1、现代预应力混凝土结构设计1PPT课件n第一章预应力混凝土总论第一章预应力混凝土总论n一、一、预应力结构定义预应力结构定义n(1) 普通混凝土由于抗拉强度低，混凝土易开裂，普通混凝土由于抗拉强度低，混凝土易开裂，n 荷载较大，裂缝宽度较大，同时构件挠度较大。荷载较大，裂缝宽度较大，同时构件挠度较大。n(2)为防止混凝土受拉开裂，预先让受拉区混凝土在为防止混凝土受拉开裂，预先让受拉区混凝土在n承受外荷载之前承受压应力承受外荷载之前承受压应力 ，因此当混凝土开，因此当混凝土开n裂，外荷载产生的拉应力为：裂，外荷载产生的拉应力为：ttf c tcttffc 预压应力预压应力2PPT课件n预先对受拉区混
2、凝土施加预应力的方法：预先对受拉区混凝土施加预应力的方法：n1. 先张法先张法n先将钢筋张拉到两固定台座上，再浇混凝土，养护先将钢筋张拉到两固定台座上，再浇混凝土，养护到混凝土达到一定强度，将张拉的钢筋放松，由于钢到混凝土达到一定强度，将张拉的钢筋放松，由于钢筋与混凝土已具有一定粘结，因此筋与混凝土已具有一定粘结，因此钢筋通过与混凝土钢筋通过与混凝土的粘结作用的粘结作用，给混凝土施加了预压应力，给混凝土施加了预压应力，在混凝土构在混凝土构件端部不需要预应力锚具。件端部不需要预应力锚具。n先张法主要用于施工中、小型预应力预制构件。先张法主要用于施工中、小型预应力预制构件。n例如：预应力空心预制板
3、例如：预应力空心预制板3PPT课件n2.2.后张法后张法n先浇混凝土，待达到一定强度后，再用千斤顶张先浇混凝土，待达到一定强度后，再用千斤顶张拉钢筋，然后将锚具固定到位，放松钢筋，钢筋通过拉钢筋，然后将锚具固定到位，放松钢筋，钢筋通过锚具固定到混凝土构件两端。锚具固定到混凝土构件两端。需要配置专门的预应力需要配置专门的预应力锚具。锚具。n后张法主要用于施工预应力现浇结构。本课程内后张法主要用于施工预应力现浇结构。本课程内容主要针对后张预应力现浇结构而言。容主要针对后张预应力现浇结构而言。n一般有两种形式：一般有两种形式：n 有粘结预应力结构、无粘结预应力结构有粘结预应力结构、无粘结预应力结构4
4、PPT课件.n Prestressed Concreten 5PPT课件n3.3.电热法电热法n将钢筋通电加热伸长，待钢筋伸长到一定长度，将钢筋通电加热伸长，待钢筋伸长到一定长度，将锚具设置在混凝土结构上，然后断电冷却后，钢筋将锚具设置在混凝土结构上，然后断电冷却后，钢筋通过锚具固定到混凝土结构上。通过锚具固定到混凝土结构上。需要配置专门的预应需要配置专门的预应力锚具。力锚具。n电热法主要用于施工预应力现浇结构，尤其是环电热法主要用于施工预应力现浇结构，尤其是环形混凝土结构，如圆形水塔，圆形筒仓等。形混凝土结构，如圆形水塔，圆形筒仓等。n预应力筋预应力筋，不提预应力钢筋，不提预应力钢筋6PPT
5、课件n二、预应力结构特点二、预应力结构特点n(1)改善结构使用性能改善结构使用性能n 均匀结构应力分布、提高抗裂能力或减小裂缝宽均匀结构应力分布、提高抗裂能力或减小裂缝宽度、抵消外部荷载作用，反拱可以减小结构挠度等。度、抵消外部荷载作用，反拱可以减小结构挠度等。n(2)充分利用高强钢筋充分利用高强钢筋n 普通混凝土结构高强钢筋无法充分发挥强度，预普通混凝土结构高强钢筋无法充分发挥强度，预应力结构由于对高强钢筋预先施加了较高的预拉力，应力结构由于对高强钢筋预先施加了较高的预拉力，预先产生了较大拉应变，因此可以使高强钢筋在结构预先产生了较大拉应变，因此可以使高强钢筋在结构破坏前达到名义屈服强度或屈
6、服强度。破坏前达到名义屈服强度或屈服强度。7PPT课件n3.3.较强的裂缝闭合与变形恢复性能较强的裂缝闭合与变形恢复性能n卸载时，开裂裂缝基本闭合，变形基本恢复卸载时，开裂裂缝基本闭合，变形基本恢复n4.4.提高抗剪承载能力提高抗剪承载能力n混凝土预压应力延缓了斜裂缝产生，增大截面剪混凝土预压应力延缓了斜裂缝产生，增大截面剪压区面积，并且混凝土压应力提高了混凝土抗剪强度，压区面积，并且混凝土压应力提高了混凝土抗剪强度，因此提高抗剪承载能力。因此提高抗剪承载能力。n5.5.减小截面高度，减轻自重。减小截面高度，减轻自重。n6.6.提高抗疲劳强度提高抗疲劳强度n预压应力可降低钢筋应力循环幅度，增加
