预应力混凝土.pptx

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1、钢筋混凝土技术与发展,专题1 预应力混凝土,本次授课的主要内容,预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的材料预应力锚具与孔道成型,1 预应力混凝土的基本概念,在结构承受外荷载作用之前，预先对其可能开裂部位的混凝土施加压应力，以抵消或减少外荷载所引起的拉应力，从而达到改善结构使用性能的结构型式称之为预应力结构,以一根预应力混凝土简支梁为例，说明预应力结构的基本工作理。,N,N,N,N,P,P,P,P,压,拉,压,压,压,拉,压,拉,1.1预应力混凝土简支梁的受力情况,由上可得到以下结论：,预应力的作用可部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的抗裂性。对于在使用荷载下出现裂缝的构件，预应力也会

2、起到减小裂缝宽度的作用。,相对于钢筋混凝土结构，预应力混凝土结构具有如下特点：,自重轻，节约工程材料。改善结构的耐久性提高结构的抗疲劳性能增强结构或构件的康健能力,预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型和预应力钢筋张拉的先后顺序，可分为先张法和后张法两大类。,1.2 预应力的施加方法,先张法即先张拉预应力钢筋，后浇筑混凝土的方法。,后张法即先浇筑混凝土构件，当构件混凝土达到一定的强度后，在构件上张拉预应力钢筋的法。又分为后张有粘结和后张无粘结。,先张法,后张法,先张法与后张法对比,1.3预应力度,预应力度是衡量预应力水平的参数，是进行预应力结构研究与设计的最重要的指标。,1）基于抗弯承载力的预应力

3、度,由预应力筋提供的抵抗弯矩,由预应力筋和非预应力筋共同提供的抵抗弯矩,预应力筋和非预应力筋的截面面积,预应力筋和非预应力筋的抗拉强度设计值,预应力筋和非预应力筋形心至混凝土受压区最外纤维的距离,混凝土截面受压区高度,用材料强度与截面特性表达,2）基于钢筋拉力的预应力度,对于高强预应力钢材，无明显屈服台阶，则,3）基于消压弯矩或消压轴力的预应力度,M0 消压弯矩，即将受拉边缘预压应力抵消为零时的弯矩值。M，使用荷载（不包括预应力）下控制截面的弯矩值。N0消压轴向力，即将受拉边缘预压应力抵消为零时的轴向力值。N使用荷载（不包括预应力）下控制截面的轴向拉力。,1.4裂缝控制等级,混凝土结构设计规范

4、（GB 50010-2002）规定，预应力混凝土构件的裂缝控制等级为：,一级严格要求不出现裂缝的构件二级一般要求布出现裂缝的构件三级允许出现裂缝的构件,1.5 预应力结构的基本形式,房屋建筑桥梁工程特种结构路面结构加固改造结构,1.5.1 房屋结构,预应力混凝土框架结构,预应力混凝土平板结构,预应力混凝土门架结构,预应力混凝土转换层结构,预应力钢桁架结构,预应力空间钢结构,预应力钢混凝土组合结构,预应力砌体结构,预应力混凝土框架结构是预应力结构中应用最广的结构型式。,深圳车港预应力工程,1998年竣工。平面尺寸159米104米，无结构缝，柱网25米16米，建筑面积12万平方米，采用有粘结预应力

5、框架结构。我国柱网尺寸最大的预应力混凝土框架结构。,广州国际会议展览中心,广州国际会议展览中心设计的核心理念在于延伸来自珠江的“飘”，是高科技、智能化、生态化完美结合的现代建筑。工程主体为预应力钢筋混凝土框架结构，屋顶采用大跨度预应力张梁钢管桁架。,预应力混凝土平板结构。比较典型的是四柱平板结构。,上海浦东世纪花园地下车库,上海浦东世纪花园是一座高档住宅区，使用功能要求较高。在中部别墅区下方设置地下车库，车库总面积20000平方米，采用无缝预应力顶板（22092）。该工程的难点在于地下室车库的超长无缝预应力混凝土顶板。国家规范规定超过50米长的混凝土结构要设置伸缩缝。而在此，因为采用预应力技术

