第1講 預應力簡介

第一講

預應力簡介預應力混凝土結構PrestressedConcreteStructures湘潭大學建筑工程系預應力混凝土結構主要以混凝土為材料，并根據(jù)需要配置鋼筋、預應力筋、型鋼、鋼管等，作為主要承重材料的結構，均可稱為混凝土結構(ConcreteStructure)。

素混凝土鋼筋混凝土(RC)預應力混凝土(PC)型鋼混凝土(SRC)鋼管混凝土(CFT)鋼-混凝土混合結構

FRP筋混凝土纖維混凝土…混凝土結構鋼-混凝土組合結構新型混凝土結構鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構Questions:WhatdisadvantagesdoRCstructureshave?Howtoovercomethedisadvantages?WhatistheconceptofPrestressedConcrete(PC)?WhatisthedifferenceinperformanceofPCbeamcomparedwithRCbeam?提出問題預應力混凝土結構混凝土結構的特點素混凝土梁L=1500mm120200C20P鋼筋混凝土梁L=1500mm1202002f14C20PP=4.4kNP=62.5kN預應力混凝土結構實驗結果分析通過對比分析，可知：鋼筋混凝土梁承載力比素混凝土梁提高14倍；素混凝土屬脆性破壞，無明顯預兆；鋼筋混凝土屬延性破壞，有明顯的裂縫和變形發(fā)展過程；鋼筋混凝土充分利用了混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能。預應力混凝土結構跨度5.2m的簡支梁，截面尺寸200×450mm2，作用均布活載qk=10kN/m，均布恒載gk=5kN/m。實例分析預應力混凝土結構梁的跨中截面根據(jù)承載能力極限狀態(tài)計算1、普通鋼筋混凝土在應用于大跨度結構時有其局限性2、高強度鋼材應用于普通鋼筋混凝土結構時不能充分發(fā)揮其強度（受構件變形及裂縫寬度限制）預應力混凝土結構混凝土結構“兩朵烏云”：裂縫和變形；大跨建筑結構和橋梁結構對混凝土的更高要求；高強度建筑材料對實現(xiàn)更高承載力的可能性；目前常用措施對減小裂縫和變形的局限性。預應力混凝土結構

不允許出現(xiàn)裂縫結構（水池、儲罐）

材料性能未充分利用；裂縫間距增加

高強度混凝土、高強鋼筋、FRP

大跨結構；大跨建筑及大跨橋梁

增加配筋率、界面面積不經(jīng)濟

增加自重，不利于大跨及抗震預應力發(fā)展的必然要求sctqepNspcsct-spcNq預應力預應力解決問題預應力混凝土結構預加壓應力spc較大，受拉邊緣處于受壓狀態(tài)，不會出現(xiàn)開裂；受拉邊緣應力雖然處于受拉狀態(tài)，但拉應力小于混凝土的抗拉強度，一般不會出現(xiàn)開裂；受拉邊緣應力超過混凝土的抗拉強度，雖然會產(chǎn)生裂縫，但比普通鋼筋混凝土構件的開裂明顯推遲，裂縫寬度也顯著減小。預應力受力狀態(tài)分析預應力混凝土結構sct-spcNq預應力一般通過張拉高強度鋼筋、高強鋼絲或鋼絞線施予對高強度鋼材進行預拉，使其產(chǎn)生一定的初始變形，從而降低高強度鋼筋在構件使用階段的變形量（高強度鋼筋的應用）1、普通鋼筋混凝土在應用于大跨度結構時有其局限性2、高強度鋼材應用于普通鋼筋混凝土結構時不能充分發(fā)揮其強度（受構件變形及裂縫寬度限制）預應力預應力混凝土結構高強鋼筋的應用在結構承受外載荷之前，預先對其在外載荷作用下的受拉區(qū)施加壓應力，以改善結構使用性能的結構型式稱之為預應力結構。預應力是改善構件抗裂性能的有效途徑，同時也是使高強度鋼筋可以合理使用的一種工藝方法。

