第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料

1、第第1212章章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土结构的基本概念及其材料 第二篇第二篇 预应力混凝土结构预应力混凝土结构1精品文档12-1 12-1 概概 述述一、预应力混凝土的提出一、预应力混凝土的提出 2精品文档12-1 12-1 概概 述述二、预应力混凝土的基本原理二、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。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

2、缺点的目的。由此达到改善普通砼缺点的目的。u 基本原理：基本原理：kpN(a)p或pN(b)(c)或(d)3精品文档12-1 12-1 概概 述述图所示为一根由图所示为一根由C30C30混凝土制做的纯混凝土梁混凝土制做的纯混凝土梁计算跨径：计算跨径：L=4m截面尺寸：截面尺寸：200300mm截面抵抗矩截面抵抗矩W=2003002/6=3000000mm3 u 举例说明：举例说明： 200mm300mmL=4ml 在在q=15kN/m的均布荷载作用下跨中截面应力？的均布荷载作用下跨中截面应力？l 如果在受荷之前在梁端加一对偏心距如果在受荷之前在梁端加一对偏心距e=50mm，N=300kN的预加

3、力，情况如何？的预加力，情况如何？ 4精品文档15 N/mgk200mm300mmL=4ml 在在q q=15kN/m=15kN/m的均布荷载作用下跨中截面应力？的均布荷载作用下跨中截面应力？跨中弯距：跨中弯距：截面应力：截面应力：N m23215 1043000088qLMMPa330000 10103000000qMW -10MPa+10MPa5精品文档l 在梁端加一对偏心距在梁端加一对偏心距e=50mme=50mm，N=300kNN=300kN的预加力，截面应力？的预加力，截面应力？ 200mm300mmL=4mN=300kNe=50mm+10MPa截面应力：截面应力：330300 10

4、300 1050200 300300000010MPa pcNNeAW 6精品文档15 N/mgk200mm300mmL=4mN=300kNe=50mm+10MPa-10MPa+10MPa+10MPal 在在q q=15kN/m=15kN/m、 N=300kNN=300kN共同作用下跨中截面应力？共同作用下跨中截面应力？截面应力：截面应力：01010MPa10 100qpNNeMAWW 7精品文档12-1 12-1 概概 述述u 在在q q=15kN/m=15kN/m的均布荷载作用下：的均布荷载作用下：跨中弯距：跨中弯距：截面应力：截面应力：23215 10430000N m88qLMMPa1

5、0300000010300003WMqu 在预加力作用下：在预加力作用下：截面应力：截面应力：WNeANpc10MPa0300000050103003002001030033u在均布荷载和预加力共同作用下：在均布荷载和预加力共同作用下：截面应力：截面应力：0MPa101010100WMWNeANqp8精品文档后张法后张法先张法先张法后张法后张法(曲线配筋）曲线配筋）9精品文档12-1 12-1 概概 述述10精品文档12-1 12-1 概概 述述11精品文档12-1 12-1 概概 述述三、预应力混凝土的优缺点三、预应力混凝土的优缺点 u 优点：优点： 提高了构件的抗裂度和刚度。提高了构件的抗

6、裂度和刚度。 可以节省材料，减少自重，扩大了构件的应用范围。可以节省材料，减少自重，扩大了构件的应用范围。 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 结构质量安全可靠。结构质量安全可靠。 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。与施工方法的发展。u缺点：缺点： 制作工艺复杂，制作技术和施工质量要求高。制作工艺复杂，制作技术和施工质量要求高。 需要有专门设备。需要有专门设备。 预应力反拱度不易控制。预应力反拱度不易控制。 施工周期较长，成本高。施工周期较长，成本高。12精品文档

7、12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 一、预加应力的主要方法一、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。先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。1. 1. 先张法先张法工艺工艺放张放张支模、浇砼并支模、浇砼并 养护养护锚固锚固张拉钢筋张拉钢筋13精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 14精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 放置预应力钢筋放置预应力钢筋15精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 张拉预应力钢筋（固定端）张拉预应力钢筋（固定端）16精品文档12-2 12

8、-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 张拉预应力钢筋（张拉端）张拉预应力钢筋（张拉端）17精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 张拉端锚固张拉端锚固18精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 绑扎普通钢筋、模板安装绑扎普通钢筋、模板安装19精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 绑扎普通钢筋、模板安装绑扎普通钢筋、模板安装20精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 浇筑底板混凝土浇筑底板混凝土21精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备

