重点难点-预应力砼

预应力混凝土结构的基本概念及其材料（4）重点、难点-预应力砼•普通钢筋混凝土构件抗拉极限应变0.1x10-3~0.15x10-3•允许出现裂缝—钢筋的应力150~250N/mm2为什么施加预应力第一节概述•混凝土不开裂—钢筋的应力20~30N/mm2高强度钢筋，应力可达500~1000N/mm2预应力混凝土结构：在承受外荷载作用之前，预先在外荷载作用下的混凝土受拉区施加压应力，以改善结构的使用性能，这种结构称之为预应力混凝土结构钢筋混凝土结构在使用中存在两个主要问题：一是带裂缝工作，二是无法充分利用高强度钢筋的强度。一、预应力混凝土结构的基本原理设有一钢筋混凝土简支梁，计算跨径为L，截面为b×h，承受均布荷载q(含自重在内)，其跨中最大弯矩为M=qL2/8，由均布荷载产生的跨中截面的应力为（拉应力）压应力）下缘：上缘：(62bhMhxhs图σσσ6＋6b（拉）b（压）＋b6（拉）σb6（压）（压）σ6bσ（压）σb66σ（压）σbσ（压）σ6b（压）σb6钢筋混凝土简支梁一种方法是：先在截面重心处施加预压力，hMNy/6产生的截面应力为2/6/6bhMbhhMANyhy在预加力Ny和均布荷载q共同作用下，将该预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、下缘的总应力为压应力）(6266222bhMbhMbhMhshys06622bhMbhMhxhyx另一种方法是：在距截面下缘h/3处（即偏心距e=h/6）处，施加预应力产生的截面应力为在Ny和q共同作用下，上、下缘的总应力为hMNy/30636136222hhMbhbhMbheNbhNyyhys压应力）(6622bhMbheNbhNyyhyx压应力）(66022bhMbhMhshyss06622bhMbhMhxhysx由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在均布荷载q作用下截面下边缘所产生的拉应力全部被抵消，可以避免混凝土出现裂缝，混凝土梁可以全截面参加工作，因而改善了梁中混凝土的抗拉性能。上述截面应力叠加使得混凝土不出现拉应力，说明了预应力混凝土结构工作的基本原理。预应力混凝土结构设计计算的关键问题:预加力的大小以及预加力的作用点位置二、加筋混凝土结构的分类（一）国外加筋混凝土的分类将加筋混凝土按预加应力的大小划分为如下四级：Ⅰ级：全预应力Ⅱ级：有限预应力Ⅲ级：部分预应力Ⅳ级：普通钢筋混凝土结构。对部分预应力混凝土结构的优越性强调不够（二）国内加筋混凝土的分类按其预应力度分成：全预应力混凝土、部分预应力混凝土钢筋混凝土预应力度（λ）：由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩M的比值。即=M0/M•式中：M0——消压弯矩。即将控制截面边缘由预加力产生的预压应力抵消为零时所施加的荷载弯矩。•M——使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩；全预应力混凝土结构——沿预应力筋方向的正截面不应出现拉应力，即≥1部分预应力混凝土结构——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，即10；钢筋混凝土结构——不施加预加应力的混凝土结构，即=0部分预应力混凝土构件分为A类和B类A类：构件正截面混凝土的法向拉应力，不超过规定的极限。对于受弯构件：荷载组合I时为0.8Rlb（Rlb为混凝土抗拉标准强度）；荷载组合II或组合III时为0.9Rlb。B类：构件正截面混凝土的拉应力允许超过A类构件规定的极限。但当出现裂缝时，其裂缝宽度不得超过允许限值。三、预应力混凝土结构的特点优点（1）节省材料，减轻自重，增加跨越能力（2）提高构件的抗裂性、增加截面刚度。