《預(yù)應(yīng)力混凝土》

第一章緒論唐興榮工學(xué)博士、教授蘇州科技學(xué)院土木工程學(xué)院二O一二年一月1精選課件一、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展

1866年，美國工程師杰克遜（P.H.Jackson）首次提出預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)（但由于低強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋中的有效預(yù)應(yīng)力損失幾乎殆盡，使最初嘗試不成功）

預(yù)應(yīng)力混凝土的現(xiàn)代發(fā)展歸功于法國工程師弗萊西奈特（E.Freyssinet），1928年E.Freyssinet提出：預(yù)應(yīng)力混凝土必須采用高強(qiáng)度鋼材和高強(qiáng)度混凝土。

1938年德國的霍友（E.Hoyer）研制成功依靠高強(qiáng)鋼絲與混凝土間的粘結(jié)力傳遞預(yù)應(yīng)力

先張法

1939年弗萊西奈特研制成功弗氏錐形錨具；1940年比利時(shí)的麥尼爾（G.Magnel）研制成功了麥?zhǔn)藉浶五^具

后張法

第二次世界大戰(zhàn)后，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)得到蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。1950年8月成立了國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)（中國土木工程學(xué)會(huì)于1980年參加國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)，成為會(huì)員組織

）（FédérationInternationaledelaPrécontrainte，F(xiàn)IP

）。

我國預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)是在20世紀(jì)50年代，1954年鐵道部科學(xué)研究院首次進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力混凝土的試制。

主要應(yīng)用:工業(yè)建筑、橋梁和軌枕、電桿、水池等結(jié)構(gòu)、構(gòu)件

現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)采用高效預(yù)應(yīng)力混凝土（高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)度混凝土）（近二三十年）已滲透到土木工程的各個(gè)領(lǐng)域

逐步擴(kuò)大到居住建筑、大跨度和大空間公共建筑、高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)、壓力容器、大噸位囤船結(jié)構(gòu)及跑道路面結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域

2精選課件二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（與非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相比）

改善使用階段的性能（圖）（延緩受拉和受彎構(gòu)件中出現(xiàn)裂縫并降低裂縫寬度；降低甚至消除使用荷載下的撓度）

提高受剪承載力（縱向預(yù)應(yīng)力可延緩混凝土構(gòu)件中斜裂縫的形成，提高其受剪承載力；曲線預(yù)應(yīng)力筋承受剪力）

改善卸載后的恢復(fù)能力（卸載后，預(yù)應(yīng)力會(huì)使裂縫閉合，提高其彈性恢復(fù)力）

提高耐疲勞強(qiáng)度（預(yù)應(yīng)力作用降低鋼筋中應(yīng)力循環(huán)幅度）

充分利用高強(qiáng)度鋼材，減輕結(jié)構(gòu)自重

可調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力（利用預(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的作用平衡全部或部分外荷載）

具有良好的經(jīng)濟(jì)性（比普通混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)約混凝土20%～30%、鋼材30%～60%；比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省一半以上的造價(jià)）

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所用材料單價(jià)較高，相應(yīng)設(shè)計(jì)、施工等比較復(fù)雜，且預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的研究工作也有待進(jìn)一步深入研究3精選課件（a）預(yù)壓力作用下

；（b）外荷載作用下；（c）預(yù)壓力與外荷載共同作用下

4精選課件三、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)基本形式1、房屋建筑

預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)

我國最早現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)：上海色織四廠六層雙跨框架結(jié)構(gòu)（跨度20m，梁高1.64m）

珠海拱北海關(guān)大樓：雙向預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)（縱、橫向均為18m，縱向7跨，橫向5跨）

深圳車港工程為我國柱網(wǎng)尺寸最大的預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)柱網(wǎng)16m

25m，標(biāo)準(zhǔn)層平面尺寸159m

103.5m，橫向框架梁截面1200mm

1200mm，縱向框架梁及次梁截面1000mm

1000mm）

預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)（無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋）

廣州國際大廈主樓（筒中筒結(jié)構(gòu)，63層，從7層～63層均為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，板厚200mm，內(nèi)、外筒間跨度7.0m～9.4m）

