1、第六章第六章 预应力混凝土构件简介预应力混凝土构件简介第一讲第一讲 预应力混凝土的概念、分类和特点预应力混凝土的概念、分类和特点 （一）（一）主讲人：杨晓红主讲人：杨晓红职称：高级工程师职称：高级工程师 一级注册结构工程师一级注册结构工程师教学目标：教学目标：了了解预应力混凝土的概念和分类解预应力混凝土的概念和分类 了了解预应力混凝土的特点解预应力混凝土的特点 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念难难 点点重重 点点 6.1.16.1.1预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理 1.1.为什么使用预应力混凝土为什么使用预应力混凝土 普通钢筋砼结构或者构件，混凝土抗拉强度及极限拉普通钢筋砼结
2、构或者构件，混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低。其抗拉强度只有抗压强度的应变值都很低。其抗拉强度只有抗压强度的1/101/101/181/18，极限拉应变仅为极限拉应变仅为0.00010.00010.000150.00015，即每米只能拉长，即每米只能拉长0.10.15mm0.10.15mm，超过后就会出现裂缝。，超过后就会出现裂缝。6.1 预应力混凝土的基本概念而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多，约为而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多，约为 0.00050.00150.00050.0015。由于混凝土的抗拉性能很低，。由于混凝土的抗拉性能很低，所以抗裂性能很差，一般情况下，当受拉钢筋的应
3、力所以抗裂性能很差，一般情况下，当受拉钢筋的应力 达到达到 2030N/mm2030N/mm2 2时，砼就会开裂，在正常情况下，时，砼就会开裂，在正常情况下，钢筋砼构件一般均处于钢筋砼构件一般均处于带裂缝带裂缝工作状态。工作状态。但是对使用上不允许开裂的构件，普通钢筋砼就无法满足但是对使用上不允许开裂的构件，普通钢筋砼就无法满足要求，另外砼的开裂还将导致结构的刚度降低，变形加大，要求，另外砼的开裂还将导致结构的刚度降低，变形加大，为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，导致普通混凝土结构尺寸和用钢量，这
4、将导致自重过大，导致普通混凝土结构不适用于对裂缝控制要求较严格的构件以及具有较高密闭不适用于对裂缝控制要求较严格的构件以及具有较高密闭性和耐久性要求的结构以及大跨度的结构或者构件。性和耐久性要求的结构以及大跨度的结构或者构件。比如桥梁结构，基本上既是大跨度又是处于潮湿的环境比如桥梁结构，基本上既是大跨度又是处于潮湿的环境 虽然理论上讲，提高材料强度可以提高构件的承载力，从而虽然理论上讲，提高材料强度可以提高构件的承载力，从而达到节省材料和减轻构件自重的目的。但在普通钢筋混凝土构达到节省材料和减轻构件自重的目的。但在普通钢筋混凝土构件中，提高钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为，对配件中，提高
5、钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为，对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言，承载力可能已不是控制置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言，承载力可能已不是控制条件条件 起控制作用的因素可能是起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力。当钢筋应力达到达到5001000N/mm5001000N/mm2 2时，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。时，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。因而，普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发因而，普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和挥其作用的。而提高混凝土强度等级对提高
6、构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也极其有限。控制裂缝宽度的作用也极其有限。2.2.预应力混凝土的基本原理预应力混凝土的基本原理 为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以设法在结构构件承受使高强度钢筋及高强度混凝土，可以设法在结构构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力，使它产生预用荷载前，预先对受拉区的混凝土施加压力，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，结构构件的拉应力控制在较小范
7、围，甚至处于受压状态，以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。能和刚度。预应力混凝土的基本原理可用图 6.1.1说明。生活中的例子：生活中的例子：盛水的木桶在使用前有用铁箍把木板箍紧，就是为盛水的木桶在使用前有用铁箍把木板箍紧，就是为了使木板受到环向的预压力，装水后，只要由水产生的环了使木板受到环向的预压力，装水后，只要由水产生的环向拉力不超过预压力，木桶就不会漏水向拉力不超过预压力，木桶就不会漏水6.1.2 6.1.2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 1.1.根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度根据预加应力值大小
8、对构件截面裂缝控制程度的不同分为的不同分为 （1 1）全预应力混凝土）全预应力混凝土 在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。属严格要求不出现裂缝的构件。应力的构件。属严格要求不出现裂缝的构件。（2 2）部份预应力混凝土）部份预应力混凝土 允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。属允许出现裂缝的构件。构件。属允许出现裂缝的构件。环境类别：环境类别：一类：室内干燥环境，无侵蚀性静水浸没环境一类：室内干燥环境，无侵蚀性静水浸没环境二二a a类：室内潮湿环境，与无侵蚀水或者土壤直接接触的环境等类
9、：室内潮湿环境，与无侵蚀水或者土壤直接接触的环境等二二b b类：干湿交替环境，水位频繁变动环境等类：干湿交替环境，水位频繁变动环境等三三a a类：严寒或寒冷地区冬季水位变动区环境，海风环境等类：严寒或寒冷地区冬季水位变动区环境，海风环境等三三b b类：海岸环境等类：海岸环境等 2 2 按照粘结方式分类（钢筋与砼是否接触）按照粘结方式分类（钢筋与砼是否接触）（1 1）有粘结预应力：）有粘结预应力：（2 2）无粘结预应力砼：配置无粘结预应力钢筋的后张法）无粘结预应力砼：配置无粘结预应力钢筋的后张法预应力砼，无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以预应力砼，无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂
