預應力砼的概念及其材料

預應力混凝土結構PrestressedConcreteStructure預應力混凝土結構概念及其材料學習目標熟悉預應力混凝土的基本知識、分類方法；了解施工工藝及特點；熟悉預應力材料的基本性能，掌握材料的選用方法；掌握消壓彎矩概念。一、普通鋼筋混凝土的缺點1、混凝土的抗拉強度和極限拉應變很?。夯炷僚R近拉裂時，受拉鋼筋應力σs＝20～30Mpa

為了利用鋼筋的強度，正常工作時就得允許開裂。開裂引起構件剛度顯著下降，使變形（撓度）過大。當鋼筋的拉拉力σs=200Mpa時，裂縫寬度有較大的開展，已不滿足裂縫寬度要求。對某些不允許開裂的結構如水池、油罐、惡劣環(huán)境下的結構是不適應的?！?概述2、大跨度結構采用普通鋼筋混凝土梁時，為滿足構件強度、變形、裂縫控制的要求，需加大截面尺寸，但又使構件自重進一步增大，造成安裝困難，材料浪費，或造型不協(xié)調。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，此時鋼筋、混凝土的工作應力與普通鋼筋、普通混凝土差別不大，高強材料的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。由于普通鋼筋混凝土結構無法改善構件使用性能，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——預應力混凝土結構。1、生活中有關預應力的例子二、預應力的基本概念2、預應力的工作原理

在混凝土結構承受外荷載之前，預先對其在外荷載作用下的受拉區(qū)施加預壓應力，以改善結構使用性能，這種結構形式稱為預應力混凝土結構。NpNpPPNpNpPP拉壓壓壓拉-壓+拉-壓+下面以簡支梁為例，說明預應力混凝土結構的基本原理：或預應力的作用可部分或全部抵消外荷載產(chǎn)生的拉力，從而提高構件的抗裂性。（分解）應力疊加：NpNpPPNpNpPP拉消壓壓σkcσktσkc+σpt+--σptσpca)σkt+σpc＞0+c)b)a）+++-b)σkt+σpc=0c)σkt+σpc＜0下緣：教材例題說明：截面上、下緣應力為：在Np單獨作用下，截面上、下緣產(chǎn)生的應力為：②①②①+②：此時截面下緣沒有拉應力，截面不會開裂，梁能以全截面參加工作。若Np作用點下移，工作階段還有剩余壓應力。注意點：控制Np大??；控制ep大??；

曲線布筋更合理。三、預應力混凝土結構與普通混凝土結構相比,其主要優(yōu)點是：

①提高構件的抗裂度和剛度，減少構件的變形，構件具有良好的裂縫閉合能力，增加了結構的耐久性，提高了抗疲勞能力，改善了構件的受力性能；②使用高強混凝土和高強鋼筋，節(jié)省材料并減小構件尺寸，減輕自重，有利于建造大跨度橋梁或重荷載結構；

③減小梁的豎向剪力和主拉應力，提高了抗剪能力；④施加預應力過程是對結構作了一次檢驗，有利于保證質量；⑤促進橋梁體系的發(fā)展，施工手段的創(chuàng)新。缺點：①生產(chǎn)工藝較復雜，對施工質量要求高；②需要一定的專業(yè)設備；③預應力混凝土結構的開工費用較大，施工周期長。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用（如預應力錨桿、預應力錨索）地錨加固斜坡http://info.metla.fi/iufro95abs/d1pap97.htm國道318線二郎山隧道出口-2004/3/20預應力錨索框格粱加固邊坡預應力空心板（先張法）預應力I形組合梁（后張法，橋面現(xiàn)澆）預應力連續(xù)剛構橋預應力連續(xù)剛構橋施工預應力連續(xù)剛構橋施工（掛籃節(jié)段澆筑施工）四、加筋混凝土結構的分類定義：加筋混凝土結構——混凝土內(nèi)配了縱筋的結構《橋規(guī)》的分類——根據(jù)預應力度λ劃分σpc——扣除全部應力損失后，預加力在構件抗裂邊緣產(chǎn)生的預壓應力；σst——由作用（或荷載）短期效應組合產(chǎn)生的在構件抗裂邊緣的法向拉應力。對受彎構件，預應力度定義如下：M0——消壓彎距，使構件截面受拉區(qū)邊緣預壓應力恰好抵消為0的彎矩值；Ms——按作用（或荷載）短期效應組合計算的彎矩值；W0——構件換算截面對抗裂邊緣（或受拉邊緣）的彈性抵抗矩。加筋結構根據(jù)λ可分為三種：①λ≥1，全預應力混凝土構件指在荷載短期效應組合下，構件截面的受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應力（即不得消壓）②0＜λ＜1，部分預應力混凝土構件指在荷載短期效應組合下，構件截面的受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應力。對拉應力加以限制時——部分預應力混凝土A類構件（拉而不裂）；拉應力超過限值或出現(xiàn)不超過限定的裂縫寬度時——部分預應力混凝土B類構件（裂而有限）③λ＝0，普通鋼筋混凝土構件——無預加力