（3）可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力（4）结构质量安全可靠（5）预加力还可以作为结构构件的连接手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。缺点（1）最主要的问题是在使用阶段如何保持有效预应力不至于降低到过小（2）需要有一定的专门设备和配备一支技术较熟练的专业队伍。（3）预应力反拱度不易控制。1．先张法先将预应力钢筋张拉并锚固在张力台坐上，后浇筑构件混凝土，待混凝土达到足够的强度后再放张，以此实现预加力的方法第二节预加应力的技术与设备一、预加应力的主要方法图先张法工艺流程示意图压缩压缩浇筑混凝土张拉台座张拉预应力筋伸长放张先张法的特点不专设永久锚具。施工工序简单，张拉钢筋时用临时锚具固定，可以重复使用。在大批量生产时，先张法构件比较经济，质量也比较稳定。预应力筋通常采用直线配筋，不同截面的预加力作用点不能随使用荷载弯矩的变化而调整，因而，先张法只适用于中小跨径受弯构件。2．后张法后张法，是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，利用预设在混凝土构件内的孔道穿入预应力筋，再在梁体上张拉锚固筋束的方法。混凝土压缩压注水泥浆预应力筋束预留孔（或套管）（张拉反力）筋束伸长锚具图后张法流程示意图（张拉力）后张法的特点:后张法的锚固通过专门的锚具来实现.后张法预制构件不需要专门的张拉台座，可以工厂制作，也可以工地现场预制。预应力筋通常采用曲线配筋，不同截面的预加力作用点随使用荷载弯矩的变化而调整，因而，后张法适用于大跨径受弯构件。先张法是先张拉钢筋，靠粘结力来传递并保持预加应力的。后张法是先浇筑构件混凝土，靠工作锚具来传递和保持预加应力的；预应力技术的关键是锚具。先张法所用的临时锚具称为工具锚，又称为夹具。后张法所用的永久性锚具称为工作锚。二、锚具（一）对锚具的要求：•受力安全可靠；•预应力损失要小；•构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少；•张拉锚固方便迅速，设备简单（二）锚具的分类：按其传力锚固受力原理，可分为三类：（1）依靠摩阻力锚固的锚具。（2）依靠承压锚固的锚具。（3）依靠粘结力锚固的锚具。对于不同形式的锚具，往往需要有专门的张拉设备配套使用。因此，在设计施工中，锚具与张拉设备的选择，应同时考虑。（三）桥梁结构中几种常用的锚具1.锥形锚具锥形锚（又称为弗式锚），主要用于钢丝束的锚固。梁体锚下垫板波纹管钢丝束预留孔道锚圈｝锚圈锚塞压浆孔压浆孔钢丝束图8-4锥形锚具锚塞2.墩头锚具墩头锚主要用于锚固钢丝束，也可锚固直径14mm以下的钢筋束锚圈（螺帽）预留孔道锚圈（螺帽）固定端钢丝墩头预留孔道扩孔穿束方向张拉端锚杯钢丝墩头压浆孔接千斤顶锚杯垫板图8-5墩头锚锚具工作示意图3.钢筋螺纹锚具当采用高强粗钢筋作为预应力筋束时，可采用螺旋纹锚具锚固图8-6钢筋螺纹锚具排气孔锚固螺母粗钢筋轧丝锚具钢垫板螺旋钢筋圆垫圈预留孔道梁体钢筋锚固板螺帽迪维达格锚具灌浆排气波纹管4.夹片锚具图8-7夹片锚具配套示意图螺旋钢筋波纹管锚板锥孔铸铁喇叭管工作锚锚板铸铁喇叭管钢绞线工作锚夹片（2）扁形夹片锚具（1）钢绞线夹片锚5.固定端锚具（1）挤压锚具（2）压花锚具图8-8压头机的工作原理软钢套筒硬钢丝螺旋圈活塞杆模具机架钢绞线～6.5)d图8-9压花锚具6.连接器（1）锚头连接器（2）接长连接器图连接器构造已张待接钢绞线后接钢绞线N铸铁喇叭管连接器体挤压锚具夹片外罩钢环钢绞线与挤压锚具连接器体外罩）锚头连接器接长连接器1．千斤顶三、预加应力的其他设备工作锚锚板工作锚夹板喇叭管限位板工具锚夹板工具锚锚板油缸钢绞线活塞图8-11夹片锚张拉千斤顶安装示意图2．