预应力混凝土结构

1、LOGO钢筋混凝土钢筋混凝土第第6章章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件6.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念16.2 预应力混凝土构件设计的一般规定预应力混凝土构件设计的一般规定26.3 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件36.4 预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求46.1.1 预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理 预应力混凝土的提出：预应力混凝土的提出：a. 抗裂性能差。抗裂性能差。钢筋应力钢筋应力 s = 2030N/mm26.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念b. 难以利用高强度钢筋。难以利用高强度钢筋。普通钢筋混凝土

2、结构的缺点：普通钢筋混凝土结构的缺点：混凝土不开裂混凝土不开裂钢筋应力钢筋应力 s = 250N/mm2裂缝宽度为裂缝宽度为0.20.3mm在使用荷载下带裂缝工作在使用荷载下带裂缝工作，影响耐久，功能！刚度！疲劳性！影响耐久，功能！刚度！疲劳性！若不裂，加大截面面积若不裂，加大截面面积，增加自重增加自重，不经济。，不经济。 在结构构件受外荷载作用之前，预先在构件的受拉区施加压力，使它产生在结构构件受外荷载作用之前，预先在构件的受拉区施加压力，使它产生预压应力，来减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力，延缓裂缝的出现，预压应力，来减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力，延缓裂缝的出现，预应力混凝土的

3、基本原理预应力混凝土的基本原理叠加原理叠加原理在混凝土结构承受使用荷载之在混凝土结构承受使用荷载之前的前的制作阶段制作阶段预先对混凝土施预先对混凝土施加应力。加应力。预应力混凝土构件预应力混凝土构件：在构件未受：在构件未受力之前，在拟受拉区施加压应力，力之前，在拟受拉区施加压应力，使构件在使用荷载下产生的拉应使构件在使用荷载下产生的拉应力很大部分被预压应力抵消。由力很大部分被预压应力抵消。由此达到改善普通混凝土缺点的目此达到改善普通混凝土缺点的目的。的。 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念预预应应力力 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。 传统木器中的木桶、木

4、盆都是利用桶箍将一块块的壁板传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的壁板箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于混箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于混 凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。 1 1）大跨度结构：大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机）大跨度结构：大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。 2 2）对抗裂有特殊要求的结构：压力容器、应力管道、

5、）对抗裂有特殊要求的结构：压力容器、应力管道、水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间。构筑物水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间。构筑物 等。等。 3 3）某些高耸建筑结构：水塔、烟囱、电视塔等。）某些高耸建筑结构：水塔、烟囱、电视塔等。 4 4）某些大量制造的预制构件：预应力空心板、预应）某些大量制造的预制构件：预应力空心板、预应力预制桩等。力预制桩等。 现代预应力结构的应用现代预应力结构的应用 6.1.2 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点 优点优点：（1）抗裂性好。）抗裂性好。 增大了构件的刚度。相同增大了构件的刚度。相同条件，条件，f预预 f普普，耐久性好，耐疲，耐久性好，耐疲劳，

6、提高抗剪承载力。劳，提高抗剪承载力。（3） 充分利用高强度材料的性能。充分利用高强度材料的性能。（4）提高构件的抗剪能力。）提高构件的抗剪能力。缺点：缺点：成本高，材料质量要求高。工序复杂，技术水平成本高，材料质量要求高。工序复杂，技术水平要求高。要求高。（2）节省材料，减轻构件自重。）节省材料，减轻构件自重。（5）提高构件的抗疲劳性能。）提高构件的抗疲劳性能。预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类按照按照张拉钢筋张拉钢筋与与浇捣混凝土浇捣混凝土的先后次序分为：的先后次序分为：1.先张法先张法 6.1.3 施加预应力的方法施加预应力的方法张拉钢筋张拉钢筋支模、浇混凝土支模、浇混凝土混凝土达到一定

