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1、1本次授课的主要内容预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料预应力锚具与孔道成型预应力锚具与孔道成型1 预应力混凝土的基本概念 在结构承受外荷载作用之前，预先对其可能开裂部位的混凝土施加压应力，以抵消或减少外荷载所引起的拉应力，从而达到改善结构使用性能的结构型式称之为预应力结构 以一根预应力混凝土简支梁为例，说明预应力结构的基本工作理。NNNNPPPP压压拉拉压压压压压压拉拉压压拉拉0c1.1预应力混凝土简支梁的受力情况0t0ct0ct预应力的作用可部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，从预应力的作用可部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的抗裂性。
2、而提高结构的抗裂性。对于在使用荷载下出现裂缝的构件，预应力也会起到减小对于在使用荷载下出现裂缝的构件，预应力也会起到减小裂缝宽度的作用。裂缝宽度的作用。自重轻，节约工程材料。自重轻，节约工程材料。改善结构的耐久性改善结构的耐久性提高结构的抗疲劳性能提高结构的抗疲劳性能增强结构或构件的康健能力增强结构或构件的康健能力 预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型和预应力钢筋张拉预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型和预应力钢筋张拉的先后顺序，可分为的先后顺序，可分为先张法先张法和和后张法后张法两大类。两大类。1.2 预应力的施加方法 先张法先张法即先张拉预应力钢筋，后浇筑混凝土的方法。即先张拉预应力钢筋，后浇
3、筑混凝土的方法。 后张法后张法即先即先浇筑混凝土构件，当构件混凝土达到一定的强浇筑混凝土构件，当构件混凝土达到一定的强度后，在构件上张拉度后，在构件上张拉预应力钢筋的法。又分为后张有粘结和后预应力钢筋的法。又分为后张有粘结和后张无粘结。张无粘结。先张法钢筋伸长台座支墩台座AB（a）临时锚固台座支墩构件B（b）CD混凝土压缩构件（c）CD后张法预留孔道（a）（b）混凝土压缩钢筋伸长（c）灌浆1）无粘结预应力混凝土不需要留孔、穿筋和灌浆，简化施工工艺，）无粘结预应力混凝土不需要留孔、穿筋和灌浆，简化施工工艺，又可在工厂制作，减少现场施工工序。又可在工厂制作，减少现场施工工序。2）当无粘结预应力混凝
4、土构件截面混凝土开裂时，对混凝土约束）当无粘结预应力混凝土构件截面混凝土开裂时，对混凝土约束弱，裂缝疏而宽，挠度较大，需设置非预应力钢筋改善受力性能。弱，裂缝疏而宽，挠度较大，需设置非预应力钢筋改善受力性能。3）无粘结预应力混凝土的预应力钢筋完全依靠端头锚具来传递预）无粘结预应力混凝土的预应力钢筋完全依靠端头锚具来传递预压力压力4）后张法不需要台座，可工厂预制，可现场施工，应用比较灵活，）后张法不需要台座，可工厂预制，可现场施工，应用比较灵活，但操作麻烦。且每个构件均需永久性锚具，用钢量大，成本高。后但操作麻烦。且每个构件均需永久性锚具，用钢量大，成本高。后张法适用于运输不方便的大型预应力混凝
5、土构件。张法适用于运输不方便的大型预应力混凝土构件。先张法与后张法对比先张法与后张法对比1.3 预应力度是衡量预应力水平的参数，是进行预应力结构预应力度是衡量预应力水平的参数，是进行预应力结构研究与设计的最重要的指标。研究与设计的最重要的指标。1）基于）基于抗弯承载力的预应力度抗弯承载力的预应力度upup sMPPRM由预应力筋提供的抵抗弯矩由预应力筋提供的抵抗弯矩由预应力筋和非预应力筋共由预应力筋和非预应力筋共同提供的抵抗弯矩同提供的抵抗弯矩222ppypppypsysxA fhPPRxxA fhA fh预应力筋和非预应力筋的截面面积预应力筋和非预应力筋的抗拉强度设计值预应力筋和非预应力筋形
