《結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》葉見曙_課件__第12章_預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材料

1、1、混凝土的抗拉強度和極限拉應(yīng)變很小： 混凝土臨近拉裂時，受拉鋼筋應(yīng)力s20 30Mpa，鋼筋利用不充分。 對某些不允許開裂的結(jié)構(gòu)如水池、油罐、惡劣環(huán)境下的結(jié)構(gòu)是不適應(yīng)的。12.1 概述普通鋼筋砼的缺點2、大跨度結(jié)構(gòu)時，為滿足構(gòu)件強度、變形、裂縫控制的要求，需加大截面尺寸，使構(gòu)件自重進一步增大，造成安裝困難，材料浪費，或造型不協(xié)調(diào)。3、當采用高強鋼筋、高強混凝土時，由于裂縫寬度控制在0.2mm，而高強鋼筋的彈性模量與普通鋼筋相當，高強材料的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。 結(jié)論：由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無法改善構(gòu)件使用性能，也無法有效利用高強材料，有必要發(fā)展一種新的工藝方法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。12

2、.1 概述普通鋼筋砼的缺點木桶是用環(huán)向竹箍對桶壁預(yù)先施加環(huán)向壓應(yīng)力。當桶中盛水后，水壓引起的拉應(yīng)力小于預(yù)加壓應(yīng)力時，桶就不會漏水。 從書架上取下一疊書，由于受到雙手施加的壓力，這一疊書就如同一橫梁，可以承擔全部書的重量。 2、預(yù)應(yīng)力的工作原理 在混凝土結(jié)構(gòu)承受外荷載之前，預(yù)先對其在外荷載作用下的受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力，以改善結(jié)構(gòu)使用性能，這種結(jié)構(gòu)形式稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。NpNpPPNpNpPP拉壓壓壓拉-壓+拉-壓+ 下面以簡支梁為例，說明預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理：或預(yù)應(yīng)力的作用可部分或全部抵消外荷載產(chǎn)生的拉力，從而提高構(gòu)件的抗裂性。（分解）應(yīng)力疊加：NpNpPPNpNpPP拉消壓壓kcktk

3、c+pt+-ptpca)kt+pc0+c)b)a）+-b)kt+pc=0c)kt+pc0下緣：對混凝土或鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)受拉區(qū)預(yù)先施加壓應(yīng)力，這種應(yīng)力的大小和分布規(guī)律，能有利于抵消使用荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因而使混凝土構(gòu)件在使用荷載作用下不致開裂，或推遲開裂，或者使裂縫寬度減小。即，即，由于預(yù)壓力的存在避免混凝土開裂，使梁全截面參與工作，改善了梁中混凝土的抗拉性能，并且達到充分利用高強鋼材性能的目的。12.1 概述預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)基本原理a. 節(jié)省材料，減輕自重，增加跨越能力。b. 提高構(gòu)件的抗裂性、增加截面剛度。c. 可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力。d. 預(yù)加力還可以作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連

4、接手段，促進了橋梁結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展。12.1 概述預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)優(yōu)點a.a. 預(yù)應(yīng)力損失：預(yù)應(yīng)力損失：最主要的問題是在使用階段如何保持有效預(yù)應(yīng)力不至于降低到最小。b.b. 技術(shù)要求高：技術(shù)要求高：需要有一定的專門設(shè)備和配備一支技術(shù)熟練的專業(yè)隊伍。c. 預(yù)應(yīng)力反拱度不易控制。12.1 概述預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)缺點1. 大跨度結(jié)構(gòu)（大跨度橋梁）；2. 特種結(jié)構(gòu)（防漏 、防滲和壓力容器 ）；3. 對構(gòu)件的剛度和變形控制要求較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。4. 除在橋梁工程采用外，路基邊坡治理、庫岸斜坡治理中也廣泛應(yīng)用（如預(yù)應(yīng)力錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索） 12.1 概述預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)應(yīng)用公路橋規(guī)將預(yù)應(yīng)力度（）定義為由預(yù)加應(yīng)力大