在混凝土構件承受外載荷之前，對其受拉區(qū)預先施加壓應力，就形成了預應力混凝土。這種預壓應力可以部分或全部抵消外載荷產(chǎn)生的拉應力，因而可推遲甚至避免裂縫的出現(xiàn)。

ACI（美國混凝土協(xié)會）定義：預應力混凝土是根據(jù)需要人為地引入某一數(shù)值與分布的內(nèi)應力，用以全部或部分抵消外荷載應力的一種加筋混凝土。

預應力結構定義預應力混凝土結構預應力混凝土基本概念，預應力材料，施工工藝預應力張拉控制應力，預應力損失計算及有效預應力預應力混凝土結構設計基本原理預應力混凝土基本構件設計現(xiàn)代預應力混凝土技術介紹預應力混凝土結構預應力課程設想

預應力混凝土結構設計與施工工作必須依照國家頒布的各種結構類型的設計規(guī)范或規(guī)程進行。規(guī)范條文尤其是強制性條文是設計中必須遵守的帶法律性的技術文件。由于工程結構類型很多，不同的結構類型有不同的設計規(guī)范或規(guī)程，但結構的基本理論是一致的，應重點學好基本理論。本課程將以基本理論為主，并結合《混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010》學習。預應力混凝土結構預應力結構學習建議

此外，設計工作是一項創(chuàng)造性工作。一方面在設計工作中必須按照規(guī)范進行，另一方面只有深刻理解規(guī)范的理論依據(jù)，才能更好地應用規(guī)范，充分發(fā)揮設計者的主動性和創(chuàng)造性。本學科還在不斷的發(fā)展和更新，因此設計工作也不應被規(guī)范束縛，在經(jīng)過各方面的可靠性論證后，應積極采用先進的理論和技術。規(guī)范一般十年左右修訂一次，就是為了反映學科最新發(fā)展的成果。預應力混凝土結構預應力結構學習建議§1-1

預應力發(fā)展簡史第一講預應力簡介§1-2

預應力混凝土的分類§1-3

預應力結構應用實例§1-4預應力結構發(fā)展方向預應力混凝土結構1-1-1預應力結構的簡史§1-1預應力發(fā)展簡史生活中使用預應力的實例預應力混凝土結構1.初期階段預應力技術的發(fā)展預應力混凝土結構1928年，法國E.Freyssinet開始將高強度鋼絲（

抗拉強度1725MPa，屈服點超過1240MPa）用于預應力混凝土?？朔艘蚧炷潦湛s和徐變等造成的預應力完全喪失問題，從而使預應力混凝土結構在工程上得以廣泛應用；1939年，法國E.Freyssinet發(fā)明了錨固用的錐形契，使預應力結構在工程中應用推廣。1886年，美國工程師P.H.Jackson申請了在混凝土拱內(nèi)張緊鋼拉桿作樓板專利；1888年，德國C.E.W.Doehring在樓板受荷載前用已施加拉力的鋼筋來加強混凝土；1908年，美國C.R.Steiner提出了二次張拉的建議；1925年，美國R.E.Dill提出了無粘結的作法。2.工程實用階段3.迅速發(fā)展階段預應力技術的發(fā)展預應力混凝土結構40年代，預應力混凝土得到大規(guī)模推廣；1950年，預應力混凝土協(xié)會（FIP）成立；1960年，預應力混凝土橋成為美國的標準作法。林同炎（1912-2003）“預應力混凝土先生”TheRuck-A-ChuckyBridge,designedtospanthemiddleforkoftheAmericanRiverbyT.Y.LinInternational.Girderis1300ft.spanboxgirderwithhorizontalcurvature,supportedon48cablesindividuallyanchoredtothecanyonwall.預應力技術的發(fā)展預應力混凝土結構日本、德國和比利時等等國家的預應力結構得到迅速發(fā)展4.世界普及階段階段德國Leonhardt.Fritz（1909～1999）斯圖加特預應力混凝土電視塔（高210米）預應力技術的發(fā)展預應力混凝土結構50、60年代預制構件3-6m樓板，12-18米的大梁；70年代，北京、江浙等地出現(xiàn)了少量預應力框架；80年代，無粘結預應力混凝土的推廣，多層、高層建筑和橋梁采用預應力混凝土結構；90年代，大跨度樓板和橋梁的預應力混凝土結構；新世紀，應用更廣泛，體外預應力在橋梁新建及加固工程中的應用；目前，預應力高強復合材料和緩粘結預應力等新技術的出現(xiàn)。5.中國預應力發(fā)展呂志濤院士（1937-，東南大學）；董石麟院士（1932-，浙江大學）；鄭文忠（1965-，哈爾濱工業(yè)大學）；蘇小卒（1956-，同濟大學）；葉列平（1960-，清華大學）中國預應力網(wǎng)/美國預應力協(xié)會（PCI，1954）/同吉科技：南京東大現(xiàn)代預應力工程公司：/中國建研院上海分公司：/default.htm1-1-2預應力混凝土結構的特點優(yōu)點：