10、以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张法预应力钢筋。对滑移的后张法预应力钢筋。特点：不需要预留孔道，也不必灌浆，施工简便、快速，特点：不需要预留孔道，也不必灌浆，施工简便、快速，造价较低，易于推广应用造价较低，易于推广应用6.1.3 6.1.3 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点与钢筋混凝土相比，预应力混凝土
11、具有以下特点：与钢筋混凝土相比，预应力混凝土具有以下特点：1.1.构件的抗裂性能较好。构件的抗裂性能较好。2.2.构件的刚度较大。由于预应力混凝土能延迟裂构件的刚度较大。由于预应力混凝土能延迟裂缝的出现和开展，并且受弯构件要产生反拱，因而可以缝的出现和开展，并且受弯构件要产生反拱，因而可以减小受弯构件在荷载作用下的挠度。减小受弯构件在荷载作用下的挠度。3.3.构件的耐久性较好。由于预应力混凝土能使构构件的耐久性较好。由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝或减小裂缝宽度，因而可以减少大气或侵件不出现裂缝或减小裂缝宽度，因而可以减少大气或侵蚀性介质对钢筋的侵蚀，从而延长构件的使用期限。蚀性介质对钢筋的
12、侵蚀，从而延长构件的使用期限。4.4.可以减小构件截面尺寸，节省材料，减轻自重，可用可以减小构件截面尺寸，节省材料，减轻自重，可用于大跨度的结构。于大跨度的结构。5.5.缺点：工序较多，施工较复杂，且需要张拉设备和锚缺点：工序较多，施工较复杂，且需要张拉设备和锚具等设施。具等设施。注意：注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与普通就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件的承载能力相同，与受拉区钢筋钢筋混凝土受弯构件的承载能力相同，与受拉区钢筋是否施加预应力无关。是否施加预应力无关。第六章
13、第六章 预应力混凝土构件简介预应力混凝土构件简介第一讲第一讲 施加预应力的方法施加预应力的方法 （二）（二）主讲人：杨晓红主讲人：杨晓红职称：高级工程师职称：高级工程师 一级注册结构工程师一级注册结构工程师6.1.4 6.1.4 施加预应力的方法施加预应力的方法 按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后关系，施加预应力按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后关系，施加预应力的方法可分为的方法可分为先张法先张法和和后张法后张法两类。两类。1.1.先张法先张法 定义：先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施定义：先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。工方法，称为先张法。主要工艺过程是：穿钢筋主要工艺过程
14、是：穿钢筋张拉钢筋张拉钢筋 浇筑混凝土并进行养护浇筑混凝土并进行养护切断钢筋，如图切断钢筋，如图6.1.36.1.3。继续继续返回？主要优点主要优点：生产工艺简单，工序少，效率高，质量：生产工艺简单，工序少，效率高，质量易于保证，同时由于省去了锚具和减少了预埋件，构件易于保证，同时由于省去了锚具和减少了预埋件，构件成本较低。成本较低。适用范围：主要用于工厂化大量生产，尤其适宜用适用范围：主要用于工厂化大量生产，尤其适宜用于长线法生产中、小型构件。于长线法生产中、小型构件。2.2.后张法后张法定义：先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上定义：先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢
15、筋，这种施工方法称为后张法。直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。主要工艺过程：主要工艺过程：浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并进行养护进行养护穿预应力钢筋穿预应力钢筋张拉钢筋并用锚具锚固张拉钢筋并用锚具锚固往孔往孔道内压力灌浆道内压力灌浆，如图，如图6.1.56.1.5。主要优点主要优点：预应力钢筋直接在构件上张拉，不需要：预应力钢筋直接在构件上张拉，不需要张拉台座，所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可张拉台座，所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可在施工现场生产。大型构件在现场生产可以避免长途搬在施工现场生产。大型构件在现场生产可以避免长途搬运
16、，故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。运，故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。主要缺点主要缺点：生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢：生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢筋，钢材消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，筋，钢材消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，造价一般高于先张法。造价一般高于先张法。预应力砼结构举例：预应力砼结构举例：1 1、杭州湾跨海大桥：全长、杭州湾跨海大桥：全长3636公里，桥长公里，桥长35.735.7公里，公里，双向六车道高速公路，是目前世界上最长的跨海大桥，双向六车道高速公路，是目前世界上最长的跨海大桥，地处强腐蚀海洋环境，为确保大桥的寿命，提出了设计
17、地处强腐蚀海洋环境，为确保大桥的寿命，提出了设计使用年限使用年限100100年的耐久性要求，年的耐久性要求，70m70m预应力箱梁，采用预应力箱梁，采用二次张拉技术二次张拉技术预应力砼结构举例：预应力砼结构举例：2 2、深圳会展中心：建筑物总长、深圳会展中心：建筑物总长540m540m，宽，宽282m282m，沿横，沿横向中心柱距向中心柱距30m30m，其两侧各为跨度，其两侧各为跨度126m126m的展览区，沿纵向的展览区，沿纵向柱距为柱距为30m30m。中心区采用钢筋混凝土框架。中心区采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。剪力墙结构。30m30m跨的框架梁以及标高跨的框架梁以及标高45.0m45.
18、0m的悬挑梁采用有粘结预应的悬挑梁采用有粘结预应力混凝土结构，展览大厅及会议中心屋面均采用钢结构。力混凝土结构，展览大厅及会议中心屋面均采用钢结构。地下地下3 3层，地上层，地上5 5层，标高分别为：层，标高分别为：0.0000.000、7.500m7.500m、15.000m15.000m、30.000m30.000m、45.000m45.000m小小 结结 1.1.预应力混凝土的概念、分类和特点预应力混凝土的概念、分类和特点 2 2 施加预应力的方法：先张法、后张法。施加预应力的方法：先张法、后张法。作业布置作业布置 思考题：思考题：6.16.1、6.2 6.2、6.3 6.3。结束！结束！谢谢大家！谢谢大家！