5、小確定的消壓彎矩MO與外荷載產(chǎn)生的彎矩M的比值，即=M0/Ms式中：預(yù)應(yīng)力度；M0消壓彎矩。構(gòu)件抗裂邊緣預(yù)壓應(yīng)力抵消到零時的彎矩。Ms按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計算的彎矩。12.1 概述預(yù)應(yīng)力度1. 全預(yù)應(yīng)力混凝土：沿預(yù)應(yīng)力方向的正截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即2. 部分預(yù)應(yīng)力混凝土：沿預(yù)應(yīng)力方向的正截面出現(xiàn)拉應(yīng)力或出現(xiàn)不超過規(guī)定寬度的裂縫，即對拉應(yīng)力加以限制時，為A類構(gòu)件類構(gòu)件（拉而不裂）；拉應(yīng)力超過限值或出現(xiàn)不超過限定的裂縫寬度時，為B類構(gòu)類構(gòu)件件（裂而有限）3. 鋼筋混凝土：不施加預(yù)應(yīng)力的混凝土結(jié)構(gòu)，即101012.1 概述預(yù)應(yīng)力砼的分類張拉鋼筋并在座上固定澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設(shè)計強度的7

6、5%以上時剪斷鋼筋先張法先張法依靠粘結(jié)依靠粘結(jié)力來傳遞力來傳遞并保持預(yù)并保持預(yù)加應(yīng)力加應(yīng)力 12.2 預(yù)應(yīng)力張拉方法先張法伸長張拉臺座預(yù)應(yīng)力筋混凝土壓縮a）b）c）臨時錨固pN壓縮 圖 12-2 先張法工藝流程示意圖 a)預(yù)應(yīng)力鋼筋就位，準備張拉 b)張拉并錨固，澆筑構(gòu)件混凝土 c)松錨，預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮，制成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件 12.2 預(yù)應(yīng)力張拉方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12.2 預(yù)應(yīng)力張拉方法后張法12.2 預(yù)應(yīng)力張拉方法后張法12.2 預(yù)應(yīng)力張拉方法后張法1、預(yù)

7、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。12.2 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)錨具夾具：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)力筋后夾具的作用即消失錨具：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。12.2 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)錨具錨具分類方法：1. 按錨固受力筋類型：錨粗鋼筋、鋼絲束、鋼鉸線、鋼筋束2.按傳遞預(yù)應(yīng)力的原理分：支承式和摩擦式3.按錨具的使用位置不同：張拉端和固定端12.2 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)錨具分類常用的錨具 1 鋼筋螺紋

8、錨用于錨高強粗鋼筋優(yōu)點：錨固可靠；構(gòu)造簡單；施工方便；預(yù)應(yīng)力損失小缺點：有時螺紋不易咬緊而需要用雙螺母常用的錨具 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）12.2 預(yù)應(yīng)力錨具鋼筋螺紋錨特點：特點：屬于自承式錨具，操作簡單，受力可靠，滑移量小。缺點：缺點：下料長工度精度要求高，不可多根錨固。適用適用于較短的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件及直線預(yù)應(yīng)構(gòu)件。12.2 預(yù)應(yīng)力錨具鋼筋螺紋錨2、承壓形錨具墩頭錨具鐓頭錨具：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用途：用途：主要用于錨固鋼

9、絲束，錨固5mm和7mm。組成組成：(1)錨杯 (2)錨圈 (3)冷鐓頭工作原理：工作原理：借鐓頭直接承壓將鋼絲錨固于錨杯上。優(yōu)點：優(yōu)點：(1)可靠（不滑絲） (2)預(yù)應(yīng)力損失小 (3)工序簡單缺點缺點: (1)如張拉噸位過大，鋼絲數(shù)很多，施工麻煩； (2)對鋼絲的下料長度要求很精確，12.2 預(yù)應(yīng)力錨具墩頭錨具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12.2 預(yù)應(yīng)力錨具墩頭錨錨具墩頭錨產(chǎn)品圖片12.2 預(yù)應(yīng)力錨具墩頭錨3、摩擦型錨具錐形錨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

