预应力混凝土原理及分类

1、道路桥梁工程技术专业道路桥梁工程技术专业预应力混凝土原理及分类预应力混凝土原理及分类能力目标能力目标预应力混凝土预应力混凝土的基本原理的基本原理 目标目标预应力混凝预应力混凝土的分类土的分类目标预应力混凝土预应力混凝土的特点的特点顶推顶推施工施工任务任务1.1.预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理 任务任务2.2.预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类任务任务3.3.预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点本节任务本节任务资讯预应力混凝土结构(prestressed concrete structure)是指结构在承受外荷载以前，预先采用人为的方法，在结构内部形成一种应力状态，使结构在使用阶

2、段产生拉应力的区域先受到压应力，这项压应力将与使用阶段荷载产生的拉应力抵销一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。（a）预压力作用 （b）荷载作用 （c）预压力与荷载共同作用任务任务1.1.预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 图示，跨经为图示，跨经为L截面为截面为bh，承受均部荷载，跨中，承受均部荷载，跨中最大弯矩为最大弯矩为M的简支梁的简支梁sc2hIMcs26bhMcs2hIeNANppppcs 图示，跨经为图示，跨经为L的简支梁的简支梁62bheNbhNppppcsepNpspcsc)2(2hIeNANhIMppp

3、pccbssssb0pccsstkpccfss0tkpccfss由于预加应力由于预加应力s spc较大，受拉边缘仍处于受较大，受拉边缘仍处于受压状态，压状态，不会出现开裂；不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np =0）的的开裂明显推迟开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。任务任务2.2.预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类在

4、现代预应力混凝土结构学中，通常把在使用荷载作用下，沿预应力筋方向的正截面始终不出现拉应力的预应力混凝土，称为“全预应力混凝土”；把普通钢筋混凝土称为“非预应力混凝土（non-pre-stressed structure）”；把介于钢筋混凝土与全预应力混凝土之间，预应力程度不同的整个区间的预应力混凝土，称为“部分预应力混凝土（partially pre-stressed concrete structure）”。（1）国际预应力协会将加筋混凝土按预加应力的大小划分为级、级、级、级分别为全预应力、有限预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构。其中有限预应力也成为部分预应力A类，其中部分预应力也成为部

5、分预应力B类。（2）国内加筋混凝土结构的分类我国按预应力度分成全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土等三种结构的分类方法。12.1.11 1）国外配筋混凝土结构的分类）国外配筋混凝土结构的分类 IIII级：有限预应力混凝土级：有限预应力混凝土 有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。用下，混凝土不得受拉的要求设计。I I级：全预应力混凝土级：全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件全预应力混全凝土是指在各种荷载组合

6、下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。配筋混凝土结构配筋混凝土结构预应力、部分预应力、普通钢筋预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构混凝土结构IIIIII级：部分预应力混凝土级：部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。IVIV级：普通钢筋混凝土级：普通钢筋混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出

7、现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。1 1）国外配筋混凝土结构的分类）国外配筋混凝土结构的分类2 2）国内配筋混凝土结构的分类）国内配筋混凝土结构的分类材料 我国按照工程习惯，根据预应力度将配筋混凝土我国按照工程习惯，根据预应力度将配筋混凝土分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土。钢筋混凝土。（1 1）预应力度的定义）预应力度的定义公路桥规公路桥规将受弯构件的的预应力度将受弯构件的的预应力度( () )定义为：定义为：由预应力大小确定的消压弯矩由预应力大小确定的消压弯矩M M0 0与外荷载产生的弯矩与外荷载产生的弯矩M M的比值

8、。的比值。MM01.根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类 全预应力混凝土： 1，沿预应力筋方向的正截面不出现拉应力； 部分预应力混凝土：10，沿预应力筋方向的正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝；当对拉应力加以限制时，为部分预应力混凝土A类构件；当拉应力超过规定限值或出现不超过限值的裂缝时，为部分预应力混凝土B类构件。 钢筋混凝土：=0，无预加应力。 先张法先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方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，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传法。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