7、疲劳寿预压应力可降低钢筋应力循环幅度，增加疲劳寿命。命。n7.7.经济性较好，但材料单价较高。经济性较好，但材料单价较高。8PPT课件n三、预应力结构的基本形式三、预应力结构的基本形式n1. 1.房屋结构房屋结构n(1)(1)预应力混凝土框架结构预应力混凝土框架结构n(2)(2)预应力混凝土平板结构预应力混凝土平板结构n一般为无粘结预应力混凝土一般为无粘结预应力混凝土n(3)(3)预应力混凝土门架结构预应力混凝土门架结构n(4)(4)预应力混凝土转换层结构预应力混凝土转换层结构n(5)(5)预应力钢桁架结构预应力钢桁架结构n(6)(6)预应力空间钢结构预应力空间钢结构n(7)(7)预应力钢预应
8、力钢混凝土组合结构混凝土组合结构n(8)(8)预应力砌体结构预应力砌体结构9PPT课件n2.2.桥梁结构桥梁结构n3.3.特种结构特种结构n(1)(1)预应力混凝土水池、筒仓预应力混凝土水池、筒仓n(2)(2)预应力混凝土核安全壳预应力混凝土核安全壳n(3)(3)预应力混凝土体育看台预应力混凝土体育看台n(4)(4)预应力混凝土高耸结构预应力混凝土高耸结构n4.4.路面结构路面结构n5.5.加固改造结构加固改造结构10PPT课件n四、力学概念n1.预加力使混凝土成为弹性材料n Prestressed Concreten Reinforced Concrete11PPT课件n预应力使混凝土可以承
9、担较大的拉应力。预应力使混凝土可以承担较大的拉应力。即使与普即使与普通混凝土截面相同，通混凝土截面相同，但但预应力推迟了混凝土进入非线性预应力推迟了混凝土进入非线性状态的历程，状态的历程，因此预应力混凝土仍然具有比普通钢筋混因此预应力混凝土仍然具有比普通钢筋混凝土凝土刚度大刚度大的特性。的特性。12PPT课件n2.2.对混凝土构件施加预应力，使高强钢筋和高强度等对混凝土构件施加预应力，使高强钢筋和高强度等级混凝土能协同工作级混凝土能协同工作, ,能充分利用高强钢筋能充分利用高强钢筋, ,以提高构以提高构件承载能力。件承载能力。n钢筋要达屈服强度钢筋要达屈服强度, ,必须产生较大的应变必须产生较
10、大的应变。对钢筋。对钢筋施加预拉力是预先给钢筋提供初应变，而外荷载作用施加预拉力是预先给钢筋提供初应变，而外荷载作用使钢筋在初应变基础上变形，从而使钢筋在混凝土破使钢筋在初应变基础上变形，从而使钢筋在混凝土破坏时达到屈服应变。另外，对钢筋施加预拉力相应为坏时达到屈服应变。另外，对钢筋施加预拉力相应为混凝土提供了一个较大的预压力，因此混凝土提供了一个较大的预压力，因此只能采用高强只能采用高强度等级混凝土度等级混凝土。13PPT课件n3.3.施加预应力是实现部分荷载平衡的一种手段。施加预应力是实现部分荷载平衡的一种手段。14PPT课件n4.4.施加预应力是实现施加预应力是实现截面弯矩平衡截面弯矩平
11、衡的一种手段。的一种手段。n混凝土受偏心压力混凝土受偏心压力n使混凝土受偏心弯矩使混凝土受偏心弯矩n混凝土受总弯矩混凝土受总弯矩n若若 ，则混凝土轴心受压，无弯矩，则混凝土轴心受压，无弯矩pNeNp pNeNMp eNMp （抽掉预应力筋）（抽掉预应力筋）15PPT课件n因此，只要按配预应力筋，就能保证预应力构因此，只要按配预应力筋，就能保证预应力构件混凝土轴心受压，构件无弯曲变形，无挠度件混凝土轴心受压，构件无弯曲变形，无挠度pNMe pNMe eMApep 16PPT课件n5. 5. 施加预应力是实现施加预应力是实现截面受力平衡截面受力平衡的一种手段。的一种手段。n预应力筋拉力，预应力筋拉
12、力，n混凝土压力混凝土压力n 混凝土受压区高度混凝土受压区高度 令令 ，则，则nn若使混凝土轴心受压，则，可得：若使混凝土轴心受压，则，可得：(2)ppMNhxpN2peehx x()pMNee 0e pNMe （不抽掉预应力筋）（不抽掉预应力筋）17PPT课件n五、预应力混凝土分类五、预应力混凝土分类n1. 1.国外分类国外分类: :n全预应力：混凝土不出现拉应力全预应力：混凝土不出现拉应力n有限预应力：全部荷载作用下有限预应力：全部荷载作用下, ,出现有限拉应力出现有限拉应力n 长期持续荷载作用下长期持续荷载作用下, ,不出现拉应力不出现拉应力n部分预应力：全部荷载最不利组合作用下部分预应
13、力：全部荷载最不利组合作用下, ,出现裂缝出现裂缝n2.2.我国分类我国分类n全预应力、部分预应力全预应力、部分预应力( (类构件、类构件、B B类构件类构件) )18PPT课件n3 3、预应力度、预应力度 (1)(1)受弯或轴拉构件预应力度定义：受弯或轴拉构件预应力度定义：( (按使用阶段定义按使用阶段定义) )nn 消压弯矩、消压轴力（构件控制截面预压消压弯矩、消压轴力（构件控制截面预压n 受拉边缘应力抵消到零时的弯矩、轴力受拉边缘应力抵消到零时的弯矩、轴力) )n n 使用荷载（不包括预加力）使用荷载（不包括预加力）标准组合作用标准组合作用n 下控制截面的弯矩、轴力下控制截面的弯矩、轴力
