结构设计原理预应力混凝土的基本概念及其材料.pptx

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1、 产生上述问题原因主要是因为产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强混凝土的抗拉强度太低度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。弯刚度显著降低。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。充分利用，造成浪费。预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.1 概 述第1页/共58页第第9章章 预应力混凝土结构的基

2、本概念及其材料预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.1 概 述第2页/共58页9 9.1.1.1.1 预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 图示，跨度为图示，跨度为L截面为截面为bh，承受均部荷载，跨中，承受均部荷载，跨中最大弯矩为最大弯矩为M的简支梁的简支梁sc第3页/共58页9 9.1.1.1.1 预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 图示，跨度为图示，跨度为L的简支梁的简支梁epNpspc第4页/共58页scsb预应

3、力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第5页/共58页由于预加应力由于预加应力s spc较大，受拉边缘仍处于受较大，受拉边缘仍处于受压状态，压状态，不会出现开裂；不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的的开裂明显推迟开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。第9章 预应力混凝土结构

4、的原理及计算规定第6页/共58页第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 预应力在日常生活中的应用 木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环向压应力。当桶中盛水后，水压引起的拉应力小于预加压应力时，桶就不会漏水。从书架上取下一叠书，由于受到双手施加的压力，这一叠书就如同一横梁，可以承担全部书的重量。第7页/共58页1 1）国外配筋混凝土结构的分类）国外配筋混凝土结构的分类 IIII级：有限预应力混凝土 有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.2.1.2 配筋混凝土结构的分类

5、配筋混凝土结构的分类I I级：全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。配筋混凝土结构配筋混凝土结构预应力、部分预应力、普通钢筋预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土结构混凝土结构第8页/共58页IIIIII级：部分预应力混凝土级：部分预应力混凝土 部部分分预预应应力力混混凝凝土土是是按按在在使使用用荷荷载载作作用用下下，容容许许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。IVIV级：普通钢筋混凝土级：普通钢筋混凝土 部部分分预预应应力力混混凝凝土土是是按按在在使使用用荷荷载载作作用用下下，容容许

6、许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。1 1）国外配筋混凝土结构的分类）国外配筋混凝土结构的分类第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.2.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类第9页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.2.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类第10页/共58页2 2）国内配筋混凝土结构的分类）国内配筋混凝土结构的分类第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.2.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类 我国按照工程习惯，根据预应力度将配筋混凝

7、土我国按照工程习惯，根据预应力度将配筋混凝土分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通分为全部预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土。钢筋混凝土。（1 1）预应力度的定义）预应力度的定义公路桥规公路桥规将受弯构件的的预应力度将受弯构件的的预应力度()定义为：定义为：由预应力大小确定的消压弯矩由预应力大小确定的消压弯矩M M0 0与外荷载产生的弯矩与外荷载产生的弯矩M M的比值。的比值。第11页/共58页2 2）国内配筋混凝土结构的分类）国内配筋混凝土结构的分类第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.2.1.2 配筋混凝土结构的分类配筋混凝土结构的分类（3 3）部分预应力

8、混凝土构件的分类）部分预应力混凝土构件的分类 公路桥规公路桥规将作用（荷载）在短期效应组合下控制将作用（荷载）在短期效应组合下控制的正截面受拉边缘出现拉应力的部分预应力混凝土构件的正截面受拉边缘出现拉应力的部分预应力混凝土构件分为两类：分为两类：A A类：对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时；类：对构件控制截面受拉边缘的拉应力加以限制时；B B类：当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出类：当构件控制截面受拉边缘的拉应力超过限值或出现不超过宽度限值的裂缝时。现不超过宽度限值的裂缝时。（2 2）配筋混凝土构件的分类）配筋混凝土构件的分类 全部预应力混凝土全部预应力混凝土(1)1)部分预应力

9、混凝土部分预应力混凝土(1(10)0)普通钢筋混凝土普通钢筋混凝土(=0)=0)第12页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.3.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土的优点改善结构的使用性能：延缓裂缝的出现，减小裂缝宽度；截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度结构。受剪承载力提高：施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成，使受剪承载力得到提高。卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作用，使用活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加钢筋的疲劳强度。使高强钢材和高强混凝土得到

10、应用：有利于减轻结构自重，节约材料，取得经济效益。第13页/共58页 预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比,其主要其主要优点是：优点是：提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此适用于对裂缝要求严格的结构；此适用于对裂缝要求严格的结构；由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载和减轻结构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件；的构件；提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件

11、的刚度和变形控制较高的结构构件；于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件；提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。力。第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.3.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点第14页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.1.3.1.3 预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土结构的优缺点预应力混凝土的缺点工艺复杂，对施工质量要求较高。需要有专门的设备。预应力上拱度不易控制。预应力混凝土结构的开工费较大。第15页/共58页12.2第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.

