预应力混凝土耐久性.pptx

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1、5.7 5.7 预应力混凝土梁和板5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板 预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的基本概念：基本概念：预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的优点：优点：预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的预应力混凝土的分类分类按按施加预应力的方法施加预应力的方法分：分：先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土；先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土；按按预加应力的程度预加应力的程度分：分：全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土；全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土；按按预应力钢筋与混凝土的粘结状况预应力钢筋与混凝

2、土的粘结状况分：分：有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土、体外预应力混凝土。有粘结预应力混凝土、无粘结预应力混凝土、体外预应力混凝土。第1页/共75页全预应力混凝土：由于预加应力 pc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现拉应力；(裂缝控制一级）有限预应力混凝土：受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；(裂缝控制二级）部分预应力混凝土：受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但对最大裂缝宽度予以限制。(裂缝控制三级）预应力混凝土分类 P.1785 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第2页/共75页裂缝控制等级规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控

3、制分为三个等级：一级：严格要求不出现裂缝的构件。二级：一般要求不出现裂缝的构件。三级：允许出现裂缝的构件。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第3页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第4页/共75页生活中预应力概念的应用5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第5页/共75页生活中预应力概念的应用5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第6页/共75页预应力坝工程中预应力概念的应用第7页/共75页5.7.1 施加预应力的方法和材料 P.179先张法先张法（一）施加方法（一）施加方法5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第8页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和

4、板第9页/共75页后张法后张法5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第10页/共75页后张法后张法5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第11页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第12页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第13页/共75页（二）锚具和夹具（二）锚具和夹具 P.1815 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第14页/共75页螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第15页/共75页第16页/共75页第17页/共75页第18页/共75页镦头锚具镦头锚具5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第19页/共75页 锥塞式锚具锥

5、塞式锚具5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第20页/共75页夹片式锚具夹片式锚具JM2型型XM型、型、QM型型5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第21页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第22页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第23页/共75页锥形夹具、楔形夹具锥形夹具、楔形夹具第24页/共75页梳子板夹具梳子板夹具第25页/共75页（三）张拉控制应力（三）张拉控制应力 P.194 在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的压表）所控制的总张拉力总张拉力Np,con除以预应

6、力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的应得到的应力称为力称为张拉控制应力张拉控制应力 con。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第26页/共75页P.1955 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第27页/共75页在下列情况下，con可提高0.05 fptk：为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。为避免 con的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定 con不应小于0.4 fptk。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第28页/共75页（四）预应力混凝土的材料（四）预应力混凝土的材料1、预应力钢筋

7、 P.182 预应力钢筋的强度越高越好。必须具有一定的塑性;同时还要求具有良好的加工性能。对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能。宜用钢绞线、钢丝、热处理钢筋等。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第29页/共75页2、混凝土、混凝土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 P.182一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强，当采用高强钢丝时不低于钢丝时不低于C40。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第30页/共75页5.7.2 预应力混凝土梁板的构造（自学）P.182（一）截面形

8、式和尺寸（一）截面形式和尺寸（二）预应力钢筋的配置形式（二）预应力钢筋的配置形式（三）钢筋设置（三）钢筋设置5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第31页/共75页1、先张法、先张法 预应力钢筋（丝）的净间距 不应小于公称直径的1.5倍。并且：当预应力钢筋为钢绞线时，其净距不应小于20或25mm；当预应力钢筋为钢丝时，其净距不宜小于15mm。混凝土保护层厚度 不应小于公称直径和附录B的规定；（四）一般构造要求（四）一般构造要求5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第32页/共75页 钢筋、钢丝的锚固 先张法预应力混凝土构件应保证钢筋（丝）与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用变形钢筋、刻痕钢丝

9、、螺旋肋钢丝、钢绞线等。端部附加钢筋 5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第33页/共75页当当采采用用多多根根预预应应力力钢钢筋筋时时，在在构构件件端端部部10倍倍预预应应力力钢钢筋筋直径范围内，应设置直径范围内，应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网。片与预应力钢筋垂直的钢筋网。采采用用钢钢丝丝配配筋筋的的预预应应力力薄薄板板，在在端端部部100mm范范围围内内，应应适当加密横向钢筋。适当加密横向钢筋。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第34页/共75页2、后张法、后张法 预留孔道的构造要求预留孔道的构造要求5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第35页/共75页2、后张法、后张