14、00kkMNMN 00MN，kMk k，00WMc 0c0s 19PPT课件n全预应力：全预应力：n部分预应力：部分预应力：n钢筋混凝土：钢筋混凝土：n(2)(2)用材料强度关系表达用材料强度关系表达 ( (按极限状态定义按极限状态定义) )n全预应力：全预应力：n部分预应力：部分预应力：n钢筋混凝土：钢筋混凝土：1 01 0 )pppyp sppysyAfPPRAfAf u uu u(1 PPR01 PPR0 PPR20PPT课件n4.4.体内预应力混凝土体内预应力混凝土n有粘结预应力混凝土有粘结预应力混凝土n无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土n缓粘结预应力混凝土缓粘结预应力混凝土n5.5
15、.体外预应力混凝土体外预应力混凝土21PPT课件n六、预应力结构发展六、预应力结构发展n1. 1.发展历史发展历史n18661866年，年，美国工程师美国工程师JacksonJackson首先将预应力技术首先将预应力技术应用于混凝土结构。应用于混凝土结构。n美国美国SteinerSteiner，DillDill等对预应力技术的尝试均没有等对预应力技术的尝试均没有成功。成功。n主要原因：主要原因：n预应力筋强度太低，张拉应力不大，由于预应力预应力筋强度太低，张拉应力不大，由于预应力损失造成有效预应力几乎消失。损失造成有效预应力几乎消失。22PPT课件n19281928年年法国工程师法国工程师Fr
16、eyssinet(Freyssinet(弗莱西奈特弗莱西奈特) )提出：提出：n预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混凝土。n这是预应力混凝土在理论上的关键突破。这是预应力混凝土在理论上的关键突破。n FreyssinetFreyssinet成为现代预应力之父。成为现代预应力之父。n19381938年年德国德国HoyerHoyer研究成功先张法预应力工艺。研究成功先张法预应力工艺。n美国华裔林同炎美国华裔林同炎(T.Y.Lin(T.Y.Lin) )发明预应力结构分析的发明预应力结构分析的等效荷载法，将现代预应力结构推上了设计舞台。等效荷载法，将现代预应力
17、结构推上了设计舞台。n 林同炎被称为预应力先生。林同炎被称为预应力先生。n我国房屋建筑首先应用于我国房屋建筑首先应用于预应力混凝土屋架预应力混凝土屋架，再，再逐步应用于逐步应用于预制混凝土构件预制混凝土构件，现在已在，现在已在大跨度混凝土大跨度混凝土结构结构中大量应用。中大量应用。23PPT课件n2.2.现代预应力最新发展现代预应力最新发展n(1)(1)结构型式与体系结构型式与体系n1) 1) 结构型式结构型式n 有粘结预应力结构、无粘结预应力结构、有粘结预应力结构、无粘结预应力结构、n 体外预应力结构、缓粘结预应力结构体外预应力结构、缓粘结预应力结构n2) 2) 结构体系结构体系n房屋建筑：
18、房屋建筑：n框架结构、门架结构、平板结构框架结构、门架结构、平板结构n高层结构转换层、钢结构、钢高层结构转换层、钢结构、钢混凝土组合结构混凝土组合结构n特种结构：特种结构：n桥梁工程：桥梁工程：24PPT课件n(2) (2) 预应力结构设计理论预应力结构设计理论n1) 1)设计方法设计方法n概率极限状态设计方法概率极限状态设计方法n2)2)部分预应力与无粘结预应力混凝土结构部分预应力与无粘结预应力混凝土结构n部分预应力混凝土部分预应力混凝土n 全预应力混凝土具有缺陷全预应力混凝土具有缺陷n a. a. 混凝土压应力过高，徐变大，反拱大混凝土压应力过高，徐变大，反拱大n b. b. 端部锚具过于
19、集中端部锚具过于集中n c. c. 延性差，抗震能力差延性差，抗震能力差25PPT课件n 全预应力混凝土结构阻尼小，耗能差，滞回环窄，全预应力混凝土结构阻尼小，耗能差，滞回环窄，地震作用下位移大，并且高强钢筋、高强混凝土塑性地震作用下位移大，并且高强钢筋、高强混凝土塑性差，导致结构延性差。差，导致结构延性差。n地震作用下，存在锚具破坏，预应力脆断等二次地震作用下，存在锚具破坏，预应力脆断等二次破坏。破坏。n无粘结预应力筋应用无粘结预应力筋应用na. a.预应力筋强度不能充分发挥预应力筋强度不能充分发挥nb.b.无粘结预应力结构承载能力低于有粘结预应力结无粘结预应力结构承载能力低于有粘结预应力结
