)方便應(yīng)力結(jié)構(gòu)的鋼束線形簡(jiǎn)潔，灌漿容易。鋼束暴露在外，可以隨時(shí)方便地進(jìn)行檢測(cè)、修補(bǔ)乃至替換。其在耐久性方面的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。地進(jìn)行檢測(cè)、修補(bǔ)乃至替換。其在耐久性方面的優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。 除了以上特點(diǎn)外，與傳統(tǒng)的體內(nèi)布筋預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相比體外除了以上特點(diǎn)外，與傳統(tǒng)的體內(nèi)布筋預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相比體外預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有以下優(yōu)點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁具有以下優(yōu)點(diǎn)： 體外預(yù)應(yīng)力筋大多通過(guò)轉(zhuǎn)向塊改變方向，形狀呈折線，力筋只在體外預(yù)應(yīng)力筋大多通過(guò)轉(zhuǎn)

33、向塊改變方向，形狀呈折線，力筋只在轉(zhuǎn)向塊處與混凝土接觸，因此能夠大大減少預(yù)應(yīng)力摩擦損失，提高預(yù)轉(zhuǎn)向塊處與混凝土接觸，因此能夠大大減少預(yù)應(yīng)力摩擦損失，提高預(yù)應(yīng)力效益。應(yīng)力效益。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 23 力筋布置在腹板以外，可以減小腹板厚度。力筋布置在腹板以外，可以減小腹板厚度。 體外力筋大多放在聚乙烯或鋼管中，因此灌漿更加可靠。同時(shí)避免體外力筋大多放在聚乙烯或鋼管中，因此灌漿更加可靠。同時(shí)避免 了體內(nèi)布筋時(shí)定位網(wǎng)的設(shè)置，能大大簡(jiǎn)化施工了體內(nèi)布筋時(shí)定位網(wǎng)的設(shè)置，能大大簡(jiǎn)化施工。 便于隨時(shí)檢查力筋狀態(tài)，補(bǔ)拉應(yīng)力損失，便于隨

34、時(shí)檢查力筋狀態(tài)，補(bǔ)拉應(yīng)力損失， 替換失效鋼束，這是體替換失效鋼束，這是體內(nèi)布筋的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁不可想象的。內(nèi)布筋的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁不可想象的。 縮短了工期，加快了施工進(jìn)度。縮短了工期，加快了施工進(jìn)度。 構(gòu)件截面減小，有利于結(jié)構(gòu)輕型化。構(gòu)件截面減小，有利于結(jié)構(gòu)輕型化。 施工工序較為簡(jiǎn)單，使?jié)沧⒒炷凛^方便，質(zhì)量容易保證。施工工序較為簡(jiǎn)單，使?jié)沧⒒炷凛^方便，質(zhì)量容易保證。1.5.2 1.5.2 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的不足：體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的不足： 錨固端部和轉(zhuǎn)向肋處配筋較密，混凝土施工澆筑振搗較為困難，必錨固端部和轉(zhuǎn)向肋處配筋較密，混凝土施工澆筑振搗較為困難，必要時(shí)需要改變水灰比和易性才能保證振搗質(zhì)量

35、；要時(shí)需要改變水灰比和易性才能保證振搗質(zhì)量；Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 24 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下可能因延性不足而產(chǎn)生沒(méi)有預(yù)警的失體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下可能因延性不足而產(chǎn)生沒(méi)有預(yù)警的失效；效； 體外力筋易損壞和著火體外力筋易損壞和著火,并因?yàn)槌惺苤駝?dòng)要限制其自由長(zhǎng)度；并因?yàn)槌惺苤駝?dòng)要限制其自由長(zhǎng)度； 對(duì)于體外力筋對(duì)于體外力筋,錨頭失效則意味著預(yù)應(yīng)力的喪失；錨頭失效則意味著預(yù)應(yīng)力的喪失； 極限狀態(tài)下布置體外束梁的抗彎能力小于普通有粘結(jié)梁極限狀態(tài)下布置體外束梁的抗彎能力小于普通有粘結(jié)梁,在開(kāi)裂荷載在開(kāi)裂荷載和極限荷