10、法 预留孔道的构造要求预留孔道的构造要求 构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于 12m。孔道灌浆所用的水泥砂浆强度等级不应低于。孔道灌浆所用的水泥砂浆强度等级不应低于M20，水灰比宜，水灰比宜为为0.40.45，为减少收缩，宜掺入，为减少收缩，宜掺入0.01%水泥用量的铝粉。水泥用量的铝粉。凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。凡需要起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第36页/共75页 曲线预应力钢筋的曲率半径曲线预应力钢筋的曲率半径 钢丝束、钢绞线束以及钢筋直径钢丝束、钢绞线束以及钢

11、筋直径d12mm的钢筋束，不宜的钢筋束，不宜小于小于4m。1225mm的钢筋，不宜小于的钢筋，不宜小于15mm。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第37页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板 端部构造第38页/共75页5.7.3 预应力损失预应力损失 P.199 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，原因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失预应力损失。由

12、于预应力通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第39页/共75页1 1、锚具损失、锚具损失 l1 P.249P.249 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为 l1。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第40页/共75页2 2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第41页/共75页3

13、3、温差损失、温差损失 l3 为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失 l3。降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩（热线膨胀系数相近，无相互作用力），已产生预应力损失 l3无法恢复。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第42页/共75页4 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失 l4钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这

14、种现象称为松弛。由此引起的预应力损失称为松弛损失。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第43页/共75页5 5、收缩徐变损失、收缩徐变损失 l5混凝土硬化时产生的收缩和在长期预压作用下产生的徐变，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。一般情况下，收缩徐变损失在总预应力损失中所占比例最大。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第44页/共75页6、预应力损失的组合预应力损失分为两批：混凝土预压前完成的损失 lI；混凝土开始预压及随后完成的损失 lII。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第45页/共75页5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第46页/

15、共75页考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，规范规定当总损失值 l=lI+lII小于下列数值时，按下列数值取用，先张法构件 100MPa后张法构件 80MPa P.2005 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板第47页/共75页5.7.4 预应力混凝土梁板设计要点预应力混凝土梁板设计要点 P.200 设计内容：设计内容：使用阶段受弯及受剪承载力计算；使用阶段受弯及受剪承载力计算；裂缝控制；裂缝控制；变形验算；变形验算；施工阶段截面应力验算。施工阶段截面应力验算。5 混凝土结构5.7 预应力混凝土梁和板5.7 预应力混凝土梁和板第48页/共75页5.8 混凝土结构耐久

16、性设计5.8 5.8 预制构件的施工阶段验算及连接预制构件的施工阶段验算及连接 P.205 自学自学5 混凝土结构第49页/共75页5.8 混凝土结构耐久性设计耐久性耐久性是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件是指结构在预定设计工作寿命期内，在正常维护条件下，不需要进行大修和加固就能满足正常使用和安全功能下，不需要进行大修和加固就能满足正常使用和安全功能要求的能力。要求的能力。对于一般建筑结构，设计工作寿命为对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年年，重要的建筑物可，重要的建筑物可取取100年年。5.9 5.9 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计 P.2085 混凝土结构第50页/

17、共75页Deterioration of Reinforced Concrete Bridge due to Poor Durability第51页/共75页Highway Bridge in Service New York State,US第52页/共75页一、影响混凝土结构耐久性的因素内部因素：混凝土强度 渗透性 保护层厚度 水泥品种 标号和用量 外加剂等外部因素：环境温度 湿度 CO2含量 侵蚀性介质等5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第53页/共75页1、混凝土的冻融破坏 多多余余的的水水份份滞滞留留在在混混凝凝土土毛毛细细孔孔中中。低低温温时时水水份份因因结结冰冰产产生体积

