第12章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材料

1、第二篇 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)第12章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及其材料12.1 概 述鋼筋混凝土構(gòu)件由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低，而采用鋼筋來(lái)代替混凝土承受拉力。但是，混凝土的極限拉應(yīng)變也很小，每米僅能伸長(zhǎng)（0.100.15）mm，若混凝土伸長(zhǎng)值超過(guò)該極限值就要出現(xiàn)裂縫。如果要求構(gòu)件在使用時(shí)混凝土不開(kāi)裂，則鋼筋的拉應(yīng)力只能達(dá)到（2030）MPa；即使允許開(kāi)裂，為了保證構(gòu)件的耐久性，常需將裂縫寬度限制在（0.20.25）mm以內(nèi)，此時(shí)鋼筋拉應(yīng)力也只能達(dá)到（150250）MPa，可見(jiàn)高強(qiáng)度鋼筋是無(wú)法在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度的。由上可知，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用中存在如下兩個(gè)問(wèn)題：一是需要帶裂縫工作

2、，由于裂縫的存在，不僅使構(gòu)件剛度下降，而且使得鋼筋混凝土構(gòu)件不能應(yīng)用于不允許開(kāi)裂的場(chǎng)合；二是無(wú)法充分利用高強(qiáng)材料。當(dāng)荷載增加時(shí)，靠增加鋼筋混凝土構(gòu)件的截面尺寸或增加鋼筋用量的方法來(lái)控制構(gòu)件的裂縫和變形是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)檫@必然使構(gòu)件自重（恒載）增加，特別是對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)，隨著跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。這使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的使用范圍受到很大限制。要使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的發(fā)展，就必須克服混凝土抗拉強(qiáng)度低這一缺點(diǎn)，于是人們?cè)陂L(zhǎng)期的工程實(shí)踐及研究中，創(chuàng)造出了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。12.1.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理所謂預(yù)應(yīng)力混凝土，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)

3、力，且其數(shù)值和分布恰好能將使用荷載產(chǎn)生的應(yīng)力抵消到一個(gè)合適程度的配筋混凝土。例如，對(duì)混凝土或鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)預(yù)先施加壓應(yīng)力，使之建立一種人為的應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力的大小和分布規(guī)律，能有利于抵消使用荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因而使混凝土構(gòu)件在使用荷載作用下不致開(kāi)裂，或推遲開(kāi)裂，或者使裂縫寬度減小。這種由配置預(yù)應(yīng)力鋼筋再通過(guò)張拉或其他方法建立預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)以圖12-1所示的簡(jiǎn)支梁為例，進(jìn)一步說(shuō)明預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理。設(shè)混凝土梁跨徑為L(zhǎng)，截面為b×h，承受均布荷載q（含自重在內(nèi)），其跨中最大彎矩為MqL2/8，此時(shí)跨中截面上、下緣的應(yīng)力圖12-1c)為假如預(yù)

4、先在離該梁下緣h/3（即偏心距eh/6）處，設(shè)置高強(qiáng)鋼絲束，并在梁的兩端對(duì)拉錨固圖12-1a) ，使鋼束中產(chǎn)生拉力Np，其彈性回縮的壓力將作用于梁端混凝土截面與鋼束同高的水平處圖12-1b)，回縮力的大小亦為Np，。如令Np=3M/h，則同樣可求得Np作用下，梁上、下緣所產(chǎn)生的應(yīng)力圖12-1d)為圖12-1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)基本原理圖a）簡(jiǎn)支梁受均布荷載q作用 b）預(yù)加力Np作用于梁上 c）荷載q作用下的跨中截面應(yīng)力分布圖d）預(yù)加力Np作用下的跨中截面應(yīng)力分布圖 e）梁在q和Np共同作用下的跨中截面應(yīng)力分布圖現(xiàn)將上述兩項(xiàng)應(yīng)力疊加，即可求得梁在q和Np共同作用下，跨中截面上、下緣的總應(yīng)力圖12-

5、1e)為由于預(yù)先給混凝土梁施加了預(yù)壓應(yīng)力，使混凝土梁在均布荷載q作用時(shí)在下邊緣所產(chǎn)生的拉應(yīng)力全部被抵消，因而可避免混凝土出現(xiàn)裂縫，混凝土梁可以全截面參加工作。這就相當(dāng)于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以達(dá)到充分利用高強(qiáng)鋼材的目的。上述概念就是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本原理。其實(shí)，預(yù)應(yīng)力原理的應(yīng)用早就有了，而且在日常事物中的例子也很多。例如在建筑工地用磚鉗裝卸磚塊，被鉗住的一疊水平磚塊不會(huì)掉落；用鐵箍緊箍木桶，木桶盛水而不漏等，這些都是運(yùn)用預(yù)應(yīng)力原理的淺顯事例。 從圖12-1還可看出，預(yù)壓力Np必須針對(duì)外荷載作用下可能產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)有計(jì)劃地施加。因?yàn)橐行У氐窒夂奢d作用所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，這不僅與N

6、p的大小有關(guān)，而且也與Np所施加的位置(即偏心距e的大小)有關(guān)。預(yù)加力Np所產(chǎn)生的反彎矩與偏心距e成正比例，為了節(jié)省預(yù)應(yīng)力鋼筋的用量，設(shè)計(jì)中常常盡量減小Np值，因此在彎矩最大的跨中截面就必須盡量加大偏心距e值。如果沿全梁Np值保持不變，對(duì)于外彎矩較小的截面，則需將e值相應(yīng)地減小，以免由于預(yù)加力彎矩過(guò)大，使梁的上緣出現(xiàn)拉應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂縫。預(yù)加力Np在各截面的偏心距e值的調(diào)整工作，在設(shè)計(jì)時(shí)通常是通過(guò)曲線配筋的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這在后面的受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)中將作進(jìn)一步介紹。12.1.2 配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類國(guó)內(nèi)通常把全預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)總稱為配筋混凝土結(jié)構(gòu)系列。1）國(guó)外配筋混凝土

7、結(jié)構(gòu)的分類1970年國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（FIP）歐洲混凝土委員會(huì)（CEB）建議，將配筋混凝土按預(yù)加應(yīng)力的大小劃分為如下四級(jí)：I級(jí)：全預(yù)應(yīng)力在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力；II級(jí)：有限預(yù)應(yīng)力在全部荷載最不利組合作用下，正截面上混凝土允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但不超過(guò)其抗拉強(qiáng)度（即不出現(xiàn)裂縫）；在長(zhǎng)期持續(xù)荷載作用下，混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力；III級(jí)：部分預(yù)應(yīng)力在全部荷載最不利組合作用下，構(gòu)件正截面上混凝土允許出現(xiàn)裂縫，但裂縫寬度不超過(guò)規(guī)定容許值；IV級(jí)：普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這一分類方法，由于對(duì)部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性強(qiáng)調(diào)不夠，容易給人們?cè)斐烧`解，認(rèn)為這是質(zhì)量的分等，似乎I級(jí)比II級(jí)

