预应力混凝土耐久性PPT学习教案

1、会计学15.7 5.7 预应力混凝土梁和板预应力混凝土梁和板5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板基本概念：基本概念：优点：优点：分类分类按按施加预应力的方法施加预应力的方法分：分： 先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土；先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土；按按预加应力的程度预加应力的程度分：分： 全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土；全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土；按按预应力钢筋与混凝土的粘结状况预应力钢筋与混凝土的粘结状况分：分：有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土、体外预应力混凝土有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土、体外预应力混凝土。第1页

2、/共75页0pcttkpctf0tkpctf全预应力混凝土：全预应力混凝土：由于预加应力由于预加应力 pc较大，受拉边缘仍处较大，受拉边缘仍处于受压状态，于受压状态，不会出现拉应力；不会出现拉应力；(裂缝控制一级）裂缝控制一级）有限预应力混凝土：有限预应力混凝土：受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂； (裂缝控制裂缝控制二级）二级）部分预应力混凝土：部分预应力混凝土：受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，度，虽然会产生裂缝，但对最大裂缝宽度予以限制但对

3、最大裂缝宽度予以限制。 (裂缝控制三级）裂缝控制三级）预应力混凝土分类预应力混凝土分类 P.1785 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第2页/共75页裂缝控制等级裂缝控制等级规范规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：个等级：一级：一级：严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件。二级：二级：一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件。三级：三级：允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第3页/共75页结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制(mm)钢筋混凝土结构预应力混凝土结

4、构环境类别裂缝控制等级最大裂缝宽度限制裂缝控制等级最大裂缝宽度限制一三0.3三0.2二三0.2二三三0.2一环境分类混凝土结构的使用环境类别环境类别说 明一工业与民用建筑室内环境；无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土壤直接接触的环境a室内潮湿环境；露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境二b寒冷及严寒地区的露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境三沿海环境；使用除冰盐的环境；海面大气区四海水潮汐区；浪溅区；海水下环境；水位变动区五受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境表中四、五类环境为港口工程和工业防腐设计用，详细说明及耐久性设计要求按港口工程技术规范 （混凝土和钢筋混凝土） JTJ228

5、、 229 及 工业建筑防腐蚀设计规范 GBJ46的规定进行。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第4页/共75页生活中预应力概念的应用生活中预应力概念的应用5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第5页/共75页生活中预应力概念的应用生活中预应力概念的应用5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第6页/共75页预应力坝工程中预应力概念的应用工程中预应力概念的应用第7页/共75页5.7.1 施加预应力的方法和材料 P.179先张法先张法（一）施加方法（一）施加方法5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第8页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第9页/共75页后张法后张法5

6、混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第10页/共75页后张法后张法5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第11页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第12页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第13页/共75页（二）锚具和夹具（二）锚具和夹具 P.1815 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第14页/共75页图 螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第15页/共75页第16页/共75页第17页/共75页第18页/共75页(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端图 镦头锚具镦头锚具镦头锚具5 混凝土结构5.7

7、 预应力混凝土梁和板第19页/共75页 锥塞式锚具锥塞式锚具5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第20页/共75页夹片式锚具夹片式锚具JM2型型XM型、型、QM型型5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第21页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第22页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第23页/共75页锥形夹具、楔形夹具锥形夹具、楔形夹具第24页/共75页梳子板夹具梳子板夹具第25页/共75页（三）张拉控制应力（三）张拉控制应力 P.194在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的

8、压表）所控制的总张拉力总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的得到的应力称为应力称为张拉控制应力张拉控制应力 con。pconpconAN,5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第26页/共75页P.1955 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第27页/共75页在下列情况下，在下列情况下， con可提高可提高0.05 fptk： 为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；内设置的预应力筋；为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失

9、。失。 为避免为避免 con的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规规范范规定规定 con不应小于不应小于0.4 fptk。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第28页/共75页（四）预应力混凝土的材料（四）预应力混凝土的材料1、预应力钢筋、预应力钢筋 P.182 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。 必须必须具有一定的塑性具有一定的塑性;同时还要求具有良好的加工性能。同时还要求具有良好的加工性能。 对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土和与混凝土良好的粘结良好的粘结性能性能。 宜用钢绞线、钢丝

10、、热处理钢筋等。宜用钢绞线、钢丝、热处理钢筋等。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第29页/共75页2、混凝土、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土 P.182一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高，当采用高强钢丝时不低于强钢丝时不低于C40。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第30页/共75页5.7.2 预应力混凝土梁板的构造（自学） P.182（一）截面形式和尺寸（一）截面形式和尺寸（二）预应力钢筋的配置形式（二）预应力钢筋的配置形式（三）钢筋设置（三）钢筋设置5 混凝土结构5.7 预应