6、，板长达220米却不用设置施工缝。,预应力混凝土门架结构具有梁柱合一，结构简单、受力合理和施工方便等特点，适用于大跨度、大柱网的工业厂房与公共建筑。,高层建筑中，由于上下部建筑功能的不同，需要在结构型式转换的楼层设置转换层结构。预应力混凝土转换层主要有预应力梁式转换层、板式转换层、桁架式转换层和巨型框架转换层等。,上海市梅陇城一街坊,建筑物立面正中间设有长约14米，高为4层楼高的大洞。结构在六层设钢筋混凝土转换梁以承担上部11层结构重量，转换梁截面为1米3.3米。,将预应力技术应用于钢结构，可改善结构的内力分布，减小变形。,预应力空间钢结构：双曲悬索结构；传统空间结构；吊挂式空间结构；整体张拉

7、式结构。,预应力钢混凝土组合结构兼有组合结构与预应力结构优点。预应力砌体结构：预应力可以增强砌体结构的抗弯和抗剪承载力，提高砌体结构的变形能力和延性，从而改善砌体结构的抗震性能。,1.5.2 桥梁工程,预应力梁桥,预应力刚构桥,预应力拱桥,预应力斜拉桥,预应力悬索桥,1.5.3 特种结构,预应力混凝土储液池、筒仓,预应力混凝土核安全壳,预应力混凝土看台建筑,预应力混凝土高耸结构,1.5.4 路面结构,预应力路面具有面板薄、接缝少、行车平稳、整体性强、使用性能优良，维修费用少。耐久性高等优点。缺点是施工复杂、工期较长、初期投资较大。第一条预应力混凝土路面：法国Luzancy的一座桥的引桥路面。1

8、997和1998分别在南京和徐州建成了两条预应力混凝土路面试验段。,1.5.5 加固改造结构,加固后结构的整体性好加固部分与原结构具有良好的共同工作性能。通常有三方面的作用：1）恢复或提高结构的承载力和刚度；2）托梁抽柱；3）加层改造等。,1.6 预应力混凝土的分类,按预应力度分类按施工工艺分类按预应力体系分类,1.6.1 按预应力度分类,全预应力混凝土即在全部荷载最不利组合作用下，混凝土不出现拉应力；限值预应力混凝土即在全部荷载即荷载效应的短期组合下，截面拉应力不超过混凝土规定的抗拉强度；在长期荷载即荷载效应的长期组合下，截面不出现拉应力的预应力混凝土；部分预应力混凝土即在全部荷载最不利组合

9、作用下，混凝土允许出现裂缝，但最大的裂缝宽度不得超过允许的限值。我国把限值预应力混凝土和部分预应力混凝土一起统称为部分预应力混凝土。普通钢筋混凝土,节约钢材 反拱值不致于过大 延性较好 与全预应力混凝土相比，可简化张拉、锚固等工艺，其综合经济效果较好。计算较为复杂,部分预应力混凝土的特点,1.6.2 按预应力体系分类,体内预应力混凝土结构 体外预应力混凝土结构 预拉预应力混凝土结构 预弯预应力混凝土结构,体内预应力混凝土结构,指预应力筋布置在混凝土构件体内的预应力混凝土结构。按预应力筋与混凝土是否粘结在一起又分为有粘结预应力筋和无粘结预应力筋。按施加预应力时间的先后又可分为先张法和后张法。先张

10、法即先张拉预应力钢筋，后浇筑混凝土的方法。后张法是先浇筑混凝土构件，当构件混凝土达到一定的强度后，在构件上张拉预应力钢筋的方法。看动画演示,体外预应力混凝土结构,是指预应力筋布置在混凝土构件体外的预应力混凝土结构。,预拉预应力混凝土结构,是指在混凝土受压区采用预压的预应力筋或其它加力措施，使混凝土产生预拉应力的预应力混凝土结构。这种预应力方式和通常的预应力方式相结合，将形成混凝土受拉区预压、受压区预拉的双向预应力体系，从而提高构件的抗弯能力，构件的截面尺寸、结构自重将可能减小。,预弯预应力混凝土结构,是指在加荷预弯的劲性钢梁上浇筑混凝土，待混凝土与钢梁结合为整体并达到设计强度后卸载，利用钢梁反