8、好，II級(jí)比III級(jí)好等，形成盲目去追求I級(jí)的不正確傾向。事實(shí)上應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用的要求，區(qū)別情況選用不同的預(yù)應(yīng)力度。針對(duì)這種分類方法存在的缺點(diǎn)，國(guó)際上已逐步改用按結(jié)構(gòu)功能要求合理選用預(yù)應(yīng)力度的分類方法。2）國(guó)內(nèi)配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類根據(jù)國(guó)內(nèi)工程習(xí)慣，我國(guó)對(duì)以鋼材為配筋的配筋混凝土結(jié)構(gòu)系列，采用按其預(yù)應(yīng)力度分成全預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土等三種結(jié)構(gòu)的分類方法。（1）預(yù)應(yīng)力度的定義公路橋規(guī)將受彎構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力度（）定義為由預(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，即 式中 消壓彎矩，也就是構(gòu)件抗裂邊緣預(yù)壓應(yīng)力抵消到零時(shí)的彎矩； 按作用（或荷載）短期效應(yīng)組合計(jì)算的彎矩值；

9、 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力度。（2）配筋混凝土構(gòu)件的分類全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在作用（荷載）短期效應(yīng)組合下控制的正截面受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力（不得消壓），即1；部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在作用（荷載）短期效應(yīng)組合下控制的正截面受拉邊緣出現(xiàn)拉應(yīng)力或出現(xiàn)不超過(guò)規(guī)定寬度的裂縫，即10；鋼筋混凝土構(gòu)件不預(yù)加應(yīng)力的混凝土構(gòu)件，即= 0。（3）部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類由上可知，部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件就是指其預(yù)應(yīng)力度介于以全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件為兩個(gè)界限的中間廣闊領(lǐng)域內(nèi)的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。這一定義是采用了包括CEB/FIP規(guī)范中的有限預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力這兩部分的廣義定義?？梢钥闯?，對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)

10、件，如何根據(jù)結(jié)構(gòu)使用要求，合理地確定構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力度（）是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。為了設(shè)計(jì)的方便，公路橋規(guī)又將在作用（荷載）短期效應(yīng)組合下控制的正截面受拉邊緣允許出現(xiàn)拉應(yīng)力的部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分為以下兩類：A類：當(dāng)對(duì)構(gòu)件控制截面受拉邊緣的拉應(yīng)力加以限制時(shí)，為A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件；B類：當(dāng)構(gòu)件控制截面受拉邊緣拉應(yīng)力超過(guò)限值或出現(xiàn)不超過(guò)寬度限值的裂縫時(shí)，為B類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。3）配筋混凝土結(jié)構(gòu)的其他分類方法配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類，除以上方法外，在國(guó)內(nèi)外尚有建議按照配筋情況來(lái)分類的。即認(rèn)為結(jié)構(gòu)構(gòu)件中同時(shí)配有一部分預(yù)應(yīng)力鋼筋和另一部分非預(yù)應(yīng)力鋼筋的混合配筋混凝土結(jié)構(gòu)，才是部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。當(dāng)構(gòu)件中全部

11、配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，而沒(méi)有按受力配置的非預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，則為全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；當(dāng)構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋為零，而僅有非預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，則為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。但上述這種分類方法，因?yàn)闆](méi)有明確規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力值，構(gòu)件實(shí)際預(yù)加力的大小很不明確，也無(wú)法定義構(gòu)件在使用階段的受力性能（如拉應(yīng)力大小和裂縫寬度等），所以國(guó)內(nèi)一般不采用這種分類方法。12.1.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有下列主要優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力后，使構(gòu)件在使用荷載作用下可不出現(xiàn)裂縫，或可使裂縫大大推遲出現(xiàn)，有效地改善了構(gòu)件的使用性能，提高了構(gòu)件的剛度，增加了結(jié)構(gòu)的耐久性。（2）可以節(jié)省

12、材料，減少自重。預(yù)應(yīng)力混凝土由于采用高強(qiáng)材料，因而可減少構(gòu)件截面尺寸，節(jié)省鋼材與混凝土用量，降低結(jié)構(gòu)物的自重。這對(duì)自重比例很大的大跨徑橋梁來(lái)說(shuō)，更有著顯著的優(yōu)越性。大跨度和重荷載結(jié)構(gòu)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般是經(jīng)濟(jì)合理的。（3）可以減小混凝土梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土梁的曲線鋼筋（束），可使梁中支座附近的豎向剪力減小；又由于混凝土截面上預(yù)壓應(yīng)力的存在，使荷載作用下的主拉應(yīng)力也相應(yīng)減小。這有利于減小梁的腹板厚度，使預(yù)應(yīng)力混凝土梁的自重可以進(jìn)一步減小。（4）結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，鋼筋（束）與混凝土都同時(shí)經(jīng)受了一次強(qiáng)度檢驗(yàn)。如果在張拉鋼筋時(shí)構(gòu)件質(zhì)量表現(xiàn)良好，那么，在使用時(shí)也可以認(rèn)

13、為是安全可靠的。因此有人稱預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是經(jīng)過(guò)預(yù)先檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu)。（5）預(yù)應(yīng)力可做為結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的手段，促進(jìn)了橋梁結(jié)構(gòu)新體系與施工方法的發(fā)展。此外，預(yù)應(yīng)力還可以提高結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能。因?yàn)榫哂袕?qiáng)大預(yù)應(yīng)力的鋼筋，在使用階段由加荷或卸荷所引起的應(yīng)力變化幅度相對(duì)較小，所以引起疲勞破壞的可能性也小。這對(duì)承受動(dòng)荷載的橋梁結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是很有利的。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也存在著一些缺點(diǎn)：（1）工藝較復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求甚高，因而需要配備一支技術(shù)較熟練的專業(yè)隊(duì)伍。（2）需要有專門(mén)設(shè)備，如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備等。先張法需要有張拉臺(tái)座；后張法還要耗用數(shù)量較多、質(zhì)量可靠的錨具等。（3）預(yù)應(yīng)力反拱度不易控制。它隨混凝土徐變的增加而加

14、大，如存梁時(shí)間過(guò)久再進(jìn)行安裝，就可能使反拱度很大，造成橋面不平順。（4）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)工費(fèi)用較大，對(duì)于跨徑小、構(gòu)件數(shù)量少的工程，成本較高。但是，以上缺點(diǎn)是可以設(shè)法克服的。例如應(yīng)用于跨徑較大的結(jié)構(gòu)，或跨徑雖不大，但構(gòu)件數(shù)量很多時(shí)，采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就比較經(jīng)濟(jì)了。總之，只要從實(shí)際出發(fā)，因地制宜地進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和妥善安排，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。所以它在近數(shù)十年來(lái)得到了迅猛的發(fā)展，尤其對(duì)橋梁新體系的發(fā)展起了重要的推動(dòng)作用。這是一種極有發(fā)展前途的工程結(jié)構(gòu)。12.2 預(yù)加應(yīng)力的方法與設(shè)備12.2.1 預(yù)加應(yīng)力的主要方法1）先張法先張法，即先張拉鋼筋，后澆筑構(gòu)件混凝土的方法，如圖12-

