现代预应力结构设计与施工

现代预应力结构一、设计二、材料与器具三、施工四、耐久性五、检测六、工程应用预应力的作用：1、提高混凝土结构的刚度和抗裂度2、利用高强材料的一种手段3、调整结构内力及形成柔性结构刚度的方法设计预应力基本原理由于预加应力spc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。预应力张拉施工千斤顶工作原理先张法后张法10.2施加预应力的方法先张法节省锚具Pretension先张法预应力施加预应力的方法后张法预应力后张法Post-tension局部承压设计有粘结与无粘结结预应力无粘结预应力混混凝土★锚具的可靠性★高强钢丝的可靠靠度★一定要有非预应力筋三、平衡荷载概概念取荷载平衡法r当w=gk时，曲线预应力筋筋对混凝土产生生横向分布压力力恰好抵消梁均布恒荷载gk。按这种方法设计计的预应力混凝凝土结构称为平平衡荷载法。张拉控制应力和和预应力损失◆在张拉预应力筋筋对构件施加预预应力时，张拉拉设备（千斤顶顶油压表）所控控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面面积Ap得到的应力称为为张拉控制应力力scon。◆它是预应力筋在在在构件受荷以以前所经受的最最大应力。◆张拉控制应力scon取值越高，预应应力筋对混凝土土的预压作用越越大，可以使预预应力筋充分发发挥作用。◆但σcon取值过高，可能能会在张拉时引引起破断事故，，产生过大应力力松弛。因此，，《规范》规定了张拉控制制应力限值[scon]。因为对预应力筋筋的张拉过程是是在施工阶段进进行的，同时张张拉预应力筋也也是对它进行的的一次检验，所所以表中[scon]是以预应力筋的的标准强度给出出的，且[scon]可不受抗拉强度度设计值的限制制。在下列情况下，，[scon]可提高0.05fptk：⑴为提高构件在施施工阶段的抗裂裂性能，而在使使用阶段受压区区内设置的预应应力筋；⑵为部分抵消应力力松弛、摩擦、、分批张拉和温温差产生预应力力损失。为避免scon的取值过低，影影响预应力筋充充分发挥作用，，《规范》规定scon不应小于0.4fptk。预应力损失◆预应力筋张拉后后，由于混凝土土和钢材的性质质以及制作方法法上原因，预应力筋中应力力会从scon逐步减少，并经过相当长长的时间才会最最终稳定下来，，这种应力降低低现象称为预应应力损失。◆由于最终稳定后后的应力值才对对构件产生实际际的预应力效果果。因此，预应应力损失是预应应力混凝土结构构设计和施工中中的一个关键的的问题。◆过高或过低估计计预应力损失，，都会对结构的的使用性能产生生不利影响。由于预应力的通通过张拉预应力力筋得到，凡是是能使预应力筋筋产生缩短的因因素，都将引起起预应力损失，主要有：◆锚固损失：锚具变形引起预预应力筋的回缩缩、滑移◆摩擦损失：在预应力筋张拉拉过程中，后张张法预应力筋与与孔道壁之间的的摩擦，先张法法预应力筋与锚锚具之间以及折折点处的摩擦，，也会使张拉应应力造成损失。。◆混凝土的收缩和和徐变引起的损损失◆松弛损失：长度不变的预预应力筋，在高高应力的长期作作用下会产生松松弛，会引起预预应力损失。◆温差损失：先张法中的热养养护引起的温差差损失◆弹性压缩损失：混凝土弹性压缩缩，后张法中后后拉束对先张拉拉束造成的压缩缩变形而产生分分批张拉损失等等。锚固损失σl1预应力筋张拉后后锚固时，由于于锚具受力后变变形、垫板缝隙隙的挤紧以及钢钢筋在锚具种的的内缩引起的预预应力损失记为为sl1。