12、2 预加应力的方法与设备9 9.2.1.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法 施加预应力的方法分为两类先张法和后张法 第16页/共58页 先张法先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度长度 ltr才能才能完成完成。先张法 先张法预应力混凝土先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混构件，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。凝土

13、之间的粘结力来传递的。第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9 9.2.1.2.1 预应加力的主要方法预应加力的主要方法第17页/共58页 将预应力钢筋用夹具将预应力钢筋用夹具固定于台座或钢模上固定于台座或钢模上 支模、帮扎非预应支模、帮扎非预应力钢筋、浇注混凝土力钢筋、浇注混凝土 待混凝土达到预定待混凝土达到预定强度后，切断或放松强度后，切断或放松钢筋，使混凝土产生钢筋，使混凝土产生预压应力。预压应力。先张法的工序先张法的工序 第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.2 预加应力的方法与设备预应加力的主要方法预应加力的主要方法第18页/共58页 后张法后张法：后张法就是在构件浇筑成

14、型后再张拉钢筋：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。的锚具来传递。后张法后张法第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应加力的主要方法预应加力的主要方法第19页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应加力的主要方法预应加力的主要方法后张法的工序后张法的工序 浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道 待混凝土达到预定强度后，用千斤顶张拉钢筋，用锚具将张拉端预应力钢筋锚固 用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道，使预应力钢筋与孔道壁产生粘结力第20页/共58页第9章 预应力混凝土结构的

15、原理及计算规定第21页/共58页第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定后张法后张法Post-tension第22页/共58页第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定后张无粘结预应力第23页/共58页第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第24页/共58页无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋第9章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第25页/共58页锚具第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.2 预加应力的方法与设备锚具锚具1）对锚具的要求 受力安全可靠、预应力损失小、构造简单、紧凑、制作方便、用钢量少、张拉锚固方便迅速，设备简单。锚具的自锚

16、和自锁。第26页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料锚具锚具2）锚具的分类 依靠摩阻力锚固的锚具如楔形锚具、锥形锚依靠摩阻力锚固的锚具如楔形锚具、锥形锚具具JMJM锚具、夹片式锚具等锚具、夹片式锚具等 依靠承压锚固的锚具。如：镦头锚具、钢筋依靠承压锚固的锚具。如：镦头锚具、钢筋螺纹锚具等螺纹锚具等 用依靠粘结力锚固的锚具。如先张法的预应用依靠粘结力锚固的锚具。如先张法的预应力钢筋锚固，后张法固定端的钢绞线压花锚具力钢筋锚固，后张法固定端的钢绞线压花锚具等。等。锚具的分类很多，按其传力锚固的受力原锚具的分类很多，按其传力锚固的受力原理，可以分为：理，可以分为：第27页/共58页第

17、9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料锚具锚具3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（1）锥形锚具用于锚固钢丝束或钢绞线束锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成张拉时采用专门的双作用或三作用弗氏千斤顶第28页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料锚具锚具3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（1）锥形锚具第29页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（2）镦头锚具用于锚固钢丝束和单根粗钢筋张拉端采用锚杯，固定端采用锚板要求钢丝下料长度精度高，防止造成钢丝受力不均第30页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常

18、用的锚具（2）镦头锚具第31页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（3）钢筋螺纹锚具 主要用于预应力筋张拉端构造简单、滑移小，也便于再次张拉，注意焊接接头的质量，以防止发生脆断。第32页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具 JM12JM12型锚具用于锚固3 36 6根直径为12mm12mm的钢筋束，或5 56 6根7474的钢绞线，必需采用双作用千斤顶张拉缺点：钢筋内缩值较大第33页/共58页 QM型和XM型锚具用于锚固单根或多根钢绞线每次张拉一根钢绞线锚

19、环根据钢绞线的布置，采用单孔或多孔第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具 第34页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料3）目前桥梁结构中几种常用的锚具（4）夹片锚具JM12型、QM型和XM型锚具 第35页/共58页第36页/共58页夹片式锚具夹片式锚具第37页/共58页第38页/共58页第39页/共58页第40页/共58页第41页/共58页第42页/共58页第43页/共58页第44页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.2 预加应力的方法与设备预应力的其他设备预应力的其他设备 制孔

20、器制孔器 穿索机穿索机 灌孔水泥浆及压浆机灌孔水泥浆及压浆机张拉台座张拉台座第45页/共58页12.3第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料9.3 预加应力结构的材料混凝土混凝土1）强度要求 用于预应力混凝土构件的混凝土强度要求比较高。用于预应力混凝土构件的混凝土强度要求比较高。公路桥规公路桥规规定：预应力混凝土构件的混凝土强规定：预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于度等级不应低于C40C40。这样，可以充分发挥高强钢材的抗拉强度，有效这样，可以充分发挥高强钢材的抗拉强度，有效地减小构件截面尺寸。地减小构件截面尺寸。2）收缩、徐变的影响第46页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概

