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1、10.1事预则立事预则立-预应力预应力混凝土混凝土基本原理基本原理 一般概念一般概念 qk=10kN/mL0跨度为跨度为5.2m5.2m的简支梁，截面尺寸为的简支梁，截面尺寸为200200450mm450mm2 2，作用均布活，作用均布活荷载标准值荷载标准值q qk k=10kN/m=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载g gk k=5kN/m=5kN/m。普通钢筋混凝土的不足普通钢筋混凝土的不足 wmax=0.3mm Mk (kN.m)As (mm2)fy (N/mm2)M (kN.m)gk/qk (kN/m)bh (mm2)L0 (m)设计参数 普通钢筋混凝土的不足普通钢筋混凝土的不足 0
2、.25 50.70 584.39 HRB335/300 67.60 5.0/10.0 200450 5.2 基本条件 0.33 405.60 2109.25 HRB335/300 513.76 20.0/10.0 400900 10.4 跨度增加1倍 0.54 4867.20 11529.23 HRB335/300 5948.80 80.0/10.0 8001900 20.8 跨度增加2倍 0.75 50.70 584.39 热处理钢筋/1040 67.60 5.0/10.0 200450 5.2 采用高强钢筋 一般概念一般概念 普通混凝土的主要缺点普通混凝土的主要缺点 抗裂性差抗裂性差 混凝
3、土的极限拉应变很小，混凝土的极限拉应变很小，在使用荷载作用下受拉区混凝土在使用荷载作用下受拉区混凝土开裂开裂，使构件的刚度降低，变形增大，影响适用性和耐久性。，使构件的刚度降低，变形增大，影响适用性和耐久性。高强度材料应用受到限制高强度材料应用受到限制 允许裂缝宽度为允许裂缝宽度为0.20.20.3mm0.3mm的构件，受拉钢筋应力只能达的构件，受拉钢筋应力只能达到到150150250MPa250MPa左右。左右。在普通钢筋混凝土结构中采用高强度的钢筋（强度设计值在普通钢筋混凝土结构中采用高强度的钢筋（强度设计值超过超过1000N/mm1000N/mm2 2）是不能充分发挥作用的。）是不能充分
4、发挥作用的。问题的关键问题的关键：混凝土抗拉能力很低，应设法减小其拉应力：混凝土抗拉能力很低，应设法减小其拉应力 解决方法解决方法：对荷载作用下的受拉区混凝土施加预拉应力，以：对荷载作用下的受拉区混凝土施加预拉应力，以减小或抵消受荷后的拉应力。减小或抵消受荷后的拉应力。一般概念一般概念 一般概念一般概念 预应力预应力的概念的概念 结构结构在承载时将发生在承载时将发生拉应力拉应力的部位的部位，预先预先用某种方法对其先施加一定的用某种方法对其先施加一定的压应力压应力，这样在这样在受拉时受拉时，必先抵消预压应力必先抵消预压应力，才能产生拉应力才能产生拉应力，进而出现裂缝进而出现裂缝。一般概念一般概念
5、 预应力预应力的概念的概念 美国混凝土协会美国混凝土协会（ACIACI）对预应力混凝土下对预应力混凝土下的定义是：的定义是：预应力混凝土是根据需要人为地引预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土消外荷载应力的一种加筋混凝土。预应力预应力混凝土的定义混凝土的定义 一般概念一般概念 受拉边缘仍处于受压状态，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现开裂；不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉
6、边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（生裂缝，但比钢筋混凝土构件（N Np p =0=0）的）的开裂明开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。显推迟，裂缝宽度也显著减小。一般概念一般概念 第一种概念：预加应力能使混凝土在使用状态下第一种概念：预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料；成为弹性材料；第二种概念：预加应力能使高强钢筋和高强混凝第二种概念：预加应力能使高强钢筋和高强混凝土结合并发挥各自的潜力；土结合并发挥各自的潜力；第三种概念：预加应力实现荷载平衡第三种概念：预加应力实现荷载平衡。基本概念基本概念 一般概念一般概念 预
7、应力预应力混凝土的发展混凝土的发展 18881888年年，美国工程师杰克逊美国工程师杰克逊(P(PH HJackson)Jackson)首次将预应力技术应用首次将预应力技术应用于混凝土结构；于混凝土结构；19081908年年，美国的斯坦纳美国的斯坦纳(C(CR RSteiner)Steiner)提出收缩徐变发生后提出收缩徐变发生后，再张再张拉预应力筋；美国的狄尔拉预应力筋；美国的狄尔(R(RE EDill)Dill)采用带有涂层的预应力筋来避采用带有涂层的预应力筋来避免混凝土与预应力筋间的粘结免混凝土与预应力筋间的粘结，但没有解决根本预应力损失问题；但没有解决根本预应力损失问题；1928192