9、传递：过程，需要经过一段传递递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度长度 ltr才能才能完成完成。 先张法 先张法预应力混凝土先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。凝土之间的粘结力来传递的。2.2.预应加力的主要方法预应加力的主要方法: :预应力的施加方法，按预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型混凝土浇筑成型和和预应力钢筋张拉预应力钢筋张拉的先后顺序，可分为的先后顺序，可分为先张法先张法和和后张法后张法两大类。两大类。 将预应力钢筋用夹具将预应力钢筋用夹具固定于台座或钢模上固定于台座或钢模上 支模、帮扎非预应支模、帮扎非预应力钢筋、浇

10、注混凝土力钢筋、浇注混凝土 待混凝土达到预定待混凝土达到预定强度后，切断或放松强度后，切断或放松钢筋，使混凝土产生钢筋，使混凝土产生预压应力。预压应力。先张法的工序先张法的工序 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的工序后张法的工序 浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道 待混凝土达到预定强度后，用千斤顶张拉钢筋，用锚具将张拉端预应力钢筋锚固 用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道，使预应力钢筋与孔道壁产生粘结力a

11、. 预留孔道；b. 穿预应力筋、张拉；c. 预应力筋锚固；d. 孔道压浆、封锚预留孔道预留孔道穿预应力筋穿预应力筋压浆封锚压浆封锚张拉张拉v 按照粘结方式分类有粘结预应力混凝土 无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土是继有粘结预应力混凝土和部分预应力混凝土之后又一种新的预应力形式。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可以纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋spcsp锚具下

12、混凝土局部承压问题 1. 有粘结预应力混凝土优点有粘结预应力混凝土优点 （1）提高了构件的抗裂度和刚度。由于对构件施加预应力，大大推迟了裂缝的出现，在使用荷载作用下，构件可不出现裂缝，或使裂缝推迟出现，所以提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。具有良好的裂缝闭合性能和变形恢复性能。当结构卸载时，预应力能很好地使裂缝闭合及变形恢复。（2）材料，减小自重，降低造价。其结构由于必须采用高强度材料，因此可减少钢筋用量和构件截面尺寸，节省钢材和混凝土，降低结构自重，对大跨度和重荷载结构有着明显的优越性。（3）结构质量安全可靠。提高构件的抗剪能力。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的

13、出现与开展，又由于预应力混凝土梁的曲线钢筋（束）合力的竖向分力将部分地抵消剪力。 提高受压构件的稳定性。当受压构件长细比较大时，在受到一定的压力后便容易被压弯，以致丧失稳定而破坏。如果对钢筋混凝土柱施加预应力，使纵向受力钢筋张拉得很紧，不但预应力钢筋本身不容易压弯，而且可以帮助周围的混凝土提高抵抗压弯的能力。 任务任务3.3.预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点v 4）增强结构耐久性（durability）。由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝或减小裂缝宽度,因而可以减少大气或侵蚀性介质对钢筋的侵蚀,从而延长构件的使用期限. 因为具有强大预应力的钢筋，在使用阶段因加荷或卸荷所引起的应力变化幅度相对较小，故此可提高抗疲劳强度，这对承受动荷载的结构来说是很有利的。 v （5）具有良好的经济性。对于适合预应力技术的结构，做预应力可以比做普通结构省20%40%的混凝土和30%60%的纵筋；与钢结构相比则可以减少一半以上的造价。v （6）能促进桥梁新体系的发展。承载力的大幅度提高，跨越能力明显增强，尤其和连续梁体系相配合使用，更能发挥其优越性。v2. 无粘结预应力混凝土结构的优点：无粘结预应力混凝土结构的优点：v（1）结构自重轻，造价较低。v（2）施工简便、速度快、不需要预留孔道。v（3）也不必灌浆，抗腐蚀能力强。v（4）使用性能良好，易于推广应用。v3. 无粘结预应力混凝