9、 浇筑底板混凝土浇筑底板混凝土22精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 放置芯模、顶板钢筋放置芯模、顶板钢筋23精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 放置钢筋后放置钢筋后24精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 浇筑顶板浇筑顶板25精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 放张放张26精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 钢丝刷拉毛钢丝刷拉毛27精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 成品成品28精品文档12-

10、2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 工作原理工作原理特点特点u 预应力钢筋：高强钢丝（刻痕）、钢铰线；预应力钢筋：高强钢丝（刻痕）、钢铰线；u 工艺简单，不必耗费较多的锚具；工艺简单，不必耗费较多的锚具；u 初期投资费用较高；初期投资费用较高；u 宜生产直线配筋的中、小型构件。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。借助与混凝土的粘结力，以获得较好的自锚性能。29精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 2 2后张法后张法先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力钢筋先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预

11、应力钢筋并锚固的方法。并锚固的方法。工艺工艺绑普筋、预留孔道绑普筋、预留孔道 立模、浇砼立模、浇砼形成孔道形成孔道穿预应力筋穿预应力筋张拉张拉锚固锚固灌浆灌浆封锚封锚30精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 31精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 32精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 33精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 34精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 35精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方

12、法与设备 36精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 37精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 38精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 39精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 工作原理工作原理 通过锚具来传递和保持预应力。通过锚具来传递和保持预应力。特点特点u 适用性较大；适用性较大；u 工艺复杂；工艺复杂；u 锚具耗用量较多。锚具耗用量较多。40精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 二、二、 锚具锚具1. 1. 对锚具的要求对锚具的

13、要求 受力安全可靠；受力安全可靠； 构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少构造简单、紧凑，制作方便，用钢量少; ; 张拉锚固方便迅速张拉锚固方便迅速; ; 预应力损失要小。预应力损失要小。41精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 2. 2. 锚具的分类锚具的分类 依靠摩阻力锚固的锚具依靠摩阻力锚固的锚具锥形锚、夹片式群锚等锥形锚、夹片式群锚等 依靠承压锚固的锚具依靠承压锚固的锚具镦头锚、钢筋螺纹锚等镦头锚、钢筋螺纹锚等 依靠粘结力锚固的锚具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花锚具等

14、42精品文档3. 3. 桥梁结构中常用的锚具桥梁结构中常用的锚具u 主要用于钢丝束的锚固。主要用于钢丝束的锚固。（1 1）锥形锚（又称为弗式锚）锥形锚（又称为弗式锚）u 由锚圈和锚塞（又称锥销）两部分组成。由锚圈和锚塞（又称锥销）两部分组成。43精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 u 特点特点l 锚固方便，锚具面积小，便于在梁锚固方便，锚具面积小，便于在梁 体上分散布置；体上分散布置；l 主要锚固钢丝束；主要锚固钢丝束；l 锚固时钢丝的回缩量较大，应力损锚固时钢丝的回缩量较大，应力损 失较其他锚具大；失较其他锚具大；l 不能重复张拉和接长。不能重复张拉和接长。

15、44精品文档u 主要用于锚固钢丝束，也可锚固直径在主要用于锚固钢丝束，也可锚固直径在14mm14mm以下的预应以下的预应 力粗钢筋。力粗钢筋。图图 镦头锚锚具工作示意图镦头锚锚具工作示意图（2 2）镦头锚）镦头锚u 由锚杯和锚圈组成。由锚杯和锚圈组成。u 特点特点l 受力明确，锚固可靠，不会滑丝；受力明确，锚固可靠，不会滑丝；l 锚固时，预应力损失小；锚固时，预应力损失小；l 对钢丝的下料的长度要精确。对钢丝的下料的长度要精确。 45精品文档（3 3）钢筋螺纹锚具）钢筋螺纹锚具u 主要用于锚固高强粗钢筋。主要用于锚固高强粗钢筋。u 特点特点l 受力明确，锚固可靠；受力明确，锚固可靠；l 构造简

