預(yù)應(yīng)力混凝土原理及分類

1、道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)道路橋梁工程技術(shù)專業(yè)預(yù)應(yīng)力混凝土原理及分類預(yù)應(yīng)力混凝土原理及分類能力目標(biāo)能力目標(biāo)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理的基本原理 目標(biāo)目標(biāo)預(yù)應(yīng)力混凝預(yù)應(yīng)力混凝土的分類土的分類目標(biāo)預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土的特點的特點頂推頂推施工施工任務(wù)任務(wù)1.1.預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理 任務(wù)任務(wù)2.2.預(yù)應(yīng)力混凝土的分類預(yù)應(yīng)力混凝土的分類任務(wù)任務(wù)3.3.預(yù)應(yīng)力混凝土的特點預(yù)應(yīng)力混凝土的特點本節(jié)任務(wù)本節(jié)任務(wù)資訊預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)(prestressed concrete structure)是指結(jié)構(gòu)在承受外荷載以前，預(yù)先采用人為的方法，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成一種應(yīng)力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)在使用階

2、段產(chǎn)生拉應(yīng)力的區(qū)域先受到壓應(yīng)力，這項壓應(yīng)力將與使用階段荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵銷一部分或全部，從而推遲裂縫的出現(xiàn)，限制裂縫的展開，提高結(jié)構(gòu)的剛度。（a）預(yù)壓力作用 （b）荷載作用 （c）預(yù)壓力與荷載共同作用任務(wù)任務(wù)1.1.預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理 預(yù)應(yīng)力混凝土的概念預(yù)應(yīng)力混凝土的概念 圖示，跨經(jīng)為圖示，跨經(jīng)為L截面為截面為bh，承受均部荷載，跨中，承受均部荷載，跨中最大彎矩為最大彎矩為M的簡支梁的簡支梁sc2hIMcs26bhMcs2hIeNANppppcs 圖示，跨經(jīng)為圖示，跨經(jīng)為L的簡支梁的簡支梁62bheNbhNppppcsepNpspcsc)2(2hIeNANhIMppp

3、pccbssssb0pccsstkpccfss0tkpccfss由于預(yù)加應(yīng)力由于預(yù)加應(yīng)力s spc較大，受拉邊緣仍處于受較大，受拉邊緣仍處于受壓狀態(tài)，壓狀態(tài)，不會出現(xiàn)開裂；不會出現(xiàn)開裂；受拉邊緣應(yīng)力雖然受拉，但拉應(yīng)力小于混凝受拉邊緣應(yīng)力雖然受拉，但拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強度，土的抗拉強度，一般不會出現(xiàn)開裂；一般不會出現(xiàn)開裂；受拉邊緣應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，雖然受拉邊緣應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，雖然會產(chǎn)生裂縫，但比鋼筋混凝土構(gòu)件（會產(chǎn)生裂縫，但比鋼筋混凝土構(gòu)件（Np =0）的的開裂明顯推遲開裂明顯推遲，裂縫寬度也顯著減小裂縫寬度也顯著減小。任務(wù)任務(wù)2.2.預(yù)應(yīng)力混凝土的分類預(yù)應(yīng)力混凝土的分類在

4、現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)中，通常把在使用荷載作用下，沿預(yù)應(yīng)力筋方向的正截面始終不出現(xiàn)拉應(yīng)力的預(yù)應(yīng)力混凝土，稱為“全預(yù)應(yīng)力混凝土”；把普通鋼筋混凝土稱為“非預(yù)應(yīng)力混凝土（non-pre-stressed structure）”；把介于鋼筋混凝土與全預(yù)應(yīng)力混凝土之間，預(yù)應(yīng)力程度不同的整個區(qū)間的預(yù)應(yīng)力混凝土，稱為“部分預(yù)應(yīng)力混凝土（partially pre-stressed concrete structure）”。（1）國際預(yù)應(yīng)力協(xié)會將加筋混凝土按預(yù)加應(yīng)力的大小劃分為級、級、級、級分別為全預(yù)應(yīng)力、有限預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其中有限預(yù)應(yīng)力也成為部分預(yù)應(yīng)力A類，其中部分預(yù)應(yīng)力也成為部

