1、第十二章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一般問題預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的概念及發(fā)展預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分類預(yù)加力的實施方法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的材料與錨具12.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土的概念12.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的概念及發(fā)展鋼筋混凝土存在的問題： 1. 裂縫難于控制，耐久性差； 2. 無法利用高強度鋼材與混凝土，自重較大； 3. 變形過大。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的概念： 在承受外荷載之前，人為地預(yù)先通過張拉鋼筋對結(jié)構(gòu)使用階段產(chǎn)生拉應(yīng)力的混凝土區(qū)域施加壓力，構(gòu)件承受外荷載后，此項預(yù)壓應(yīng)力將抵消一部分或全部由外荷載所引起的拉應(yīng)力；從而推遲裂縫的出現(xiàn)和限制裂縫的開展。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力示意圖 主要優(yōu)點： 與普通混凝土結(jié)構(gòu)相比,

2、提高構(gòu)件的抗裂度，改善了構(gòu)件的受力性能。因此 適用于對裂縫要求嚴格的結(jié)構(gòu)； 由于采用了高強度混凝土和鋼筋，從而節(jié)省材料和減輕結(jié)構(gòu)自重，因此適用于跨度大或承受重型荷載的構(gòu)件； 提高了構(gòu)件的剛度，減少構(gòu)件的變形，因此適用于對構(gòu)件的剛度和變形控制較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件； 提高了結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性、耐疲勞性和抗震能力。 主要缺點： 需要增設(shè)施加預(yù)應(yīng)力的設(shè)備； 制作技術(shù)要求較高； 施工周期較長。12.1.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點1886年，美，P. H. Jackson 獲得用鋼筋對混凝土拱進行張拉以制作樓板的專利1888年，德，W. Dohrung, 將張拉力為60MPa鋼筋澆注于混凝土中，但未獲得理想預(yù)

3、應(yīng)力;1906年，德，B.K.Wettesein,用繃緊的琴弦試制成預(yù)應(yīng)力薄板，是第一個用高強度鋼材試制成預(yù)應(yīng)力混凝土的人1923年，美，R. H. Dill，發(fā)文認為預(yù)應(yīng)力混凝土必須采用高強度鋼材1928年，法，E. Freyssinet，用大于400MPa應(yīng)力的鋼筋施加預(yù)應(yīng)力獲得成功，研究了混凝土徐變收縮性能，建立了第一座預(yù)應(yīng)力混凝土工廠，1941年建造了第一座預(yù)應(yīng)力混凝土橋，研制了弗式錨具及千斤頂二戰(zhàn)后，預(yù)應(yīng)力混凝土橋發(fā)展迅速，各種錨具相繼研制成功。預(yù)應(yīng)力橋梁跨徑不斷增大。12.1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展世界預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的發(fā)展我國預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的發(fā)展1954年，鐵道部研制成第一根預(yù)應(yīng)力混凝

4、土枕梁；1961年，建成56m的預(yù)應(yīng)力混凝土系桿拱橋；1980年，建成主跨174m的重慶長江大橋；預(yù)加應(yīng)力的目的是將混凝土變成彈性材料 從防裂性出發(fā)預(yù)加應(yīng)力的目的是使高強度鋼筋和混凝土共同工作 從極限抵抗破壞承載力計算出發(fā)預(yù)加應(yīng)力的目的是實現(xiàn)荷載平衡 從計算撓度方面出發(fā)，特別有利于理解曲線配筋和等代荷載12.1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的三種概念 12.2 預(yù)應(yīng)力混凝土的分類 國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會（FIP）分類 配筋混凝土按預(yù)應(yīng)力大小劃分四級。 級：全部荷載最不利組合下，正截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力 級：有限預(yù)應(yīng)力，全部荷載最不利組合下，正截面混凝土允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但拉應(yīng)力不超過其抗拉強度（無裂縫）

5、級：部分預(yù)應(yīng)力，全部荷載最不利組合下，正截面混凝土允許出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，但裂縫不得超過規(guī)定容許值。 我國公路橋規(guī)分類 按照使用荷載下對截面拉應(yīng)力控制要求的不同，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件可分為三種 預(yù)應(yīng)力度的定義預(yù)應(yīng)力度定義為消壓彎矩與短期效應(yīng)組合作用下的彎矩之比全預(yù)應(yīng)混凝土 =1全預(yù)應(yīng)力混凝土，是指在各種荷載組合下構(gòu)件截面上均不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。大致相當(dāng)于裂縫控制等級為一級的構(gòu)件。部分預(yù)應(yīng)力混凝土 01部分預(yù)應(yīng)力混凝土，是按在短期荷載作用下，容許混凝土承受某一規(guī)定拉應(yīng)力值或開裂。分為A類構(gòu)件、B類構(gòu)件，相當(dāng)于FIP中的有限預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力。鋼筋混凝土 =0，無預(yù)應(yīng)力構(gòu)件 特點比較 全