16、单，施工方便；构造简单，施工方便；l 能重复张拉和接长。能重复张拉和接长。46精品文档JMJM锚锚、群锚群锚（4 4）夹片锚具）夹片锚具u JM锚锚由带单由带单锥孔的锚环、夹片组成。锥孔的锚环、夹片组成。u 主要用于锚固钢绞线。主要用于锚固钢绞线。47精品文档JMJM锚锚、群锚群锚（4 4）夹片锚具）夹片锚具u 群锚群锚由带锥孔的锚板、夹片及铸铁喇叭形锚垫板所组成。由带锥孔的锚板、夹片及铸铁喇叭形锚垫板所组成。u 主要用于锚固钢绞线。主要用于锚固钢绞线。48精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 49精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与

17、设备 50精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 51精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 52精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 53精品文档（5 5）固定端锚具）固定端锚具 挤压锚具挤压锚具图图12-8 12-8 压头机的工作原理压头机的工作原理 54精品文档 压花锚具压花锚具图图12-9 12-9 压花锚具压花锚具55精品文档（6 6）连接器）连接器图图12-10 12-10 连接器构造连接器构造a a）锚头连接器）锚头连接器 b b）接长连接器）接长连接器 56精品文档各种锚具各种锚具都必须

18、配置相应的张拉设备，才能顺利地进行张拉、锚固。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（图12-1112-11）。它常与夹片锚具配套研制。）。它常与夹片锚具配套研制。 图图12-11 12-11 夹片锚张拉千斤顶安装示意图夹片锚张拉千斤顶安装示意图三、千斤顶三、千斤顶57精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 58精品文档12-2 12-2 预加应力的方法与设备预加应力的方法与设备 四、预加应力的其他设备四、预加应力的其他设备1. 1.

19、制孔器制孔器u 抽拔橡胶管抽拔橡胶管u 波纹管波纹管2.2.水泥浆水泥浆 金属波纹管金属波纹管塑料波纹管塑料波纹管59精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 一、预应力钢材一、预应力钢材1.1.对预应力钢筋的要求对预应力钢筋的要求（1 1）强度要高。）强度要高。（2 2）有较好的塑性。）有较好的塑性。（3 3）要具有良好的与混凝土粘结性能。）要具有良好的与混凝土粘结性能。（4 4）应力松弛损失要低。）应力松弛损失要低。l 预应力钢材今后发展的总要求预应力钢材今后发展的总要求: :高强度、粗直径、低松弛、耐腐蚀高强度、粗直径、低松弛、耐腐蚀60精品文档12-3

20、12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 图图12-12 12-12 几种常见的预应力钢绞线几种常见的预应力钢绞线 a a）三股钢绞线）三股钢绞线 b b）七股钢绞线）七股钢绞线 c c）七股拔模钢绞线）七股拔模钢绞线 d d）无粘结钢绞线）无粘结钢绞线 2.2.预应力钢筋的种类预应力钢筋的种类（1 1）钢绞线）钢绞线61精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 62精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 63精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 图图12-13 12-13 几种

21、常见的预应力高强钢丝几种常见的预应力高强钢丝 a a）光面钢丝）光面钢丝 b b）两面刻痕钢丝）两面刻痕钢丝 c c）三面刻痕钢丝）三面刻痕钢丝 d d）无粘结钢丝束）无粘结钢丝束（2 2）高强度钢丝）高强度钢丝64精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 应用范围：应用范围：l 中、小型预应力混凝土构件中、小型预应力混凝土构件l 箱梁的竖向、横向预应力钢筋。箱梁的竖向、横向预应力钢筋。 （3 3）精轧螺纹钢筋）精轧螺纹钢筋65精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 二、混凝土二、混凝土1. 1. 对混凝土要求对混凝土要求u 能快硬、早强，以便能及早施加预应力，加快施工能快硬、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；进度，提高设备、模板等的利用率；u 强度高，强度等级不应低于强度高，强度等级不应低于C40C40；u 收缩和徐变小。收缩和徐变小。66精品文档12-3 12-3 预应力混凝土结构的材料预应力混凝土结构的材料 (1) (1) 收缩、徐变对预应力混凝土结构的影响收缩、徐变对预应力混凝土结构的影响c0( ,)et t 2. 2. 收缩、徐变的影响及其计算收缩、徐变的影响及其计算公路桥规公路桥规建议的徐变系数计算式为：建议的徐变系数计算式为：