5、分預(yù)應(yīng)力B類。（2）國內(nèi)加筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類我國按預(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。12.1.11 1）國外配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類）國外配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類 IIII級：有限預(yù)應(yīng)力混凝土級：有限預(yù)應(yīng)力混凝土 有限預(yù)應(yīng)力混凝土是按在短期荷載作用下，容有限預(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，但在長期荷載作許混凝土承受某一規(guī)定拉應(yīng)力值，但在長期荷載作用下，混凝土不得受拉的要求設(shè)計。用下，混凝土不得受拉的要求設(shè)計。I I級：全預(yù)應(yīng)力混凝土級：全預(yù)應(yīng)力混凝土 全預(yù)應(yīng)力混全凝土是指在各種荷載組合下構(gòu)件全預(yù)應(yīng)力混全凝土是指在各種荷載組合

6、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。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。配筋混凝土結(jié)構(gòu)配筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力、普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)IIIIII級：部分預(yù)應(yīng)力混凝土級：部分預(yù)應(yīng)力混凝土 部分預(yù)應(yīng)力混凝土是按在使用荷載作用下，容許部分預(yù)應(yīng)力混凝土是按在使用荷載作用下，容許出現(xiàn)裂縫，但最大裂寬不超過允許值的要求設(shè)計。出現(xiàn)裂縫，但最大裂寬不超過允許值的要求設(shè)計。IVIV級：普通鋼筋混凝土級：普通鋼筋混凝土 部分預(yù)應(yīng)力混凝土是按在使用荷載作用下，容許部分預(yù)應(yīng)力混凝土是按在使用荷載作用下，容許出現(xiàn)裂縫，但最大裂寬不超過允許值的要求設(shè)計。出

7、現(xiàn)裂縫，但最大裂寬不超過允許值的要求設(shè)計。1 1）國外配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類）國外配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類2 2）國內(nèi)配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類）國內(nèi)配筋混凝土結(jié)構(gòu)的分類材料 我國按照工程習(xí)慣，根據(jù)預(yù)應(yīng)力度將配筋混凝土我國按照工程習(xí)慣，根據(jù)預(yù)應(yīng)力度將配筋混凝土分為全部預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和普通分為全部預(yù)應(yīng)力混凝土、部分預(yù)應(yīng)力混凝土和普通鋼筋混凝土。鋼筋混凝土。（1 1）預(yù)應(yīng)力度的定義）預(yù)應(yīng)力度的定義公路橋規(guī)公路橋規(guī)將受彎構(gòu)件的的預(yù)應(yīng)力度將受彎構(gòu)件的的預(yù)應(yīng)力度( () )定義為：定義為：由預(yù)應(yīng)力大小確定的消壓彎矩由預(yù)應(yīng)力大小確定的消壓彎矩M M0 0與外荷載產(chǎn)生的彎矩與外荷載產(chǎn)生的彎矩M M的比值

8、。的比值。MM01.根據(jù)預(yù)加應(yīng)力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同分類 全預(yù)應(yīng)力混凝土： 1，沿預(yù)應(yīng)力筋方向的正截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力； 部分預(yù)應(yīng)力混凝土：10，沿預(yù)應(yīng)力筋方向的正截面出現(xiàn)拉應(yīng)力或出現(xiàn)不超過規(guī)定寬度的裂縫；當(dāng)對拉應(yīng)力加以限制時，為部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件；當(dāng)拉應(yīng)力超過規(guī)定限值或出現(xiàn)不超過限值的裂縫時，為部分預(yù)應(yīng)力混凝土B類構(gòu)件。 鋼筋混凝土：=0，無預(yù)加應(yīng)力。 先張法先張法：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)力是靠鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)力傳法。先張法構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)力傳遞。但是這種力的

9、傳遞：過程，需要經(jīng)過一段傳遞遞。但是這種力的傳遞：過程，需要經(jīng)過一段傳遞長度長度 ltr才能才能完成完成。 先張法 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋與混構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力來傳遞的。凝土之間的粘結(jié)力來傳遞的。2.2.預(yù)應(yīng)加力的主要方法預(yù)應(yīng)加力的主要方法: :預(yù)應(yīng)力的施加方法，按預(yù)應(yīng)力的施加方法，按混凝土澆筑成型混凝土澆筑成型和和預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉的先后順序，可分為的先后順序，可分為先張法先張法和和后張法后張法兩大類。兩大類。 將預(yù)應(yīng)力鋼筋用夾具將預(yù)應(yīng)力鋼筋用夾具固定于臺座或鋼模上固定于臺座或鋼模上 支模、幫扎非預(yù)應(yīng)支模、幫扎非預(yù)應(yīng)力鋼筋、澆

