预应力混凝土的一般问题

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12.1.1预应力混凝土的概念12.1预应力混凝土结构的概念及发展钢筋混凝土存在的问题：

1.裂缝难于控制，耐久性差；

2.无法利用高强度钢材与混凝土，自重较大；

3.变形过大。预应力混凝土构件的概念：

在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混凝土区域施加压力，构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分或全部由外荷载所引起的拉应力；从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展。预应力混凝土结构受力示意图

主要优点：

与普通混凝土结构相比,①提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此适用于对裂缝要求严格的结构；②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，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件；③提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件；④提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。

主要缺点：

①需要增设施加预应力的设备；

②制作技术要求较高；

③施工周期较长。12.1.2预应力混凝土结构的优缺点1886年，美，P.H.Jackson获得用钢筋对混凝土拱进行张拉以制作楼板的专利1888年，德，W.Dohrung,将张拉力为60MPa钢筋浇注于混凝土中，但未获得理想预应力;1906年，德，B.K..Wettesein,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1923年，美，R.H.Dill，发文认为预应力混凝土必须采用高强度钢材1928年，法，E.Freyssinet，用大于400MPa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工厂，1941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。12.1.3预应力混凝土结构的发展世界预应力结构的发展我国预应力结构的发展1954年，铁道部研制成第一根预应力混凝土枕梁；1961年，建成56m的预应力混凝土系杆拱桥；1980年，建成主跨174m的重庆长江大桥；预加应力的目的是将混凝土变成弹性材料从防裂性出发预加应力的目的是使高强度钢筋和混凝土共同工作从极限抵抗破坏承载力计算出发预加应力的目的是实现荷载平衡从计算挠度方面出发，特别有利于理解曲线配筋和等代荷载12.1.4预应力混凝土结构的三种概念

12.2预应力混凝土的分类

国际预应力混凝土协会（FIP）分类

配筋混凝土按预应力大小划分四级。

Ⅰ级：全部荷载最不利组合下，正截面混凝土不出现拉应力

Ⅱ级：有限预应力，全部荷载最不利组合下，正截面混凝土允许出现拉应力，但拉应力不超过其抗拉强度（无裂缝）

Ⅲ级：部分预应力，全部荷载最不利组合下，正截面混凝土允许出现开裂现象，但裂缝不得超过规定容许值。

我国＜公路桥规＞分类

按照使用荷载下对截面拉应力控制要求的不同，预应力混凝土结构构件可分为三种．

①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．②全预应混凝土

λ>=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。③部分预应力混凝土

0<λ<1—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。④钢筋混凝土

λ=0，无预应力构件特点比较

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。

①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，需要经过一段传递长度ltr才能完成。

先张法先张法预应力混凝土12.3预加力的方法与设备

12.3.1预加应力的方法②后张法：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，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。

后张法先张法与后张法优缺点比较先张法依靠钢筋与混凝土之间的粘结力锚固；后张法依靠锚具锚固。先张法构件需要台座或钢模；后张法需要专门张拉设备；先张法可同时生产多个中小型构件；后张法一次只能对单一构件进行张拉；先张法的预应力钢筋线形单一；后张法可以获得理想的线形；先张法造价较低，但不适用于大跨度结构；后张法需要较多设备，造价相对较高。后张法12.3.2预应力锚具及其他设备

①对锚具的要求：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。

锚具12.4.2预应力锚具、孔道成型一、锚具与连接器按传力的锚固原理分类：1.摩阻锚具如契形锚、锥形锚、夹片锚，用于锚固钢丝束、钢绞线。一、锚具与连接器2.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钢筋。一、锚具与连接器3.粘结锚具，如压花锚具。4.连接器用于接长预应力钢筋。二、其他设备

1.锚垫板2.制孔器金属波纹管塑料波纹管锚垫板3.穿索机4.灌浆设备预应牲力混仇凝土码结构伯对钢惕筋的鲜要求①高强绑度预应老力混降凝土崖构件娇在制王作和耕使用规过程你中，包由于森种种希原因声，会戏出现戒各种凭预应倾力损宝失，柿为了楚在扣炸除预冠应力读损失搞后，垂仍然打能使牲混凝趋土建间立起虚较高将的预巷应力育值，瓣需采遗用较膊高的樱张拉哨应力轨，因戚此预扩应力殖钢筋蝇必须肤采用刘高强灾钢筋辨（丝袖）；②具有肠一定河的塑睁性为防翅止发治生脆澡性破乱坏，咽要求滑预应烘方钢茄筋在绒拉断婆时，包具有刚一定酒的伸著长率；③良好南的加扯工性彼能即要让求钢萝筋有继良好兵的可此焊性赢，以葡及钢泪筋“镦粗”后并梁不影检响原肯来的籍物理娱性能；④良好榆的与邀混凝订土粘矮结性冲能。12类.4预应盈力混盼凝土波构件懂的材坦料预应秒力混锁凝土奇结构抹对混春凝土腿的要微求①强度甲高预应旧力混始凝土楚只有辆采用拖较高厘强度死的混辰凝土留，才默能建金立起坝较高偷的预康压应棕力，央并可士减少叛构件仰截面枪尺寸风，减卵轻结扭构自歌重。泉对先副张法纹构件突，采圣用较信高强滩度的困混凝师土可崭以提灯高黏闲结强轮度，硬对后稼张法偶构件遍，则帆可承瞧受构菌件端脱部强蛙大的手预压蜜力；②收缩度、徐陪变小这样联可以歉减少惕由于块收缩创、徐姐变引范起的舰预应块力损睬失；③快硬遍、早涌强这样庸可以申尽早网施加叫预应绸力，件加快逆台座若、锚铸具、简夹具今的周须转率炼，以肯利加窑快施砌工进劲度，五降低排间接津费用裙。钢筋种类规格强度范围应用范围钢绞线φsj8.0-15.21470-1860MPa梁式桥纵向、横向预应力筋高强钢丝d=4.5-9mm1470-1860MPa斜拉索、主缆精轧螺纹钢筋d=18-40mm540-930Mpa竖向预应力钢筋混凝土一般C40以上受弯构件较多12烦.4旋.1常用殖预应女力混恼凝土汁的材侮料1.强度挥特点买：与预膀应力芬钢材其配套烧使用找。趋短势：肤使用卸高强朋、高鞋性能探混凝壮土，米具有穿高抗怜渗性浊、抗敞冻性谱。当烈然也谜有脆井性大扶的弱牙点。2.徐变很收缩骑的影芬响及瘦计算混凝高土的新徐变胜变形12居.4份.2预应渗力混凝凤土材焰料性自能线性衬徐变徐变番系数悬，是缓加载肯龄期t0与计母算龄径期t的函洽数。名义绿徐变顿系数徐变碗发展剥系数2.徐变霉收缩神的影两响及布计算混凝洲土的呀徐变抢变形环境着平均傲相对个湿度混凝抵土平哈均抗贫压强舞度构件堪理论拆厚度