15、2所示。先在張拉臺(tái)座上，按設(shè)計(jì)規(guī)定的拉力張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，并進(jìn)行臨時(shí)錨固，再澆筑構(gòu)件混凝土，待混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度（一般不低于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的75%）后，放張（即將臨時(shí)錨固松開(kāi)，緩慢放松張拉力），讓預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮，通過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土間的粘結(jié)作用，傳遞給混凝土，使混凝土獲得預(yù)壓應(yīng)力。這種在臺(tái)座上張拉預(yù)應(yīng)力筋后澆筑混凝土并通過(guò)粘結(jié)力傳遞而建立預(yù)加應(yīng)力的混凝土構(gòu)件就是先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。先張法所用的預(yù)應(yīng)力鋼筋，一般可用高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線等。不專設(shè)永久錨具，借助與混凝土的粘結(jié)力，以獲得較好的自錨性能。圖12-2 先張法工藝流程示意圖a)預(yù)應(yīng)力鋼筋就位，準(zhǔn)備張拉 b)張拉并錨固，澆筑構(gòu)件混凝土c)松錨，

16、預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮，制成預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件先張法施工工序簡(jiǎn)單，預(yù)應(yīng)力鋼筋靠粘結(jié)力自錨，臨時(shí)固定所用的錨具(一般稱為工具式錨具或夾具)可以重復(fù)使用，因此大批量生產(chǎn)先張法構(gòu)件比較經(jīng)濟(jì)，質(zhì)量也比較穩(wěn)定。目前，先張法在我國(guó)一般僅用于生產(chǎn)直線配筋的中小型構(gòu)件。大型構(gòu)件因需配合彎矩與剪力沿梁長(zhǎng)度的分布而采用曲線配筋，這將使施工設(shè)備和工藝復(fù)雜化，且需配備龐大的張拉臺(tái)座，因而很少采用先張法。2）后張法后張法是先澆筑構(gòu)件混凝土，待混凝土結(jié)硬后，再?gòu)埨A(yù)應(yīng)力鋼筋并錨固的方法，如圖12-3所示。先澆筑構(gòu)件混凝土，并在其中預(yù)留孔道（或設(shè)套管），待混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后，將預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入預(yù)留的孔道內(nèi)，將千斤頂支承于混凝土構(gòu)件端

17、部，張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，使構(gòu)件也同時(shí)受到反力壓縮。待張拉到控制拉力后，即用特制的錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固于混凝土構(gòu)件上，使混凝土獲得并保持其預(yù)壓應(yīng)力。最后，在預(yù)留孔道內(nèi)壓注水泥漿，以保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不致銹蝕，并使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土粘結(jié)成為整體。這種在混凝土硬結(jié)后通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力筋并錨固而建立預(yù)加應(yīng)力的構(gòu)件稱為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。由上可知，施工工藝不同，建立預(yù)應(yīng)力的方法也不同。后張法是靠工作錨具來(lái)傳遞和保持預(yù)加應(yīng)力的；先張法則是靠粘結(jié)力來(lái)傳遞并保持預(yù)加應(yīng)力的。圖12-3 后張法工藝流程示意圖a)澆筑構(gòu)件混凝土，預(yù)留孔道，穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋 b)千斤頂支于混凝土構(gòu)件上，張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋c)用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固

18、后進(jìn)行孔道壓漿12.2.2 錨具1）對(duì)錨具的要求臨時(shí)夾具(在制作先張法或后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，為保持預(yù)應(yīng)力筋拉力的臨時(shí)性錨固裝置)和錨具(在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，為保持預(yù)應(yīng)力筋的拉力并將其傳遞到混凝土上所用的永久性錨固裝置)都是保證預(yù)應(yīng)力混凝土施工安全、結(jié)構(gòu)可靠的關(guān)鍵設(shè)備。因此，在設(shè)計(jì)、制造或選擇錨具時(shí)應(yīng)注意滿足下列要求：受力安全可靠；預(yù)應(yīng)力損失要小；構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊，制作方便，用鋼量少；張拉錨固方便迅速，設(shè)備簡(jiǎn)單。2）錨具的分類錨具的型式繁多，按其傳力錨固的受力原理，可分為：（1）依靠摩阻力錨固的錨具。如楔形錨、錐形錨和用于錨固鋼絞線的JM錨與夾片式群錨等，都是借張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮或

19、千斤頂壓，帶動(dòng)錐銷或夾片將預(yù)應(yīng)力鋼筋楔緊于錐孔中而錨固的。（2）依靠承壓錨固的錨具。如鐓頭錨、鋼筋螺紋錨等，是利用鋼絲的鐓粗頭或鋼筋螺紋承壓進(jìn)行錨固。（3）依靠粘結(jié)力錨固的錨具。如先張法的預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固，以及后張法固定端的鋼絞線壓花錨具等，都是利用預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力進(jìn)行錨固的。對(duì)于不同形式的錨具，往往需要配套使用專門(mén)的張拉設(shè)備。因此，在設(shè)計(jì)施工中，錨具與張拉設(shè)備的選擇，應(yīng)同時(shí)考慮。3）目前橋梁結(jié)構(gòu)中幾種常用的錨具（1）錐形錨錐形錨（又稱為弗式錨），主要用于鋼絲束的錨固。它由錨圈和錨塞（又稱錐銷）兩部分組成。錐形錨是通過(guò)張拉鋼束時(shí)頂壓錨塞，把預(yù)應(yīng)力鋼絲楔緊在錨圈與錨塞之間，借助摩阻力

20、錨固的（圖12-4）。在錨固時(shí)，利用鋼絲的回縮力帶動(dòng)錨塞向錨圈內(nèi)滑進(jìn)，使鋼絲被進(jìn)一步楔緊。此時(shí)，錨圈承受著很大的橫向（徑向）張力（一般約等于鋼絲束張拉力的4倍），故對(duì)錨圈的設(shè)計(jì)、制造應(yīng)足夠的重視。錨具的承載力，一般不應(yīng)低于鋼絲束的極限拉力，或不低于鋼絲束控制張拉力的1.5倍，可在壓力機(jī)上試驗(yàn)確定。此外，對(duì)錨具的材質(zhì)、幾何尺寸，加工質(zhì)量，均必須作嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以保證安全。圖12-4 錐形錨具a）錐形錨具工作示意圖 b）錐形錨具剖面圖在橋梁中使用的錐形錨有錨固185mm和錨固245mm的鋼絲束等兩種，并配用600kN雙作用千斤頂或YZ85型三作用千斤頂張拉。錨塞用45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱處理制成，其