11、弹对混凝土施加预应力的预应力混凝土结构。,1.7 现代预应力混凝土的概念,对于现代预应力混凝土结构，可以用三种不同的理念来理解和分析其性状。,第一种理念：预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料第二种理念：预加应力能使高强钢材和混凝土共同工作并发挥两者的潜力第三种理念：预加应力实现荷载平衡,预应力混凝土三个不同的理念，是从不同角度来解释预应力混凝土的原理。第一种理念是预应力混凝土弹性分析的依据；第二种理念反映了预加应力对发挥高强钢材和混凝土潜力的必要性，也指出了预应力混凝土的强度界限；第三种理念则揭示了预加力和外荷载效应相互关系，同时为预应力混凝土结构设计与分析提供了一种简捷的方法。,2 预

12、应力混凝土材料,预应力混凝土材料包括混凝土和钢筋两种材料。,2.1混凝土,一、对混凝土的要求,1.高强度,2.低收缩、低徐变,3.快硬、早强,高强度混凝土才能充分发挥高强度钢筋的性能，建立尽可能高的预应力，从而提高结构构件的抗裂度和刚度，有效地减小构件截面尺寸和减轻自重。,可减少收缩、徐变引起的预应力损失。,以便尽早施加预应力，加快施工进度，加快设备周转率。,二、混凝土的种类,普通混凝土 采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺生产的水泥混凝土。高强混凝土 采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺，主要依靠添加高效减水剂或同时掺加活性矿物材料，使新拌混凝土具有良好工作性能，硬化后具有高强、高密

13、实性的水泥混凝土。高性能混凝土 大幅提高常规混凝土性能基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水和粗细骨料外，还需掺加足够数量的恬性细掺和料和高性能外加剂的一种新型高技术混凝土。轻骨料混凝土 在混合料中应用轻质骨料而获得的混凝土。,2.2预应力钢筋,一、对预应力筋的要求,1.高强度,2.较好的塑性,3.较好的粘结性能,混凝土预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小。由于构件在制作过程中会出现各种应力损失，因此必须使用高强度的钢筋，才能建立较高的有效张拉应力。,高强钢筋的塑性一般较低，为了保证结构或构件在破坏之前有较大的变形能力，必须保证预应力钢筋有足够的塑性。,先张法构件的预应

14、力主要依靠钢筋和混凝土之间的粘结力来完成。当采用光面高强钢丝时，需经过“刻痕”、“压波”的方法来提高粘结力。,二、预应力筋的种类,按材质划分 金属预应力筋和非金属预应力筋。常用金属预应力筋可分为高强钢筋、钢丝和钢绞线三类 非金属预应力筋主要指纤维增强塑料预应力筋。,1.高强钢筋,1。冷拉热轧低合金钢筋 经过冷拉提高了屈服强度。国内：冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级和冷拉Q275钢筋。2。热处理低合金钢筋 IV级钢经过调质热处理形成V级钢筋 为解决焊接质量问题，在钢筋端部冷轧螺纹，或钢厂直接生产精轧螺纹钢筋，在端部用螺纹套筒连接接长。,精轧螺纹钢筋,热轧中碳低合金钢经调质处理，直径6mm、8

15、.2mm、10mm，抗拉强度1470MPa；,2.高强钢丝,按交货状态分冷拉和矫直回火（或消除应力钢丝）按外形分为光面、刻痕和螺旋筋三种。,预应力钢丝矫直回火后，可消除钢丝冷拔产生的残余应力，其比例极限、屈服强度和弹性模量等有所提高，塑性有所改善，同时解决了矫直向题。通常称为消除应力钢丝。消除应力钢丝松弛损失仍较高。经过稳定化”特殊生产工艺，即在一定温度（如350）和拉应力下应力消除回火处理，冷却至常温。处理后，钢丝松弛值仅为普通钢丝的0.25-0.33左右，称为低松弛钢丝，目前已在国内外广泛应用。,优质碳素钢盘条，经多次冷拔、低温回火消除内应力，直径39mm，抗拉强度14701860MPa,