6、心至混凝土受压区最外纤维的距离混凝土截面受压区高度用材料强度与截面特性表达用材料强度与截面特性表达2）基于）基于钢筋拉力的预应力度钢筋拉力的预应力度ppyppysyA fPPRA fA f0.2pppysyA fPPRA fA f对于高强预应力钢材，无明显屈服台阶，则对于高强预应力钢材，无明显屈服台阶，则3）基于）基于消压弯矩或消压轴力的预应力度消压弯矩或消压轴力的预应力度0MPPRMM0 消压弯矩，即将受拉边缘预压应力抵消为零时的弯矩值。M，使用荷载（不包括预应力）下控制截面的弯矩值。N0消压轴向力，即将受拉边缘预压应力抵消为零时的轴向力值。N使用荷载（不包括预应力）下控制截面的轴向拉力。0
7、NPPRN1.4裂缝控制等级裂缝控制等级 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）规定，预应力混凝土构件的裂缝控制等级为：一级严格要求不出现裂缝的构件二级一般要求布出现裂缝的构件三级允许出现裂缝的构件房屋建筑桥梁工程特种结构路面结构加固改造结构n 预应力混凝土框架结构预应力混凝土框架结构n 预应力混凝土平板结构预应力混凝土平板结构n 预应力混凝土门架结构预应力混凝土门架结构n 预应力混凝土转换层结构预应力混凝土转换层结构n 预应力钢桁架结构预应力钢桁架结构n 预应力空间钢结构预应力空间钢结构n 预应力钢混凝土组合结构预应力钢混凝土组合结构n 预应力砌体结构预应力砌体结构 预应力混凝土框
8、架结构是预应力结构中应用最广的结构型式。深圳车港预应力工程 1998年竣工 。平面尺寸159米104米，无结构缝，柱网25米16米，建筑面积12万平方米，采用有粘结预应力框架结构。我国柱网尺寸最大的预应力混凝土框架结构。广州国际会议展览中心 广州国际会议展览中心设计的核心理念在于延伸来自珠江的“飘”，是高科技、智能化、生态化完美结合的现代建筑。工程主体为预应力钢筋混凝土框架结构，屋顶采用大跨度预应力张梁钢管桁架。 预应力混凝土平板结构。比较典型的是四柱平板结构。上海浦东世纪花园地下车库 上海浦东世纪花园是一座高档住宅区，使用功能要求较高。在中部别墅区下方设置地下车库，车库总面积20000平方米
9、，采用无缝预应力顶板（22092）。 该工程的难点在于地下室车库的超长无缝预应力混凝土顶板。国家规范规定超过50米长的混凝土结构要设置伸缩缝。而在此，因为采用预应力技术，板长达220米却不用设置施工缝。 预应力混凝土门架结构具有梁柱合一，结构简单、受力合理和施工方便等特点，适用于大跨度、大柱网的工业厂房与公共建筑。 高层建筑中，由于上下部建筑功能的不同，需要在结构型式转换的楼层设置转换层结构。 预应力混凝土转换层主要有预应力梁式转换层、板式转换层、桁架式转换层和巨型框架转换层等。上海市梅陇城一街坊建筑物立面正中间设有长约14米，高为4层楼高的大洞。结构在六层设钢筋混凝土转换梁以承担上部11层结
10、构重量，转换梁截面为1米3.3米。 将预应力技术应用于钢结构，可改善结构的内力分布，减小变形。 预应力空间钢结构：双曲悬索结构；传统空间结构；吊挂式空间结构；整体张拉式结构。预应力钢混凝土组合结构兼有组合结构与预应力结构优点。预应力砌体结构：预应力可以增强砌体结构的抗弯和抗剪承载力，提高砌体结构的变形能力和延性，从而改善砌体结构的抗震性能。n 预应力梁桥预应力梁桥n 预应力刚构桥预应力刚构桥n 预应力拱桥预应力拱桥n 预应力斜拉桥预应力斜拉桥n 预应力悬索桥预应力悬索桥n 预应力混凝土储液池、筒仓预应力混凝土储液池、筒仓n 预应力混凝土核安全壳预应力混凝土核安全壳n 预应力混凝土看台建筑预应力
11、混凝土看台建筑n 预应力混凝土高耸结构预应力混凝土高耸结构预应力路面具有面板薄、接缝少、行车平稳、整体性强、使用性能优良，维修费用少。耐久性高等优点。缺点是施工复杂、工期较长、初期投资较大。 第一条预应力混凝土路面：法国Luzancy的一座桥的引桥路面。 1997和1998分别在南京和徐州建成了两条预应力混凝土路面试验段。加固后结构的整体性好加固部分与原结构具有良好的共同工作性能。通常有三方面的作用：1）恢复或提高结构的承载力和刚度；2）托梁抽柱；3）加层改造等。按预应力度分类按施工工艺分类按预应力体系分类1.6.1 按预应力度分类全预应力混凝土即在全部荷载最不利组合作用下，混凝土不出现拉应力
