第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料

第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料第二篇预应力混凝土结构§12-1概述一、预应力混凝土的提出§12-1概述二、预应力混凝土的基本原理在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力。这种预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，因而可减少甚至避免裂缝的出现。由此达到改善普通砼缺点的目的。基本原理：kpN(a)p或pN(b)(c)或(d)§12-1概述图所示为一根由C30混凝土制做的纯混凝土梁计算跨径：L=4m截面尺寸：200×300mm截面抵抗矩W=200×3002/6=3000000mm3举例说明：200mm300mmL=4m在q=15kN/m的均布荷载作用下跨中截面应力？如果在受荷之前在梁端加一对偏心距e=50mm，N=300kN的预加力，情况如何？15N/mgk200mm300mmL=4m在q=15kN/m的均布荷载作用下跨中截面应力？跨中弯距：截面应力：Nm232151043000088qLMMPa33000010103000000qMW-10MPa+10MPa在梁端加一对偏心距e=50mm，N=300kN的预加力，截面应力？200mm300mmL=4mN=300kNe=50mm+10MPa截面应力：330300103001050200300300000010MPapcNNeAW15N/mgk200mm300mmL=4mN=300kNe=50mm+10MPa-10MPa+10MPa+10MPa在q=15kN/m、N=300kN共同作用下跨中截面应力？截面应力：01010MPa10100qpNNeMAWW§12-1概述在q=15kN/m的均布荷载作用下：跨中弯距：截面应力：2321510430000Nm88qLMMPa10300000010300003WMq在预加力作用下：截面应力：WNeANpc10MPa0300000050103003002001030033在均布荷载和预加力共同作用下：截面应力：0MPa101010100WMWNeANqp后张法先张法后张法(曲线配筋）§12-1概述§12-1概述§12-1概述三、预应力混凝土的优缺点优点：①提高了构件的抗裂度和刚度。②可以节省材料，减少自重，扩大了构件的应用范围。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预应力可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。缺点：①制作工艺复杂，制作技术和施工质量要求高。②需要有专门设备。③预应力反拱度不易控制。④施工周期较长，成本高。§12-2预加应力的方法与设备一、预加应力的主要方法先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。1.先张法工艺放张支模、浇砼并养护锚固张拉钢筋§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备放置预应力钢筋§12-2预加应力的方法与设备张拉预应力钢筋（固定端）§12-2预加应力的方法与设备张拉预应力钢筋（张拉端）§12-2预加应力的方法与设备张拉端锚固§12-2预加应力的方法与设备绑扎普通钢筋、模板安装§12-2预加应力的方法与设备绑扎普通钢筋、模板安装§12-2预加应力的方法与设备浇筑底板混凝土§12-2预加应力的方法与设备浇筑底板混凝土§12-2预加应力的方法与设备放置芯模、顶板钢筋§12-2预加应力的方法与设备放置钢筋后§12-2预加应力的方法与设备浇筑顶板§12-2预加应力的方法与设备放张§12-2预加应力的方法与设备钢丝刷拉毛§12-2预加应力的方法与设备成品§12-2预加应力的方法与设备工作原理特点预应力钢筋：高强钢丝（刻痕）、钢铰线；工艺简单，不必耗费较多的锚具；初期投资费用较高；宜生产直线配筋的中、小型构件。借助与混凝土的粘结力，以获得较好的自锚性能。§12-2预加应力的方法与设备2．后张法先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋并锚固的方法。工艺绑普筋、预留孔道立模、浇砼形成孔道穿预应力筋张拉锚固灌浆封锚§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备工作原理通过锚具来传递和保持预应力。