7、强度混凝土达到一定强度剪钢丝剪钢丝产生预应力产生预应力2. 后张法后张法 浇混凝土，预留孔道浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋达到强度，穿筋 张拉钢筋，张拉钢筋，锚固锚固 孔道灌浆孔道灌浆先张法、后张法的比较先张法、后张法的比较 适用范围适用范围 先张法：先张法：在工厂大批制作中小型构件在工厂大批制作中小型构件(钢丝或钢丝或d16mm钢筋配筋钢筋配筋)。 后张法：后张法：在施工现场制作大型构件在施工现场制作大型构件(以粗钢筋或钢绞线配筋以粗钢筋或钢绞线配筋)。 优缺点优缺点 先张法：先张法：工艺简单，无需永久性锚具，可批量生产工艺简单，无需永久性锚具，可批量生产;需要台座。需要台座。 后张法：

8、后张法：无需台座，需永久性锚具，成本高，预应力更可靠。无需台座，需永久性锚具，成本高，预应力更可靠。 预应力的传递预应力的传递 先张法：先张法：通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力。通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力。 后张法：后张法：依靠其两端锚具锚住预应力钢筋并传递预应力。依靠其两端锚具锚住预应力钢筋并传递预应力。预应力混凝土构件的锚、夹具预应力混凝土构件的锚、夹具 锚具是锚具是后张法后张法中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置。久性锚固装置。 是是先张法先张法中为保持预应力筋的拉力并将其固定在台座上的临时

9、性锚中为保持预应力筋的拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置；或后张法中夹持预应力筋的临时性锚固装置。固装置；或后张法中夹持预应力筋的临时性锚固装置。锚具的定义锚具的定义夹具夹具锚、夹具：用于固定钢筋锚、夹具：用于固定钢筋作用：构件制作完后，能取下重复使用作用：构件制作完后，能取下重复使用作用：用于永久固定钢筋、作为构件的一部分作用：用于永久固定钢筋、作为构件的一部分n 锚具的分类锚具的分类锚具类型锚具类型支承式支承式 锥塞式锥塞式握裹式握裹式 螺母锚具螺母锚具镦头锚具镦头锚具JMJM型型BMBM型型OVMOVM型型QMQM型型XMXM型型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

10、具钢丝夹具 钢筋夹具钢筋夹具锲形锲形圆锥齿板式圆锥齿板式 钢筋镦头钢筋镦头 螺母锚具螺母锚具销片式夹具销片式夹具 圆锥槽式圆锥槽式n 夹具的分类夹具的分类n 锚具和夹具图例锚具和夹具图例QM型锚具型锚具 灌浆孔灌浆孔 锚垫板锚垫板 锚板锚板 预留孔道用的螺旋管预留孔道用的螺旋管螺旋筋螺旋筋 用于粗钢筋，由螺杆、螺帽、垫板组成，螺杆焊于预应力钢用于粗钢筋，由螺杆、螺帽、垫板组成，螺杆焊于预应力钢筋的端部。筋的端部。2.螺杆螺帽型螺杆螺帽型6.2 预应力混凝土构件设计的一般规定预应力混凝土构件设计的一般规定6.2.1 预应力混凝土材料预应力混凝土材料1. 预应力钢筋预应力钢筋 在预应力混凝土制作和

11、使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得张拉应力会产生损失，因此，为使得 扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。（）有较好的塑性（）有较好的塑性（plasticity）和可焊性（）和可焊性（wdldability）与混凝土有足够的粘结强度：通常采用与混凝土有足够的粘结强度：通常采用“刻痕刻痕”或或“压波压波” 方法来提高方法来提高与混凝土粘结强度。与混凝土粘结强度。为避免在超载情况下发生

12、脆性破断，为避免在超载情况下发生脆性破断， 预应力筋还必须具有一定的塑性。预应力筋还必须具有一定的塑性。 （3）具有良好的加工性能。）具有良好的加工性能。（）强度高。（）强度高。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。（4）与混凝土的粘着力强。）与混凝土的粘着力强。钢丝直径为钢丝直径为39mm。为增加与混凝。为增加与混凝 土粘结强度，钢丝表面可采用土粘结强度，钢丝表面可采用刻刻痕痕或或压波压波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。（1）钢丝）钢丝中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条， 经过几次冷拔后得到。经过几次冷拔后得到。中强钢丝的强度为中