16、3.钢绞线,预应力混凝土用钢绞线是用多根冷拉钢丝在绞线机上成螺旋形绞合，并经回火处理而成。按其构造不同，可分为：12、13、17钢绞线。直径9.515.2mm，抗拉强度14701960MPa。17钢绞线是由6根外层钢丝围绕着一根中心钢丝（直径加大2.5%）绞成，用的最多。12与13钢绞线仅用于先张法预应力混凝土构件。,4.非金属预应力筋,玻璃纤维增强塑料预应力筋芳纶纤维增强塑料预应力筋碳纤维增强塑料预应力筋 纤维增强塑料预应力筋基本特点：抗拉强度高、抗腐蚀性良好、重量小、热膨胀系救与混凝土相近、抗磁性能好、耐疲劳性能优良、弹性模量小、抗剪强度低等特点。,纤维筋,3 预应力锚具与孔道成型,3.1

17、 预应力锚具,1.定义 锚具是锚固预应力筋的工具，是保证预应力混凝土结构安全可靠的关键部位之一。通常把在构件制作完毕后，能够取下重复使用的称为夹具；锚固在构件端部，与构件联成一体共同受力，不能取下重复使用的称为锚具。2.按锚固方式分类 1）支承式锚具 2）锥形锚具 3）夹片式锚具 4）握裹式锚具,1）支承式锚具（a）螺丝端杆锚具,由螺丝端杆、螺母及垫板组成。锚固原理：利用钢筋螺纹承压进行锚固螺丝端杆锚具与预应力钢筋间采用对接焊接连接，或用套筒式连接器连接。适用于直径36mm以下的冷拉II、III级钢筋。,1）支承式锚具（b）镦头锚具,锚固原理：利用钢丝的镦粗头承压进行锚固张拉端由锚杯和锚圈组成

18、，固定端仅由锚杯组成。适用于锚固直径5mm的高强钢丝束。,2）锥形锚具,由锚圈及带齿的圆锥体锚塞组成。锚固原理：利用钢丝（钢绞线）与锚塞和锚圈之间的摩擦力进行锚固。适用于锚固12根直径5mm、7mm、9mm的高强钢丝，或12根直径12mm、15mm的钢绞线。,3）夹片式锚具（a）JM型锚具,由楔型夹片和锚环组成。锚固原理：利用钢筋或钢绞线与楔型夹片间的摩擦力进行锚固。适用于锚固36根直径12mm钢筋束，或56根直径12mm或15mm的钢绞线束。,2）夹片式锚具（b）群锚（QM、XM、OVM、HVM等）锚固钢绞线束，夹片有二片式和三片式,单孔锚,扁锚 锚固26根钢绞线，用于板类构件,群锚锚固55

19、根以下的钢绞线束,4）固定端锚具（a）P型锚,由挤压筒和锚板组成锚固原理：利用挤压筒对钢绞线的挤压握裹力进行锚固。适用于锚固19根以下的钢绞线束。,锚固原理：利用钢绞线梨形（通过压花设备成型）自锚头与混凝土的粘结进行锚固。适用于55根以下钢绞线束的锚固。,4）固定端锚具（b）H型锚,3.2 孔道成型与灌浆材料,后张有粘结预应力钢筋的孔道成型方法分为抽拔型和预埋型两类。抽拔型是在浇筑混凝土前预埋钢管或充水（充压）的橡胶管，在浇筑混凝土后并达到一定强度时拔抽出预埋管，便形成了预留在混凝土中的孔道。适用于直线形孔道。预埋型是在浇筑混凝土前预埋金属波纹管（或塑料波纹管），在浇筑混凝土后不再拔出而永久留在混凝土中，便形成了预留孔道。适用于各种线形孔道。,灌浆材料流动性、密实性、微膨胀性、对预应力筋的良好保护性能,4 预应力施工工艺,先张法预应力施工工艺2.有粘结后张法预应力施工工艺3.无粘结预应力施工工艺4.体外预应力施工工艺,1.先张法预应力施工工艺,（a）钢筋就位（b）张拉顶应力筋（c）锚固预应力筋，浇筑混凝土（d）放松预应力筋，混凝土预压,2.有粘结后张法预应力施工工艺,（a）预留孔道，浇注混凝土（b）穿顶应力筋，安装锚具（c）张拉预应力筋，混凝土预压（d）锚固预应力筋，孔道灌浆,3.无粘结预应力施工工艺,有粘结与无粘结预应力,4.体外预应力施工工艺,