36、載的作用下和極限荷載的作用下,體外束的應(yīng)力不能僅按最不利截面來(lái)估算體外束的應(yīng)力不能僅按最不利截面來(lái)估算,準(zhǔn)確計(jì)準(zhǔn)確計(jì)算較為復(fù)雜。算較為復(fù)雜。 目前，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)剛剛興起，預(yù)應(yīng)力加工的廠家不多，目前，體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)剛剛興起，預(yù)應(yīng)力加工的廠家不多，獨(dú)家經(jīng)營(yíng)，壟斷市場(chǎng)，加工的費(fèi)用較高。因此，體外預(yù)應(yīng)力橋梁造價(jià)遲獨(dú)家經(jīng)營(yíng)，壟斷市場(chǎng)，加工的費(fèi)用較高。因此，體外預(yù)應(yīng)力橋梁造價(jià)遲遲降不下來(lái)，使得體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)還不能充分推廣和廣泛應(yīng)用。遲降不下來(lái)，使得體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)還不能充分推廣和廣泛應(yīng)用。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 25二、

37、體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能與構(gòu)造二、體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的性能與構(gòu)造1 1、預(yù)應(yīng)力體系和結(jié)構(gòu)的基本組成、預(yù)應(yīng)力體系和結(jié)構(gòu)的基本組成2 2、體外預(yù)應(yīng)力筋布置形式、體外預(yù)應(yīng)力筋布置形式3 3、受力特點(diǎn)、受力特點(diǎn)Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 26 預(yù)應(yīng)力體系由四個(gè)基本部分組成：體外預(yù)應(yīng)力索；體外索錨固預(yù)應(yīng)力體系由四個(gè)基本部分組成：體外預(yù)應(yīng)力索；體外索錨固系統(tǒng)；體外索轉(zhuǎn)向裝置；體外索防腐系統(tǒng)。基本構(gòu)造如圖（世界第系統(tǒng)；體外索轉(zhuǎn)向裝置；體外索防腐系統(tǒng)。基本構(gòu)造如圖（世界第一座體外預(yù)應(yīng)力橋梁）一座體外預(yù)應(yīng)力橋梁）體外預(yù)應(yīng)力索轉(zhuǎn)向裝置Lon

38、g Key 橋Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 272.2 2.2 體外預(yù)應(yīng)力筋布置形式體外預(yù)應(yīng)力筋布置形式 預(yù)加力可以認(rèn)為是對(duì)混凝土構(gòu)件施預(yù)加力可以認(rèn)為是對(duì)混凝土構(gòu)件施加的外荷載，因此在實(shí)際工程中可以根加的外荷載，因此在實(shí)際工程中可以根據(jù)不同的使用荷載和結(jié)構(gòu)內(nèi)力，選用不據(jù)不同的使用荷載和結(jié)構(gòu)內(nèi)力，選用不同的布筋形式，使預(yù)加力對(duì)構(gòu)件施加的同的布筋形式，使預(yù)加力對(duì)構(gòu)件施加的作用力與外荷載方向相反，以平衡外荷作用力與外荷載方向相反，以平衡外荷載。載。 直線型布筋：利用偏心距在梁兩端直線型布筋：利用偏心距在梁兩端產(chǎn)生預(yù)加彎矩和軸力產(chǎn)生預(yù)