13、强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701860MPa。预预应应力力钢钢绞绞线线刻刻痕痕钢钢丝丝光光面面螺螺旋旋肋肋（2）钢绞线）钢绞线钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以筋，其中以7股钢绞线应用最多。股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。件，以提

14、高与混凝土的粘结强度。（3）热处理钢筋）热处理钢筋用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为直径为610mm，抗拉强度为，抗拉强度为1470MPa。 除冷拉低合金钢筋外，除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力其余预应力筋的应力-应变应变曲线均无明显屈服点，采曲线均无明显屈服点，采用残余应变为用残余应变为0.2%的条件的条件屈服点作为抗拉强度设计屈服点作为抗拉强度设计指标。指标。（4）冷拉低合金钢筋）冷拉低合金钢筋通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。为

15、解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。的精制螺纹，可用套筒直接连接。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的应用已很少。（）快硬、早强；（）快硬、早强；2. 混凝土混凝土 我国预应力混凝土结构采用的混凝土等级为我国预应力混凝土结构采用的混凝土等级为C40、C50和和C60。在先张法中，混凝标号不应低于在先张法中，混凝标号不应低于40号号。当采用碳素钢丝、。当采用碳素钢丝、钢铰线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土标号不应低于钢

16、铰线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土标号不应低于C40。（）强度高（）强度高 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不，当采用高强钢丝时不低于低于C40。（）收缩和徐变小（）收缩和徐变小可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、

17、夹具的周转率，降低间接费用可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、夹具的周转率，降低间接费用6.2.2 张拉控制应力张拉控制应力 con：指张拉预应力钢筋时，钢筋所控制达到的最大应力值。：指张拉预应力钢筋时，钢筋所控制达到的最大应力值。ANcon个别钢筋可能被拉断；个别钢筋可能被拉断；施工阶段，构件的预拉区可能开裂；施工阶段，构件的预拉区可能开裂；后张法构件端部混凝土产生局部受压破后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏；坏；降低构件延性，降低构件延性，使开裂荷载与破坏荷载使开裂荷载与破坏荷载相近，可能产生脆性破坏；相近，可能产生脆性破坏；增大预应力钢筋的松弛损失；增大预应力钢筋的松弛损失； c

18、on过大时可能出现的问题过大时可能出现的问题 con大的好处大的好处提高预应力钢筋的利用率，减少用钢量提高预应力钢筋的利用率，减少用钢量对混凝土施加的预压应力高，抗裂性能好对混凝土施加的预压应力高，抗裂性能好A预应力筋面积预应力筋面积N张拉设备上的测力计所指示的总张拉力张拉设备上的测力计所指示的总张拉力张拉控制应力限值张拉控制应力限值 在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。张拉控制应力张拉控制应力与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。与

19、所采用的钢筋种类和张拉方式有关。先张先张 ，后张，后张 6.2.3 预应力损失预应力损失预应力筋按张拉后，由于各种原因会下降到一定的程度，这一现象称为预应力筋按张拉后，由于各种原因会下降到一定的程度，这一现象称为预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。 con l = P 有效预应力。有效预应力。预应力损失预应力损失1、张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失、张拉端锚具变形和

20、钢筋内缩引起的预应力损失2、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失3、混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间温差、混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失引起的预应力损失4、预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失、预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失5、混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失、混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失6、环形构件采环形构件采用螺旋式预应力钢筋，由于混凝土的局部挤压引用螺旋式预应力钢筋，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失起的预应力损失预应力损失的种类预应力损失的种类为了减小摩擦阻力损失，一般可采用如下措施：为了减小摩擦阻力损失，一般可采用如下措施： 一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉（1）采用两端同时张拉；）采用两端同时张拉；（2）进行超张拉。）进行超张拉。一般采用的超张拉程序是一般采用的超张拉程序是0con1 . 1con85. 0停停2 2分钟分钟con停停2 2分钟分钟