20、 构，因此无粘结预应力筋配筋量增大。构，因此无粘结预应力筋配筋量增大。nc. c.无粘结预应力结构施工方便无粘结预应力结构施工方便。26PPT课件n3)3)预应力超静定结构次内力与内力重分布预应力超静定结构次内力与内力重分布n4)4)预应力结构抗震理论预应力结构抗震理论n5) 5) 空间曲线预应力结构分析空间曲线预应力结构分析n6)6)结构耐久性：结构耐久性：目前还需要做大量的工作。目前还需要做大量的工作。n(3) (3) 预应力施工工艺研究预应力施工工艺研究n 高吨位张拉千斤顶的研究高吨位张拉千斤顶的研究n 减小预应力松弛施工工艺研究减小预应力松弛施工工艺研究27PPT课件nFIPFIP：国
21、际预应力协会：国际预应力协会nCEB: CEB: 欧洲混凝土委员会欧洲混凝土委员会28PPT课件n 第二章预应力材料第二章预应力材料n第一节预应力筋第一节预应力筋n一、预应力筋要求一、预应力筋要求n1.高强度高强度n钢材中添加合金元素钢材中添加合金元素n冷拔、冷拉提高钢材屈服强度冷拔、冷拉提高钢材屈服强度n通过热处理提高钢材强度通过热处理提高钢材强度n2塑性较好塑性较好n具有一定拉断延伸率要求、弯折次数要求具有一定拉断延伸率要求、弯折次数要求n3.粘结性能较好粘结性能较好n选用刻痕钢丝、钢铰线改善预应力筋与混凝土之间的粘结性能选用刻痕钢丝、钢铰线改善预应力筋与混凝土之间的粘结性能29PPT课件
22、n二、预应力筋种类二、预应力筋种类n金属预应力筋、非金属预应力筋金属预应力筋、非金属预应力筋n金属预应力筋：金属预应力筋：n高强钢筋、高强钢丝、钢铰线高强钢筋、高强钢丝、钢铰线n非金属预应力筋：非金属预应力筋：n纤维增强塑料预应力筋（纤维增强塑料预应力筋（FRP筋）筋）n1.高强钢筋高强钢筋n冷拉热轧低合金钢筋：冷拉热轧低合金钢筋：n冷拉冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级、冷拉级钢筋、冷拉级钢筋、冷拉Q275钢筋钢筋n热处理低合金钢筋：热处理低合金钢筋：n级钢经过调质热处理，也称为级钢经过调质热处理，也称为级钢筋。级钢筋。30PPT课件n高强钢筋焊接性能不稳定，因此常在钢筋端部冷轧螺纹或直高强钢筋
23、焊接性能不稳定，因此常在钢筋端部冷轧螺纹或直接生产无纵肋的精轧螺纹钢筋，在端部用螺纹套筒连接接长。接生产无纵肋的精轧螺纹钢筋，在端部用螺纹套筒连接接长。高强钢筋一般不焊接。高强钢筋一般不焊接。n2高强钢丝高强钢丝n冷拉型、矫直回火型两种形式冷拉型、矫直回火型两种形式n外形：光面、刻痕、螺旋肋三种外形：光面、刻痕、螺旋肋三种n直径：直径：2.5、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、12.2n高强钢丝由优质碳素钢经过一系列生产工艺后高强钢丝由优质碳素钢经过一系列生产工艺后冷拔冷拔制成。制成。n预应力钢丝经过预应力钢丝经过矫直回火矫直回火后，可消除钢丝冷拔过程中的残后，
24、可消除钢丝冷拔过程中的残余应力，其比例极限、屈服强度、弹性模量均有所提高，但松余应力，其比例极限、屈服强度、弹性模量均有所提高，但松弛仍较大，成为弛仍较大，成为消除应力钢丝。消除应力钢丝。若若按按“稳定化稳定化”要求矫直回火要求矫直回火，其松弛仅为普通钢丝的其松弛仅为普通钢丝的0.250.33左右，成为左右，成为低松弛钢丝低松弛钢丝。31PPT课件n我国消除应力钢丝分为：我国消除应力钢丝分为：n普通松弛普通松弛(级松弛）、低松弛级松弛）、低松弛(级松弛）级松弛）n3.钢绞线钢绞线n将冷拔钢丝以一根稍粗直钢丝为中心，其余钢丝围绕该钢将冷拔钢丝以一根稍粗直钢丝为中心，其余钢丝围绕该钢丝进行螺旋状绞
25、扭而成，再经过低温回火处理。丝进行螺旋状绞扭而成，再经过低温回火处理。n普通松弛钢绞线、低松弛钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层普通松弛钢绞线、低松弛钢绞线、镀锌钢绞线、环氧涂层钢绞线、拔模钢绞线钢绞线、拔模钢绞线n规格：规格：n2股、股、3股、股、7股、股、19股股n7股钢绞线在预应力结构中最常用。股钢绞线在预应力结构中最常用。32PPT课件n4.非金属预应力筋非金属预应力筋n纤维增强塑料预应力筋（纤维增强塑料预应力筋（FRP筋），包括：筋），包括：n玻璃纤维增强塑料预应力筋（玻璃纤维增强塑料预应力筋（GFRP筋）筋）n芳纶纤维增强塑料预应力筋（芳纶纤维增强塑料预应力筋（AFRP筋）筋）n碳纤维增