39、加彎矩和軸力 。 折線布筋：對(duì)于荷載分布較均勻的折線布筋：對(duì)于荷載分布較均勻的梁，可采用二折點(diǎn)或多折點(diǎn)的布筋形式；梁，可采用二折點(diǎn)或多折點(diǎn)的布筋形式；對(duì)于受較大的集中荷載的梁，預(yù)應(yīng)力筋對(duì)于受較大的集中荷載的梁，預(yù)應(yīng)力筋宜在集中荷載位置折彎，采用單折點(diǎn)的宜在集中荷載位置折彎，采用單折點(diǎn)的布筋形式，以期在彎折點(diǎn)產(chǎn)生較大的反布筋形式，以期在彎折點(diǎn)產(chǎn)生較大的反向作用力（見(jiàn)右圖）；向作用力（見(jiàn)右圖）；橫梁固定端體外索直線配筋梁 Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 28 (1) (1) 體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般采用折線形預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力筋僅體外

40、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般采用折線形預(yù)應(yīng)力束，預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固區(qū)域和轉(zhuǎn)向塊處與結(jié)構(gòu)相連。在錨固區(qū)域和轉(zhuǎn)向塊處與結(jié)構(gòu)相連。 (2) (2) 體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)類似。在正常體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)類似。在正常使用極限狀態(tài)下，可采用彈性分析方法設(shè)計(jì)；在極限承載力狀態(tài)下，體使用極限狀態(tài)下，可采用彈性分析方法設(shè)計(jì)；在極限承載力狀態(tài)下，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般應(yīng)按無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)。但兩外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般應(yīng)按無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)。但兩者也有區(qū)別，一般的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋是位于混凝土截者也有區(qū)別，一般的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋是

41、位于混凝土截面內(nèi)的，預(yù)應(yīng)力筋的偏心矩固定；而體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)僅在錨固點(diǎn)和轉(zhuǎn)向面內(nèi)的，預(yù)應(yīng)力筋的偏心矩固定；而體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)僅在錨固點(diǎn)和轉(zhuǎn)向塊處預(yù)應(yīng)力筋在構(gòu)件截面上的相對(duì)位置不變，其它位置上偏心矩是會(huì)變塊處預(yù)應(yīng)力筋在構(gòu)件截面上的相對(duì)位置不變，其它位置上偏心矩是會(huì)變化的，從而產(chǎn)生體外預(yù)應(yīng)力的偏心矩?fù)p失，或稱為二次效應(yīng)?；模瑥亩a(chǎn)生體外預(yù)應(yīng)力的偏心矩?fù)p失，或稱為二次效應(yīng)。 2.3 2.3 受力特點(diǎn)受力特點(diǎn)Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 29 (3) (3) 對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力梁的極限承載力，各國(guó)的試驗(yàn)和實(shí)踐結(jié)論是對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力梁的極限承載

42、力，各國(guó)的試驗(yàn)和實(shí)踐結(jié)論是一致的。即體外預(yù)應(yīng)力梁極限承載力較有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力低，這一點(diǎn)與無(wú)一致的。即體外預(yù)應(yīng)力梁極限承載力較有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力低，這一點(diǎn)與無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是相同的。主要原因是體外預(yù)應(yīng)力筋在受載變形后全長(zhǎng)或粘結(jié)預(yù)應(yīng)力是相同的。主要原因是體外預(yù)應(yīng)力筋在受載變形后全長(zhǎng)或部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)變相同，因而當(dāng)梁發(fā)生彎曲破壞，截面受壓區(qū)混凝部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)應(yīng)變相同，因而當(dāng)梁發(fā)生彎曲破壞，截面受壓區(qū)混凝土達(dá)到極限應(yīng)變時(shí)，體外力筋極限應(yīng)力低于有粘結(jié)情況。土達(dá)到極限應(yīng)變時(shí)，體外力筋極限應(yīng)力低于有粘結(jié)情況。 Bridge E30 Doc, 2006Advanced Concrete Structures 30三、體外預(yù)