上海福源商廈（7層，剪力墻-平板結(jié)構(gòu)，所有樓層采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土平板，橫向跨度10.0m+9.32m+6.78m+5.9m+7.2m，縱向跨度11

8m，板厚230mm）5精選課件

預(yù)應(yīng)力混凝土門架結(jié)構(gòu)（梁柱合一）（P2、圖1-1）

珠海玻纖廠主廠房（連續(xù)四跨預(yù)應(yīng)力門架，跨度31.5m+33m+31.5m+14m）上海閔行影劇院工程PC交叉梁板結(jié)構(gòu)6精選課件

預(yù)應(yīng)力轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)（TransferStoryStructure）《高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》（唐興榮編著）中第十四章《特殊與復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（唐興榮編著）中第十九章預(yù)應(yīng)力混凝土梁式轉(zhuǎn)換層（預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁、預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁、預(yù)應(yīng)力混凝土曲線轉(zhuǎn)換梁）7精選課件

預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換桁架設(shè)計(jì)

8精選課件跨度24.6m、高度7.8m——國內(nèi)跨度最大的轉(zhuǎn)換桁架承受集中荷載1700多噸——承受荷載巨大裕年國際商務(wù)大廈預(yù)應(yīng)力混凝土巨型轉(zhuǎn)換桁架

9精選課件1：8靜力試驗(yàn)?zāi)Ｐ图虞d裝置圖

加載示意圖10精選課件上海裕年國際商務(wù)大廈1：25振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕虾ＴＤ陣H商務(wù)大廈效果圖11精選課件預(yù)應(yīng)力混凝土厚板轉(zhuǎn)換層12精選課件

預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)

北京西客站主站房（圖）跨度45m，承載5000t的鋼桁架采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，在該桁架上設(shè)計(jì)配置了三種預(yù)應(yīng)力筋（1-下弦直線預(yù)應(yīng)力筋、2-折線預(yù)應(yīng)力筋和3-上弦端部預(yù)應(yīng)力筋）13精選課件北京西客站外景北京西客站主站房是“國門”的象征，在其正中設(shè)有一大“門洞”，“洞”高52.3m，跨度45m，進(jìn)深28.8m。連體結(jié)構(gòu)由4榀高8m的預(yù)應(yīng)力鋼桁架和30榀高8m的次桁架組成。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)重達(dá)50000kN以上，為巨型的大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程。14精選課件

預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)雙曲懸索結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)（網(wǎng)架、網(wǎng)殼等）、吊掛式空間結(jié)構(gòu)、整體張拉式結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)對(duì)鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁施加預(yù)應(yīng)力具有下列優(yōu)點(diǎn)：

避免非結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)

增加長期使用的耐久性

改善轉(zhuǎn)換梁的受力性能

鋼骨混凝土梁有利于結(jié)構(gòu)抗震15精選課件

預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)提高砌體結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪承載力，提高砌體結(jié)構(gòu)的變形能力與延性，改善砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。16精選課件2、橋梁工程

預(yù)應(yīng)力在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用更為普及與深入

預(yù)應(yīng)力在梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋等各類橋中均有廣泛應(yīng)用

纖維增強(qiáng)塑料（Fiber-Reinforced-Polymers，簡寫FRP）的應(yīng)用纖維增強(qiáng)塑料（FRP）包括：碳纖維增強(qiáng)塑料（Carbin-Fiber-Reinforced-Polymers,簡寫CFRP）

玻璃纖維增強(qiáng)塑料（Glass-Fiber-Reinforced-Polymers,簡寫GFRP）

紡綸纖維增強(qiáng)塑料（A-Fiber-Reinforced-Polymers,簡寫AFRP）

與普通鋼筋和高強(qiáng)鋼絲相比，F(xiàn)RP筋的主要特點(diǎn)：

縱向抗拉強(qiáng)度高（與高強(qiáng)鋼絲相當(dāng)，且在到達(dá)FRP筋抗拉強(qiáng)度前，幾乎沒有塑性變形）

質(zhì)量密度?。s為鋼材密度的1/5

1/4）

耐腐蝕性能良好

在橋梁及其他侵蝕性環(huán)境中用FRP筋替代鋼筋，也是FRP筋最突出的優(yōu)點(diǎn)