对直线预应力筋筋，对于曲线预应力力筋张拉锚固时时，由于锚具变变形和钢筋内缩缩a(mm)，使预应力筋有有回缩的趋势，，从而产生反向摩擦力以阻止其内缩。。反向摩擦力只在在一定的影响长长度lf(m)内发生，即在距张拉端lf处，预应力筋的的内缩值为零。。锚固损失的计算算原理根据预应力曲线线或折线筋与孔孔道壁间反向擦擦影响长度内的的预应力筋总变变形与预应力筋筋内缩和锚具变变形值相协调的的原理确定锚固固损失，即式中为预应力筋筋的内缩和锚具具变形值a(mm），Ep为预应力筋的弹弹性模量（N/mm2），w为锚固损失的应应力图形面积。。设反向摩擦和正正向摩擦相同Ds=2sl2锚固损失与反弯弯点的关系计算实例摩擦损失sl2摩擦损失是指在在后张法张拉钢筋时，由由于预应力筋与与周围接触的混混凝土或套管之之间存在摩擦，，引起预应力筋筋应力随距张拉拉端距离的增加加而逐渐减少的的现象。直线预应力筋曲线预应力筋q为张拉端与计算算截面曲线部分分的切线夹角（（rad）设该夹角很小，，可近似取张拉拉端到计算截面面的距离x=rq，则摩擦损失sl2为，若一端张拉两端张拉超张拉减少摩擦损失的的措施热养护损失sl3为缩短先张法构构件的生产周期期，常采用蒸汽汽养护加快混凝凝土的凝结硬化化。升温时，新浇混混凝土尚未结硬硬，钢筋受热膨膨胀，但张拉预预应力筋的台座座是固定不动的的，亦即钢筋长长度不变，因此此预应力筋中的的应力随温度的的增高而降低，，产生预应力损损失sl3。降温时，混凝土土达到了一定的的强度，与预应应力筋之间已具具有粘结作用，，两者共同回缩缩，已产生预应应力损失sl3无法恢复。设养护升温后，，预应力筋与台台座的温差为Dt℃，取钢筋的温度度膨胀系数为1×10-5/℃，则有，钢筋松弛损失sl4钢筋在高应力长长期作用下具有有随时间增长产产生塑性变形的的性质。在长度度保持不变的条条件下，应力值值随时间增长而而逐渐降低，这这种现象称为松松弛。应力松弛与初始始应力水平和作作用时间长短有有关。根据应力松弛的的长期试验结果果，《规范》取普通预应力钢丝和钢绞线：低松弛预应力钢钢丝和钢绞线：当scon≤0.7fptk时，当0.7fptk<scon≤0.8fptk时，ψ为超张拉系数，，一次张拉时，，取ψ=1；超张拉时，取取ψ=0.9。当scon≤0.5fptk时，可不考虑应应力松弛损失，，即取sl4=0。收缩徐变损失sl5混凝土的收缩和徐变，都会导致预应应力混凝土构件件长度的缩短，，预应力筋随之之回缩，引起预预应力损失。由于收缩和徐变变是同时随时间间产生的，且影影响二者的因素素相同时随变化化规律相似，《规范》将二者合并考虑虑。《规范》对混凝土收缩和和徐变引起的损损失，按下列公公式计算：先张法后张法An=Ac+asAs先张法后张法A0=Ac+apAp+asAs预应力损失的组组合预应力混凝土构构件从预加应力力开始即需要进进行计算，而预预应力损失是分分批发生的。因因此，应根据计计算需要，考虑虑相应阶段所产产生的预应力损损失。⑴混凝土预压前完完成的损失lI；⑵混凝土预压后完完成的损失lII。根据上述预应力力损失发生时间间先后关系，具具体组合见表。。考虑到预应力损损失计算的误差差，在总损失计计算值过小时，，产生不利影响响，《规范》规定当总损失值值l=lI+lII小于下列数值时时，按下列数值值取用，先张法构件100MPa后张法构件80MPa混凝土弹性压缩缩引起的损失sle先张法构件放张张时，预应力筋与混混凝土一起受压压缩短，引起预预应力筋应力降降低。