43、應(yīng)力梁承載力的研究三、體外預(yù)應(yīng)力梁承載力的研究1 1、抗彎承載力、抗彎承載力2 2、抗剪承載力、抗剪承載力Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 31 3.1 3.1 體外預(yù)應(yīng)力的抗彎性能體外預(yù)應(yīng)力的抗彎性能 3.1.1 3.1.1 分析方法分析方法 （1 1）參數(shù)研究方法）參數(shù)研究方法 選取體外預(yù)應(yīng)力筋的布置、轉(zhuǎn)向塊的個(gè)數(shù)及外荷載的形式來(lái)進(jìn)選取體外預(yù)應(yīng)力筋的布置、轉(zhuǎn)向塊的個(gè)數(shù)及外荷載的形式來(lái)進(jìn)行研究，并得出了這些因素對(duì)二次效應(yīng)、結(jié)構(gòu)承載力和體外筋應(yīng)力行研究，并得出了這些因素對(duì)二次效應(yīng)、結(jié)構(gòu)承載力和體外筋應(yīng)力增量等的影響。增量等的影響。

44、 （2 2）塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度的方法）塑性鉸區(qū)長(zhǎng)度的方法 以塑性鉸區(qū)理論為基礎(chǔ)，建立體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁極限狀態(tài)下以塑性鉸區(qū)理論為基礎(chǔ)，建立體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁極限狀態(tài)下的彎矩、撓度和體外預(yù)應(yīng)力筋增量的計(jì)算方法。的彎矩、撓度和體外預(yù)應(yīng)力筋增量的計(jì)算方法。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 32（3）彎矩曲率法）彎矩曲率法 首先假設(shè)一個(gè)體外預(yù)應(yīng)力增量，通過(guò)截面內(nèi)力平衡首先假設(shè)一個(gè)體外預(yù)應(yīng)力增量，通過(guò)截面內(nèi)力平衡方程和變形協(xié)調(diào)關(guān)系對(duì)體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行全過(guò)程方程和變形協(xié)調(diào)關(guān)系對(duì)體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行全過(guò)程分析，最后得出極限狀態(tài)下的抗彎承載力。分

45、析，最后得出極限狀態(tài)下的抗彎承載力。（4）有限元方法）有限元方法 用條帶法、分層模型等方法編制有限元非線性分析用條帶法、分層模型等方法編制有限元非線性分析程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。程序，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 333.1.2 3.1.2 體外預(yù)應(yīng)力增量的計(jì)算體外預(yù)應(yīng)力增量的計(jì)算 對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)而言，預(yù)應(yīng)力筋在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，在荷載作對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)而言，預(yù)應(yīng)力筋在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)，在荷載作用下，預(yù)應(yīng)力筋和梁共同彎曲變形，預(yù)應(yīng)力筋的偏心距和有效高度在用下，預(yù)應(yīng)力筋和梁共同彎曲變形，預(yù)應(yīng)力筋的偏心距和有效高度在受

46、力前后對(duì)每個(gè)截面來(lái)說(shuō)都是不變的，可以由截面應(yīng)變協(xié)調(diào)關(guān)系簡(jiǎn)單受力前后對(duì)每個(gè)截面來(lái)說(shuō)都是不變的，可以由截面應(yīng)變協(xié)調(diào)關(guān)系簡(jiǎn)單得出極限荷載作用下的截面抗力。但對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)則不同，結(jié)得出極限荷載作用下的截面抗力。但對(duì)于體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)則不同，結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，體外預(yù)應(yīng)力筋的偏心距相對(duì)于每個(gè)截面而言發(fā)構(gòu)在豎向荷載作用下，體外預(yù)應(yīng)力筋的偏心距相對(duì)于每個(gè)截面而言發(fā)生了改變，產(chǎn)生了二次影響，降低了體外預(yù)應(yīng)力筋的承載作用，體外生了改變，產(chǎn)生了二次影響，降低了體外預(yù)應(yīng)力筋的承載作用，體外預(yù)應(yīng)力索在極限荷載作用下一般達(dá)不到屈服強(qiáng)度，因而無(wú)法從簡(jiǎn)單的預(yù)應(yīng)力索在極限荷載作用下一般達(dá)不到屈服強(qiáng)度，因而無(wú)法從簡(jiǎn)單的截

