建筑结构选型19_预应力结构.

1、2022-1-29李广军12022-1-29李广军22022-1-29李广军31. 1. 普通混凝土的缺点：普通混凝土的缺点： 抗裂性能差，抗裂性能差，在使用荷载下一般为带裂缝工作。在使用荷载下一般为带裂缝工作。 影响耐久性，功能，疲劳性。影响耐久性，功能，疲劳性。 不开裂不开裂 s s = 20 = 203030MPa 随着混凝土等级的提高，可有效提高抗压强度，随着混凝土等级的提高，可有效提高抗压强度，但其抗拉强度提高不大，故提高混凝土等级用于但其抗拉强度提高不大，故提高混凝土等级用于改善混凝土抗裂性能作用不大。改善混凝土抗裂性能作用不大。19.1 概概 述述2022-1-29李广军4 难以

2、利用高强度钢筋及高强混凝土。难以利用高强度钢筋及高强混凝土。 与与 max对应的对应的 s s=250N/mm=250N/mm2 2。而钢绞线抗拉而钢绞线抗拉强度标准值可达强度标准值可达1860N/mm1860N/mm2 2 。高强钢筋不能充。高强钢筋不能充分发挥作用。分发挥作用。 例：例： maxmax=0.2=0.20.3mm0.3mm s s=150=150250MPa250MPa如如C15 C80C15 C80，fc：7.2 35.97.2 35.9；ft：0.91 2.220.91 2.222022-1-29李广军5 结构自重大，刚度小。结构自重大，刚度小。 高强材料的难以使用，导致

3、提高构件的高强材料的难以使用，导致提高构件的承载力更多方面从增大构件尺寸着手，从承载力更多方面从增大构件尺寸着手，从而构件自重大；而构件自重大； 同时由于构件在大部分情况下处于带裂同时由于构件在大部分情况下处于带裂缝工作状态，故构件刚度也较小。缝工作状态，故构件刚度也较小。2022-1-29李广军62. 2. 预应力砼的基本原理：预应力砼的基本原理：预应力砼：预应力砼：在砼结构承受外荷载之前，对其受拉区在砼结构承受外荷载之前，对其受拉区 预先施加压应力。预先施加压应力。美国美国ACIACI的定义：的定义：根据需要人为地引入某一数值与分布的根据需要人为地引入某一数值与分布的 内应力，用以全部或部

4、分抵消外荷载应内应力，用以全部或部分抵消外荷载应 力的一种加筋混凝土。力的一种加筋混凝土。注：注：ACIACI为美国房屋建筑混凝土结构规范的简称为美国房屋建筑混凝土结构规范的简称2022-1-29李广军7预压力作用下(a)外荷载作用下(b)预压力与外荷载共同作用(c)2022-1-29李广军8由上图分析可知：由上图分析可知： 预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，因此可推迟甚至避免裂缝的出现。通过拉应力，因此可推迟甚至避免裂缝的出现。通过人为控制预压力人为控制预压力N N的大小，可使梁截面受拉边缘的大小，可使梁截面受拉边缘混凝土产生压应力、零应力或

5、很小的拉应力，以混凝土产生压应力、零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂缝控制要求。满足不同的裂缝控制要求。2022-1-29李广军93.3.对于预应力混凝土概念的两个理解：对于预应力混凝土概念的两个理解：实质：利用混凝土较高的抗压强度来弥补其抗实质：利用混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，从而达到避免或推迟裂缝出现拉强度的不足，从而达到避免或推迟裂缝出现的目的；的目的；施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。（预应力混凝土并不提高正截面承载力。如图）（预应力混凝土并不提高正截面承载力。如图）2022-1-29李广军102022-1-29李广军

6、11 优点：优点：不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，使构件在重不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，使构件在重复荷载下的抗疲劳性较好，提高结构的耐久性；复荷载下的抗疲劳性较好，提高结构的耐久性；合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土；合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土；减轻自重，从而减小地震作用；减轻自重，从而减小地震作用；施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证工程质量。工程质量。可预制，利于工业现代化，加快施工进度。可预制，利于工业现代化，加快施工进度。2022-1-29李广军12缺点：缺点：施工工序多，工艺复杂，需要专业施工队伍；施工工序多，工艺复杂，