提高構件的抗裂能力；增大構件的剛度（不開裂或裂縫很?。怀浞掷酶邚姸炔牧希A拉）；擴大了構件的應用范圍（大跨、重載、承受反復荷載的結構）。預應力混凝土結構缺點：優(yōu)先采用預應力混凝土的結構：施工工序多，對施工技術要求高；需要專門的錨具和張拉設備以及預應力鋼筋，費用高；開裂荷載與破壞荷載比較接近，破壞前的延性相對較差；反拱不易控制。

要求裂縫控制等級較高的構件；大跨度或重載荷結構；對構件剛度和變形控制要求較高的結構構件。1-1-2預應力混凝土結構的特點預應力混凝土結構§1-2預應力混凝土的分類1-2-1按預應力度分類1.國外分類（FIP,CEB）FédérationInternationaledelaPrécontrainte

ComitéEuropéeninternationalduBéton

全預應力混凝土

限值預應力混凝土

部分預應力混凝土

普通鋼筋混凝土在使用荷載作用下，構件截面混凝土不出現(xiàn)拉應力在使用荷載作用下，構件預壓區(qū)混凝土正截面的拉應力不超過規(guī)定的容許值在使用荷載作用下，構件預壓區(qū)混凝土正截面的拉應力允許超過規(guī)定的限值，但當裂縫出現(xiàn)時，其寬度不超過容許值預應力混凝土結構2.國內(nèi)分類（中國土木工程學會《部分預應力混凝土結構設計建議》）A類——限值預應力混凝土B類——部分預應力混凝土§1-2預應力混凝土的分類預應力混凝土結構

全預應力混凝土

部分預應力混凝土

普通鋼筋混凝土1-2-2按施工工藝分類先張法

先張法－在澆注混凝土之前張拉預應力筋

預應力筋回縮過程中利用其與混凝土之間的粘結力對混凝土施加預壓應力。預應力混凝土結構預應力混凝土結構后張法

后張法－在混凝土強度達到設計值后張拉預應力筋以混凝土構件本身為臺座支承張拉預應力筋預設孔道，混凝土澆注并養(yǎng)護在預設孔道內(nèi)穿入預應力筋用特制錨具將預應力筋錨固形成永久預加力最后進行孔道灌漿1-2-2按施工工藝分類預應力混凝土結構先張法和后張法區(qū)別預應力混凝土結構先張法后張法受力傳遞粘結力錨具預留孔道否是是否需要錨具否是是否需要臺座是否粘結方式有粘結預應力有粘結預應力無粘結預應力張拉澆筑順序先張拉，后澆筑先澆筑，后張拉應用范圍小跨度，預制連續(xù)多跨，重載張拉控制應力限值鋼絲、鋼絞線0.75fptk熱處理鋼筋0.7fptk鋼絲、鋼絞線0.75fptk鋼絲鋼絞線0.65fptk預應力損失預壓前σlⅠ=σl1+σl2+σl3+σl4預壓后σlⅡ=σl5預壓前σlⅠ=σl1+σl2預壓后σlⅡ=σl4+σl5+σl61-2-3按預應力筋的位置分類