47、面應(yīng)變協(xié)調(diào)關(guān)系中求解其極限應(yīng)力。以下列出的為各國(guó)對(duì)體外預(yù)應(yīng)截面應(yīng)變協(xié)調(diào)關(guān)系中求解其極限應(yīng)力。以下列出的為各國(guó)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力增量的計(jì)算公式：力增量的計(jì)算公式： （1 1）美國(guó)）美國(guó)ACI 318-63:ACI 318-63:Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 34（2） Mattock等提出的公式等提出的公式：（3 3）根據(jù)上述研究成果，美國(guó)的）根據(jù)上述研究成果，美國(guó)的AC1318-71AC1318-71改用比上式更安全些的表達(dá)式改用比上式更安全些的表達(dá)式 （4） HarajiHaraji通過(guò)分析研究提出的建議公式：通過(guò)分析研究提出的建

48、議公式：Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 35（5 5）A.E.NaamanA.E.Naaman等通過(guò)引進(jìn)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋削減系數(shù)，以研究有粘結(jié)預(yù)等通過(guò)引進(jìn)有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋削減系數(shù)，以研究有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方法應(yīng)力方法( (依賴截面的方法依賴截面的方法) )來(lái)研究無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋來(lái)研究無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋( (依賴于整體依賴于整體) )，并提，并提出以下公式出以下公式: :對(duì)于集中荷載：對(duì)于集中荷載：對(duì)均布荷載或三點(diǎn)加載：對(duì)均布荷載或三點(diǎn)加載：（6）加拿大加拿大CAN3-A23CAN3-A23、3-M843-M84規(guī)定：規(guī)定：Bridge E30

49、Oct, 2006Advanced Concrete Structures 36（7 7）英國(guó)的英國(guó)的BS8110BS8110規(guī)范公式規(guī)范公式 ：（8 8）德國(guó)的公式）德國(guó)的公式 ：（9）無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中規(guī)定采用如下的公式中規(guī)定采用如下的公式: : 其中：其中：Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 37（1010）上述所有公式都沒(méi)有考慮到體外預(yù)應(yīng)力筋偏心距的變化，日本綜合）上述所有公式都沒(méi)有考慮到體外預(yù)應(yīng)力筋偏心距的變化，日本綜合考慮各方面的影響后提出了以下公式考慮各方面的影響后提出了以下

50、公式 ：對(duì)集中荷載對(duì)集中荷載: : 對(duì)兩點(diǎn)荷載對(duì)兩點(diǎn)荷載: : Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 38 這個(gè)公式過(guò)于復(fù)雜。這個(gè)公式過(guò)于復(fù)雜。Athent. JAthent. J等人在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出以等人在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出以下簡(jiǎn)化公式下簡(jiǎn)化公式: : 但是至今為止，還沒(méi)有一種計(jì)算方法能夠全面和準(zhǔn)確地概括各種因但是至今為止，還沒(méi)有一種計(jì)算方法能夠全面和準(zhǔn)確地概括各種因素的影響，它們也不夠簡(jiǎn)化，較難推廣應(yīng)用。所以，歐洲規(guī)范不考慮預(yù)素的影響，它們也不夠簡(jiǎn)化，較難推廣應(yīng)用。所以，歐洲規(guī)范不考慮預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，除非設(shè)計(jì)者能提

51、供精確的分析。應(yīng)力筋的應(yīng)力增量，除非設(shè)計(jì)者能提供精確的分析。 Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 393.2 3.2 外預(yù)應(yīng)力的抗剪性能外預(yù)應(yīng)力的抗剪性能 3.2.1 3.2.1 分析方法分析方法 （1 1）統(tǒng)計(jì)分析法）統(tǒng)計(jì)分析法 建立在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究影響結(jié)構(gòu)抗剪承載建立在大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究影響結(jié)構(gòu)抗剪承載力的主要因素，建立具有一定可靠度保證的結(jié)構(gòu)名義抗剪承載力力的主要因素，建立具有一定可靠度保證的結(jié)構(gòu)名義抗剪承載力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。 （2 2）極限平衡分析法）極限平衡分析法 通過(guò)對(duì)剪切機(jī)理