7、需要专业施工队伍；设计工作较繁重，需相应的施工设备和场地；设计工作较繁重，需相应的施工设备和场地；施加的预应力需细心控制；施加的预应力需细心控制；构件延性降低；构件延性降低；2022-1-29李广军13 1 1、按照预应力程度分全预应力混凝土和部分预应、按照预应力程度分全预应力混凝土和部分预应 力混凝土力混凝土全预应力混凝土全预应力混凝土 定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉 应力，即全截面受压。应力，即全截面受压。 特点：抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好。费钢材；反特点：抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好。费钢材；反 拱大；预拉区开裂；延性差

8、；施工费用高。拱大；预拉区开裂；延性差；施工费用高。部分预应力混凝土部分预应力混凝土 定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现 拉应力或开裂，即部分截面受压。拉应力或开裂，即部分截面受压。 特点：克服全预应力构件的不足，可合理控制裂缝。特点：克服全预应力构件的不足，可合理控制裂缝。2022-1-29李广军142 2、按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态划分、按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态划分有粘结：沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、有粘结：沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、 握裹在一起的预应力混凝土结构。握裹在一起的预应力混凝土结构。(

9、常用常用)无粘结：预应力筋沿全长伸缩、滑动自由，不与周无粘结：预应力筋沿全长伸缩、滑动自由，不与周 围混凝土粘结的预应力混凝土结构。围混凝土粘结的预应力混凝土结构。 ( (可省去预留孔道和灌浆工序可省去预留孔道和灌浆工序) )3 3、体外预应力混凝土结构、体外预应力混凝土结构 常用于桥梁结构与房屋结构的加固改造工程中。常用于桥梁结构与房屋结构的加固改造工程中。 2022-1-29李广军15先张法：先张法：工序少、工艺简单、质量易保证。适合工序少、工艺简单、质量易保证。适合于预应力筋为直线型的成批中小型预于预应力筋为直线型的成批中小型预应力构件，生产不耗锚具、成本低。应力构件，生产不耗锚具、成本

10、低。灵活性差，一次性投资大。灵活性差，一次性投资大。先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力粘结力传递预应力的。传递预应力的。 后张法构件是依靠其两端的后张法构件是依靠其两端的锚具锚住预应力钢锚具锚住预应力钢筋顶住构件筋顶住构件并传递预应力的。并传递预应力的。 2022-1-29李广军16后张法：后张法：不需要台座，比较灵活，可适用于曲线不需要台座，比较灵活，可适用于曲线型预应力筋。逐个构件张拉，工序多、型预应力筋。逐个构件张拉，工序多、复杂，张拉需锚具，成本高。复杂，张拉需锚具，成本高。2022-1-29李广军17构件制作完后，能取下重构件制作完

11、后，能取下重复使用复使用夹具夹具用于永久固定钢筋、作为用于永久固定钢筋、作为构件的一部分构件的一部分 锚具锚具用于固定钢筋用于固定钢筋夹具：夹具：锚具：锚具：2022-1-29李广军18 混凝土：混凝土：一般一般 C30 C30。采用碳素钢丝，钢铰线，。采用碳素钢丝，钢铰线， 热处理钢筋作预应力筋时热处理钢筋作预应力筋时 C40 C40； 总的要求：低徐变总的要求：低徐变 、低收缩；硬化快，早强。、低收缩；硬化快，早强。预应力钢筋：预应力钢筋：高强度、低松驰、具有一定的塑性、高强度、低松驰、具有一定的塑性、 可加工性，与混凝土有可靠的粘结力。可加工性，与混凝土有可靠的粘结力。 常用：碳素钢丝，

12、刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋。常用：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋。2022-1-29李广军19增加净高增加净高可能降低成本可能降低成本增加结构的抗震性能增加结构的抗震性能2022-1-29李广军20 总之，预应力混凝土结构是利用高性能材料、总之，预应力混凝土结构是利用高性能材料、现代设计理论和先进施工工艺设计建造起来的高效现代设计理论和先进施工工艺设计建造起来的高效结构。与非预应力混凝土结构相比结构。与非预应力混凝土结构相比, ,预应力混凝土预应力混凝土结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能优越、耐久性高、轻巧美观等优点优越、耐久性高