制孔器（1）抽拔橡胶管。（2）螺旋金属波纹管（简称波纹管）。3．穿索机（1）液压式(桥梁中多用)。（2）电动式4．压浆机压浆机是孔道灌浆的主要设备。主要由灰浆搅拌桶、贮浆桶和压送灰浆的灰浆泵以及供水系统组成。压浆机的最大工作压力可达约1.50Mpa（15个大气压），可压送的最大水平距离为150m，最大竖直高度为40m。5．张拉台座先张法生产预应力混凝土构件时，需设置用作张拉和临时锚固筋束的张拉台座。第三节预应力混凝土结构的材料一、混凝土1.强度高：必须采用高标号混凝土,（只有高强度混凝土，才能承受很大的压应力,同时，对于先张法构件，可增大混凝土的粘接强度，对于后张法构件，可增大端部混凝土的承压能力）混凝土标号不宜低于C30当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋时，混凝土标号≥C40。2.收缩、徐变小3.快硬、早强二、钢材1.强度高：混凝土预应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小。普通钢筋，由于强度不高，经过一段时间后，预应力丧失殆尽。只有高强钢筋，才能克服各种因素造成的预应力损失，建立预应力。2.较好的塑性和可焊性3.良好的粘结性能4.应力松弛损失低三、预应力筋的种类1.冷拉热轧钢筋2.热处理钢筋（多）3.高强度钢丝4.钢绞线（多）5.冷拔低碳钢丝“单控”：冷拉操作时，仅单一控制冷拉率“双控”：冷拉操作时，同时控制冷拉应力和冷拉率注意：冷拉只能提高抗拉强度，不能提高抗压强度混凝土收缩、徐变的计算1.混凝土的徐变变形计算混凝土的徐变与混凝土的应力关系极大。当混凝土应力h0.6Ra时，混凝土的徐变为非线性徐变。如果h值过大，则徐变应变急剧增加，不再收敛，将导致混凝土破坏。故一般取（0.75～0.80）Ra作为混凝土的长期极限强度（也称为徐变极限强度）。当混凝土所承受的长期应力h0.5Ra时，其徐变应变值c与混凝土应力h之间存在线性关系，此时混凝土的徐变变形可写成ecc——所计算的徐变应变值e——加载（h作用）时的弹性应变（即急变）值；hheE——徐变应变与弹性应变的比例系数，一般称为徐变系数（亦称徐变特征值）。对于用硅酸盐水泥配制的中等程度的普通混凝土，在要求不十分精确时，混凝土徐变c可以用下述方法近似求得。(1)首先计算构件的理论厚度hLuAhhL2Ah——构件的横截面面积（cm2）u——构件与大气接触的周边长度（cm）。（cm）(2)根据相对湿度，受荷载时混凝土的龄期（天）及hL查表12-2得到徐变系数的终值),(t(3)图12-12得到任一时刻t时，徐变系数与徐变终值的比值，则),(t),(t（4）混凝土在任一时刻t的徐变，etc),(),(),(tt2.混凝土的收缩变形计算混凝土的硬化收缩应变是非受力变形。它的变形规律和徐变相似，也是随时间延续而增加，初期硬化时收缩变形明显，以后逐渐变缓。一般第一年的应变可达到（0.15～0.4）×10-3，收缩变形可延续至数年，其终值可达(0.2～0.6)×10-3。对于硅酸盐水泥配制的中等稠度的普通混凝土，在不要求十分精确时，混凝土的收缩应变可按下式近似计算（与徐变类似）),(),(tt——收缩应变与其收缩应变终值的比值[比徐变变形少步骤（4）]图12-12徐变系数(t,)和收缩应变(t,)与其最终的比值曲线图大气条件uAh2徐变系数终极值和收缩应变终值相对湿度75%相对湿度55%(cm)(cm)20602060徐变系数3～62.72.13.82.97～602.21.93.02.5601.41.71.72.0收缩应变①（10—3）3~60.260.210.430.317~600.230.210.320.30600.160.200.190.28项目谢谢！