18、膨胀，引起混凝土内部结构破坏。生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反反复复冻冻融融多多次次，就就会会使使混混凝凝土土的的损损伤伤累累积积达达到到一一定定程程度度而而引起结构破坏。引起结构破坏。防防止止混混凝凝土土冻冻融融破破坏坏的的主主要要措措施施是是降降低低水水灰灰比比，减减少少混混凝凝土中多余的水份土中多余的水份。冬冬季季施施工工时时，应应加加强强养养护护，防防止止早早期期受受冻冻，并并掺掺入入防防冻冻剂剂等。等。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第54页/共75页2、混凝土的碱集料反应 混混凝凝土土集集料料中中的的某某些些活活性性矿矿物物与与混混凝凝土土微微孔孔中中的的碱碱性性溶

19、溶液液产生化学反应称为碱集料反应。产生化学反应称为碱集料反应。引起碱集料反应有三个条件引起碱集料反应有三个条件：混凝土的凝胶中有碱性物质混凝土的凝胶中有碱性物质。骨料中有活性骨料骨料中有活性骨料水分水分5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第55页/共75页3、侵蚀性介质的腐蚀硫酸盐腐蚀酸腐蚀海水腐蚀5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第56页/共75页贵州铝厂柱开胀第57页/共75页嘉裕关结构梁腐蚀破坏第58页/共75页张掖碱泉村第59页/共75页张掖墙面第60页/共75页张掖高架桥墩第61页/共75页青海化工厂桥柱第62页/共75页青海化工厂桥面护栏第63页/共75页团结湖桥柱第

20、64页/共75页沈阳山海关高速公路路椽石第65页/共75页沈阳山海关高速公路冬季撤盐第66页/共75页沈阳山海关掺入硅灰、减水剂、超细粉煤灰的路缘第67页/共75页4、混凝土的碳化 由于大气中的二氧化碳（由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发生）与混凝土中的碱性物质发生反应，反应，使混凝土的使混凝土的Ph值降低值降低。其他物质，如。其他物质，如SO2、H2S，也，也能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的能与混凝土中的碱性物质发生类似的反应，使混凝土的Ph值降低，这就是混凝土的碳化。值降低，这就是混凝土的碳化。混凝土的碳化是混凝土结构耐久性的重要问题混凝土的碳化是混凝土结

21、构耐久性的重要问题。混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳混凝土的碳化从构件表面开始向内发展，到保护层完全碳化，所需要的时间与化，所需要的时间与碳化速度碳化速度、混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度、混凝混凝土密实性土密实性以及以及覆盖层情况覆盖层情况等因素有关。等因素有关。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第68页/共75页5、钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的最关键问题。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第69页/共75页二、结构工作环境类别混凝土结构的耐久性与结构工作的环境有密切关系。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第70页/共75页三、保证耐

22、久性的措施1 最小保护层厚度最小保护层厚度：对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命对一、二、三类环境一般建筑结构（设计工作寿命50年），年），规范规范规定了最小混凝土保护层厚度。规定了最小混凝土保护层厚度。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。对四、五类环境种的建筑结构，应按专门规定考虑。当对结构设计工作寿命有更高要求时（当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保年），混凝土保护层厚度应适当增加。护层厚度应适当增加。2 混凝土的要求混凝土的要求：混凝土密实性混凝土密实性 减小水灰比和保证水泥用量。减小水灰比和保证水泥用量。控制混凝土中氯离子含量。控制混凝土中氯离子含量

23、。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第71页/共75页5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第72页/共75页3 裂缝控制：将裂缝控制分为三个等级：一级：严格要求不出现裂缝的构件；按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。二级：一般要求不出现裂缝的构件；按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘混凝土不应大于混凝土抗拉强度标准值；而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜出现拉应力，有可靠经验时可适当放松；三级：允许出现裂缝的构件；按荷载标准组合并考虑长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足表11-6规定的限值。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第73页/共75页4 其他措施其他措施 对于结构中使用环境较差的构件，对于结构中使用环境较差的构件，宜设计成可更换或易更宜设计成可更换或易更换的构件。换的构件。对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋对于暴露在侵蚀性环境中的结构和构件，宜采用带肋环氧环氧涂层钢筋涂层钢筋，预应力钢筋应有防护措施。，预应力钢筋应有防护措施。采用有利提高耐久性的采用有利提高耐久性的高强混凝土高强混凝土。5 混凝土结构5.8 混凝土结构耐久性设计第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页