26、强塑料预应力筋（碳纤维增强塑料预应力筋（CFRP筋）筋）n表面形态：表面形态：n光滑、螺纹或网状光滑、螺纹或网状n力学特点：力学特点：n抗拉强度高、抗腐蚀性能好、重量小、热膨胀系数与混凝抗拉强度高、抗腐蚀性能好、重量小、热膨胀系数与混凝土相近、抗磁性能强、耐疲劳性能好、弹性模量小、抗剪强度土相近、抗磁性能强、耐疲劳性能好、弹性模量小、抗剪强度低。低。n目前该结构处于研究当中。目前该结构处于研究当中。33PPT课件n三、预应力筋力学性能三、预应力筋力学性能n1. 应力应力应变曲线应变曲线n高强钢筋或钢丝曲线的计算模型高强钢筋或钢丝曲线的计算模型:n 无明显屈服台阶的高强钢筋或钢丝，其无明显屈服台
27、阶的高强钢筋或钢丝，其 模型如下：模型如下：ss 34PPT课件n高强钢筋或钢丝曲线的计算模型高强钢筋或钢丝曲线的计算模型:n 无明显屈服台阶的高强钢筋或钢丝，其无明显屈服台阶的高强钢筋或钢丝，其 模型一般模型一般采用采用Ramberg-Osgood多项式的形式，表达式为：多项式的形式，表达式为：ss es nsessssEKE)( 当当时，时， e bef75. 0 bf钢筋弹性比例极限，根据试验钢筋弹性比例极限，根据试验极限抗拉强度极限抗拉强度 35PPT课件ss sEP P 当钢筋当钢筋曲线通过原点，其原点处曲线斜率为曲线通过原点，其原点处曲线斜率为通过应力为通过应力为，应变为，应变为的
28、的条件应力点条件应力点，则：，则： nsePsPsPPPEKEEe)( nePsPEeK)( 可得：可得： nePesPssseE)()( 36PPT课件n. 式中式中 n 值约在值约在(7(730)30)之间，之间，n n 值愈大非弹性部分曲线愈平缓。值愈大非弹性部分曲线愈平缓。因此，钢筋因此，钢筋ss 曲线的计算模型为：曲线的计算模型为： esnePesPssesssseEE )()( %2 . 0 PebPf)9 . 08 . 0(2 . 0 5 .13 n我国一般取我国一般取，并根据试验结果取：，并根据试验结果取：，。37PPT课件nFRP筋应力应变曲线：筋应力应变曲线：n线弹性线弹性
29、nE 38PPT课件n3.预应力筋的松弛预应力筋的松弛n 持续高应力作用下持续高应力作用下,钢材应力随时间增长而降低的现象称为松钢材应力随时间增长而降低的现象称为松弛弛 应力与温度不变应力与温度不变,钢材应变随时间而增加现象称为蠕变。钢材应变随时间而增加现象称为蠕变。 预应力筋松弛试验一般在预应力筋松弛试验一般在20，初始应力，初始应力 ， 以以 1000小时作为推断长期松弛的依据小时作为推断长期松弛的依据。 可见，第一小时松弛非常显著。可见，第一小时松弛非常显著。0.6 0.8pupuff 时间时间(h) 1 5 20 100 200 5001000 松松 弛弛15%25%35%55%65%
30、85%100%39PPT课件n应力状态对松弛影响较大。应力状态对松弛影响较大。n弹性状态弹性状态 几乎没有松弛。几乎没有松弛。n温度对松弛影响更大。温度对松弛影响更大。0.5pipuf 0.6 0.7 0.8 一类一类 4.5% 8% 12% 二类二类 1% 2% 4.5%pipuf 温温 度度 20 40 60 初始初始1000h 1 1.9 3.3 30年后年后1000h 1 1.9 2.7 100 7.8 6.240PPT课件因此，当采用因此，当采用蒸汽养护或高温工作蒸汽养护或高温工作的预应力结构，应考虑温度的预应力结构，应考虑温度对预应力松弛损失的影响。对预应力松弛损失的影响。 4.预
31、应力筋疲劳预应力筋疲劳41PPT课件n第二节非预应力筋第二节非预应力筋n纵筋：纵筋：HRB335、HRB400n箍筋：箍筋：HPB235n由于预应力筋没有明显屈服台阶，因此全预应力结构延性较由于预应力筋没有明显屈服台阶，因此全预应力结构延性较差，结构破坏几乎没有明显预兆。采用差，结构破坏几乎没有明显预兆。采用部分预应力部分预应力结构可提高其结构可提高其变形能力，增强结构延性，变形能力，增强结构延性，一般预应力结构都需要配置一定比例一般预应力结构都需要配置一定比例的非预应力筋。的非预应力筋。42PPT课件n第三节混凝土第三节混凝土n一、对混凝土要求一、对混凝土要求n高强度、小变形高强度、小变形（