11、力混凝土梁和板第31页/共75页1、先张法、先张法预应力钢筋（丝）的净间距预应力钢筋（丝）的净间距 不应小于公称直径的不应小于公称直径的1.5倍。并且：倍。并且： 当预应力钢筋为钢绞线时，其净距不应小于当预应力钢筋为钢绞线时，其净距不应小于20或或25mm； 当预应力钢筋为钢丝时，其净距不宜小于当预应力钢筋为钢丝时，其净距不宜小于15mm。混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度 不应小于公称直径和附录不应小于公称直径和附录B的规定；的规定；（四）一般构造要求（四）一般构造要求5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第32页/共75页钢筋、钢丝的锚固钢筋、钢丝的锚固 先张法预应力混凝土构件应保证钢筋（

12、丝）与混凝土之间有先张法预应力混凝土构件应保证钢筋（丝）与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用变形钢筋、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝、钢可靠的粘结力，宜采用变形钢筋、刻痕钢丝、螺旋肋钢丝、钢绞线等。绞线等。端部附加钢筋端部附加钢筋 5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第33页/共75页当采用多根预应力钢筋时，在构件端部当采用多根预应力钢筋时，在构件端部10倍预应力钢筋倍预应力钢筋直径范围内，应设置直径范围内，应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网。片与预应力钢筋垂直的钢筋网。采用钢丝配筋的预应力薄板，在端部采用钢丝配筋的预应力薄板，在端部100mm范围内，应范围内，应适当加密横向钢筋。适当加密横向钢筋。

13、5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第34页/共75页2、后张法、后张法预留孔道的构造要求预留孔道的构造要求5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板5030第35页/共75页2、后张法、后张法预留孔道的构造要求预留孔道的构造要求 构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于 12m。孔道灌浆所用的水泥砂浆强度等级不应低于。孔道灌浆所用的水泥砂浆强度等级不应低于M20，水，水灰比宜为灰比宜为0.40.45，为减少收缩，宜掺入，为减少收缩，宜掺入0.01%水泥用量的铝水泥用量的铝粉。粉。凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。凡需要起拱的

14、构件，预留孔道宜随构件同时起拱。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第36页/共75页曲线预应力钢筋的曲率半径曲线预应力钢筋的曲率半径 钢丝束、钢绞线束以及钢筋直径钢丝束、钢绞线束以及钢筋直径d12mm的钢筋束，不的钢筋束，不宜小于宜小于4m。 1225mm的钢筋，不宜小于的钢筋，不宜小于15mm。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第37页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板 端部构造端部构造第38页/共75页5.7.3 预应力损失预应力损失 P.199预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，原因，预

15、应力筋中应力会从预应力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损预应力损失失。由于预应力通过张拉预应力筋得到，由于预应力通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：主要有：5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第39页/共75页1 1、锚具损失、锚具损失 l1 P.249P.249 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧

16、以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为 l1。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第40页/共75页2 2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。距离的增加而逐渐减少的现象。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第41页/共75页3 3、温差损失、温差损失 l3 为缩短为缩短先张法先张法构件的生产周期，常采用蒸

17、汽养护加快混凝构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。土的凝结硬化。升温时升温时，新浇混凝土尚未结硬新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失 l3。降温时降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，粘结作用，两者共同回缩（热线膨胀系数相近，无相互作用两者共同回缩（热线膨胀系数相近，无相互作用力），力）

18、，已产生预应力损失已产生预应力损失 l3无法恢复无法恢复。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第42页/共75页4 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失 l4钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。这种现象称为松弛。由此引起的预应力损失称为松弛损失。由此引起的预应力损失称为松弛损失。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第43页/共75页5 5、收缩徐变损失、收缩徐变损失 l5混凝土硬化时产生的混凝土硬化时

19、产生的收缩收缩和在长期预压作用下产生的和在长期预压作用下产生的徐变徐变，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。，引起预应力损失。一般情况下，收缩徐变损失在总预应力损失中所占比例最大一般情况下，收缩徐变损失在总预应力损失中所占比例最大。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第44页/共75页6、预应力损失的组合、预应力损失的组合预应力损失分为两批：预应力损失分为两批：混凝土预压混凝土预压前前完成的损失完成的损失 lI；混凝土混凝土开始开始预压及预压及随后随后完成的损失完成的损失 lII。5 混凝土结构5.7 预

20、应力混凝土梁和板第45页/共75页预应力损失的组合预应力损失的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）损失lIl1 +l2+l3+l4l1 +l2混凝土预压后（第二批）损失lIIl5l4+l55 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第46页/共75页考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，生不利影响，规范规范规定当总损失值规定当总损失值 l = lI + lII小于下列数小于下列数值时，按下列数值取用，值时，按下列数值取用，先张法构件先张法构件 100MPa后张法构件后张法构件 80MPa P.2005 混凝土结

21、构5.7 预应力混凝土梁和板第47页/共75页5.7.4 预应力混凝土梁板设计要点预应力混凝土梁板设计要点 P.200设计内容：设计内容： 使用阶段受弯及受剪承载力计算；使用阶段受弯及受剪承载力计算； 裂缝控制；裂缝控制； 变形验算；变形验算； 施工阶段截面应力验算。施工阶段截面应力验算。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板5.7 预应力混凝土梁和板第48页/共75页5.8 混凝土结构耐久性设计5.8 5.8 预制构件的施工阶段验算及连接预制构件的施工阶段验算及连接 P.205 自学自学5 混凝土结构第49页/共75页5.8 混凝土结构耐久性设计耐久性耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，