21、硬度一般要求為洛氏硬度HRC5558單位，以便頂塞后，錨塞齒紋能稍微壓入鋼絲表面，而獲得可靠的錨固。錨圈用5號(hào)或45號(hào)鋼冷作旋制而成，不作淬火處理。錐形錨的優(yōu)點(diǎn)是錨固方便，錨具面積小，便于在梁體上分散布置。但錨固時(shí)鋼絲的回縮量較大，應(yīng)力損失較其他錨具大。同時(shí)，它不能重復(fù)張拉和接長(zhǎng)，使預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度受到千斤頂行程的限制。為防止受震松動(dòng)，必須及時(shí)給預(yù)留孔道壓漿。國(guó)外同類型的弗式錨具，已有較大改進(jìn)和發(fā)展，不僅能用于錨固鋼絲束，而且也能錨固鋼絞線束，其最大錨固能力已達(dá)到10000kN。（2）鐓頭錨鐓頭錨主要用于錨固鋼絲束，也可錨固直徑在14mm以下的預(yù)應(yīng)力粗鋼筋。鋼絲的根數(shù)和錨具的尺寸依設(shè)計(jì)張拉力

22、的大小選定。鋼絲束鐓頭錨具是1949年由瑞士4名工程師研制而成的，并以他們名字的頭一個(gè)字母命名為BBRV體系錨具。國(guó)內(nèi)鐓頭錨有錨固12133根5mm和1284根7mm兩種錨具系列，配套的鐓頭機(jī)有LD10型和LD20型兩種型式。鐓頭錨的工作原理如圖12-5所示。先以鋼絲逐一穿過(guò)錨杯的蜂窩眼，然后用鐓頭機(jī)將鋼絲端頭鐓粗如蘑菇形，借鐓頭直接承壓將鋼絲錨固于錨杯上。錨杯的外圓車有螺紋，穿束后，在固定端將錨圈（大螺帽）擰上，即可將鋼絲束錨固于梁端。在張拉端，先將與千斤頂連接的拉桿旋入錨杯內(nèi)，用千斤頂支承于梁體上進(jìn)行張拉，待達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力時(shí)，將錨圈（螺帽）擰緊，再慢慢放松千斤頂，退出拉桿，于是鋼絲束的回縮

23、力就通過(guò)錨圈、墊板，傳遞到梁體混凝土而獲得錨固。 圖12-5 鐓頭錨錨具工作示意圖鐓頭錨錨固可靠，不會(huì)出現(xiàn)錐形錨那樣的“滑絲”問(wèn)題；錨固時(shí)的應(yīng)力損失很??；鐓頭工藝操作簡(jiǎn)便迅速。但預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉噸位過(guò)大，鋼絲數(shù)很多，施工亦顯麻煩，故大噸位鐓頭錨宜加大鋼絲直徑，由5mm改為用7mm，或改用鋼絞線夾片錨具。此外，鐓頭錨對(duì)鋼絲的下料長(zhǎng)度要求很精確，誤差不得超過(guò)1/300。誤差過(guò)大，張拉時(shí)可能由于受力不均勻發(fā)生斷絲現(xiàn)象。鐓頭錨適于錨固直線式配束，對(duì)于較緩和的曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋也可采用。目前斜拉橋中錨固斜拉索的高振幅錨具HiAm式冷鑄鐓頭錨，因錨杯內(nèi)填入了環(huán)氧樹(shù)脂、鋅粉和鋼球的混合料，具有較好的抗疲勞性能。（

24、3）鋼筋螺紋錨具當(dāng)采用高強(qiáng)粗鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，可采用螺紋錨具固定。即借助于粗鋼筋兩端的螺紋，在鋼筋張拉后直接擰上螺帽進(jìn)行錨固，鋼筋的回縮力由螺帽經(jīng)支承墊板承壓傳遞給梁體而獲得預(yù)應(yīng)力（圖12-6）。螺紋錨具的制造關(guān)鍵在于螺紋的加工。為了避免端部螺紋削弱鋼筋截面，常采用特制的鋼模冷軋而成，使其陰紋壓入鋼筋圓周之內(nèi)，而陽(yáng)紋則擠到鋼筋原圓周之外，這樣可使平均直徑與原鋼筋直徑相差無(wú)幾（約小2%），而且冷軋還可以提高鋼筋的強(qiáng)度。由于螺紋系冷軋而成，故又將這種錨具稱為軋絲錨。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的軋絲錨有兩種規(guī)格，可分別錨固25mm和32mm兩種IV級(jí)圓鋼筋。70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相繼采用可以直接擰上螺帽和連接套

25、筒（用于鋼筋接長(zhǎng)）的高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，它沿通長(zhǎng)都具有規(guī)則、但不連續(xù)的凸形螺紋，可在任何位置進(jìn)行錨固和連接，故可不必再在施工時(shí)臨時(shí)軋絲。國(guó)際上采用的迪維達(dá)格（Dywidag）錨具（圖12-6b），就是采用特殊的錐形螺帽和鐘式墊板來(lái)錨固這種鋼筋的螺紋錨具。圖12-6 鋼筋螺紋錨具a）軋絲錨具 b）迪維達(dá)格錨具鋼筋螺紋錨具的受力明確，錨固可靠；構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便；能重復(fù)張拉、放松或拆卸，并可以簡(jiǎn)便地采用套筒接長(zhǎng)。（4）夾片錨具夾片錨具體系主要作為錨固鋼絞線之用。由于鋼絞線與周圍接觸的面積小，且強(qiáng)度高、硬度大，故對(duì)其錨具的錨固性能要求很高，JM錨是我國(guó)60年代研制的鋼絞線夾片錨具。隨著鋼絞線的大量使用

26、和鋼絞線強(qiáng)度的大幅度提高，僅JM錨具已難以滿足要求。80年代，除進(jìn)一步改進(jìn)了JM錨具的設(shè)計(jì)外，特別著重進(jìn)行鋼絞線群錨體系的研究與試制工作。中國(guó)建筑科學(xué)研究院先后研制出了XM錨具和QM錨具系列；中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院研制出了YM錨具系列；繼之柳州建筑機(jī)械總廠與同濟(jì)大學(xué)合作，在QM錨具系列的基礎(chǔ)上又研制出了OVM錨具系列等。這些錨具體系都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)、鑒定后定型，錨固性能均達(dá)到國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)（FIP）標(biāo)準(zhǔn)，并已廣泛地應(yīng)用于橋梁、水利、房屋等各種土建結(jié)構(gòu)工程中。鋼絞線夾片錨夾片錨具的工作原理如圖12-7所示。夾片錨由帶錐孔的錨板和夾片所組成。張拉時(shí)，圖12-7 夾片錨具配套示意圖每個(gè)錐孔放置1根鋼

27、絞線，張拉后各自用夾片將孔中的該根鋼絞線抱夾錨固，每個(gè)錐孔各自成為一個(gè)獨(dú)立的錨固單元。每個(gè)夾片錨具一般是由多個(gè)獨(dú)立錨固單元所組成，它能錨固由（155）根不等的15.2mm與12.7mm鋼絞線所組成的預(yù)應(yīng)力鋼束，其最大錨固噸位可達(dá)到11000kN，故夾片錨又稱為大噸位鋼絞線群錨體系。其特點(diǎn)是各根鋼絞線均為單獨(dú)工作，即1根鋼絞線錨固失效也不會(huì)影響全錨，只需對(duì)失效錐孔的鋼絞線進(jìn)行補(bǔ)拉即可。但預(yù)留孔端部，因錨板錐孔布置的需要，必須擴(kuò)孔，故工作錨下的一段預(yù)留孔道一般需設(shè)置成喇叭形，或配套設(shè)置專門(mén)的鑄鐵喇叭形錨墊板。 扁型夾片錨具扁型夾片錨具是為適應(yīng)扁薄截面構(gòu)件（如橋面板梁等）預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固的需要而研制的