32、包括收缩、徐变）（包括收缩、徐变）n轻质、高性能（轻质、高性能（早硬、早强）早硬、早强）n1.高强度高强度n可以发挥材料强度，减小截面尺寸和自重可以发挥材料强度，减小截面尺寸和自重n可以减小弹性及塑性变形可以减小弹性及塑性变形n可以有较高抗拉强度、局部抗压强度、粘结性能可以有较高抗拉强度、局部抗压强度、粘结性能n最好能够最好能够早期高强早期高强n我国预应力混凝土一般不低于我国预应力混凝土一般不低于C40。43PPT课件n2.低收缩、低徐变低收缩、低徐变n 可以减小混凝土收缩徐变产生的预应力损失。可以减小混凝土收缩徐变产生的预应力损失。n水灰比、水泥用量、含水量水灰比、水泥用量、含水量n骨料骨料
33、n养护条件养护条件n构件尺寸构件尺寸n工作应力工作应力n纤维纤维n减水剂减水剂n高效减水剂对混凝土徐变几乎没有影响。高效减水剂对混凝土徐变几乎没有影响。44PPT课件n3.早硬、早强早硬、早强n高效减水剂（超塑化剂）高效减水剂（超塑化剂）能使混凝土早硬、早强，加快施能使混凝土早硬、早强，加快施工进度。工进度。45PPT课件n二、混凝土种类二、混凝土种类n 普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土、轻骨料混凝土普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土、轻骨料混凝土n1.1.普通混凝土普通混凝土n2.2.高强混凝土：高强混凝土：C50C50及其以上混凝土及其以上混凝土n 可以减小截面尺寸，降低用钢量，在高
34、层结构中应用很有可以减小截面尺寸，降低用钢量，在高层结构中应用很有意义。意义。n3.3.高性能混凝土高性能混凝土n高早期强度、高验收强度、高弹性模量高早期强度、高验收强度、高弹性模量n高耐久性高耐久性n良好工作性能良好工作性能n可配制坍落度可配制坍落度152152203mm203mm，及坍落度大于，及坍落度大于203mm203mm流态混凝土流态混凝土46PPT课件n4.4.轻骨料混凝土轻骨料混凝土n混凝土一般混凝土一般强度自重强度自重较小，因此跨度越大，自重在荷载较小，因此跨度越大，自重在荷载占的份额约大，造成结构配筋提高较大。占的份额约大，造成结构配筋提高较大。n因此，轻骨料混凝土应用于预应
35、力结构经济意义较大。因此，轻骨料混凝土应用于预应力结构经济意义较大。47PPT课件n三、三、 混凝土力学性能混凝土力学性能n1.应力应力应变曲线应变曲线n1、相对稳定期、相对稳定期.n微裂缝略有发展，有些会闭合，弹性状态微裂缝略有发展，有些会闭合，弹性状态n2、稳定裂缝发展期、稳定裂缝发展期n微裂缝增多发展，但荷载不增大，微裂缝发展停滞微裂缝增多发展，但荷载不增大，微裂缝发展停滞n3、不稳定裂缝发展期、不稳定裂缝发展期n微裂缝沿压应力方向发展、连通，构成平行压应力方向的连续微裂缝沿压应力方向发展、连通，构成平行压应力方向的连续裂缝，形成纵向劈裂裂缝，将试件分成小柱体。裂缝，形成纵向劈裂裂缝，将
36、试件分成小柱体。n应力维持不变，裂缝会继续增加，不再保持稳定。应力维持不变，裂缝会继续增加，不再保持稳定。max0.3 0.5 max0.3 0.5 max0.5 0.8 max0.8 （使用阶段）（使用阶段）48PPT课件n混凝土下降段存在混凝土下降段存在反弯点、收敛点反弯点、收敛点，混凝土破坏后存在残余，混凝土破坏后存在残余强度，但不稳定，在结构分析中一般可以不考虑。强度，但不稳定，在结构分析中一般可以不考虑。n2.2.混凝土变形混凝土变形n混凝土在混凝土在 时刻时刻, ,承受不变应力承受不变应力 的混凝土构件的混凝土构件, ,在时刻在时刻 的总应变的总应变 为为: :( ) ( )( )
37、( )( )( )( )( )icsTntttttt t( ) t ( )( )( )ictt ( )( )( )nsTttt49PPT课件3. 混凝土收缩、徐变混凝土收缩、徐变混凝土收缩：混凝土收缩： 混凝土水分蒸发及其他物理化学原因产生的体积缩小。混凝土水分蒸发及其他物理化学原因产生的体积缩小。混凝土徐变：混凝土徐变： 荷载长期作用产生的随时间增长的变形。荷载长期作用产生的随时间增长的变形。 混凝土收缩、徐变将造成预应力损失。混凝土收缩、徐变将造成预应力损失。(1)(1)混凝土收缩混凝土收缩初期发展较快初期发展较快CEB-FIPCEB-FIP（1978)1978)建议：建议：0( , )(