22、在正常维护条是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固就能满足正常使用和安全功件下，不需要进行大修和加固就能满足正常使用和安全功能要求的能力。能要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年年，重要的建筑物，重要的建筑物可取可取100年年。5.9 5.9 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计 P.2085 混凝土结构第50页/共75页Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability第51页/共75页Highway Bridge in Servi

23、ce New York State, US第52页/共75页一、影响混凝土结构耐久性的因素内部因素：内部因素： 混凝土强度混凝土强度 渗透性渗透性 保护层厚度保护层厚度 水泥品种水泥品种 标号和用量标号和用量 外加剂等外加剂等外部因素：外部因素： 环境温度环境温度 湿度湿度 CO2含量含量 侵蚀性介质等侵蚀性介质等5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第53页/共75页1、混凝土的冻融破坏、混凝土的冻融破坏 多余的水份多余的水份滞留在混凝土毛细孔中。低温时水份因结冰产滞留在混凝土毛细孔中。低温时水份因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。 反复冻融多

24、次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。引起结构破坏。 防止混凝土冻融破坏的主要措施是防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比降低水灰比，减少混凝减少混凝土中多余的水份土中多余的水份。 冬季施工时，应冬季施工时，应加强养护加强养护，防止早期受冻，并掺入防冻剂，防止早期受冻，并掺入防冻剂等。等。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第54页/共75页2、混凝土的碱集料反应、混凝土的碱集料反应混凝土集料中的某些混凝土集料中的某些活性矿物活性矿物与混凝土微孔中的与混凝土微孔中的碱性溶液碱性溶液产生化学反应称为碱集料反应。产生化学反应

25、称为碱集料反应。引起碱集料反应有三个条件引起碱集料反应有三个条件：混凝土的凝胶中有碱性物质混凝土的凝胶中有碱性物质。骨料中有活性骨料骨料中有活性骨料水分水分5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第55页/共75页3、侵蚀性介质的腐蚀、侵蚀性介质的腐蚀硫酸盐腐蚀硫酸盐腐蚀酸腐蚀酸腐蚀海水腐蚀海水腐蚀5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第56页/共75页贵州铝厂柱开胀第57页/共75页嘉裕关结构梁腐蚀破坏第58页/共75页张掖碱泉村第59页/共75页张掖墙面第60页/共75页张掖高架桥墩第61页/共75页青海化工厂桥柱第62页/共75页青海化工厂桥面护栏第63页/共75页团结湖桥柱第64

26、页/共75页沈阳山海关高速公路路椽石第65页/共75页沈阳山海关高速公路冬季撤盐第66页/共75页沈阳山海关掺入硅灰、减水剂、超细粉煤灰的路缘第67页/共75页4、混凝土的碳化、混凝土的碳化由于大气中的二氧化碳（由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发）与混凝土中的碱性物质发生反应，生反应，使混凝土的使混凝土的Ph值降低值降低。其他物质，如。其他物质，如SO2、H2S，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的的Ph值降低，这就是混凝土的碳化。值降低，这就是混凝土的碳化。混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题混凝土的碳化是

27、混凝土结构耐久性的重要问题。混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与化，所需要的时间与碳化速度碳化速度、混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度、混凝混凝土密实性土密实性以及以及覆盖层情况覆盖层情况等因素有关。等因素有关。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第68页/共75页5、钢筋锈蚀、钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第69页/共75页二、结构工作环境类别混凝土结构的耐久性与结构工作的混凝土结构的耐久性与

28、结构工作的环境环境有密切关系。有密切关系。表 11-3 混凝土结构的使用环境类别环境类别说 明一室内正常环境；无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与土壤直接接触的环境a室内潮湿环境；露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境二b寒冷及严寒地区的露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境三使用除冰盐的环境；严寒寒冷地区的水位变动区；滨海地区室外环境；四海洋环境（海水潮汐区；浪溅区；海水下环境）五受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第70页/共75页三、保证耐久性的措施1 最小保护层厚度最小保护层厚度：对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命对一、二、三

29、类环境一般建筑结构（设计工作寿命50年）年），规范规范规定了最小混凝土保护层厚度。规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保年），混凝土保护层厚度应适当增加。护层厚度应适当增加。2 混凝土的要求混凝土的要求：混凝土密实性混凝土密实性减小水灰比和保证水泥用量。减小水灰比和保证水泥用量。控制混凝土中氯离子含量。控制混凝土中氯离子含量。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第71页/共75页表 11-4 结构混凝土耐久性的基本要求环境类别水灰比不大于水泥用量不少于(kg/m3)混凝土强度等级不小于氯离子含量不大于一0.65200C151.00%a0.60225C200.30%二b0.55250C250.30%三0.50275C300.15%注：1、氯离子含量按水泥总重量的百分率计算；2、 预应力构件的混凝土中的氯离