模塊二項(xiàng)目五任務(wù)4課程教案

湖南交通工程學(xué)院課程授課教案授課內(nèi)容模塊二鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)項(xiàng)目五鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件任務(wù)4預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)目的與要求理解預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本概念、工作原理掌握預(yù)應(yīng)力混凝土的施工方法及相關(guān)的構(gòu)造要求重點(diǎn)難點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本概念、工作原理參考資料《建筑結(jié)構(gòu)》金舜卿宋喬主編西北工業(yè)大學(xué)出版社教學(xué)方法講授教學(xué)手段板書教學(xué)過(guò)程教學(xué)手段方法設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念鋼筋混凝土構(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)（0.10~0.15）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)混凝土不開裂，則鋼筋的拉應(yīng)力只能達(dá)到（20~30）MPa；即使允許開裂，為了保證構(gòu)件的耐久性，常需將裂縫寬度限制在（0.2~0.25）mm以內(nèi)，此時(shí)鋼筋拉應(yīng)力也只能達(dá)到（150~250）MPa，可見高強(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，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)。

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)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?？傊灰獜膶?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)。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12-2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，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。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。