8、8年年，法国工程师弗莱西奈法国工程师弗莱西奈(E(EFreyssinetFreyssinet)成功研制出预应力混成功研制出预应力混凝土凝土，指出预应力混凝土必须使用高强钢筋和高强混凝土指出预应力混凝土必须使用高强钢筋和高强混凝土，预应力混预应力混凝土进入实用阶段；凝土进入实用阶段；19791979年年，东南大学东南大学吕志涛教授吕志涛教授参与设计的上海色织四厂参与设计的上海色织四厂，主体工程设主体工程设计采用大跨度双跨部分预应力混凝土框架结构是我国最早使用的预应计采用大跨度双跨部分预应力混凝土框架结构是我国最早使用的预应力技术力技术。一般概念一般概念 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方
9、法 按预加应力的方法按预加应力的方法 按预加应力的程度按预加应力的程度 按预应力钢筋与混凝按预应力钢筋与混凝土的粘结状况土的粘结状况 先张法先张法 后张法后张法 全预应力全预应力 有限预应力有限预应力 粘结预应力粘结预应力 无粘结预应力无粘结预应力 部分预应力部分预应力 分分 类类 预应力钢筋 台座 横梁 支墩 伸长 浇筑构件 夹具 切断钢筋放张 先张法预应力混凝土先张法预应力混凝土 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 主要工序：主要工序：1 1、张拉钢筋张拉钢筋，固定在台座或钢模上，固定在台座或钢模上 2 2、支模、绑扎非预应力筋、浇筑
10、混凝土支模、绑扎非预应力筋、浇筑混凝土 3 3、切断切断或或放松钢筋放松钢筋挤压混凝土产生预应力挤压混凝土产生预应力 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 自锚区应力分布自锚区应力分布 自锚区 pcp预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 后张法预应力混凝土后张法预应力混凝土 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 主要主要工序：工序：1 1、浇筑混凝土构件，预留孔道、浇筑混凝土构件，预留孔道 2 2、穿筋，安装固定端锚具，张拉钢筋、穿筋，安装固定端锚具，张拉钢筋 3 3、张拉到控制应力后，锚固钢筋、张拉到控制应力后，锚固钢筋 4 4、孔道灌浆、孔道灌浆 后张法预应力混凝土
11、后张法预应力混凝土 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 先张法与后张法比较先张法与后张法比较 先张法：先张法：工艺简单，不需永久性锚具，但需工艺简单，不需永久性锚具，但需要台座或钢模，适合预制厂批量生产。要台座或钢模，适合预制厂批量生产。后张法：后张法：需要永久性锚具，成本较高适合于需要永久性锚具，成本较高适合于现场浇筑、就地张拉、吊装的大型构件现场浇筑、就地张拉、吊装的大型构件 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 概念：概念：在全部荷载及预应力共同作用下在全部荷载及预应力共同作用下受拉区不受拉区不出现拉应力出现拉应力的预应力混凝土结构。的预应力混凝土结构。优缺点优缺点：1
12、 1、优点：刚度大，抗裂性好、优点：刚度大，抗裂性好 2 2、缺点、缺点（1 1）用钢量大用钢量大，预应力控制值较高，（，预应力控制值较高，（2 2）预拉区易开裂预拉区易开裂，需配预应力筋，（，需配预应力筋，（3 3）反拱较大反拱较大 全预应力混凝土全预应力混凝土 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 概念：概念：受拉区出现受拉区出现拉应力拉应力但不但不出现裂缝出现裂缝 (出现裂缝但出现裂缝但要小于裂缝宽度限制的叫部分预应力混凝土）。要小于裂缝宽度限制的叫部分预应力混凝土）。优点优点：（1 1）节约预应力钢筋）节约预应力钢筋;（2 2）裂缝宽度很小；）裂缝宽度很小；（3 3）避免长期反
13、拱过大现象。）避免长期反拱过大现象。有限（部分）预应力混凝土有限（部分）预应力混凝土 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 有粘结预应力与无粘结预应力砼有粘结预应力与无粘结预应力砼 有粘结预应力有粘结预应力 无粘结预应力无粘结预应力 预应力钢筋与混凝土有可靠的粘结强度，荷预应力钢筋与混凝土有可靠的粘结强度，荷载作用下载作用下共同变形共同变形。预应力预应力钢筋伸缩自由，荷载钢筋伸缩自由，荷载作用下作用下各自变形各自变形。预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土 一定要有非预应力筋一定要有非预应力筋 高强钢丝的可靠度高强钢丝的可靠度 锚具的可靠性锚
14、具的可靠性 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 先张法施工过程演示 后张法施工过程演示 在台座上张拉预应在台座上张拉预应 力钢筋至控制应力力钢筋至控制应力 在台座上张拉预应在台座上张拉预应 力钢筋至控制应力力钢筋至控制应力 用夹具临时固用夹具临时固 定预应力钢筋定预应力钢筋 支模并浇灌支模并浇灌混凝土混凝土 蒸汽养护至强度蒸汽养护至强度 不低于不低于75%设计值设计值 切断预应力筋切断预应力筋 钢筋回缩砼受压钢筋回缩砼受压 先张法的基本工序 浇灌混凝土制作浇灌混凝土制作 构件并预留孔道构件并预
