第十二章 预应力混凝土的一般问题

1、第十二章 预应力混凝土结构的一般问题预应力混凝土结构的概念及发展预应力混凝土构件分类预加力的实施方法预应力混凝土构件的材料与锚具2hIeNANppppc2hIMc)2(2hIeNANhIMppppccb预应力混凝土结构受力示意图日常生活中有许多应用预应力的例子日常生活中有许多应用预应力的例子预应力混凝土构件的受力特征预应力混凝土构件的受力特征 提高了构件的抗裂性；提高了构件的抗裂性； 预应力的大小可根据需要调整。预应力的大小可根据需要调整。 在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作阶段弹性工作阶段(未裂未裂)。 施加预应力对构件的正截面承载力无明显影

2、响。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。 提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此 适用于适用于对裂缝要求严格的结构；对裂缝要求严格的结构； 由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重，因此自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件适用于跨度大或承受重型荷载的构件； 提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件的适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件刚度和变形控制较高的结构构件； 提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力提高

3、了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。 需要增设施加预应力的设备；需要增设施加预应力的设备； 制作技术要求较高；制作技术要求较高； 施工周期较长。施工周期较长。18861886年，美，年，美，P. H. Jackson P. H. Jackson 获得用钢筋对混凝土拱进行张拉以制获得用钢筋对混凝土拱进行张拉以制作楼板的专利作楼板的专利18881888年，德，年，德，W. Dohrung, W. Dohrung, 将张拉力为将张拉力为60MPa60MPa钢筋浇注于混凝土中，钢筋浇注于混凝土中，但未获得理想预应力但未获得理想预应力; ;19061906年，德，年，德，B.K.Wettesein

4、,B.K.Wettesein,用绷紧的琴弦试制成预应力薄板，是用绷紧的琴弦试制成预应力薄板，是第一个用高强度钢材试制成预应力混凝土的人第一个用高强度钢材试制成预应力混凝土的人19231923年，美，年，美，R. H. DillR. H. Dill，发文认为预应力混凝土必须采用高强度，发文认为预应力混凝土必须采用高强度钢材钢材19281928年，法，年，法，E. FreyssinetE. Freyssinet，用大于，用大于400MPa400MPa应力的钢筋施加预应力应力的钢筋施加预应力获得成功，研究了混凝土徐变收缩性能，建立了第一座预应力混凝土获得成功，研究了混凝土徐变收缩性能，建立了第一座预

5、应力混凝土工厂，工厂，19411941年建造了第一座预应力混凝土桥，研制了弗式锚具及千斤年建造了第一座预应力混凝土桥，研制了弗式锚具及千斤顶顶二战后，预应力混凝土桥发展迅速，各种锚具相继研制成功。预应二战后，预应力混凝土桥发展迅速，各种锚具相继研制成功。预应力桥梁跨径不断增大。力桥梁跨径不断增大。 预应力度的定义预应力度的定义预应力度定义为消压弯矩与短期效应组合作用下的弯矩之比 =1全预应力混凝土，是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。大致相当于裂缝控制等级为一级的构件。部分预应力混凝土部分预应力混凝土 01部分预应力混凝土，是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某

6、一规定拉应力值或开裂。分为A类构件、B类构件，相当于FIP中的有限预应力和部分预应力。sMM0钢筋混凝土钢筋混凝土 =0，无预应力构件 全预应力构件全预应力构件具有抗裂性和抗疲劳性好、刚度大等优点，但也存在构件反拱值过大，延性差，预应力钢筋配筋量大，施加预应力工艺复杂、费用高等主要缺点。因此适当降低预应力，做成有限或部分预应力混凝土构件，即克服了上述全预应力的缺点，同时又可以用预应力改善钢筋混凝土构件的受力性能。 有限或部分预应力混凝土有限或部分预应力混凝土介于全预应力混凝土和钢筋混凝土之间，有很大的选择范围，设计者可根据结构的功能要求和环境条件，选用不同的预应力值以控制构件在使用条件下的变形

7、和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。 先张法先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递过程，混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递过程，需要经过一段传递长度需要经过一段传递长度 l ltrtr才能完成。才能完成。 先张法先张法预应力混凝土后张法后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预的施工方法。后张法构件中，预应力主要