52、的研究，建立結(jié)構(gòu)剪切破壞極限狀態(tài)時(shí)的平通過(guò)對(duì)剪切機(jī)理的研究，建立結(jié)構(gòu)剪切破壞極限狀態(tài)時(shí)的平衡，求解極限抗剪承載力。衡，求解極限抗剪承載力。 Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 40（3）桁架理論）桁架理論 通過(guò)對(duì)剪切機(jī)理的研究，求解結(jié)構(gòu)受剪力作用的通過(guò)對(duì)剪切機(jī)理的研究，求解結(jié)構(gòu)受剪力作用的全過(guò)程結(jié)構(gòu)性能。包含古典桁架模型、壓力場(chǎng)理論、全過(guò)程結(jié)構(gòu)性能。包含古典桁架模型、壓力場(chǎng)理論、轉(zhuǎn)角軟化桁架模型、桁架拱理論等。轉(zhuǎn)角軟化桁架模型、桁架拱理論等。（4）非線性有限元分析法）非線性有限元分析法 采用非線性有限元程序?qū)Y(jié)構(gòu)受力全過(guò)程進(jìn)行分采用

53、非線性有限元程序?qū)Y(jié)構(gòu)受力全過(guò)程進(jìn)行分析。析。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 413.2.2 3.2.2 體外與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁的區(qū)別體外與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁的區(qū)別 （1 1）有無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)對(duì)抗剪的影響）有無(wú)預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)對(duì)抗剪的影響 預(yù)應(yīng)力混凝土抗剪機(jī)理中的兩種作用：預(yù)應(yīng)力混凝土抗剪機(jī)理中的兩種作用：“齒作用齒作用”和和“拱作用拱作用”能夠很好的說(shuō)明預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間有無(wú)粘結(jié)對(duì)抗剪性能的影響。能夠很好的說(shuō)明預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間有無(wú)粘結(jié)對(duì)抗剪性能的影響。對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁存在齒作用和拱作用，而體外預(yù)應(yīng)力

54、混凝土只存在拱對(duì)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力梁存在齒作用和拱作用，而體外預(yù)應(yīng)力混凝土只存在拱作用。作用。齒作用拱作用Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 42 （2 2）預(yù)應(yīng)力鋼筋銷栓力的影響）預(yù)應(yīng)力鋼筋銷栓力的影響 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠提供銷栓力來(lái)承擔(dān)部分剪力而體外預(yù)應(yīng)體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠提供銷栓力來(lái)承擔(dān)部分剪力而體外預(yù)應(yīng)力鋼筋則不能夠提供銷栓力承擔(dān)部分剪力。力鋼筋則不能夠提供銷栓力承擔(dān)部分剪力。 （3 3）骨料咬合力的影響）骨料咬合力的影響 當(dāng)斜裂縫發(fā)展時(shí)，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋可抑制其發(fā)展。而體外預(yù)當(dāng)斜裂縫發(fā)展時(shí)，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋可抑制其發(fā)展。而體外預(yù)應(yīng)力鋼

55、筋無(wú)法抑制其發(fā)展。應(yīng)力鋼筋無(wú)法抑制其發(fā)展。 （4 4）預(yù)應(yīng)力鋼筋極限應(yīng)力的不同）預(yù)應(yīng)力鋼筋極限應(yīng)力的不同 體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力一般達(dá)不到屈服強(qiáng)度，而和斜裂縫體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力一般達(dá)不到屈服強(qiáng)度，而和斜裂縫相交的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力則一般相對(duì)較高。相交的體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力則一般相對(duì)較高。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 43（1 1） 無(wú)論在彈性階段還是在極限狀態(tài)，主梁的變形均符合無(wú)論在彈性階段還是在極限狀態(tài)，主梁的變形均符合平截面假定；平截面假定；（2 2） 不考慮體外鋼筋的摩阻損失，并設(shè)體外鋼筋的應(yīng)力沿不考慮體外鋼筋