13、、轻巧美观等优点, ,而且较为经济、而且较为经济、节材、节能。节材、节能。 因此因此, ,预应力混凝土结构是建造预应力混凝土结构是建造高高( (高层建筑、高层建筑、高耸建筑高耸建筑) )、大大( (大跨度、大空间结构大跨度、大空间结构) )、重重( (重载结重载结构构) )、特特( (特种结构及特殊用途特种结构及特殊用途) )工程中不可缺少的工程中不可缺少的重要结构型式之一。重要结构型式之一。2022-1-29李广军212022-1-29李广军222022-1-29李广军232022-1-29李广军241 1、发展历史、发展历史 18661866年美国工程师杰克逊年美国工程师杰克逊(P.H.J

14、ackson)(P.H.Jackson)及及18881888年德国的道克林年德国的道克林(C.E.W.Dochring)(C.E.W.Dochring)首先把预应力用于首先把预应力用于混凝土结构混凝土结构, ,但这些最初的运用并不成功但这些最初的运用并不成功, ,低值的预应低值的预应力很快在混凝土徐变和收缩后丧失。力很快在混凝土徐变和收缩后丧失。 19281928年法国工程师弗莱西奈特年法国工程师弗莱西奈特(E.Freyssinet)(E.Freyssinet)指指出出, ,预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。这一结论是预应力混凝土在理论上的关键

15、性突破。从这一结论是预应力混凝土在理论上的关键性突破。从此此, ,人们对预应力混凝土的认识开始逐步深入人们对预应力混凝土的认识开始逐步深入, ,但对于但对于预应力混凝土的施工工艺预应力混凝土的施工工艺, ,当时仍未解决。当时仍未解决。2022-1-29李广军252022-1-29李广军262022-1-29李广军27 预应力技术在我国桥梁工程中发展较快预应力技术在我国桥梁工程中发展较快, ,尤其尤其是在是在2020世纪世纪60607070年代年代, ,公路与铁路桥梁大量采用公路与铁路桥梁大量采用标准化的后张法预制预应力混凝土梁标准化的后张法预制预应力混凝土梁, ,跨度开始为跨度开始为24m,2

16、4m,后来扩大到后来扩大到40m40m。后来。后来, ,我国修建的各类大桥我国修建的各类大桥几乎全部采用了预应力技术。几乎全部采用了预应力技术。 在我国水工结构、海工结构、港口码头以及在我国水工结构、海工结构、港口码头以及特种结构中特种结构中, ,预应力技术也得到了广泛的应用。目预应力技术也得到了广泛的应用。目前预应力混凝土结构已成为我国工程建设领域中前预应力混凝土结构已成为我国工程建设领域中的一种主要结构型式。的一种主要结构型式。2022-1-29李广军282 2、发展现状、发展现状 预应力混凝土发展到今天，不仅应用于桥梁、预应力混凝土发展到今天，不仅应用于桥梁、轨枕、电杆、桩、压力管道、贮

17、罐，而且在高层、高轨枕、电杆、桩、压力管道、贮罐，而且在高层、高耸、大跨等结构中广泛应用，几乎所有大型土木工程耸、大跨等结构中广泛应用，几乎所有大型土木工程中都有预应力混凝土结构的踪影。中都有预应力混凝土结构的踪影。 在房屋建筑方面，北京首都机场新航站楼工程全在房屋建筑方面，北京首都机场新航站楼工程全面采用了预应力结构，基础为整体预应力平板片筏基面采用了预应力结构，基础为整体预应力平板片筏基础础, ,上部结构采用了预应力框架剪力墙体系和预应上部结构采用了预应力框架剪力墙体系和预应力板柱剪力墙体系力板柱剪力墙体系, ,仅无粘结预应力钢筋量就达仅无粘结预应力钢筋量就达40004000余余t,t,堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。堪称本世纪国内最大的预应力工程之一。2022-1-29李广军29 在桥梁方面在桥梁方面, ,预应力混凝土连续梁桥跨度最大的预应力混凝土连续梁桥跨度最大的是是92m92m的瑞士摩塞尔大桥。的瑞士摩塞尔大桥。 在特种结构方面在特种结构方面, ,加拿大建成储存加拿大建成储存12000t12000t水泥烧水泥烧结料后张预应力圆形筒仓结料后张预应力圆形筒仓, ,内仓直径内仓