6、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件具有抗裂性和抗疲勞性好、剛度大等優(yōu)點，但也存在構(gòu)件反拱值過大，延性差，預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋量大，施加預(yù)應(yīng)力工藝復(fù)雜、費用高等主要缺點。因此適當(dāng)降低預(yù)應(yīng)力，做成有限或部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，即克服了上述全預(yù)應(yīng)力的缺點，同時又可以用預(yù)應(yīng)力改善鋼筋混凝土構(gòu)件的受力性能。 有限或部分預(yù)應(yīng)力混凝土介于全預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土之間，有很大的選擇范圍，設(shè)計者可根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求和環(huán)境條件，選用不同的預(yù)應(yīng)力值以控制構(gòu)件在使用條件下的變形和裂縫，并在破壞前具有必要的延性，因而是當(dāng)前預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一個主要發(fā)展趨勢。 先張法：先張法就是張拉鋼筋先于混凝土構(gòu)件澆筑成型的方法。先張法構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋和混凝

7、土之間的黏結(jié)力傳遞。但是這種力的傳遞過程，需要經(jīng)過一段傳遞長度 ltr才能完成。 先張法先張法預(yù)應(yīng)力混凝土12.3 預(yù)加力的方法與設(shè)備12.3.1預(yù)加應(yīng)力的方法后張法：后張法就是在構(gòu)件澆筑成型后再張拉鋼筋的施工方法。后張法構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力主要靠鋼筋端部的錨具來傳遞。 后張法先張法與后張法優(yōu)缺點比較先張法依靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力錨固；后張法依靠錨具錨固。先張法構(gòu)件需要臺座或鋼模；后張法需要專門張拉設(shè)備；先張法可同時生產(chǎn)多個中小型構(gòu)件；后張法一次只能對單一構(gòu)件進行張拉；先張法的預(yù)應(yīng)力鋼筋線形單一；后張法可以獲得理想的線形；先張法造價較低，但不適用于大跨度結(jié)構(gòu)；后張法需要較多設(shè)備，造價相對較高。后

8、張法12.3.2 預(yù)應(yīng)力錨具及其他設(shè)備 對錨具的要求：受力安全可靠，預(yù)應(yīng)力損失小，構(gòu)造簡單，制造方便，用鋼量少，張拉錨固方便迅速。 錨具12.4.2 預(yù)應(yīng)力錨具、孔道成型一、錨具與連接器按傳力的錨固原理分類：1.摩阻錨具 如契形錨、錐形錨、夾片錨，用于錨固鋼絲束、鋼絞線。一、錨具與連接器2.承壓錨具，如墩頭錨、鋼筋螺紋錨，用于錨固鋼絲束或精軋螺紋鋼筋。一、錨具與連接器3.粘結(jié)錨具，如壓花錨具。4.連接器 用于接長預(yù)應(yīng)力鋼筋。二、其他設(shè)備 1.錨墊板 2.制孔器金屬波紋管塑料波紋管錨墊板3.穿索機 4. 灌漿設(shè)備預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對鋼筋的要求 高強度 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在制作和使用過程中，由于種種原

9、因，會出現(xiàn)各種預(yù)應(yīng)力損失，為了在扣除預(yù)應(yīng)力損失后，仍然能使混凝土建立起較高的預(yù)應(yīng)力值，需采用較高的張拉應(yīng)力，因此預(yù)應(yīng)力鋼筋必須采用高強鋼筋（絲）； 具有一定的塑性 為防止發(fā)生脆性破壞，要求預(yù)應(yīng)方鋼筋在拉斷時，具有一定的伸長率； 良好的加工性能 即要求鋼筋有良好的可焊性，以及鋼筋“鐓粗”后并不影響原來的物理性能； 良好的與混凝土粘結(jié)性能。 12.4 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的材料預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對混凝土的要求 強度高 預(yù)應(yīng)力混凝土只有采用較高強度的混凝土，才能建立起較高的預(yù)壓應(yīng)力，并可減少構(gòu)件截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重。對先張法構(gòu)件，采用較高強度的混凝土可以提高黏結(jié)強度，對后張法構(gòu)件，則可承受構(gòu)件端部強大的

10、預(yù)壓力； 收縮、徐變小 這樣可以減少由于收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失； 快硬、早強 這樣可以盡早施加預(yù)應(yīng)力，加快臺座、錨具、夾具的周轉(zhuǎn)率，以利加快施工進度，降低間接費用。 鋼筋種類規(guī)格強度范圍應(yīng)用范圍鋼絞線sj8.0-15.21470-1860 MPa梁式橋縱向、橫向預(yù)應(yīng)力筋高強鋼絲d=4.5-9mm1470-1860 MPa斜拉索、主纜精軋螺紋鋼筋d=18-40mm540-930Mpa豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土一般C40以上受彎構(gòu)件較多12.4.1 常用預(yù)應(yīng)力混凝土的材料1.強度特點： 與預(yù)應(yīng)力鋼材配套使用。趨勢：使用高強、高性能混凝土，具有高抗?jié)B性、抗凍性。當(dāng)然也有脆性大的弱點。 2.徐變收縮的影響及計算 混凝土的徐變變形12.4.2 預(yù)應(yīng)力混凝土材料性能線性徐變徐變系數(shù)，是加載齡期t0與計算齡期