疲勞強(qiáng)度高于鋼材；

彈性模量低；

熱膨脹系數(shù)與混凝土接近；17精選課件

非磁性

有很大的可設(shè)計(jì)性

抗剪與抗橫向應(yīng)力的強(qiáng)度低（通常不超過其抗拉強(qiáng)度的10%）

成本較高，生產(chǎn)制作工藝復(fù)雜單位重量FRP筋的價(jià)格約為普通鋼筋的（8-12）倍，但FRP筋的質(zhì)量密度大致是普通鋼筋的25%，這樣，同面積FRP筋的價(jià)格約為普通鋼筋的（2-3）倍，約為高強(qiáng)鋼絲的（1-1.5）倍。

FRP材料在橋梁結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用正越來越受到人們的關(guān)注。用FRP材料替代傳統(tǒng)的體外預(yù)應(yīng)力筋來改進(jìn)體外預(yù)應(yīng)力體系，目前正成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。18精選課件3、特種結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土儲(chǔ)液池、筒倉預(yù)應(yīng)力筒倉19精選課件

預(yù)應(yīng)力混凝土核安全殼核安全殼尺寸內(nèi)徑35m-50m，高40m-50m，壁厚達(dá)1m，底板厚2.7m，并要求嚴(yán)格不裂。

核安全殼的球形頂蓋、圓筒形筒壁和圓形底板均施加預(yù)應(yīng)力，且預(yù)應(yīng)力筋有徑向、環(huán)向以及曲線形等多種形式預(yù)應(yīng)力核安全殼20精選課件

預(yù)應(yīng)力混凝土看臺(tái)21精選課件

預(yù)應(yīng)力混凝土高聳結(jié)構(gòu)高聳結(jié)構(gòu)施加豎向預(yù)應(yīng)力和環(huán)向預(yù)應(yīng)力可有效地控制結(jié)構(gòu)開裂，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和抗側(cè)穩(wěn)定性，從而保證高聳結(jié)構(gòu)具有良好的使用性能與耐久性。

我國首座預(yù)應(yīng)力混凝土高聳結(jié)構(gòu)：中央電視臺(tái)電視塔天津電視塔、南京電視塔中也采用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)22精選課件南京電視塔（塔高318.5m

）23精選課件南京世紀(jì)塔斜塔與地面成75度，高74m；拱為拋物線，與地面成15度，拱長67m，寬58m。斜塔與拱由24對(duì)斜拉索保持結(jié)構(gòu)平衡（圖8）

拉索長30

90m，索體芯部由19根的鍍鋅鋼絲（低松弛高強(qiáng)鋼絲，強(qiáng)度等級(jí)1670Mpa）平行扭絞而成，鋼絲束外加繞包帶，經(jīng)繞包后的鋼絲束外擠包黑色PE+灰白色PE套管，制成后索體外徑75mm。24精選課件

蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖高教區(qū)主入口雕塑該結(jié)構(gòu)由大橢圓拱、索、小橢圓拱組合成一個(gè)整體，共同承受自重、地震、風(fēng)及溫度的作用。其中，大橢圓拱與地面成73度，拱高46.713m，拱寬48.35m；小橢圓拱與地面成48度，拱高23.252m，拱寬28.85m。大、小橢圓拱由25對(duì)斜拉索保持結(jié)構(gòu)平衡（圖）。大、小橢圓拱采用空間管桁架，相慣節(jié)點(diǎn)。25精選課件

蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖高教區(qū)主入口雕塑工程拉索為特殊索，長度22.853m

48.171m，索力36.93kN

50.85kN，且不在同一平面內(nèi)。索體芯部由19根的鍍鋅鋼絲（低松弛高強(qiáng)鋼絲，強(qiáng)度等級(jí)1670Mpa）平行扭絞而成，鋼絲束外加繞包帶，經(jīng)繞包后的鋼絲束外擠包黑色PE+灰白色PE套管，制成后索體外徑70mm。拉索系由中間索體和兩端熱鑄錨具組成。拉索的上索頭固定于大橢圓拱上的預(yù)埋拉板上，下索頭穿入預(yù)埋于小橢圓拱中的鋼套管，并作為張拉端。蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖高教區(qū)主入口雕塑26精選課件4、路面結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力混凝土路面具有面板薄、接縫數(shù)量少、行車平穩(wěn)、整體性好、使用性能優(yōu)良、維修費(fèi)用少、耐久性高等缺點(diǎn)：施工復(fù)雜、工期較長、初期投資較大等