38、 )( )sssstt 012sss 50PPT课件n(2)混凝土徐变混凝土徐变n混凝土在应力作用下产生变形，包括两部分：混凝土在应力作用下产生变形，包括两部分：n(1) 龄期施加应力立刻产生的初始应变龄期施加应力立刻产生的初始应变n (2) 应力持续作用不断增大的应变，称为徐变应力持续作用不断增大的应变，称为徐变n当应力，混凝土变形增长收敛于极限值当应力，混凝土变形增长收敛于极限值n当应力，混凝土进入不稳定裂缝发展期，变形不当应力，混凝土进入不稳定裂缝发展期，变形不再收敛，当变形达到某一极限状态，虽然混凝土应力不超过其抗压再收敛，当变形达到某一极限状态，虽然混凝土应力不超过其抗压强度，但混凝
39、土仍发生破坏。强度，但混凝土仍发生破坏。n因此称为因此称为混凝土长期抗压强度混凝土长期抗压强度。c 0t0( )cit c 0( ,)cct t 0.8ccf 0( ,)cct 0.8ccf 0.8cf0.8cf51PPT课件n弹性恢复、弹性后效：弹性恢复、弹性后效：n当应力卸载到零，混凝土产生即时恢复变形，为弹性当应力卸载到零，混凝土产生即时恢复变形，为弹性恢复恢复n随时间增长，再缓慢产生少量恢复变形，为弹性后效随时间增长，再缓慢产生少量恢复变形，为弹性后效n即使如此，仍有大量残余变形不能恢复。即使如此，仍有大量残余变形不能恢复。ce cr re re 52PPT课件n 混凝土徐变随时间变化
40、混凝土徐变随时间变化应力持应力持续时间续时间1个月个月3个月个月6个月个月1年年2年年5年年10年年20年年30年年比值比值0.450.740.87 11.141.251.261.301.36tt 0()大部分徐变在前大部分徐变在前12年内完成，前年内完成，前36月发展最快。月发展最快。53PPT课件n影响因素：影响因素：n1.应力水平应力水平n应力长期作用下混凝土徐变收敛极限值，且任何时候徐变值约与应力长期作用下混凝土徐变收敛极限值，且任何时候徐变值约与应力成正比，应力成正比，徐变度徐变度与应力无关，与应力无关，线性徐变线性徐变n应力长期作用下混凝土应力长期作用下混凝土徐变收敛极限值徐变收敛
41、极限值，但徐变度，但徐变度n随应力水平而增大，随应力水平而增大，非线性徐变非线性徐变n 高应力作用下，持续一段时间混凝土徐变发散，随时间增大，混高应力作用下，持续一段时间混凝土徐变发散，随时间增大，混凝土破坏，凝土破坏，非线性徐变非线性徐变，长期抗压强度，长期抗压强度n 实际结构使用过程中，混凝土一般处于线性徐变范围。实际结构使用过程中，混凝土一般处于线性徐变范围。00( )( )0.4 0.6ctf t 0( ,)C t t000.4 0.6( )( )0.8ctf t 0( ,)C t t00( )( )0.8ctf t 0.8cf000( ,)( ,)( )cct tC t tt 54P
42、PT课件 混凝土徐变计算：混凝土徐变计算：公式实用范围：公式实用范围： 不变环境硬化，压应力不超过不变环境硬化，压应力不超过 , 或维持时间有限，压应力超过或维持时间有限，压应力超过 的混凝土。的混凝土。28( )( , ). ( , )ccttE ( , )( )()( )( )addfffttt ( , )t徐变系数徐变系数，混凝土徐变与初始应变比值，混凝土徐变与初始应变比值0.4ckf0.4ckf55PPT课件n 第四节孔道及灌浆材料第四节孔道及灌浆材料n一、孔道一、孔道n(1)(1)抽拔式制孔器；抽拔式制孔器；(2)(2)埋入式制孔器埋入式制孔器（波纹管）（波纹管）n金属波纹管、塑料波
43、纹管金属波纹管、塑料波纹管n灌浆孔、排气孔、排水孔、泌水管灌浆孔、排气孔、排水孔、泌水管n灌浆孔、排气孔：跨内高点处设置在孔道上侧方，跨内底点处设灌浆孔、排气孔：跨内高点处设置在孔道上侧方，跨内底点处设n置在孔道下侧方置在孔道下侧方n排水孔：设置在每跨曲线孔道最低点，开口向下，排除灌浆前清排水孔：设置在每跨曲线孔道最低点，开口向下，排除灌浆前清n洗用水或养护进入孔道水分。洗用水或养护进入孔道水分。n泌水管泌水管: :设置在每跨曲线孔道最高点，开口向上，露出梁面不小设置在每跨曲线孔道最高点，开口向上，露出梁面不小n 于于500mm500mm。排除孔道灌浆后水泥浆泌水，并可二次补充水。排除孔道灌浆
44、后水泥浆泌水，并可二次补充水泥泥n 浆。浆。泌水管一般与灌浆孔统一设置。泌水管一般与灌浆孔统一设置。56PPT课件n二、灌浆材料二、灌浆材料n水泥桨：水泥桨：n水灰比为水灰比为0.40.40.450.45，强度等级不低于，强度等级不低于M30M30，加入铝粉作膨，加入铝粉作膨胀剂，但应控制膨胀率不大于胀剂，但应控制膨胀率不大于5%5%。57PPT课件n 第三章第三章 预应力施工工艺预应力施工工艺n一、对预应力锚具的要求一、对预应力锚具的要求n1.符合设计要求符合设计要求n2.锚具具有足够强度、刚度锚具具有足够强度、刚度n3.构造简单，制作方便构造简单，制作方便n4.施工方便，经济施工方便，经济
