單元九

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理凝土成鋼——我國(guó)在預(yù)應(yīng)力混凝土領(lǐng)域發(fā)展的卓越成就

我國(guó)在預(yù)應(yīng)力混凝土領(lǐng)域形成了從理論創(chuàng)新到工程應(yīng)用的全產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)：在理論層面建立了國(guó)際領(lǐng)先的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系；在重大工程中實(shí)現(xiàn)世界級(jí)突破，如蘇通大橋、港珠澳大橋的超大跨度預(yù)應(yīng)力技術(shù)、上海中心大廈的核心筒抗震體系。港珠澳大橋

在材料與工藝突破方面引領(lǐng)行業(yè)變革，研發(fā)高強(qiáng)材料（C80混凝土、1860MPa鋼絞線）、智能張拉系統(tǒng)和裝配式工藝；同時(shí)深度融合綠色化與數(shù)字化，通過(guò)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)和再生材料應(yīng)用，樹立可持續(xù)發(fā)展典范。這些創(chuàng)新成果不僅賦能國(guó)內(nèi)超級(jí)工程建設(shè)，更通過(guò)"一帶一路"走向世界，展現(xiàn)了我國(guó)在該領(lǐng)域的技術(shù)主導(dǎo)權(quán)和國(guó)際影響力。凝土成鋼——我國(guó)在預(yù)應(yīng)力混凝土領(lǐng)域發(fā)展的卓越成就01§9-1概述02§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土03§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備目錄單元九預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料01§9-4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料§9-1

概述單元九預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料§9-1概述①能敘述出預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)；②能簡(jiǎn)述混凝土預(yù)加應(yīng)力的原理；③能說(shuō)出預(yù)應(yīng)力混凝土的分類及標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：??說(shuō)明：是重點(diǎn)；既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。??????§9-1概述一、鋼筋砼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

①需要帶裂縫工作(使構(gòu)件剛度下降，不能應(yīng)用于不允許開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)中)；

②無(wú)法充分發(fā)揮高強(qiáng)度鋼筋及高等級(jí)混凝土的作用；

③自重大，構(gòu)件跨徑受到限制。

1、預(yù)應(yīng)力混凝土的定義：預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的內(nèi)力抵銷到一個(gè)合適程度的混凝土。這種預(yù)先給混凝土引入內(nèi)部應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理§9-1概述二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理2、混凝土預(yù)加應(yīng)力的原理:以簡(jiǎn)支梁為例，說(shuō)明混凝土預(yù)加應(yīng)力的原理?！?-1概述§9-1概述二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理上圖所示為一根由C25混凝土制作的素混凝土梁，跨徑L=4m，截面尺寸為200mm×300mm，截面模量W=200×3002/6=3×106mm3，在q=15KN/m的均布荷載作用下的跨中彎矩為：。跨中截面上產(chǎn)生的最大應(yīng)力：

C25混凝土，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，而抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，所以C25混凝土可以承受10MPa的壓應(yīng)力，但承擔(dān)不了10MPa的拉應(yīng)力。實(shí)際上，這根素混凝土梁在q=15KN/m的均布荷載作用下早已斷裂?！?-1概述二、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理在梁端加一對(duì)偏心距e0=50mm，縱向力N=300kN的預(yù)加力，在此預(yù)加力作用下，梁跨中截面上下邊緣混凝土所受到的預(yù)應(yīng)力為：這樣就在梁的下端預(yù)先儲(chǔ)備了10MPa

的壓應(yīng)力，用以抵抗外荷載作用的拉應(yīng)力。在外加作用和預(yù)加縱向力的共同作用下，截面上下邊緣的應(yīng)力為：

這樣的梁承受q=15kN/m

的均布荷載是沒(méi)有問(wèn)題的，而且整個(gè)截面始終處于受壓工作狀態(tài)。§9-1概述三、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、提高構(gòu)件的抗裂度和剛度，避免混凝土出現(xiàn)裂縫或減少裂縫出現(xiàn)；2、增加了結(jié)構(gòu)的耐久性；3、節(jié)省材料，減輕自重；4、可用于建造大跨度承重結(jié)構(gòu)。5、增加結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能；6、需專業(yè)隊(duì)伍、特殊設(shè)備、費(fèi)用高?！?-1概述四、預(yù)應(yīng)力混凝土的分類加筋混凝土結(jié)構(gòu)——混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)配有縱筋的結(jié)構(gòu)。加筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類：

1、全預(yù)應(yīng)力混凝土

2、部分預(yù)應(yīng)力混凝土

3、普通鋼筋混凝土（非預(yù)應(yīng)力混凝土)四、預(yù)應(yīng)力混凝土的分類1、預(yù)應(yīng)力度：由預(yù)加應(yīng)力大小確定的消壓彎矩M0與外荷載產(chǎn)生的彎矩Ms