體內(nèi)預應力混凝土有粘結預應力混凝土無粘結預應力混凝土預應力混凝土結構

體外預應力混凝土1-2-3按預應力筋的位置分類預應力混凝土結構

預應力混凝土框架(梁、柱)一.房屋建筑

預應力混凝土平板結構（板）

預應力混凝土轉換層結構預應力混凝土樁(管樁、方樁)預應力錨桿、錨索§1-3預應力結構應用實例預應力混凝土結構討論

預應力混凝土與鋼筋混凝土的區(qū)別；

預應力對構件極限承載力、剪力、變形和剛度的影響。預應力混凝土結構預應力混凝土框架(梁、柱)預應力混凝土平板結構（板）預應力混凝土轉換層結構預應力混凝土樁(管樁、方樁)預應力錨桿、錨索1-3-1房屋建筑及防護結構§1-3預應力結構應用實例預應力混凝土結構預應力鋼筋布置預應力混凝土結構預應力錨固端及節(jié)點預應力混凝土結構預應力混凝土結構預應力筋錨具預應力混凝土結構預應力筋錨固端及波紋管預應力空心樓蓋預應力混凝土結構預應力混凝土結構預應力混凝土結構§1-3預應力結構應用實例預應力混凝土結構杭州錢塘江二橋為公路、鐵路并行分離的公路、鐵路兩用橋。正橋均為18孔預應力混凝土箱形連續(xù)梁，分跨為45+65+14x80+65+45m，連續(xù)長度達1340m。箱梁采用三向預應力，縱筋采用鋼絞線、群錨體系，最大張拉力達2000kN以上，1991年建成。1-3-2橋梁工程預應力混凝土結構浙江省瑞安縣飛云江橋，橋全長1721m，分跨為18x51+5x62+14x35m，最大跨度62m。1988年建成。預應力混凝土結構1-3-2橋梁工程浙江省寧海縣寧海越溪橋主孔為凈跨75m的預應力混凝土桁架拱，拱矢度為1/9；邊孔為凈孔40m的雙曲拱。該橋預應力混凝土的斜拉桿采用Ⅳ級預應力粗鋼筋冷軋螺紋錨具和硫磺砂漿電熱后張法工藝。該橋是當時國內(nèi)跨徑最大的預應力混凝土桁架拱公路橋。1976年建成。預應力混凝土結構1-3-2橋梁工程青島鐵港立交橋是國內(nèi)最早建成的一座兼有彎、坡、斜特點的預應力混凝土立交橋。全橋總長349.70m，西引橋為14.5+2x16.0+6x20.0(m)的裝配式預應力混凝土工字形梁。1986年建成。預應力混凝土結構1-3-2橋梁工程1-3-3特種結構預應力混凝土儲液池、筒倉；預應力混凝土核安全殼；預應力混凝土懸挑結構；預應力混凝土高聳結構。1-3-4路面結構1-3-5加固、改造結構預應力混凝土路面工程技術規(guī)范GB50422-2007預應力混凝土結構筆山大型水泥筒倉群（越南）8個預應力筒倉，最大直徑24米，最大高度69米。預應力混凝土結構1-3-3特種結構阿爾及利亞國際機場球形水塔(2500m3)水塔剖面圖預應力混凝土結構1-3-3特種結構水塔預應力筋空間雙向曲線布置圖預應力混凝土結構1-3-3特種結構采用預應力的水塔預應力豎向構件結構簡圖天津電視塔（415m）預應力混凝土結構1-3-3特種結構預應力混凝土結構1-3-3特種結構多倫多電視塔（549米）預應力混凝土結構1-3-4加固、改造結構預應力改造加固預應力混凝土結構1-3-4加固、改造結構預應力混凝土結構1-3-4加固、改造結構§1-4預應力結構發(fā)展方向1-4-1預應力結構型式與體系