全預應力混凝土構件具有抗裂性和抗疲勞性好、剛度大等優(yōu)點，但也存在構件反拱值過大，延性差，預應力鋼筋配筋量大，施加預應力工藝復雜、費用高等缺點。適當降低預應力，做成部分預應力混凝土構件，既克服了全預應力上述的缺點，同時又可以用預應力改善鋼筋混凝土構件的受力性能。

部分預應力混凝土介于全預應力混凝土和鋼筋混凝土之間，有很大的選擇范圍，設計者可根據(jù)結構的功能要求和環(huán)境條件，選用不同的預應力值以控制構件在使用條件下的變形和裂縫，并在破壞前具有必要的延性，因而是當前預應力混凝土結構的一個主要發(fā)展趨勢。

部分預應力混凝土尤其是B類構件，應有選擇地使用，跨徑大于100m的橋梁的主要受力構件以及侵蝕物質嚴重影響的環(huán)境，不宜采用。（摘自《橋規(guī)》第6.1.2條條文說明）§2預加應力的方法與設備一、預加應力的主要方法①先張法：先張拉鋼筋，后澆筑構件混凝土的施工方法。先張法構件中，預應力是靠鋼筋和混凝土之間的粘結力傳遞。但是這種力的傳遞過程，需要經(jīng)過一段傳遞長度

ltr才能完成。主要工序：建造張拉臺座→張拉鋼筋并臨時錨固→澆筑混凝土制作構件→養(yǎng)生→放松鋼筋預應力傳遞：通過預應力筋與混凝土之間的粘結力先張法②后張法：先澆筑構件混凝土，后張拉鋼筋的施工方法。后張法構件中，預應力主要靠鋼筋端部的錨具來傳遞給粱體。

主要工序：制作構件并預留管道→混凝土養(yǎng)生達到強度→張拉鋼筋并錨固

→管道注漿預應力傳遞：錨具等思考：鋼筋的預拉力怎么轉換為粱體砼的預壓應力？后張法spcsp應解決錨具下混凝土局部承壓問題無粘結預應力混凝土★錨具的可靠性★高強鋼筋的可靠度★一定要有非預應力筋后張法注意事項③電熱張拉法：利用熱漲冷縮原理，對鋼筋通電（低電壓強電流）使其發(fā)熱伸長，達到設計要求時斷電，鋼筋冷卻后張緊。適用于預應力鋼筋為冷拉鋼筋的一般構件。圓形水池、油罐有應用?？沽讯容^嚴的構件以及金屬管道作預留孔道的構件，不應采用該法。電熱張拉法較少使用。先張法優(yōu)點：工序少，工藝簡單，批量生產(chǎn)效率高，質量容易保證，少耗費昂貴錨具，張拉臺和臨時錨具可重復使用。先張法缺點：需建張拉臺座，基建投資大，所以適宜大批量生產(chǎn)；構件一般只能采用直線配筋，較適合制作中小構件。后張法優(yōu)點：無需建專門的張拉臺座，適宜于現(xiàn)場進行張拉或在橋位上就地張拉，預應力鋼筋可以按預留孔道形狀布置成曲線形，配合彎矩和剪力變化布置。施工安排較為靈活，適應橋梁新技術發(fā)展。多用于大跨度橋梁。后張法缺點：施工工序多，增加了預留孔道、穿筋、灌漿、封錨等工序，操作麻煩，消耗錨具量大，成本較高。二、預應力施工的主要設備與機具臺座（或地錨）、錨具、千斤頂、制孔器、壓漿機1、錨具夾具——先張法中構件制成后錨具可取下來重復使用，稱～錨具——留在構件中不再取下的稱錨具。錨具是保證預應力的關鍵裝置。錨具種類很多，新的錨具還不斷出現(xiàn)。（2）錨固的基本原理①靠鍥作用產(chǎn)生的摩擦力夾緊。借助鋼筋回縮帶動錨鍥（夾片）而將鋼筋夾緊錨固；②通過力筋端部加工出的鐓頭或螺帽直接承壓，依靠承壓錨固；③上述兩種原理的結合；（1）④利用力筋與混凝土之間的粘結力錨固，如先張法錨固、壓花錨具。（3）設計、制造和選擇錨具時，應遵守以下要求：①安全可靠，有足夠的強度、剛度；②預應力筋盡可能不產(chǎn)生滑移，傳力可靠，引起的預應力損失和錨具附近的局部壓應力要??；③構造簡單，制作方便，節(jié)約鋼材；④張拉操作方便、迅速，設備簡單；⑤根據(jù)設計采用的預應力筋種類，預壓力大小，及布束需要，選擇錨具體系。各種錨具有不同的使用范圍——數(shù)量：固定單根、多根；鋼筋類型：固定鋼絲、鋼鉸線、粗鋼筋等（4）工程中常用錨具1）摩阻型錨固錐形錨具夾片式錨具JM12錨具弗萊西奈錨具