8、靠钢筋端部应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。的锚具来传递。 后张法后张法后张法后张法 对锚具的要求对锚具的要求：受力安全可靠，预应力损失小，：受力安全可靠，预应力损失小，构造简单，制造方便，用钢量少，张拉锚固方便迅速。构造简单，制造方便，用钢量少，张拉锚固方便迅速。 锚具锚具一、锚具与连接器一、锚具与连接器按传力的锚固原理分类：按传力的锚固原理分类：1.摩阻锚具摩阻锚具 如契形锚、锥形锚、夹片锚，如契形锚、锥形锚、夹片锚，用于锚固钢丝束、钢绞线。用于锚固钢丝束、钢绞线。一、锚具与连接器一、锚具与连接器2.承压锚具，如墩头锚、钢筋螺承压锚具，如墩头锚、钢筋螺纹锚，用于锚固钢丝束或精轧螺纹锚，用于锚

9、固钢丝束或精轧螺纹钢筋。纹钢筋。一、锚具与连接器一、锚具与连接器3.粘结锚具，如压花锚具。粘结锚具，如压花锚具。4.连接器连接器 用于接长预应力钢筋。用于接长预应力钢筋。二、其他设备二、其他设备 1.锚垫板锚垫板 2.制孔器制孔器金属波纹管金属波纹管塑料波纹管塑料波纹管锚垫板锚垫板3.穿索机穿索机 4. 灌浆设备灌浆设备 高强度高强度 预应力混凝土构件在制作和使用过程中，预应力混凝土构件在制作和使用过程中，由于种种原因，会出现各种预应力损失，为了在扣除预由于种种原因，会出现各种预应力损失，为了在扣除预应力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值，应力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值

10、，需采用较高的张拉应力，因此预应力钢筋必须采用高强需采用较高的张拉应力，因此预应力钢筋必须采用高强钢筋（丝）；钢筋（丝）； 具有一定的塑性具有一定的塑性 为防止发生脆性破坏，要求预为防止发生脆性破坏，要求预应方钢筋在拉断时，具有一定的伸长率应方钢筋在拉断时，具有一定的伸长率； 良好的加工性能良好的加工性能 即要求钢筋有良好的可焊性，即要求钢筋有良好的可焊性，以及钢筋以及钢筋“镦粗镦粗”后并不影响原来的物理性能后并不影响原来的物理性能； 良好的与混凝土粘结性能良好的与混凝土粘结性能。 强度高强度高 预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应

11、力，并可减少构件截面尺寸，减才能建立起较高的预压应力，并可减少构件截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的预压力；预压力； 收缩、徐变小收缩、徐变小 这样可以减少由于收缩、徐变引起这样可以减少由于收缩、徐变引起的预应力损失；的预应力损失； 快硬、早强快硬、早强 这样可以尽早施加预应力，加快台这样可以尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接费用。

12、费用。 与预应力钢材配套使用。趋势：使用高强、与预应力钢材配套使用。趋势：使用高强、高性能混凝土，具有高抗渗性、抗冻性。当然也有脆性大高性能混凝土，具有高抗渗性、抗冻性。当然也有脆性大的弱点。的弱点。 2.2.徐变收缩的影响及计算徐变收缩的影响及计算 混凝土的徐变变形混凝土的徐变变形ckcf5 . 0ec线性徐变线性徐变徐变系数，是加徐变系数，是加载龄期载龄期t0t0与计算龄与计算龄期期t t的函数。的函数。ec/)(),(000ttttc)()(00tfmRH名义徐变系数名义徐变系数3 . 010100)/(/ )()(ttttttttHc徐变发展系数徐变发展系数3 . 010100)/(/ )()(ttttttttHc1500250)2 . 1 (11500180hhRHRHH)(),(000ttttc3/100)/(46. 0/11hhRHRHRH5 . 00)/(3 . 5)(cmcmcmfff2 . 0100)/(1 . 01)(ttt环境平均环境平均相对湿度相对湿度混凝土平均混凝土平均抗压强度抗压强度构件理论厚度构件理论厚度h=2