28、，簡(jiǎn)稱扁錨。其工作原理與一般夾片錨具體系相同，只是工作錨板、錨下鋼墊板和喇叭管，以及形成預(yù)留孔道的波紋管等均為扁形而已。每個(gè)扁錨一般錨固25根鋼絞線，采用單根逐一張拉，施工方便。其一般符號(hào)為BM錨。（5）固定端錨具采用一端張拉時(shí)，其固定端錨具，除可采用與張拉端相同的夾片錨具外，還可采用擠壓錨具和壓花錨具。擠壓錨具是利用壓頭機(jī)，將套在鋼絞線端頭上的軟鋼（一般為45號(hào)鋼）套筒，與鋼絞線一起，強(qiáng)行頂壓通過(guò)規(guī)定的模具孔擠壓而成（圖12-8）。為增加套筒與鋼絞線間的摩阻力，擠壓前，在鋼絞線與套筒之間襯置一硬鋼絲螺旋圈，以便在擠壓后使硬鋼絲分別壓入鋼絞線與套筒內(nèi)壁之內(nèi)。壓花錨具是用壓花機(jī)將鋼絞線端頭壓制成

29、梨形花頭的一種粘結(jié)型錨具（圖12-9），張拉前預(yù)先埋入構(gòu)件混凝土中。圖12-8 壓頭機(jī)的工作原理 圖12-9 壓花錨具（6）連接器連接器有兩種：鋼絞線束N1錨固后，用來(lái)再連接鋼絞線束N2的，叫錨頭連接器（圖12-10a）；當(dāng)兩段未張拉的鋼絞線束N1、N2需直接接長(zhǎng)時(shí)，則可采用接長(zhǎng)連接器（圖12-10b）。圖12-10 連接器構(gòu)造a）錨頭連接器 b）接長(zhǎng)連接器以上錨具的設(shè)計(jì)參數(shù)和錨具、錨墊板、波紋管及螺旋筋等的配套尺寸，可參閱各生產(chǎn)廠家的“產(chǎn)品介紹”選用。應(yīng)當(dāng)特別指出，為保證施工與結(jié)構(gòu)的安全，錨具必須按規(guī)定程序（見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器（GB/T1437093）進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)收，驗(yàn)收合

30、格者方可使用。工作錨具使用前，必須逐件擦洗干凈，表面不得殘留鐵屑、泥砂、油垢及各種減摩劑，防止錨具回松和降低錨具的錨固效率。12.2.3 千斤頂各種錨具都必須配置相應(yīng)的張拉設(shè)備，才能順利地進(jìn)行張拉、錨固。與夾片錨具配套的張拉設(shè)備，是一種大直徑的穿心單作用千斤頂（圖12-11）。它常與夾片錨具配套研制。其他各種錨具也都有各自適用的張拉千斤頂，需要時(shí)可查各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄。圖12-11 夾片錨張拉千斤頂安裝示意圖12.2.4 預(yù)加應(yīng)力的其他設(shè)備按照施工工藝的要求，預(yù)加應(yīng)力尚需有以下一些設(shè)備或配件。1）制孔器預(yù)制后張法構(gòu)件時(shí)，需預(yù)先留好待混凝土結(jié)硬后預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入的孔道。目前，國(guó)內(nèi)橋梁構(gòu)件預(yù)留孔道

31、所用的制孔器主要有抽拔橡膠管與螺旋金屬波紋管。（1）抽拔橡膠管。在鋼絲網(wǎng)膠管內(nèi)事先穿入鋼筋（稱芯棒），再將膠管（連同芯棒一起）放入模板內(nèi)，待澆筑混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，抽去芯棒，再拔出膠管，則預(yù)留孔道形成。（2）螺旋金屬波紋管（簡(jiǎn)稱波紋管）。在澆筑混凝土之前，將波紋管按預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)位置，綁扎于與箍筋焊連的鋼筋托架上，再澆筑混凝土，結(jié)硬后即可形成穿束的孔道。使用波紋管制孔的穿束方法，有先穿法與后穿法兩種。先穿法即在澆筑混凝土之前將預(yù)應(yīng)力鋼筋穿入波紋管中，綁扎就位后再澆筑混凝土；后穿法即是澆筑混凝土成孔之后再穿預(yù)應(yīng)力鋼筋。金屬波紋管是用薄鋼帶經(jīng)卷管機(jī)壓波后卷成，其重量輕，縱向彎曲性能好，徑向剛度較

32、大，連接方便，與混凝土粘結(jié)良好，與預(yù)應(yīng)力鋼筋的摩阻系數(shù)也小，是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一種較理想的制孔器。目前，在一些橋梁工程中已經(jīng)開(kāi)始采用塑料波紋管作為制孔器，這種波紋管由聚丙烯或高密度聚乙烯制成。使用時(shí)，波紋管外表面的螺旋肋與周圍的混凝土具有較高的粘結(jié)力。這種塑料波紋管具有耐腐蝕性能好、孔道摩擦損失小以及有利于提高結(jié)構(gòu)抗疲勞性能的優(yōu)點(diǎn)。2）穿索機(jī)在橋梁懸臂施工和尺寸較大的構(gòu)件中，一般都采用后穿法穿束。對(duì)于大跨橋梁有的預(yù)應(yīng)力鋼筋很長(zhǎng)，人工穿束十分吃力，故采用穿索（束）機(jī)。穿索（束）機(jī)有兩種類型：一是液壓式；二是電動(dòng)式，橋梁中多用前者。它一般采用單根鋼絞線穿入，穿束時(shí)應(yīng)在鋼絞線前端套一子彈形帽子

33、，以減小穿束阻力。穿索機(jī)由馬達(dá)帶動(dòng)用四個(gè)托輪支承的鏈板，鋼絞線置于鏈板上，并用四個(gè)與托輪相對(duì)應(yīng)的壓緊輪壓緊，則鋼絞線就可借鏈板的轉(zhuǎn)動(dòng)向前穿入構(gòu)件的預(yù)留孔中。最大推力為3kN，最大水平傳送距離可達(dá)150m。3）灌孔水泥漿及壓漿機(jī)（1）水泥漿在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉錨固后必須給預(yù)留孔道壓注水泥漿，以免鋼筋銹蝕并使預(yù)應(yīng)力鋼筋與梁體混凝土結(jié)合為一整體。為保證孔道內(nèi)水泥漿密實(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，一般以0.400.45為宜，如加入適量的減水劑，則水灰比可減小到0.35；水泥漿的泌水率最大不得超過(guò)3，拌和后3h泌水率宜控制在2，泌水應(yīng)在24h內(nèi)重新全部被漿吸回；另外可在水泥漿中摻入適量膨脹