預應力結構型式◆有粘結預應力結構◆無粘結預應力結構◆體外預應力結構

預應力結構體系◆房屋建筑◆橋梁工程◆特種結構預應力混凝土結構

預應力的基本原理并不限于使用鋼筋混凝土建造的結構物，它同樣可應用于鋼結構砌體結構組合結構膜結構…………目標：較小使用階段的變形阻止或延遲裂縫出現(xiàn)預應力結構擴展預應力混凝土結構南京電子部十四所02號宿舍和熊貓電子廠2號單身宿舍原建筑均為3層磚混結構房屋，改造為7層宿舍，采用外框式增層結構體系。北京日報社綜合業(yè)務樓原建筑為地上四層、地下一層的磚混辦公樓。增層體系采用了外套組合框架。山西省陽泉市信托投資大樓擴建工程原為三層框架結構，增層體系為采用預應力梁式轉換層的外套巨型混凝土框架，增加層數(shù)為9層。套建增層工程實踐及研究概況

預應力型鋼混凝土結構哈爾濱醫(yī)科大學第一臨床醫(yī)學院實驗樓。采用套建預應力混凝土框架。哈爾濱制藥六廠變電所套建工程增層。采用分離式規(guī)則預應力混凝土框架。一層梁采用鋼桁架圍托吊反梁技術。哈爾濱工業(yè)大學動力樓。采用了外套預應力混凝土巨型框架。綏芬河青云市場。在原房屋上方套建增層四個樓層，并向原建筑南側擴出九個樓層。首次提出了“施工階段自承重樓蓋結構”的設計思想。哈爾濱工業(yè)大學開展的試點工程

預應力型鋼混凝土結構

總結和思考：采用鋼桁架圍托預應力鋼筋混凝土梁，以承擔新增套建結構一層梁自重和施工荷載，將施工措施和結構受力分開考慮，建完后圍托鋼桁架需切割掉，造成很大浪費。提出了“施工階段自承重混凝土樓蓋結構”的設計思想。采用內(nèi)置鋼桁架仍存在問題：采用角鋼作為弦桿，角鋼在通過節(jié)點柱時占據(jù)空間太大，造成柱的縱筋布置擁擠；若采用圓（矩形）鋼管作為桁架弦桿，則存在弦管壓陷承載力太低的問題，需要給弦桿內(nèi)注漿，從而導致施工復雜。

預應力型鋼混凝土結構提出以內(nèi)置H型鋼預應力混凝土組合梁作為框架梁、以配置4個或8個角鋼的角鋼混凝土柱作為框架柱的套建增層預應力鋼骨混凝土框架，可實現(xiàn)施工階段自承重。預應力型鋼混凝土結構預應力結構抗火研究預應力混凝土結構預應力結構抗火研究預應力混凝土結構用“粘貼碳纖維片材加固法”加固混凝土樓板預應力混凝土結構預應力加固結構抗火研究預應力混凝土結構預應力加固結構抗火研究CFRP布加固混凝土板抗火性能試驗a)板底外層涂料局部脫落b)板側與板底交界處涂料開裂c)鋼絲網(wǎng)處內(nèi)外層涂料分層d)內(nèi)層涂料致密脫落處交界處開裂涂料與CFRP布和混凝土界面結合緊密CFRP布完好◆隧道防火涂料能夠完全將氧氣與CFRP布隔絕◆CFRP布火災下完好，CFRP布與混凝土界面高溫粘結性能可靠混凝土界面CFRP界面CFRP布加固混凝土板抗火性能試驗板底涂料變形嚴重板側與板底交界處鋼絲網(wǎng)下垂CFRP布加固混凝土板抗火性能試驗內(nèi)層涂料與CFRP布界面分離脫開CFRP布完好◆鋼結構防火涂料能將氧氣與CFRP布隔絕◆CFRP布火災下完好，CFRP布與混凝土界面高溫粘結可靠◆鋼絲網(wǎng)支托了內(nèi)層涂料，