的比值：

M0

：消壓彎矩，也就是構(gòu)件抗裂邊緣預(yù)壓應(yīng)力抵消到0時(shí)的彎矩；Ms

：按頻遇組合計(jì)算的彎矩。2、加筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類標(biāo)準(zhǔn)：全預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件：λ≥1部分預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件：1＞λ＞0（分為A類和B類）

鋼筋砼構(gòu)件：不施加預(yù)應(yīng)力的砼構(gòu)件，即λ＝0A類：拉而有限B類：裂而有限§9-1概述§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土單元九預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土1、能說(shuō)出部分預(yù)應(yīng)力混凝土的定義；2、能說(shuō)出部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)：?說(shuō)明：是重點(diǎn)；既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。????§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土一、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念1、全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的不足：若按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，“零應(yīng)力”或“無(wú)拉應(yīng)力”是全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。它雖具有剛度大、抗疲勞、防滲漏等優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多不足，如：其截面配筋常由使用荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力的條件控制，其受彎承載力安全系數(shù)往往偏大，浪費(fèi)鋼材；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的反拱過(guò)大，影響行車順適；當(dāng)預(yù)加力過(guò)大時(shí)，錨下混凝土橫向拉應(yīng)變超出極限拉應(yīng)變，易出現(xiàn)沿預(yù)應(yīng)力鋼筋縱向不能恢復(fù)的水平裂縫等?！?-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土一、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念2、部分預(yù)應(yīng)力混凝土的概念：部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是針對(duì)全預(yù)應(yīng)力混凝土在理論和實(shí)踐中存在的問(wèn)題而發(fā)展起來(lái)的。它介于全預(yù)應(yīng)力混凝土和普通混凝土結(jié)構(gòu)之間。即這種構(gòu)件按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，按作用頻遇組合，容許其截面受拉邊緣出現(xiàn)拉應(yīng)力或出現(xiàn)裂縫。如我國(guó)杭州灣大橋的非通航孔橋就采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，通過(guò)"預(yù)應(yīng)力+普通鋼筋"協(xié)同受力，兼顧抗裂性與延性，從而適應(yīng)海洋腐蝕環(huán)境?！?-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土二、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力特征1.部分預(yù)應(yīng)力砼梁的受力特性介于全預(yù)應(yīng)力和鋼筋砼之間；2.荷載較小時(shí)，部分預(yù)應(yīng)力砼梁與全預(yù)應(yīng)力砼梁相似，但部分預(yù)應(yīng)力砼梁的反拱度較??；3.在使用荷載下，部分預(yù)應(yīng)力砼梁即是開(kāi)裂，但裂縫寬度較鋼筋砼梁為小，且閉合能力好；撓度介于全預(yù)應(yīng)力梁與鋼筋砼梁之間。三、部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)省錨具和力筋2.改善了結(jié)構(gòu)性能

(1)由于預(yù)加力小，故反拱減小，錨下砼局部應(yīng)力降低。

(2)裂縫閉合能力強(qiáng)，綜合使用性質(zhì)優(yōu)于鋼筋砼。

(3)由于配置了普通鋼筋，提高了延性，有利于抗震。缺點(diǎn)：1、與全預(yù)應(yīng)力混凝土相比：（1）抗裂性略低，（2）剛度較小，（3）設(shè)計(jì)計(jì)算略為復(fù)雜；2、與普通鋼筋混凝土相比，施工工藝復(fù)雜。§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土四、非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用1、作用：（1）非預(yù)應(yīng)力鋼筋可以改善裂縫的分布，增加極限承載力；（2）提高結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的延性；（3）可以配置在結(jié)構(gòu)中難以配置預(yù)應(yīng)力筋的部分。a)改善裂縫分布及提高強(qiáng)度；b）連續(xù)梁的負(fù)彎矩區(qū)設(shè)置非預(yù)應(yīng)力筋§9-2部分預(yù)應(yīng)力混凝土四、非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用2、按非預(yù)應(yīng)力鋼筋在結(jié)構(gòu)中功能的不同，可分為三種：（1）用非預(yù)應(yīng)力鋼筋來(lái)加強(qiáng)應(yīng)力傳遞時(shí)梁的承載力。（2）用來(lái)承受臨時(shí)作用（荷載）或者意外作用（荷載）。（3）改善梁的結(jié)構(gòu)性能以及提高梁的承載能力?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備單元九預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備1、能敘述先張法和后張法的定義；2、能說(shuō)出并認(rèn)識(shí)部分錨具、千斤頂?shù)仍O(shè)備。學(xué)習(xí)目標(biāo)：??說(shuō)明：是重點(diǎn)；既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。????§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備一、預(yù)加應(yīng)力的主要方法1、先張法

定義：先張法是先張拉鋼筋，后澆筑構(gòu)件混凝土的方法。

特點(diǎn)：靠鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)力來(lái)傳遞和保持預(yù)應(yīng)力。

優(yōu)點(diǎn)：先張法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、工序少，效率高、質(zhì)量容易保證，適宜工廠化大批量生產(chǎn)。