34、劑，使水泥漿在硬化過(guò)程中膨脹，但其自由膨脹率應(yīng)小于10%。所用水泥宜采用硅酸鹽水泥或普通水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)不宜低于42.5號(hào)，水泥不得含有團(tuán)塊。拌和用的水不應(yīng)含有對(duì)預(yù)應(yīng)力筋或水泥有害的成分，每升水不得含500mg以上的氯化物離子或任何一種其他有機(jī)物，可采用清潔的飲用水。水泥漿的強(qiáng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定，無(wú)具體規(guī)定時(shí)應(yīng)不低于30MPa（70×70×70mm立方體試件28d齡期抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值）。（2）壓漿機(jī)是孔道灌漿的主要設(shè)備。它主要由灰漿攪拌桶、貯漿桶和壓送灰漿的灰漿泵以及供水系統(tǒng)組成。壓漿機(jī)的最大工作壓力可達(dá)到約1.50MPa（15個(gè)大氣壓），可壓送的最大水平距離為150m，最大

35、豎直高度為40m。4）張拉臺(tái)座采用先張法生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，則需設(shè)置用作張拉和臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉臺(tái)座。它因需要承受張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋巨大的回縮力，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證它具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。批量生產(chǎn)時(shí)，有條件的盡量設(shè)計(jì)成長(zhǎng)線式臺(tái)座，以提高生產(chǎn)效率。張拉臺(tái)座的臺(tái)面（即預(yù)制構(gòu)件的底模），為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，有的構(gòu)件廠已采用了預(yù)應(yīng)力混凝土滑動(dòng)臺(tái)面，可防止在使用過(guò)程中臺(tái)面開(kāi)裂。12.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料12.3.1 混凝土1）強(qiáng)度要求用于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的混凝土，必須抗壓強(qiáng)度高。公路橋規(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。而且，鋼材強(qiáng)度越高，混凝土強(qiáng)度級(jí)別也相應(yīng)要求提高。只有這樣

36、才能充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼材的抗拉強(qiáng)度，有效地減小構(gòu)件截面尺寸，因而也可減輕結(jié)構(gòu)自重。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土不僅要求高強(qiáng)度，而且還要求能快硬、早強(qiáng)，以便能及早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工進(jìn)度，提高設(shè)備、模板等的利用率?；炷恋膹?qiáng)度設(shè)計(jì)值和強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)附表1-1；混凝土的彈性模量見(jiàn)附表1-2。近年在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在著采用高強(qiáng)混凝土的趨勢(shì)，以使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、確保質(zhì)量的目的。目前所說(shuō)的高強(qiáng)混凝土，一般系指采用水泥、砂石原料和常規(guī)工藝配制，依靠添加高效減水劑或摻加粉煤灰、磨細(xì)礦渣、F礦粉或硅粉等活性礦物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性能，并在硬化后具有高強(qiáng)度、高密實(shí)性的強(qiáng)度

37、等級(jí)為C50及以上的混凝土。高強(qiáng)混凝土的抗?jié)B性和抗凍性均優(yōu)于普通混凝土，其力學(xué)性能與普通混凝土相比也有所不同。在使用高強(qiáng)混凝土材料時(shí)，所取的計(jì)算參數(shù)，應(yīng)能反映高強(qiáng)混凝土比普通混凝土具有較小的塑性或更大的脆性等特點(diǎn)，以保證結(jié)構(gòu)安全。2）收縮、徐變的影響及其計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件除了混凝土在結(jié)硬過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生收縮變形外，由于混凝土長(zhǎng)期承受著預(yù)壓應(yīng)力，還要產(chǎn)生徐變變形?；炷恋氖湛s和徐變，使預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件縮短，因而將引起預(yù)應(yīng)力鋼筋中的預(yù)拉應(yīng)力的下降，通常稱此為預(yù)應(yīng)力損失。顯然，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失，也相應(yīng)地使混凝土中的預(yù)壓應(yīng)力減小。混凝土的收縮、徐變值越大，則預(yù)應(yīng)力損失值就越大，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)就

38、越不利。因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工中，應(yīng)盡量減少混凝土的收縮和徐變并應(yīng)盡量準(zhǔn)確地確定混凝土的收縮變形與徐變變形值。（1）混凝土徐變變形混凝土產(chǎn)生徐變變形的原因已于第1章述及，但目前的解釋也不盡相同。因而其計(jì)算理論有多種，計(jì)算方法也不一。影響混凝土徐變值大小的主要因素是荷載應(yīng)力、持荷時(shí)間、混凝土的品質(zhì)與加載齡期、以及構(gòu)件尺寸和工作的環(huán)境等?；炷列熳?cè)囼?yàn)的結(jié)果表明，當(dāng)混凝土所承受的持續(xù)應(yīng)力0.5時(shí)，其徐變應(yīng)變值與混凝土應(yīng)力之間，存在著線性關(guān)系，在此范圍內(nèi)的徐變變形則稱為線性徐變，即，或?qū)懗桑?（12-1）式中 徐變應(yīng)變值；加載（作用）時(shí)的彈性應(yīng)變（即急變）值；徐變應(yīng)變與彈性應(yīng)變的比例系

39、數(shù)，一般稱為徐變系數(shù)（亦稱徐變特征值）。徐變是隨時(shí)間延續(xù)而增加的，但又隨加載齡期的增大而減小，故一般將其表示為，其中為加載時(shí)的混凝土齡期，為計(jì)算所考慮時(shí)刻的混凝土齡期。由式（12-1）可知，只要知道徐變系數(shù)，就可以算出在混凝土應(yīng)力作用下的徐變應(yīng)變值。公路橋規(guī)建議的徐變系數(shù)計(jì)算式為 （12-2）式中的稱為加載齡期為，計(jì)算考慮齡期為時(shí)的混凝土徐變系數(shù)；為混凝土名義徐變系數(shù)，按式（12-3）計(jì)算，即 （12-3）其中 （12-4） （12-5） （12-6）式中 RH 環(huán)境年平均相對(duì)濕度（）；構(gòu)件理論厚度（mm）， （mm），為構(gòu)件截面面積，為構(gòu)件與大氣接觸的周邊長(zhǎng)度； 強(qiáng)度等級(jí)C20C50混凝土在

40、28d齡期時(shí)的平均立方體抗壓強(qiáng)度（MPa）， ； 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa），即混凝土強(qiáng)度等級(jí)；加載時(shí)的混凝土齡期（d）； 計(jì)算考慮時(shí)刻的混凝土齡期（d）；根據(jù)公路橋規(guī)，式中取RH 0100，100mm，1d，。為加載后徐變隨時(shí)間發(fā)展的系數(shù)，按式（12-7）計(jì)算，即 （12-7） （12-8）式（12-7）和式（12-8）的符合意義同式（12-4）式（12-6）。在實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)中需考慮徐變影響或計(jì)算階段預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，強(qiáng)度等級(jí)C20C50混凝土的名義徐變系數(shù)可按表12-1值采用?；炷恋男熳兿禂?shù)值可按下列步驟計(jì)算： 按式（12-8）計(jì)算，計(jì)算時(shí)公式中的年平均相對(duì)濕度RH，當(dāng)在40%RH