21、念及其材料混凝土混凝土3）混凝土的配置要求与措施配置要求配置要求高强度、低收缩、徐变小。高强度、低收缩、徐变小。措施措施控制水灰比、选用高标号水泥、控制水泥掺控制水灰比、选用高标号水泥、控制水泥掺 入量、注意掺合料的选择、加强振捣和养护。入量、注意掺合料的选择、加强振捣和养护。第47页/共58页预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压具有较高的弹性模量，有利

22、于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；时的弹性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；垫板的尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 第9章 预应力混凝土结构的基本概念

23、及其材料混凝土混凝土第48页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力钢材预应力钢材 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须还必须具有一定的塑性具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。要求与混凝土良好的粘结性能，通常采用要求与混凝土良好的粘结性能，通常采用刻刻痕痕或或压波压波方法来提高与混凝土粘结强度。方法来提高与混凝土粘结强度。具有具有低松弛低松弛应力损失。应力损失。预应力钢

24、筋的要求预应力钢筋的要求高强度、粗直径、低松驰、耐高强度、粗直径、低松驰、耐腐蚀。腐蚀。1）对预应力钢筋的要求第49页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力钢材预应力钢材2）预应力钢筋的种类(1)(1)、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2 2、3 3、7 7股高强钢丝扭结而成的一种股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以高强预应力筋，其中以7 7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7 7股钢绞股钢绞线的公称直径为线的公称直径为9.59.515.2 15.2 mmmm，通常用于无粘结预应，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达力筋，强度可高达18601860MPaMPa。2

25、 2股和股和3 3股钢绞线用途不股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。强度。第50页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料2）预应力钢筋的种类无粘结预应力束无粘结预应力束(1)(1)、钢绞线、钢绞线第51页/共58页 高强度钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后高强度钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。高强钢丝的强度为得到。高强钢丝的强度为1470147018601860MPaMPa。钢丝直径为。钢丝直径为3 39 9mmmm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用。为增加与混凝土粘结强度，钢丝

26、表面可采用刻痕刻痕或或压波压波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。刻痕钢丝螺旋肋钢丝第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料(2)、高强度钢丝第52页/共58页（3）、精扎螺纹钢筋）、精扎螺纹钢筋 为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。种预应力筋的应用已很少。第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料第53页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料第

27、54页/共58页第第9章章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料预应力混凝土结构的基本概念及其材料第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料补充 预应力混凝土结构的三种概念 预应力混凝土结构，按照钢筋于混凝土之间的粘结情预应力混凝土结构，按照钢筋于混凝土之间的粘结情况，分为况，分为有粘结预应力混凝土结构有粘结预应力混凝土结构和和无粘结预应力无粘结预应力混凝土结构混凝土结构。按照预应力钢筋是否布置在截面内将预应力钢筋按照预应力钢筋是否布置在截面内将预应力钢筋混凝土结构分为混凝土结构分为体内预应力混凝土结构体内预应力混凝土结构和和体外体外预应力混凝土结构预应力混凝土结构。12.4预应力混凝土结构的三

28、种概念第55页/共58页第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料 预应力混凝土结构的三种概念 1）预加应力的目的，是将混凝土变成弹性材料。）预加应力的目的，是将混凝土变成弹性材料。预加应力的目的，只是为了改变混凝土的性能，预加应力的目的，只是为了改变混凝土的性能，变脆性材料为弹性材料。变脆性材料为弹性材料。2）预加应力的目的，是使高强度钢筋和混凝土能）预加应力的目的，是使高强度钢筋和混凝土能够共同工作。够共同工作。3）预加应力的目的，是实现荷载平衡。）预加应力的目的，是实现荷载平衡。第56页/共58页 林同炎世界著名桥梁和结构工程学家。世界上最早一个以中国人命名的科学奖，就是美国土木工程学会

29、的林同炎奖。1925年，考取唐山交通大学土木工程系，每试必冠，是校长茅以升、教授孙宝琦的得意门生。1931年，到美国加州大学柏克莱分校工程研究院深造，获学士学位。他的毕业论文力矩分配法，轰动了美国建筑界。1956年他完成的力作预应力混凝土一书，被公认为预应力学术界的权威著作，被美国土木工程学会评选为大学最好教科书之一，翻译成日、俄、西班牙等多种文字出版。他是“美国预应力的功勋人”，被尊称为“预应力混凝土先生”。他首创的“荷载平衡法”设计理论，成为预应力混凝土设计三大基础理论之一，被尊为现代建筑的一代宗师。1954年，林同炎在美国创建了“预应力学会”和“林同炎国际公司”。“林同炎国际公司”在美国和世界各地设计、建造了百余座美轮美奂的桥梁及房屋建筑，举世闻名。林同炎世界著名桥梁和结构工程学家第57页/共58页感谢您的观看。第58页/共58页