缺點(diǎn)：需要專門的張拉臺(tái)座，基建投資較大。先張法一般宜于生產(chǎn)直線配筋的中小型構(gòu)件?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備一、預(yù)加應(yīng)力的主要方法2、后張法

定義：先澆筑混凝土后張拉鋼筋的方法。張拉鋼筋的同時(shí)，構(gòu)件混凝土受到預(yù)壓。

特點(diǎn)：后張法主要是靠錨具傳遞和保持預(yù)加應(yīng)力的。

優(yōu)點(diǎn)：后張法不用加力臺(tái)座，張拉設(shè)備簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)施工，是生產(chǎn)大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主要方法。預(yù)應(yīng)力鋼筋可按照需要布置成合理的曲線形?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具1、概念

夾具和錨具是在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力筋的工具。一般將構(gòu)件制成后能夠重復(fù)使用的稱為夾具；永遠(yuǎn)錨在構(gòu)件上，與構(gòu)件聯(lián)成一體共同受力，不再取下的稱為錨具。通常將夾具和錨具統(tǒng)稱為錨具。2、對(duì)錨具要求：

（１）錨具受力安全可靠；

（２）預(yù)應(yīng)力損失小；

（３）構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作方便，用鋼量少，價(jià)格便宜；

（４）施工設(shè)備簡(jiǎn)便，張拉錨固方便迅速?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具3、錨具的分類（1）依靠摩阻力錨固的錨具；如錐形錨、夾片式群錨、JM錨（2）依靠承壓錨固的錨具；如鐓頭錨、鋼筋螺紋錨（3）依靠粘結(jié)力錨固的錨具；如先張法的筋束錨固、后張法固定端的鋼絞線壓花錨具§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（1）錐形錨(又稱弗氏錨):包括錨圈和錨塞(又稱錐銷)

。工作原理：通過(guò)張拉鋼束時(shí)頂壓錨塞，將預(yù)應(yīng)力鋼絲卡在錨圈與錨塞間，當(dāng)張拉千斤頂放松預(yù)應(yīng)力鋼絲后，鋼絲向梁內(nèi)回縮時(shí)帶動(dòng)錨塞向錨圈內(nèi)楔緊，這樣預(yù)應(yīng)力鋼絲通過(guò)摩阻力將預(yù)應(yīng)力傳到錨圈，然后由錨圈承壓，將預(yù)加力傳到混凝土構(gòu)件上?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（1）錐形錨優(yōu)點(diǎn)：錨固方便，橫截面積小，便于在梁體上分散布置。

缺點(diǎn)：錨固時(shí)鋼筋回縮量大，預(yù)應(yīng)力損失大，不能重復(fù)張拉或接長(zhǎng)，使鋼筋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度受到千斤頂行程的限制。但近年在這些方面已有較大改進(jìn)。§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（2）鐓頭錨(又稱BBRV錨)§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（3）螺紋錨§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（3）螺紋錨

用于錨固高強(qiáng)粗鋼筋，其構(gòu)造很簡(jiǎn)單，即用一錨固螺帽直接擰緊在已張拉的高強(qiáng)粗鋼筋上的螺紋上。這種錨具構(gòu)件簡(jiǎn)單，施工方便，且較為可靠，預(yù)應(yīng)力損失小?！?-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（4）夾片錨§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備二、夾具和錨具4、幾種常用的錨具（4）夾片錨夾片錨。夾片錨具有各種不同的形式，但都是用來(lái)錨固鋼絞線的。由于近年來(lái)在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中大都采用鋼絞線，因此夾片錨具的使用隨之增多。國(guó)內(nèi)主要的夾片錨具為JM、XM、QM、YM及OVM系列錨具，可錨固由幾根至幾十根鋼絞線組成的鋼束。§9-3預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備三、千斤頂千斤頂：能夠順利進(jìn)行張拉、錨固，與錨具配套的張拉設(shè)備。千斤頂常與錨具配套研制。表9-1所列為國(guó)產(chǎn)錨具常用的千斤頂設(shè)備。右圖為夾片式錨具配套的千斤頂?！?-4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料單元九預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及材料§9-4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料1、能敘述預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)所用混凝土的要求；2、能敘述預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)所用鋼材的要求。學(xué)習(xí)目標(biāo)：?說(shuō)明：是重點(diǎn)；既是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。????一、對(duì)混凝土材料的要求１、強(qiáng)度高。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中常用混凝土強(qiáng)度等級(jí)，《橋規(guī)》規(guī)定：預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C40。2、收縮、徐變小。混凝土的收縮和徐變，使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，因而引起預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力下降，通常稱此為預(yù)應(yīng)力損失。3、快硬、早強(qiáng)。能盡快對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力?！?-4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料二、對(duì)鋼筋的要求§9-4預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料

用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材有鋼筋、鋼絲、鋼絞線三大類。工程上對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼材有下列要求：①高強(qiáng)度②有較好的塑性和可焊性；