41、70%時(shí)，取RH=55%；當(dāng)在70%RH90%時(shí)，取RH=80%； 根據(jù)計(jì)算徐變所考慮的齡期t、加載齡期t0及已算得的，按式（12-7）計(jì)算徐變發(fā)展系數(shù)； 根據(jù)和表12-1所列名義徐變系數(shù)（必要時(shí)用內(nèi)插求得），按式（12-2）計(jì)算徐變系數(shù)。當(dāng)實(shí)際的加載齡期超過(guò)表12-1給出的90d時(shí)，其混凝土名義徐變系數(shù)可按求得，式中為表12-1所列名義徐變系數(shù)，和按式（12-6）計(jì)算，其中為表列加載齡期，為90d以外計(jì)算所需的加載齡期?；炷撩x徐變系數(shù) 表12-1加載齡期（d）40%RH70%70%RH90%理論厚度h(mm)理論厚度h(mm)10020030060010020030060033.903.

42、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注：（1）本表適用于一般硅酸鹽類水泥或快硬水泥配制而成的混凝土；（2）本表適用于季節(jié)性變化的平均溫度-20+40；（3）本表數(shù)值系按C40混凝土計(jì)算所得，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)C50及以上混凝土，表列數(shù)值應(yīng)乘以，式中為混凝

43、土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；（4）計(jì)算時(shí)，表中年平均相對(duì)濕度40%RH70%，取RH55；70%RH90%，取RH80；（5）構(gòu)件的實(shí)際理論厚度和加載齡期為表列中間值時(shí)，混凝土名義徐變系數(shù)可按直線內(nèi)插法求得。一般當(dāng)混凝土應(yīng)力>0.6，則徐變應(yīng)變不再與成正比例關(guān)系，此時(shí)稱為非線性徐變。在非線性徐變范圍內(nèi)，如果過(guò)大，則徐變應(yīng)變急劇增加，不再收斂，將導(dǎo)致混凝土破壞。鐵道科學(xué)研究院曾作過(guò)這樣一個(gè)試驗(yàn)，將混凝土試件加壓至應(yīng)力為0.8，持續(xù)6h后，試件突然爆裂破壞。這說(shuō)明混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期處于高壓狀態(tài)是很危險(xiǎn)的，故一般取（0.750.80）作為混凝土的長(zhǎng)期極限強(qiáng)度（也稱為徐變極限強(qiáng)度）。因此預(yù)應(yīng)力混

44、凝土構(gòu)件的預(yù)壓應(yīng)力不是越高越好，壓應(yīng)力過(guò)高對(duì)結(jié)構(gòu)安全不利。在橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土的持續(xù)應(yīng)力一般都小于0.5，不會(huì)因徐變?cè)斐善茐?，且可按線性關(guān)系計(jì)算徐變應(yīng)變?？紤]到在露天環(huán)境下工作的橋梁結(jié)構(gòu)，影響混凝土徐變的各項(xiàng)因素不易確定，因此，對(duì)于用硅酸鹽水泥配制的中等稠度的普通混凝土，在要求不十分精確時(shí)，其徐變系數(shù)終極值可按表12-3取用。（2）混凝土的收縮變形混凝土的硬化收縮變形是非受力變形。它的變形規(guī)律和徐變相似，也是隨時(shí)間延續(xù)而增加，初期硬化時(shí)收縮變形明顯，以后逐漸變緩。一般第一年的應(yīng)變可達(dá)到（0.150.4）×10-3，收縮變形可延續(xù)至數(shù)年，其終值可達(dá)（0.20.6）×10-3。

45、混凝土收縮應(yīng)變計(jì)算式為 （12-9）式中 收縮開(kāi)始時(shí)的齡期為，計(jì)算考慮的齡期為時(shí)的收縮應(yīng)變； 計(jì)算考慮時(shí)刻的混凝土齡期（d）； 收縮開(kāi)始時(shí)的混凝土齡期（d），可假定為(37)d；名義收縮系數(shù)； （12-10） （12-11） 依水泥種類而定的系數(shù)，對(duì)一般的硅酸鹽類水泥或快硬水泥，= 5.0；與年平均相對(duì)濕度相關(guān)的系數(shù)；當(dāng)40%RH99%時(shí)， （12-12） 收縮隨時(shí)間發(fā)展的系數(shù)； （12-13）其余符號(hào)同徐變計(jì)算公式。在橋梁設(shè)計(jì)中，當(dāng)需要考慮收縮影響或計(jì)算階段預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，混凝土收縮應(yīng)變值可按下列步驟計(jì)算： 按式（12-13）計(jì)算從到、到的收縮應(yīng)變發(fā)展系數(shù)、，當(dāng)計(jì)算時(shí)，式中的均改用。其中為計(jì)算

46、收縮應(yīng)變考慮時(shí)刻的混凝土齡期（d），為橋梁結(jié)構(gòu)開(kāi)始受收縮影響時(shí)刻或預(yù)應(yīng)力鋼筋傳力錨固時(shí)刻的混凝土齡期（d），為收縮開(kāi)始時(shí)（養(yǎng)護(hù)期結(jié)束時(shí)）的混凝土齡期，設(shè)計(jì)時(shí)可取37d，； 按式(12-14)計(jì)算自至?xí)r的收縮應(yīng)變值，即 （12-14）式中的名義收縮系數(shù)對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)C20C50混凝土，可按表12-2所列數(shù)值采用。 混凝土名義收縮系數(shù) 表12240%RH70%70%RH90%0.529×1030.310×103注：（1）本表適用于一般硅酸鹽類水泥或快硬水泥配制而成的混凝土；（2）本表適用于季節(jié)性變化的平均溫度-20+40；（3）本表數(shù)值系按C40混凝土計(jì)算所得，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C50

47、及以上混凝土，表列數(shù)值應(yīng)乘以，式中為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；(4) 計(jì)算時(shí)，表中年平均相對(duì)濕度40%RH70%，取RH50；70%RH90%，取RH80。同樣的，對(duì)于用硅酸鹽水泥配制的中等稠度的普通混凝土，在要求不十分精確時(shí)，其收縮應(yīng)變終極值可按表12-3取用。 混凝土徐變系數(shù)終極值和收縮應(yīng)變終極值 表12-3大氣條件構(gòu)件理論厚度受荷時(shí)混凝土齡期（d）項(xiàng)目40%RH70%70%RH99%（mm）（mm）100200300600100200300600徐變系數(shù)終極值33.783.363.142.792.732.522.392.2073.232.882.682.392.322.152.