世界上第一條預(yù)應(yīng)力混凝土路面：法國Luzancy的一座橋梁的引橋路面

我國在1997年和1998年分別在南京和徐州建成了兩條預(yù)應(yīng)力混凝土路面實(shí)驗(yàn)段（采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力連續(xù)配筋）27精選課件京滬高鐵軌道箱形梁：長×寬×高：32.6m（24.6m）×12m×3.0m28精選課件5、加固工程

預(yù)應(yīng)力加固改造結(jié)構(gòu)的作用

恢復(fù)或提高結(jié)構(gòu)的承載力和剛度

托梁抽柱

加層改造等29精選課件四、現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)最新發(fā)展現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)已滲透到土木工程的各個(gè)領(lǐng)域，是建造高（高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)）、大（大跨度、大空間結(jié)構(gòu)）、重（重載結(jié)構(gòu)）、特（特種結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)）工程不可缺少的、最為重要的工程結(jié)構(gòu)型式之一，我國“國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展十年規(guī)劃“以及”八五計(jì)劃、“九五計(jì)劃”中都把發(fā)展和推廣高效預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)作為建筑業(yè)的基本國策之一1、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)型式有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)（平板結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、路面結(jié)構(gòu)等）

體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(

新型防腐填充物、環(huán)氧涂層預(yù)應(yīng)力筋、纖維塑料預(yù)應(yīng)力筋等防腐材料的出現(xiàn)及實(shí)用化生產(chǎn)

體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的換索及檢測方便、布置靈魂、施工快捷、施工質(zhì)量易保證等優(yōu)點(diǎn)（在結(jié)構(gòu)加固和改造中廣泛應(yīng)用）

節(jié)段施工法的應(yīng)用、斜拉橋和懸索橋發(fā)展也促進(jìn)了體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展)30精選課件2、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系

預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)、門架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)都朝更大跨度、更大柱網(wǎng)及標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展

多功能單層建筑的柱網(wǎng)尺寸擴(kuò)大到18m

18m

30m

30m，多層建筑主要采用9m

11m

18m

24m。

7m以上不同跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)、扁梁結(jié)構(gòu)和密肋樓板結(jié)構(gòu)及輕型掛墻板將在各種高層建筑結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用

各種預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)將在高層建筑中應(yīng)用，提供大空間、大出入口

現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)拓展到鋼結(jié)構(gòu)（預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力空間鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)等）

預(yù)應(yīng)力砌體結(jié)構(gòu)（小高層建筑、大跨度儲(chǔ)液池和筒倉等）31精選課件

3、各型預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁將在長江、黃河等大江大河上大橋中得到進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，跨度超過400m和600m的斜拉橋和跨度超過千米的特大懸索橋?qū)⒔ǔ?、特種結(jié)構(gòu)工程中將越來越多地采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。在今后二三十年內(nèi)，300m以上的預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔、直徑為50m

80m的料庫和貯罐、直徑為20m

40m的壓力容器和安全殼等結(jié)構(gòu)工程將建成并投產(chǎn)5、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)新材料混凝土

高強(qiáng)：C50

C100級(jí)高強(qiáng)混凝土不再成為設(shè)計(jì)施工的警戒區(qū)

輕質(zhì)：高強(qiáng)度/自重比為混凝土材料發(fā)展的目標(biāo)。輕骨料混凝土在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用的關(guān)鍵是如何配置出輕質(zhì)、高強(qiáng)、彈性模量大，各種力學(xué)性能基本接近于普通混凝土的輕骨料混凝土，并能夠商品化，以利用施工。

高性能：高性能混凝土（新拌混凝土的高強(qiáng)度，硬化后混凝土的強(qiáng)度和耐久性等性能優(yōu)異）將會(huì)得到廣泛應(yīng)用32精選課件

預(yù)應(yīng)力筋（高強(qiáng)度且有一定塑性性能