45、n我国我国预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程：n类锚具：适用承受动、静荷载的预应力混凝土结构。类锚具：适用承受动、静荷载的预应力混凝土结构。n 满足静载锚固性能、疲劳性能、满足静载锚固性能、疲劳性能、抗震性能抗震性能n类锚具：类锚具： 适用有粘结预应力混凝土结构，且预应力应力变化适用有粘结预应力混凝土结构，且预应力应力变化n 不大。不大。n 只满足静载锚固性能。只满足静载锚固性能。58PPT课件n静载锚固性能：静载锚固性能：n锚具组装件静载试验测定的锚具组装件静载试验测定的锚具效率系数锚具效率系数，达到实测极限拉，达到实测极限拉应力时应力时总应变总
46、应变apu apuacpapuFF a apuF锚具组装件的实测极限拉应力锚具组装件的实测极限拉应力capuF锚具组装件中各预应力钢材的锚具组装件中各预应力钢材的计算计算极限拉力之和极限拉力之和p 预应力筋的效率系数预应力筋的效率系数类锚具：类锚具：0.95a ,2%apu tot 类锚具：类锚具：0.90a ,1.7%apu tot 59PPT课件n夹具的夹具的静载锚固性能：静载锚固性能：n夹具组装件静载试验测定的夹具组装件静载试验测定的夹具效率系数夹具效率系数g 0.95g gpugcpgpuFF gpuFcgpuF夹具组装件的实测极限拉应力夹具组装件的实测极限拉应力夹具组装件中各预应力钢
47、材的夹具组装件中各预应力钢材的计算计算极限拉力之和极限拉力之和要求夹具效率系数要求夹具效率系数先张法：构件制作后锚具可取下重复使用，常称先张法：构件制作后锚具可取下重复使用，常称夹具、工作锚夹具、工作锚后张法：夹具或工作锚作用是临时夹固预应力筋后张法：夹具或工作锚作用是临时夹固预应力筋连接器：预应力筋的连接装置连接器：预应力筋的连接装置60PPT课件锚下支撑系统：锚垫板、螺旋筋或钢筋网片，作用是锚下支撑系统：锚垫板、螺旋筋或钢筋网片，作用是防止混凝土局防止混凝土局部承压破坏。部承压破坏。锚固体系：锚固体系：国外：法国国外：法国Freyssinet 体系、瑞士体系、瑞士VSL体系，体系， BBR
48、V体系等。体系等。中国：中国：OVM锚固体系锚固体系、HVM锚固体系、锚固体系、STM锚固体系等。锚固体系等。61PPT课件n锥形锚具：锥形锚具：锚圈、锚塞锚圈、锚塞锚固楔紧时，锚圈承受很大径向张力，约为钢丝束张拉力锚固楔紧时，锚圈承受很大径向张力，约为钢丝束张拉力4 4倍。倍。锥形锚具常用于锥形锚具常用于锚固锚固1818丝、丝、2424丝钢丝束丝钢丝束。锥形锚具钢丝回缩较大，因此引起预应力损失较大，无法重复锥形锚具钢丝回缩较大，因此引起预应力损失较大，无法重复使用与接长。使用与接长。62PPT课件n2.镦头锚具镦头锚具n锚固锚固钢丝束或直径钢丝束或直径14mm以下钢筋束以下钢筋束n锚杯、锚圈
49、、冷镦头锚杯、锚圈、冷镦头锚头锚头(DMA型型) 锚板锚板(DMB型型)张拉前预应力筋下料长度要求精确，但锚固损失较小张拉前预应力筋下料长度要求精确，但锚固损失较小63PPT课件3.轧丝锚具轧丝锚具n锚固锚固预应力粗钢筋预应力粗钢筋64PPT课件4.夹片锚具夹片锚具锚固锚固7股股4mmmm和和7股股5mm5mm的预应力钢铰线的预应力钢铰线，可锚固多根。，可锚固多根。夹片夹片( (两分式或三分式）、锚板、锚垫板两分式或三分式）、锚板、锚垫板夹片锚具锚固性能夹片锚具锚固性能稳定，应力均匀，稳定，应力均匀，安全可靠安全可靠65PPT课件5.FRP筋锚具筋锚具 FRP筋抗剪强度、抗挤压强度很小，锚具专
50、门研制筋抗剪强度、抗挤压强度很小，锚具专门研制66PPT课件n第二节预应力施工工艺第二节预应力施工工艺n一、先张法一、先张法n钢筋就位张拉预应力筋锚固预应力筋放松预应力筋，钢筋就位张拉预应力筋锚固预应力筋放松预应力筋，混凝土预压。混凝土预压。n二、后张法二、后张法n1.1.有粘结预应力有粘结预应力n支模板、预留预应力筋孔道支模板、预留预应力筋孔道浇注混凝土，达到一定强度，浇注混凝土，达到一定强度，在孔道中穿预应力筋在孔道中穿预应力筋张拉预应力筋，并锚固张拉预应力筋，并锚固孔道灌浆。孔道灌浆。n2.2.无粘结预应力无粘结预应力n无粘结预应力筋准确定位无粘结预应力筋准确定位浇注混凝土，达到一定强度
