第12章預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)基本概念及其材料

1、第第12章章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材料料一、基本概念 1.普通鋼筋混凝土的局限性* 普通鋼筋混凝土的使用因上述原因而受到普通鋼筋混凝土的使用因上述原因而受到限制限制* 帶裂縫而影響耐久性帶裂縫而影響耐久性* 構(gòu)件的自重大構(gòu)件的自重大* 高強鋼筋無法使用高強鋼筋無法使用基本原理基本原理 12. 12.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理Lh/ehhbNppNe=h/L（壓）cubhMpNNpMMcpubud）e）qMbhcb（拉）Mbh（壓）h/h/（壓）bhMc）a）b）以簡支梁為例2266cucbM bhM bh 上緣：（壓應(yīng)力）下緣：（拉應(yīng)力）2222231

2、3066666ppcpuppcpbNNeMMhbhbhbhbhhNNeMbhbhbh上緣：下緣：（壓應(yīng)力）2.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理概念概念 所謂預(yù)應(yīng)力混凝土，就是事先人為地在混所謂預(yù)應(yīng)力混凝土，就是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的應(yīng)力數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的應(yīng)力抵消到一個合適程度的配筋混凝土。抵消到一個合適程度的配筋混凝土。 2.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理1、預(yù)應(yīng)力混凝土的分級 I級全預(yù)應(yīng)力：不消壓II級有限預(yù)應(yīng)力：可受拉，但不開裂III級部分預(yù)應(yīng)力：允許開裂IV級鋼筋混凝土：無預(yù)應(yīng)力為避免將分

3、級誤解為質(zhì)量的好壞，代之按使用要求限制裂縫寬度和選擇預(yù)應(yīng)力度。圖示二、配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類2.預(yù)應(yīng)力度：定義：sMM0鋼筋混凝土部分預(yù)應(yīng)力全預(yù)應(yīng)力01013.部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類：A類：當(dāng)對構(gòu)件控制截面受拉邊緣的拉應(yīng)力加以限制時，為A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；B類：當(dāng)構(gòu)件控制截面受拉邊緣應(yīng)力超過限值或出現(xiàn)不超過寬 度限值的裂縫時，為B類構(gòu)件。4、配筋混凝土的其它分類方法： “配筋強度比”syppyppyAfAfAf三、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度 ：（2）節(jié)省材料，減少自重；（3）可以減少混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力；（4） 結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠；（5）預(yù)應(yīng)力可以作

4、為結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的手段。缺點：（1）工藝較復(fù)雜；（2）需要專門的設(shè)備；（3）預(yù)應(yīng)力拱度不易控制；（4） 費用高；張拉鋼筋并在臺座上固定澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設(shè)計強度的75%以上時剪斷鋼筋先張法先張法 1. 先張法依靠粘結(jié)力依靠粘結(jié)力來傳遞并保來傳遞并保持預(yù)加應(yīng)力持預(yù)加應(yīng)力 預(yù)加應(yīng)力的主要方法預(yù)加應(yīng)力的主要方法 12. 2先張法先張法澆混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道在構(gòu)件中預(yù)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(yù)加應(yīng)力預(yù)加應(yīng)力 2. 后張法后張法后張法(Pretension)后張法后張法Post-tension二：錨具 1. 對錨具的要求1、

5、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)對錨具的要求(1)根據(jù)設(shè)計取用的預(yù)應(yīng)力筋種類、預(yù)壓力大小及布束的需要選擇預(yù)應(yīng)力錨具(2)錨具應(yīng)只有足夠的強度和剛度，安全可靠；(3)構(gòu)造簡單，加工制作方便；(4)施工方便、節(jié)省材料、價格低廉。*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后夾具的作用即消失夾具的作用即消失*錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。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(yù)應(yīng)力的原理分：支承式和摩擦式按錨具的使用位置不

6、同：張拉端和固定端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(yù)應(yīng)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(yù)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）特點：屬于自承式錨具，操作簡單，受力可靠，滑移量小。適用于較短的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件及直線預(yù)應(yīng)構(gòu)件。缺點：下料長工度精度要求高，不可多根錨固。n常用錨具n2、承壓形錨具：鐓頭錨具張拉端固定端錨杯型錨環(huán)型錨板型特點：支承式錨具，加工簡單、張拉方便，錨固可靠，成本低廉缺點：鋼絲下料長度要求較嚴，張拉端一般要擴孔，較費人工適用于單跨結(jié)構(gòu)及直線型構(gòu)件一般用錨板型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(yù)留孔道錨杯墊