48、051.88142.832.512.352.092.041.891.791.65282.482.202.061.831.791.651.581.44602.141.911.781.581.551.431.361.25901.991.761.651.461.441.321.261.15收縮應(yīng)變終極值370.500.450.380.250.300.260.230.15140.430.410.360.240.250.240.210.14280.380.380.340.230.220.220.200.13600.310.340.320.220.180.200.190.12900.270.320.300

49、.210.160.190.180.12注：（1）表中RH代表橋梁所處環(huán)境的年平均相對(duì)濕度（%），表中數(shù)值按40%RH70%取55，70%RH99%取80計(jì)算求得；（2）表中理論厚度，為構(gòu)件截面面積，為構(gòu)件與大氣接觸的周邊長(zhǎng)度。當(dāng)構(gòu)件為變截面時(shí)，A和均可取其平均值；（3）本表適用于由一般的硅酸鹽類水泥或快硬水泥配制而成的混凝土。表中數(shù)值系按強(qiáng)度等級(jí)C40混凝土計(jì)算求得，對(duì)C50及以上混凝土，表列數(shù)值應(yīng)乘以，式中為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）；（4）本表適用于季節(jié)性變化的平均溫度-20+40；（5）構(gòu)件的實(shí)際傳力錨固齡期、加載齡期或理論厚度為表列數(shù)值中間值時(shí)，收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)終極值可按直線

50、內(nèi)插法取值；3）混凝土的配制要求與措施為了獲得強(qiáng)度高和收縮、徐變小的混凝土，應(yīng)盡可能地采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，降低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)堅(jiān)硬的骨料，并注意采取以下措施：（1）嚴(yán)格控制水灰比。高強(qiáng)混凝土的水灰比一般宜在0.250.35范圍之間。為增加和易性，可摻加適量的高效減水劑。（2）注意選用高標(biāo)號(hào)水泥并宜控制水泥用量不大于500kg/m3。水泥品種以硅酸鹽水泥為宜，不得已需要采用礦碴水泥時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)摻加早強(qiáng)劑，以改善其早期強(qiáng)度較低的缺點(diǎn)。火山灰水泥不適于拌制預(yù)應(yīng)力混凝土，因?yàn)樵缙趶?qiáng)度過(guò)低，收縮率又大。（3）注意選用優(yōu)質(zhì)活性摻合料，如硅粉、F礦粉等，尤其是硅粉混凝土不僅可使收縮減小，特別可使徐

51、變顯著減小。（4）加強(qiáng)振搗與養(yǎng)護(hù)。同時(shí)，混凝土在材料選擇、拌制以及養(yǎng)護(hù)過(guò)程中還應(yīng)考慮混凝土耐久性的要求。12.3.2 預(yù)應(yīng)力鋼材預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中設(shè)置有預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋（即普通鋼筋）。普通鋼筋已在第1章中作了介紹，這里對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋作一簡(jiǎn)要介紹。1）對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的要求（1）強(qiáng)度要高。預(yù)應(yīng)力鋼筋必須采用高強(qiáng)度鋼材，這已從預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)本身的發(fā)展歷史作了極好的說(shuō)明。早在一百余年前，就有人提出了在鋼筋混凝土梁中建立預(yù)應(yīng)力的設(shè)想，并進(jìn)行了試驗(yàn)。但當(dāng)時(shí)采用的是普通鋼筋，強(qiáng)度不高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，由于混凝土的收縮、徐變等原因，所施加的預(yù)應(yīng)力喪失殆盡，使這種努力一度遭到失敗。又過(guò)了約半個(gè)世紀(jì)，直到19

52、28年，法國(guó)工程師E·弗萊西奈采用高強(qiáng)鋼絲進(jìn)行試驗(yàn)才獲得成功，并使預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)有了實(shí)用的可能。這說(shuō)明，不采用高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋，就無(wú)法克服由于各種因素所造成的應(yīng)力損失（見(jiàn)第13章），也就不可能有效地建立預(yù)應(yīng)力。（2）有較好的塑性。為了保證結(jié)構(gòu)物在破壞之前有較大的變形能力，必須保證預(yù)應(yīng)力鋼筋有足夠的塑性性能。（3）要具有良好的與混凝土粘結(jié)性能。（4）應(yīng)力松弛損失要低。與混凝土一樣，鋼筋在持久不變的應(yīng)力作用下，也會(huì)產(chǎn)生隨持續(xù)加荷時(shí)間延長(zhǎng)而增加的徐變變形（又稱蠕變）；在一定拉應(yīng)力值和恒定溫度下，鋼筋長(zhǎng)度固定不變，則鋼筋中的應(yīng)力將隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低，一般稱這種現(xiàn)象為鋼筋的松弛或應(yīng)力松弛。預(yù)應(yīng)力

53、鋼材今后發(fā)展的總要求就是高強(qiáng)度、粗直徑、低松弛和耐腐蝕。2）預(yù)應(yīng)力鋼筋的種類公路橋規(guī)推薦使用的預(yù)應(yīng)力筋有鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲和精軋螺紋鋼筋。鋼絞線和消除應(yīng)力鋼絲單向拉伸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線無(wú)明顯的流幅（圖1-21），精軋螺紋鋼筋則有明顯的流幅（圖1-19）。（1）鋼絞線鋼絞線是由2、3或7根高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成并經(jīng)消除內(nèi)應(yīng)力后的盤(pán)卷狀鋼絲束（圖12-12）。最常用的是由6根鋼絲圍繞一根芯絲順一個(gè)方向扭結(jié)而成的7股鋼絞線。芯絲直徑常比外圍鋼絲直徑大（57），以使各根鋼絲緊密接觸，鋼絲扭距一般為鋼絞線公稱直徑的（1216）倍。公路橋規(guī)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 52241995選用的鋼絞線有兩股鋼絞線、三股鋼絞

54、線和七股鋼絞線三種規(guī)格，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為（14701860）MPa，并依松弛性能不同分成普通鋼絞線和低松弛鋼絞線兩種。普通鋼絞線工藝較簡(jiǎn)單，鋼絞線絞捻而成后，僅需在400左右的熔鉛中進(jìn)行回火處理；而低松弛鋼絞線則需進(jìn)行穩(wěn)定化處理，即在（350400）的溫度下進(jìn)行熱處理的同時(shí)，還給鋼絞線施加一定的拉力，使其達(dá)到兼有熱處理與預(yù)拉處理的效果，不僅可以消除內(nèi)應(yīng)力，而且可以提高其強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)緊密，切斷后斷頭不松散，可使應(yīng)力松弛損失率大大降低，伸直性好。鋼絞線具有截面集中，比較柔軟、盤(pán)彎運(yùn)輸方便，與混凝土粘結(jié)性能良好等特點(diǎn)，可大大簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)成束的工序，是一種較理想的預(yù)應(yīng)力鋼筋。普通鋼絞線的強(qiáng)度與彈性模量均較單根鋼絲略小，但低松弛鋼絞線已有改變。據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，鋼絞線在預(yù)應(yīng)力筋中的用量約占75%，而鋼絲與粗鋼筋共約占25%。國(guó)內(nèi)使用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線也已經(jīng)成為主流。英國(guó)