10、用途：可以用到固定端，也可以用于張拉端缺點：滑移量大、每根鋼絲應(yīng)力有差異12.2 預(yù)應(yīng)力錨具錐形錨4、夾片錨用途：用途：錨固鋼絞線之用，錨固由（155）根不等的s 15.2 mm或s 12.7mm鋼絞線所組成的預(yù)應(yīng)力鋼束。組成：組成：夾片；錨板；錨墊板優(yōu)點：優(yōu)點：（1）錨固噸位大；（2）各根鋼絞線均為單獨工作，1根鋼絞線錨固失效也不會影響全錨。缺點：缺點：因錨板錐孔布置的需要，必須擴孔。12.2 預(yù)應(yīng)力錨具夾片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NconpNl張拉設(shè)備張拉設(shè)備千斤頂千斤頂l制孔器制孔器l穿索機穿索機l灌孔水泥漿及壓漿機灌孔水泥漿及壓漿機l張拉臺座

11、張拉臺座 12.2 預(yù)應(yīng)力錨具其它設(shè)備兩種千斤頂返回預(yù)應(yīng)力波紋管波紋管機返回1、制孔器： 后張法構(gòu)件的預(yù)留孔道是由制孔器來形成的。預(yù)應(yīng)力穿索機返回2、穿索機 對于大跨橋梁，有的預(yù)應(yīng)力鋼筋很長，人工穿束十分吃力，故采用穿索（束）機。 (1) 液壓式 (2) 電動式預(yù)應(yīng)力灌漿機預(yù)應(yīng)力灌漿機 返回 3、灌孔水泥漿及壓漿機 1）水泥漿作用：避免力筋銹蝕和錨具松動，并使力筋與梁體混凝土結(jié)合為整體配合比：水灰比0.400.45；適量的減小劑強度等級：不低于構(gòu)件砼等級的80%；30MPa 2）壓漿機 它主要由灰漿攪拌桶、貯漿桶和壓送灰漿的灰漿泵以及供水系統(tǒng)組成。張拉臺座l采用先張法生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，需

12、設(shè)置用作張拉和臨時錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉臺座。l設(shè)計時應(yīng)保證它具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性。l 1、強度高。減小構(gòu)件截面尺寸，充分發(fā)揮鋼筋的抗拉強度；l 2、收縮、徐變小。以減小因收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；l 3、快硬、早強?？杀M早施加預(yù)應(yīng)力，加快臺座、錨具、夾具的周轉(zhuǎn)率。l 混凝土的配制要求與措施：嚴格控制水灰比；注意選用高標號水泥并宜控制水泥用量；選用優(yōu)質(zhì)活性摻合料；d.加強振搗與養(yǎng)護。l 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強度等級不低于C40。12.3 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)材料砼（1 1）對鋼材的要求：）對鋼材的要求：強度高具有一定的塑性良好的加工性能與混凝土之間有較好的粘結(jié)強度低松弛耐腐蝕12.3 預(yù)應(yīng)

13、力砼結(jié)構(gòu)材料鋼材（2 2）鋼材的種類：）鋼材的種類：鋼筋鋼絲鋼絞線（一般由七股3、 4或5 的高強鋼絲捻制而成）冷拉低合金鋼筋熱處理鋼筋冷拔低碳鋼絲（常見直徑為5mm、4mm和3mm）高強鋼絲（碳素鋼絲，刻痕鋼絲），直徑45mm。12.3 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)材料鋼材l鋼絞線 鋼絞線是用2、3、7股高強鋼絲扭結(jié)而成的一種高強預(yù)應(yīng)力筋，其中以7股鋼絞線應(yīng)用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為9.515.2 mm，通常用于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，強度可高達1860MPa。2股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構(gòu)件，以提高與混凝土的粘結(jié)強度。12.3 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)材料鋼絞線無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束12.3 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)材料鋼絞線 高強度鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)過幾次冷拔后得到。高強鋼絲的強度為14701860MPa。鋼絲直徑為39mm。為增加與混凝土粘結(jié)強度，鋼絲表面可