特点适用性较大；工艺复杂；锚具耗用量较多。§12-2预加应力的方法与设备二、锚具1.对锚具的要求①受力安全可靠；②构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少;③张拉锚固方便迅速;④预应力损失要小。§12-2预加应力的方法与设备2.锚具的分类①依靠摩阻力锚固的锚具锥形锚、夹片式群锚等②依靠承压锚固的锚具镦头锚、钢筋螺纹锚等③依靠粘结力锚固的锚具先张法的预应力钢筋锚固、后张法固定端的钢绞线压花锚具等3.桥梁结构中常用的锚具主要用于钢丝束的锚固。（1）锥形锚（又称为弗式锚）由锚圈和锚塞（又称锥销）两部分组成。§12-2预加应力的方法与设备特点锚固方便，锚具面积小，便于在梁体上分散布置；主要锚固钢丝束；锚固时钢丝的回缩量较大，应力损失较其他锚具大；不能重复张拉和接长。主要用于锚固钢丝束，也可锚固直径在14mm以下的预应力粗钢筋。图镦头锚锚具工作示意图（2）镦头锚由锚杯和锚圈组成。特点受力明确，锚固可靠，不会滑丝；锚固时，预应力损失小；对钢丝的下料的长度要精确。（3）钢筋螺纹锚具主要用于锚固高强粗钢筋。特点受力明确，锚固可靠；构造简单，施工方便；能重复张拉和接长。JM锚、群锚（4）夹片锚具JM锚由带单锥孔的锚环、夹片组成。主要用于锚固钢绞线。JM锚、群锚（4）夹片锚具群锚由带锥孔的锚板、夹片及铸铁喇叭形锚垫板所组成。主要用于锚固钢绞线。§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备（5）固定端锚具挤压锚具图12-8压头机的工作原理压花锚具图12-9压花锚具（6）连接器图12-10连接器构造a）锚头连接器b）接长连接器各种锚具都必须配置相应的张拉设备，才能顺利地进行张拉、锚固。与夹片锚具配套的张拉设备，是一种大直径的穿心单作用千斤顶（图12-11）。它常与夹片锚具配套研制。图12-11夹片锚张拉千斤顶安装示意图三、千斤顶§12-2预加应力的方法与设备§12-2预加应力的方法与设备四、预加应力的其他设备1.制孔器抽拔橡胶管波纹管2.水泥浆金属波纹管塑料波纹管§12-3预应力混凝土结构的材料一、预应力钢材1.对预应力钢筋的要求（1）强度要高。（2）有较好的塑性。（3）要具有良好的与混凝土粘结性能。（4）应力松弛损失要低。预应力钢材今后发展的总要求:高强度、粗直径、低松弛、耐腐蚀§12-3预应力混凝土结构的材料图12-12几种常见的预应力钢绞线a）三股钢绞线b）七股钢绞线c）七股拔模钢绞线d）无粘结钢绞线2.预应力钢筋的种类（1）钢绞线§12-3预应力混凝土结构的材料§12-3预应力混凝土结构的材料§12-3预应力混凝土结构的材料图12-13几种常见的预应力高强钢丝a）光面钢丝b）两面刻痕钢丝c）三面刻痕钢丝d）无粘结钢丝束（2）高强度钢丝§12-3预应力混凝土结构的材料应用范围：中、小型预应力混凝土构件箱梁的竖向、横向预应力钢筋。（3）精轧螺纹钢筋§12-3预应力混凝土结构的材料二、混凝土1.对混凝土要求能快硬、早强，以便能及早施加预应力，加快施工进度，提高设备、模板等的利用率；强度高，强度等级不应低于C40；收缩和徐变小。§12-3预应力混凝土结构的材料(1)收缩、徐变对预应力混凝土结构的影响c0(,)ett2.收缩、徐变的影响及其计算《公路桥规》建议的徐变系数计算式为：000,ctttt00tfcmRH0.301001cHtttttttt(2)混凝土徐变变形§12-3预应力混凝土结构的材料0加载龄期（d）40%≤RH＜70%70%≤RH＜90%理论厚度h(mm)理论厚度h(mm)100200300≥600100200300≥60033.903.503.313.032.832.652.562.4473.333.002.822.592.412.262.192.08142.922.622.482.272.121.991.921.83282.562.302.171.991.861.741.691.60602.211.991.881.721.611.511.461.39902.051.841.741.591.491.391.351.28混凝土名义徐变系数表12-1§12-3预应力混凝土结构的材料§12-3预应力混凝土结构的材料（3）混凝土的收缩变形sscsscstttt0,§12-3预应力混凝土结构的材料三、混凝土的配制要求与措施（1）严格控制水灰比。（2）注意选用高标号水泥并宜控制水泥用量不大于500kg/m3。（3）注意选用优质活性掺合料。（4）加强振捣与养护。