10、注混凝土力鋼筋、澆注混凝土 待混凝土達到預(yù)定待混凝土達到預(yù)定強度后，切斷或放松強度后，切斷或放松鋼筋，使混凝土產(chǎn)生鋼筋，使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)壓應(yīng)力。先張法的工序先張法的工序 后張法后張法：后張法就是在構(gòu)件澆筑成型后再張拉鋼筋：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)的施工方法。后張法構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力主要靠鋼筋端部應(yīng)力主要靠鋼筋端部的錨具來傳遞。的錨具來傳遞。 后張法后張法后張法的工序后張法的工序 澆筑混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道 待混凝土達到預(yù)定強度后，用千斤頂張拉鋼筋，用錨具將張拉端預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固 用壓力泵將高強水泥漿灌入預(yù)留孔道，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁產(chǎn)生粘結(jié)力a

11、. 預(yù)留孔道；b. 穿預(yù)應(yīng)力筋、張拉；c. 預(yù)應(yīng)力筋錨固；d. 孔道壓漿、封錨預(yù)留孔道預(yù)留孔道穿預(yù)應(yīng)力筋穿預(yù)應(yīng)力筋壓漿封錨壓漿封錨張拉張拉v 按照粘結(jié)方式分類有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土是繼有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土之后又一種新的預(yù)應(yīng)力形式。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋是將預(yù)應(yīng)力鋼筋的外表面涂以瀝清、油脂或其他潤滑防銹材料，以減小摩擦力并防銹蝕，并用塑料套管或以紙帶、塑料帶包裹，以防止施工中碰壞涂層，并使之與周圍混凝土隔離，而在張拉時可以縱向發(fā)生相對滑移的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土錨具的可靠性高強鋼絲的可靠度一定要有非預(yù)應(yīng)力筋spcsp錨具下

12、混凝土局部承壓問題 1. 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)點有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)點 （1）提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。由于對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，大大推遲了裂縫的出現(xiàn)，在使用荷載作用下，構(gòu)件可不出現(xiàn)裂縫，或使裂縫推遲出現(xiàn)，所以提高了構(gòu)件的剛度，增加了結(jié)構(gòu)的耐久性。具有良好的裂縫閉合性能和變形恢復(fù)性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)卸載時，預(yù)應(yīng)力能很好地使裂縫閉合及變形恢復(fù)。（2）材料，減小自重，降低造價。其結(jié)構(gòu)由于必須采用高強度材料，因此可減少鋼筋用量和構(gòu)件截面尺寸，節(jié)省鋼材和混凝土，降低結(jié)構(gòu)自重，對大跨度和重荷載結(jié)構(gòu)有著明顯的優(yōu)越性。（3）結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全可靠。提高構(gòu)件的抗剪能力。試驗表明，縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著構(gòu)件斜裂縫的

13、出現(xiàn)與開展，又由于預(yù)應(yīng)力混凝土梁的曲線鋼筋（束）合力的豎向分力將部分地抵消剪力。 提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。當(dāng)受壓構(gòu)件長細(xì)比較大時，在受到一定的壓力后便容易被壓彎，以致喪失穩(wěn)定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預(yù)應(yīng)力，使縱向受力鋼筋張拉得很緊，不但預(yù)應(yīng)力鋼筋本身不容易壓彎，而且可以幫助周圍的混凝土提高抵抗壓彎的能力。 任務(wù)任務(wù)3.3.預(yù)應(yīng)力混凝土的特點預(yù)應(yīng)力混凝土的特點v 4）增強結(jié)構(gòu)耐久性（durability）。由于預(yù)應(yīng)力混凝土能使構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫或減小裂縫寬度,因而可以減少大氣或侵蝕性介質(zhì)對鋼筋的侵蝕,從而延長構(gòu)件的使用期限. 因為具有強大預(yù)應(yīng)力的鋼筋，在使用階段因加荷或卸荷所引起的應(yīng)力變化幅度相對較小，故此可提高抗疲勞強度，這對承受動荷載的結(jié)構(gòu)來說是很有利的。 v （5）具有良好的經(jīng)濟性。對于適合預(yù)應(yīng)力技術(shù)的結(jié)構(gòu)，做預(yù)應(yīng)力可以比做普通結(jié)構(gòu)省20%40%的混凝土和30%60%的縱筋；與鋼結(jié)構(gòu)相比則可以減少一半以上的造價。v （6）能促進橋梁新體系的發(fā)展。承載力的大幅度提高，跨越能力明顯增強，尤其和連續(xù)梁體系相配合使用，更能發(fā)揮其優(yōu)越性。v2. 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：v（1）結(jié)構(gòu)自重輕，造價較低。v（2）施工簡便、速度快、不需要預(yù)留孔道。v（3）也不必灌漿，抗腐蝕能力強。v（4）使用性能良好，易于推廣應(yīng)用。v3. 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