VSL體系錨XM、QM錨具張拉端錨具（帶喇叭管）扁形夾片錨具（用于空心板梁）2）承壓型錨固(a)張拉端(b)分散式固定端(c)集中式固定端鐓頭錨鋼筋螺紋錨具3）粘結錨固壓花錨具（見圖12—9）4）固定端錨具擠壓錨具（P型），圖12—8壓花錨具（H型），圖12—9下面的錨具也用于固定端：5）連接器見圖12—10以上器材按國標《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T14370—93）標準進行驗收2、千斤頂3、制孔器后張法的預留孔道是用制孔器做成的：橡膠抽拔管；金屬波紋管。金屬波紋管根據(jù)需要配合使用穿索機4、水泥漿及壓漿機見教材p223§3預加應力的材料一、混凝土要求1、強度高。減小構件截面尺寸，充分發(fā)揮鋼筋的抗拉強度；2、收縮、徐變小。以減小因收縮、徐變引起的預應力損失；3、快硬、早強。可盡早施加預應力，加快臺座、錨具、夾具的周轉率。預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于C40。二、鋼筋要求1）強度高；2）具有較好的塑性和焊接性能；3）與混凝土之間能較好地粘結；4）應力松弛損失低。1、對預應力鋼筋的要求2、常用預應力鋼筋種類1）鋼鉸線：絞線機上以一根直徑稍粗的鋼絲為芯絲，其余鋼絲圍繞其絞捻成束而成。使用非常廣泛。常用7φ4、7φ5兩種。2）鋼絲：光面鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋肋鋼絲。3）精軋螺紋鋼筋：專用于中、小構件，或豎、橫向預應力鋼筋。4）冷拉鋼筋：基本不用已淘汰，冷拉Ⅳ級鋼筋允許使用庫存貨。光面鋼絲與混凝土粘結力較差，容易產(chǎn)生鋼絲滑移，所以不用于先張法構件。3、預應力混凝土構件中的普通鋼筋常用HRB335、HRB400級。三、混凝土的收縮、徐變系數(shù)收縮、徐變使預應力鋼筋發(fā)生應力損失1、徐變的計算在一般情況下，橋梁結構中混凝土的持續(xù)應力都小于0.5fcd，這時，結構不會因徐變造成破壞，且可按線形關系來計算徐變變形：εc——要計算的徐變應變值εe——加載σc時的瞬時彈性應變（急變）φ——徐變系數(shù)，又記為φ

(t，t0)，稱為“加載時砼齡期為t0，計算時刻齡期為t的砼徐變系數(shù)”由上式可知：只要知道φ

(t，t0)，就可以計算σc作用下的徐變系數(shù)εc。φ

(t，t0)是隨時間變化的參數(shù)，其數(shù)值按《橋規(guī)》附錄F計算。（12—1）《橋規(guī)》的計算方法源自1990年《CEP-FIP模式規(guī)范》。徐變系數(shù)基本公式：返回（12—2）（12—3）（12—4）（12—5）（12—6）（12—7）（12—8）表12—1收縮應變公式相同。

（12—3）12—1分階段施工或結構體系轉換過程中，當需要計算階段徐變系數(shù)時，按下列步驟進行：1、由式（12—8）計算出βH

；2、根據(jù)計算齡期

t、加載齡期

t0、βH，由公式（12—7）計算徐變發(fā)展系數(shù)βc(t-t0)；3、查表得名義徐變系數(shù)φ0值，由公式（12—2）計算出徐變系數(shù)

φ(t,t0)。上述步驟計算出給定時