设混凝土预压应应力在弹性范围围，则根据钢筋筋与混凝土共同同变形的条件，，可得混凝土弹弹性压缩引起的的损失sle为，对后张法构件，，当一次张拉所所有预应力筋时时，无弹性压缩缩损失。预应力度的概念念1、应力比陈惠玲提出：σpc有效预压应力；；σsc外荷载在混凝土土中产生的拉应应力。3、部分预应力比比2、弯矩比预应力实用设计方法1、根据使用条件短期荷载组合长期荷载组合2、承载力极限状状态裂缝宽度与名义义拉应力对于后张拉预应应力混凝土结构构，每配置受拉拉区面积1%普通钢筋可以提提高名义拉应力力容许值4MPa柱中预应力筋线线型锚具、材料、张张拉设备夹片式锚具预应力筋总成预应力钢材预应力用金属波波纹管张拉端锚具、喇喇叭管等固定端锚具（一一）固定端锚具（二二）镦头锚具预应力用连接器器预应力筋在连续续梁中布置预应力钢筋3钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结结而成的一种高高强预应力筋，，其中以7股钢绞线应用最最多。7股钢绞线的公称称直径为9.5~15.2mm，通常用于无粘粘结预应力筋，，强度可高达1860MPa。2股和3股钢绞线用途不不广，仅用于某某些先张法构件件，以提高与混混凝土的粘结强强度。二、混凝土——预应力混凝土要要求采用高强混混凝土★可以施加较大的的预压应力，提提高预应力效率率；★有利于减小构件件截面尺寸，以以适用大跨度的的要求；★具有较高的弹性性模量，有利于于提高截面抗弯弯刚度，减少预预压时的弹性回回缩；★徐变较小，有利利于减少徐变引引起的预应力损损失；★与钢筋有较大粘粘结强度，减少少先张法预应力力筋的应力传递递长度；★有利于提高局部部承压能力，便便于后张锚具的的布置和减小锚锚具垫板的尺寸寸；★强度早期发展较较快，可较早施施加预应力，加加快施工速度，，提高台座、模模具、夹具的周周转率，降低间间接费用一般预应力混凝凝土构件的混凝凝土强度等级不不低于C30，当采用高强钢钢丝时不低于C40。纤维丝纤维布碳纤维布芳纶纤维布PBO布玻璃纤维布纤维板CFRP板GFRP板材FRP蜂窝板材CFRP型材纤维筋(a)Leadline(b)CFCC(c)FiBRA(b)Arapree圆形矩形(a)Technora光圆变形绞线张拉的千斤顶柳州海威姆建筑筑机械有限公司司

开发张拉监监控系统42.6MPa时有1.0MPa的误差，施工设备的改进进：真空灌浆工艺真空灌浆示意图图真空压浆的基本本原理首先采用真空泵泵抽吸预应力孔孔道中的空气，，使孔道真空度度达到-0．1MPa左右(至少不低于-0．06MPa)，然后将将水泥浆压人到到孔道中，从而而减少气泡及泌泌水影响，提高高孔道压浆的饱饱满度，对预应应力筋形成密实实的保护层，达达到耐久的防护护目的。耐久性1．影响预应力混混凝土结构耐久久性的主要因素素内因：混凝土的的水灰比、保护护层厚度、最大大裂缝宽度、混混凝土的浇筑及及养护质量等；；外因：环境侵蚀蚀条件、环境相相对湿度及温度度等因素。后张预应力：预预应力筋的防腐腐及锚固状况、、管道灌浆密实实度等因素。2.横向裂缝在0．1—0．3mm范围内对预应力力混凝土结构耐耐久性影响不大大，表明现行混混凝土结构规范范中规定的裂缝缝宽度标准能满满足耐久性要求求。3、在侵蚀环境下下，预应力筋的的腐蚀破坏通常常可分为两种类类型：1）应力腐蚀引起起的破坏。2）氢脆腐蚀导致致的破坏。力筋的腐蚀断裂裂需要具备以下下三个条件：(1)足够大的拉应力力；(2)侵蚀性介质的存存在；(3)力筋表面存在局局部腐蚀坑或缺缺陷(如凹坑、裂纹等等)。工程调查表明：：在其它主要影影响因素不对结结构耐久性产