7、板錨圈（螺帽）錨杯接千斤頂鋼絲鐓頭壓漿孔預(yù)留孔道擴口張拉端1.DM-60，2. DXM-60，3.DM-120，4. DXM-120 墩頭錨產(chǎn)品圖片3、摩擦型錨具 錐形錨可以用到固定端，也可以用于張拉端鋼絲通過摩擦力將預(yù)拉力傳給錨環(huán)，錨環(huán)通過承壓板將預(yù)應(yīng)力傳給混凝土缺點：滑移量大、每根鋼絲應(yīng)力有差異摩擦型錨具錐形錨摩擦型錨具夾片式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NconpN摩擦型錨具夾片式錨BM型扁錨 二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具摩擦型錨具夾片式錨工程例子 二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具工程例子 二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具n張拉

8、設(shè)備張拉設(shè)備千斤頂千斤頂n制孔器制孔器n穿索機穿索機n灌孔水泥漿及壓漿機灌孔水泥漿及壓漿機n張拉臺座張拉臺座 進入下一節(jié)返回什么是鐓頭錨具： 利用鋼絲的鐓粗頭來錨固預(yù)應(yīng)力鋼絲的一種支承式錨具返回兩種千斤頂返回預(yù)應(yīng)力波紋管波紋管機返回預(yù)應(yīng)力穿索機返回預(yù)應(yīng)力灌漿機預(yù)應(yīng)力灌漿機 返回n一、混凝土n1、對混凝土的要求n 混凝土的種類很多，在預(yù)應(yīng)力混凝土中一般采用以水泥為膠結(jié)材料的混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)具有高強度(且早期高強)和小變形(包括收縮和徐變小)的特點。另外，輕質(zhì)、高性能也將成為預(yù)應(yīng)力混凝土的主要指標(biāo)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料 12. 3n（1）高強度n要求采用高強混凝土的原

9、因：n、采用與高強預(yù)應(yīng)力筋相匹配的高強混凝土，可以充分發(fā)揮材料強度，從而有效減小構(gòu)件截面尺寸和自重以利于適應(yīng)大跨徑的要求；n、高強混凝土具有較高的彈性模量，從而具有更小的彈性變形和與強度有關(guān)的塑性變形，預(yù)應(yīng)力損失也可相應(yīng)減小，n、高強混凝土具有更高的抗拉強度、局部承壓強度以及較強的粘結(jié)性能，從而可推遲構(gòu)件正截面和斜截面裂縫的出現(xiàn)，有利于后張和先張預(yù)應(yīng)力筋的錨固。n預(yù)應(yīng)力混凝土不僅應(yīng)高強而且也要早期高強，以便早日施加預(yù)應(yīng)力，提高構(gòu)件的生產(chǎn)效率和設(shè)備的利用率。n 2）低收縮、低徐變n 在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中采用低收縮、低徐變的混凝土，一方面可以減小由于混凝土收縮、徐變產(chǎn)少的預(yù)應(yīng)力損失，另一方面也可以

10、有效控制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的徐變變形。n影響混凝土收縮和徐變的因素：n1、2、3、4、5n 3）快硬、早強n 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的混凝土具有快硬、早強的性質(zhì)，可盡早施加頂應(yīng)力，加快施工進度提高設(shè)備以及模板的利用率。n2、混凝土的強度和彈性模量n2、混凝土的強度和彈性模量n3、高強混凝土n 高強混凝土是指采用常規(guī)的水泥、砂石為原材料，采用常規(guī)的生產(chǎn)工藝，主要依靠添加高效減水劑或同時摻加一定數(shù)量的活性礦物材料使新拌混凝上擁有良好的工作性能，并在硬化后具有高強、高密實性的水泥混凝土。目前抗壓強度超過50MPa的混凝土通常被認為是高強混凝土，80MPa以上的稱為超高強混凝土。n4、高性能混凝土n 人們總是以強