56、的摩阻損失，并設(shè)體外鋼筋的應(yīng)力沿其長(zhǎng)度大小相同；其長(zhǎng)度大小相同；（3 3） 混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用二次拋物線及水平混凝土受壓時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用二次拋物線及水平直線組成的曲線（如圖直線組成的曲線（如圖4 41a1a）；）；Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 44（4 4） 普通鋼筋及體外預(yù)應(yīng)力鋼筋均采用簡(jiǎn)化的理想彈塑普通鋼筋及體外預(yù)應(yīng)力鋼筋均采用簡(jiǎn)化的理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（如圖性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（如圖4 42b2b）；）；（5 5） 梁的失效狀態(tài)為受彎破壞；梁的失效狀態(tài)為受彎破壞；（6 6） 梁體配筋適當(dāng)，破壞為塑性破壞，破壞

57、時(shí)在最大彎梁體配筋適當(dāng)，破壞為塑性破壞，破壞時(shí)在最大彎矩截面處形成塑性鉸；矩截面處形成塑性鉸；（7 7） 梁體在極限破壞時(shí)，取混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)榱后w在極限破壞時(shí)，取混凝土的極限壓應(yīng)變?yōu)?.0030.003。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 45 2 - ( ) = 20 = 0 . 0 0 20c u 00 00ABky0gyAB4 41a)1a)混凝土應(yīng)力混凝土應(yīng)力- -應(yīng)變曲線模式圖應(yīng)變曲線模式圖 4 41b)1b)鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力- -應(yīng)變曲線模式圖應(yīng)變曲線模式圖體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁抗彎承載力計(jì)算的材料本構(gòu)模型體外預(yù)應(yīng)力混凝

58、土梁抗彎承載力計(jì)算的材料本構(gòu)模型Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 46圖圖4-2正截面抗彎承載力計(jì)算示意圖正截面抗彎承載力計(jì)算示意圖 psepepspsssscAAAAT（41）upsepeupse,psepsepseupseELL,（42）（43）Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 47Luu42LxdLupsepse圖圖4 43 3梁受彎破壞時(shí)整體變形示意圖梁受彎破壞時(shí)整體變形示意圖 （45）（44）Bridge E30 Oct, 2006Advanced Conc

59、rete Structures 48通過(guò)以上各式就可以確定出極限狀態(tài)下混凝土中性軸通過(guò)以上各式就可以確定出極限狀態(tài)下混凝土中性軸的計(jì)算方程：的計(jì)算方程： 023DCxBxAx（46）在在x x確定的情況下，就可求得體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力。確定的情況下，就可求得體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力。upse,對(duì)受壓區(qū)混凝土合力作用點(diǎn)取矩，對(duì)受壓區(qū)混凝土合力作用點(diǎn)取矩， 2222,adAadAadAadAMupseupsepsepsupspssyssysu（47）Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 495.15.1預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算（1 1）

60、錨具變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；錨具變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失；（2 2） 預(yù)應(yīng)力筋的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；預(yù)應(yīng)力筋的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；（3 3） 溫差引起的損失；溫差引起的損失；（4 4） 分批張拉引起的彈性壓縮損失；分批張拉引起的彈性壓縮損失；（5 5） 預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失；（6 6） 混凝土的收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。混凝土的收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。Bridge E30 Oct, 2006Advanced Concrete Structures 50圖圖5-3 5-3 體外預(yù)應(yīng)力梁端鋼索錨固點(diǎn)的變形體外預(yù)應(yīng)力梁