15、留孔道 养护混凝土到养护混凝土到 规定的强度值规定的强度值 孔道穿筋并张拉预孔道穿筋并张拉预 应力筋至控制应力应力筋至控制应力 在张拉端用锚具在张拉端用锚具 锚住预应力钢筋锚住预应力钢筋 在孔道内压力灌浆在孔道内压力灌浆 混凝土受压混凝土受压 后张法的基本工序 预应力砼分类及施加方法预应力砼分类及施加方法 锚具的分类 锚具类型锚具类型 支承式支承式 螺母锚具螺母锚具 镦头锚具镦头锚具 锥塞式锥塞式 JM型型 XM型型 QM型型 OVM型型 BM型型 握裹式握裹式 挤压锚具挤压锚具 压花锚具压花锚具 夹具类型夹具类型 钢丝夹具钢丝夹具 锲形锲形 圆锥齿板式圆锥齿板式 圆锥槽式圆锥槽式 钢筋夹具钢
16、筋夹具 钢筋镦头钢筋镦头 销片式夹具销片式夹具 螺母锚具螺母锚具 夹具的分类 锚具与夹具锚具与夹具 DM型镦头锚具 螺母锚具 锚具与夹具锚具与夹具 锥塞型锚具 锚具与夹具锚具与夹具 QM型锚具 锚具与夹具锚具与夹具 预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 1 1、高强度、高强度 2 2、快硬早强、快硬早强 3 3、收缩、徐变小、收缩、徐变小 减轻自重，节约材料减轻自重，节约材料 尽早施加预应力，加快设备的周转利用尽早施加预应力，加快设备的周转利用率，或加快施工进度。率，或加快施工进度。减少预应力损失。减少预应力损失。强度强度越高越好越高越好。低松弛性和与混凝土良好的粘结性能。低松弛性
17、和与混凝土良好的粘结性能。具有一定的塑性具有一定的塑性,良好的加工性能良好的加工性能 混混 凝凝 土土 钢钢 筋筋 1 1、冷拉低合金钢、冷拉低合金钢筋筋 通常将通常将HRB400HRB400级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达拉强度可达530MPa530MPa。但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。应力筋的应用已很少。预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 2 2、中高强钢丝、中高强钢丝 中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中高强钢丝是采用优质碳素钢盘
18、条，经过几次冷拔后得到。中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为800800-1200MPa1200MPa，高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701470-1860MPa1860MPa。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或压波，也可制成螺旋肋。压波，也可制成螺旋肋。刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 消除应力钢丝：消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的钢丝的比例极限、条件
19、屈服强度比例极限、条件屈服强度和和弹性模量弹性模量均比消除应均比消除应力前有所提高，力前有所提高，塑性塑性也有所改善。也有所改善。预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 3 3、钢绞线、钢绞线 7 7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.59.5-15.2 mm15.2 mm，通常用于无粘结预应，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达力筋，强度可高达1860MPa1860MPa。无粘结预应力束无粘结预应力束 预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 锥形夹具、揳形夹具锥形夹具、揳形夹具 预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 4 4、热处理钢筋、热处理钢筋 用热轧
20、中碳低合金钢用热轧中碳低合金钢经过经过调质热处理调质热处理后制成后制成的高强度钢筋的高强度钢筋，直径为直径为6 6-1010mmmm，抗 拉 强 度 为抗 拉 强 度 为14701470MPaMPa。a0.2%0.2 fu预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 1 1、增强结构抗裂性与抗渗性、增强结构抗裂性与抗渗性 2 2、改善结构的耐久性、改善结构的耐久性 3 3、提高了构件的刚度，减少了结构变形。、提高了构件的刚度，减少了结构变形。4 4、合理利用高强度材料，减轻结构的自重、合理利用高强度材料，减轻结构的自重 优越性优越性 预应力混凝土的材料及特点预应力混凝土的材料及特点 局限性局限性 施工工序多施工工序多 施工技术要求高施工技术要求高 造价高造价高 小结 预应力混凝土基本概念预应力混凝土基本概念 预应力混凝土材料预应力混凝土材料 预应力混凝土施工方法预应力混凝土施工方法 预应力混凝土分类预应力混凝土分类 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 11.4