12、；限值预应力混凝土即在全部荷载即荷载效应的短期组合下，截面拉应力不超过混凝土规定的抗拉强度；在长期荷载即荷载效应的长期组合下，截面不出现拉应力的预应力混凝土；部分预应力混凝土即在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允许出现裂缝，但最大的裂缝宽度不得超过允许的限值 。 我国把限值预应力混凝土和部分预应力混凝土一起统称为部分预应力混凝土。普通钢筋混凝土节约钢材 反拱值不致于过大 延性较好 与全预应力混凝土相比，可简化张拉、锚固等工艺，其综合经济效果较好 。计算较为复杂 部分预应力混凝土的特点 1.6.2 按预应力体系分类体内预应力混凝土结构 体外预应力混凝土结构 预拉预应力混凝土结构 预弯预应力混凝土
13、结构 体内预应力混凝土结构 指预应力筋布置在混凝土构件体内的预应力混凝土结构。按预应力筋与混凝土是否粘结在一起又分为有粘结预应力筋和无粘结预应力筋。按施加预应力时间的先后又可分为先张法和后张法。 先张法即先张拉预应力钢筋，后浇筑混凝土的方法 。 后张法是先浇筑混凝土构件，当构件混凝土达到一定的强度后，在构件上张拉预应力钢筋的方法 。 看动画演示体外预应力混凝土结构 是指预应力筋布置在混凝土构件体外的预应力混凝土结构。 预拉预应力混凝土结构 是指在混凝土受压区采用预压的预应力筋或其它加力措施，使混凝土产生预拉应力的预应力混凝土结构。 这种预应力方式和通常的预应力方式相结合，将形成混凝土受拉区预压
14、、受压区预拉的双向预应力体系，从而提高构件的抗弯能力，构件的截面尺寸、结构自重将可能减小。 预弯预应力混凝土结构 是指在加荷预弯的劲性钢梁上浇筑混凝土，待混凝土与钢梁结合为整体并达到设计强度后卸载，利用钢梁反弹对混凝土施加预应力的预应力混凝土结构。 1.7 现代预应力混凝土的概念 对于现代预应力混凝土结构，可以用三种不同的理念来理解和分析其性状。 第一种理念：预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料第二种理念：预加应力能使高强钢材和混凝土共同工作并发挥两者的潜力第三种理念：预加应力实现荷载平衡预应力混凝土三个不同的理念，是从不同角度来解释预应力混凝土的原理。 第一种理念是预应力混凝土弹性分析
15、的依据； 第二种理念反映了预加应力对发挥高强钢材和混凝土潜力的必要性，也指出了预应力混凝土的强度界限； 第三种理念则揭示了预加力和外荷载效应相互关系，同时为预应力混凝土结构设计与分析提供了一种简捷的方法。2 预应力混凝土材料 预应力混凝土材料包括混凝土和钢筋两种材料。2.1混凝土一、对混凝土的要求1. 高强度高强度2. 低收缩、低徐变低收缩、低徐变3. 快硬、早强快硬、早强 高强度混凝土才能充分发挥高强度钢筋的性能，建立尽可高强度混凝土才能充分发挥高强度钢筋的性能，建立尽可能高的预应力，从而提高结构构件的抗裂度和刚度，有效地减能高的预应力，从而提高结构构件的抗裂度和刚度，有效地减小构件截面尺寸
16、和减轻自重。小构件截面尺寸和减轻自重。 可减少收缩、徐变引起的预应力损失。可减少收缩、徐变引起的预应力损失。 以便尽早施加预应力，加快施工进度，加快设备周转率。以便尽早施加预应力，加快施工进度，加快设备周转率。 二、混凝土的种类普通混凝土普通混凝土 采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺生产的水泥采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺生产的水泥混凝土。混凝土。高强混凝土高强混凝土 采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺，主要依靠采用常规水泥、砂石为原材料，常规生产工艺，主要依靠添加高效减水剂或同时掺加活性矿物材料，使新拌混凝土具有添加高效减水剂或同时掺加活性矿物材料，使新拌混凝土具有良好工作性能，硬化后具有高强、高密实性的水泥混凝土。良好工作性能，硬化后具有高强、高密实性的水泥混凝土。高性能混凝土高性能混凝土 大幅提高常规混凝土性能基础上采用现代混凝土技术，选大幅提高常规混凝土性能基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水和粗细骨料外，还需掺加足够数量用优质原材料，除水泥、水和粗细骨料外，还需掺加足够数量的恬性细掺和料和高性能外加剂的一种新型高技术混凝土。的恬性细掺和料