11、度來評價混凝土的性能。但實踐表明，諸如橋梁、道路、海上構(gòu)筑物、化工構(gòu)筑物等使用壽命期較長且處于惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)物的破壞原因，并不是強度問題，而是耐久件問題。事實上強度高的混凝土個一定能夠保證有足夠的耐久性?；炷脸龖?yīng)較高的強度、良好的工作性能以及在超載、事故或地震情況下有足夠的延性外，還必須能夠抵抗氣候作用、化學(xué)侵蝕、磨損以及其他破壞，并具備熱反應(yīng)低、密度小、耐磨、低收縮、低徐變、耐疲勞和放氣少等特性。高性能混凝土這一術(shù)語就是對這樣一種材料的概括。n4、高性能混凝土n具體體現(xiàn)在：1)較高的早期強度、高驗收強度；2)高耐久性，可保護鋼筋不被銹蝕，當(dāng)在惡劣條件下使用時，同樣可保持混凝土堅固耐久；3

12、)良好的上作性能，既可配制坍落度為152203mm的混凝土，又可以配制坍落度大干203mm的流態(tài)混凝土，而不發(fā)生離析。n5、輕骨料混凝土：n 為了增大預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的跨越能力、增強其對周圍環(huán)境的耐久性，除應(yīng)采用高強的混凝土材料，還必須采用輕質(zhì)和高性能的混凝土材料。 混凝土材料的強度自重比較低是個不利因素，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)跨徑的不斷增大，自重也隨之增加，這使得結(jié)構(gòu)的承載能力大部分消耗于抵抗自重內(nèi)力。因此，輕骨料混凝應(yīng)用于預(yù)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有直接的經(jīng)濟利益。n6、混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線： n7、混凝土的變形n橫向變形n收縮變形n徐變變形n8、混凝土的疲勞強度高；快硬、早強；混凝土強度等級不應(yīng)低于

13、C40要求長期荷載作用下混凝土的變形性能徐變徐變變形性能結(jié)硬過程中混凝土體積縮小的性質(zhì)收縮收縮使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，從而引起預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力的下降 預(yù)應(yīng)力損失 高強混凝土：高強混凝土：采用水泥、砂石原料和常規(guī)工藝配制，依靠添加高效減水劑或摻加粉煤灰、磨細礦渣、F礦粉或硅粉等活性礦物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性能，并在硬化后具有高強度、高密實性的強度等級為C50及以上的混凝土。 徐變變形計算影響徐變的主要因素：荷載應(yīng)力、持荷時間、混凝土的品質(zhì)與加載齡期、以及構(gòu)件尺寸和工作的環(huán)境等 c0.5fck，徐變變形與應(yīng)力成正比-線性徐變 c 0.6fc- 非線性徐變 ececllllllee

14、ccc0.8fc - 造成混凝土破壞，不穩(wěn)定徐變變形值徐變系數(shù)000,ct ttt加載齡期計算考慮齡期 混凝土按可查表采用名義徐變系數(shù)：502000CCtfcmRH0.301001cHtttttttt收縮變形計算收縮開始時的混凝土齡期計算考慮齡期sscsscstttt0,RHcmscsf0名義收縮系數(shù)：0.51201350ssssttttth httt 嚴格控制水灰比嚴格控制水灰比注意選用高標(biāo)號水泥并宜控制水泥用量不大于注意選用高標(biāo)號水泥并宜控制水泥用量不大于500kg/m3選用優(yōu)質(zhì)活性摻合料選用優(yōu)質(zhì)活性摻合料加強振搗與養(yǎng)護加強振搗與養(yǎng)護配制要求與措施配制要求與措施二、預(yù)應(yīng)力鋼材n 一、對預(yù)應(yīng)

15、力筋的要求n 1、 高強度n 預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力的大小取決于預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力的大小?？紤]到預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在施工以及使用過程中將出現(xiàn)的各種預(yù)應(yīng)力損失，只有采用高強材料，才有可能建立較高的有效預(yù)應(yīng)力。n 提高鋼材的強度通常有三種不同的方法：n1)在鋼材成分中增加某些合金元素如碳、錳、硅、鉻等；n2)采用冷拔、冷拉等方法來提高鋼材屈服強度；n3)通過調(diào)質(zhì)熱處理、高頻感應(yīng)熱處理、余熱處理等方法提高鋼材強度。n 2、較好的塑性n 為實現(xiàn)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的延性破壞，保證預(yù)應(yīng)力筋的彎曲和轉(zhuǎn)折要求，預(yù)應(yīng)力筋必須具有足夠的塑性，即預(yù)應(yīng)力筋必須滿足一定的拉斷延伸率和彎折次數(shù)的要求。n3、較好的粘結(jié)性能n 在先張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間應(yīng)具有可靠的粘結(jié)力以確保預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力可靠地傳遞至混凝土中。在后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力筋與孔道后灌漿水泥之