第3讲桥梁工程施工技术-2a 预应力.pdf

1、第12章 预应力钢筋混凝土简介(Chapter 12 Introduction to Prestressed Concrete)结构设计原理本章目录 12.1 概述 12.2 预加应力的方法与设备 12.3 预应力混凝土(结构)的概念(理解)2 212.1 概 述 钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土 制成的结构。钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋或钢筋骨架的混凝土 制成的结构。图图1-1 素混凝土梁和钢筋混凝土梁素混凝土梁和钢筋混凝土梁a)受竖向力作用的混凝土梁；受竖向力作用的混凝土梁；b)素混凝土梁的断裂；素混凝土梁的断裂；c)钢筋混凝土梁的开裂钢筋混凝土梁的开裂3 3

2、采用预应力混凝土？与普通的钢筋混凝土有何区别？12.1 概 述钢筋混凝土（钢筋混凝土（R.C)结构存在的主要问题 结构存在的主要问题 裂缝问题裂缝问题 由于使用阶段裂缝宽度的限制，使得高强材料得不到充分利 用；由于使用阶段裂缝宽度的限制，使得高强材料得不到充分利 用；由于钢筋混凝土构件在使用阶段一般带裂缝工作，因此其应 用在有些场合存在局限；由于钢筋混凝土构件在使用阶段一般带裂缝工作，因此其应 用在有些场合存在局限；钢筋混凝土构件截面大，因而自重大，不适用于大跨及有很 大荷载作用的结构，且钢筋混凝土构件截面大，因而自重大，不适用于大跨及有很 大荷载作用的结构，且R.C构件带裂缝工作，使构件的刚

3、度、耐久性等降低。构件带裂缝工作，使构件的刚度、耐久性等降低。上述这些缺陷和不足均取因于上述这些缺陷和不足均取因于R.C构件中构件中存在裂缝存在裂缝，因此，若要使高强材料能有效地予以应用，进一步扩大混凝土结构 的使用范围，则首要问题是解决，因此，若要使高强材料能有效地予以应用，进一步扩大混凝土结构 的使用范围，则首要问题是解决R.C构件中的裂缝问题。构件中的裂缝问题。12.1 概 述 ttkfttkf钢筋混凝土构件之所以容易开裂，是因为钢筋混凝土构件之所以容易开裂，是因为混凝土的抗拉 强度太低混凝土的抗拉 强度太低所致，当构件内的拉应力 超过混凝土的抗拉强 度时，构件就会开裂。亦即要使混凝土构

4、件不开裂，则 应满足：所致，当构件内的拉应力 超过混凝土的抗拉强 度时，构件就会开裂。亦即要使混凝土构件不开裂，则 应满足：12.1 概 述要提高构件的抗裂能力，有两种方法：要提高构件的抗裂能力，有两种方法：减小构件内的拉应力，即减小上式的左边；减小构件内的拉应力，即减小上式的左边；提高混凝土的抗拉强度，即增大上式的右边。提高混凝土的抗拉强度，即增大上式的右边。混凝土的抗拉强度是由混凝土的品质所决定，现阶段要大 幅提高混凝土的抗拉强度非常困难，如当混凝土从混凝土的抗拉强度是由混凝土的品质所决定，现阶段要大 幅提高混凝土的抗拉强度非常困难，如当混凝土从C20提高 到提高 到C80时，其抗拉强度也

5、仅从时，其抗拉强度也仅从1.54MPa 增加到增加到3.04MPa，(抗拉强度只有抗压的抗拉强度只有抗压的1/101/15)，不仅提高的幅度非常有 限，而且其绝对值仍很小。，不仅提高的幅度非常有 限，而且其绝对值仍很小。因此只能从减小构件内的拉应力入手因此只能从减小构件内的拉应力入手。12.1 概 述 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，形成恶性循环。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，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充分利用，造 成浪费。高强钢筋在钢筋混凝土构件中无法发挥其抗

6、拉强度。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。高强钢筋在钢筋混凝土构件中无法发挥其抗拉强度。如要求构件混凝土不开裂，钢筋的拉应力只能达到如要求构件混凝土不开裂，钢筋的拉应力只能达到2030MPa;保证耐久性的情况下保证耐久性的情况下(裂缝裂缝0.20.25mm)，钢筋应力在，钢筋应力在150250MPa。12.1 概 述预应力的重要意义：预应力的重要意义：20世纪下半叶，桥梁界的两大成就：斜拉桥的复兴和预应力的广泛应用。世纪下半叶，桥梁界的两大成就：斜拉桥的复兴和预应力的广泛应用。预应力混凝土梁式桥的跨度已超过预应力混凝土梁式桥的跨度已超过300m；全世界桥梁中全世界桥

7、梁中70%以上都采用预应力；以上都采用预应力；预应力节段拼装和悬臂施工改变了传统的支架现浇；预应力节段拼装和悬臂施工改变了传统的支架现浇；12.1 概 述图示：跨径为图示：跨径为L，截面为，截面为bh，承受均部荷载，跨中最大弯矩为，承受均部荷载，跨中最大弯矩为M的简支梁。的简支梁。c2hIMc26bhMc一、预应力混凝土结构的基本原理12.1 概 述2hIeNANppppc62bheNbhNppppcepNppc12.1 概 述epNppcc)2(2hIeNANhIMppppccbb12.1 概 述0pcctkpccf0tkpccf由于预加应力由于预加应力 pc较大，受拉边缘仍处于受 压状态，

8、较大，受拉边缘仍处于受 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 土的抗拉强度，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 会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（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（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。12.1 概 述上面的三种应力状态取决于预加力上面的三种应力状态取决于预加力Np的大小，而的大小，而Np的大小 可以人为控制，因此人们可以控制截面的抗裂能力。的大小 可以人为

9、控制，因此人们可以控制截面的抗裂能力。钢筋混凝土构件在使用荷载作用之前，预先用人工方法在 构件使用阶段的受拉区施加预压应力，由此而得到的加筋 混凝土构件即为钢筋混凝土构件在使用荷载作用之前，预先用人工方法在 构件使用阶段的受拉区施加预压应力，由此而得到的加筋 混凝土构件即为预应力混凝土构件。预应力混凝土构件。12.1 概 述 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 的拉应力小于预压应力时，桶就不会漏水。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 的拉应力小于预压应力时，桶就不会漏水。一、预应力混凝土结构的基本原理日常生活中人们应用预应力的例子：日

10、常生活中人们应用预应力的例子：12.1 概 述 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。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。12.1 概 述木锯是利用预拉力来抵抗压力预先拧紧另一侧的绳子 使锯条预先受拉，如预加拉力大于锯木时产生的压力，锯条就始终处于受拉状态，不会产生压曲失稳。木锯是利用预拉力来抵抗压力预先拧紧另一侧的绳子 使锯条预先受拉，如预加拉力大于锯木时产生的压力，锯条就始终处于受拉状态，不会产生压曲失稳。12.1 概 述本章目录 12.1 概述 12.2 预加应力的方法与设备 12.

11、3 预应力混凝土(结构)的概念(理解)1818一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备按应力工艺分类按应力工艺分类（1）先张法：（2）后张法：（1）先张法：（2）后张法：一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备(1)先张法先张法：在台座上张拉预应力筋后浇筑混凝土并通过粘结力 传递而建立预应力的方法。张拉钢筋并在座上固定浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的 75%以上时剪断钢筋先张法依靠粘结 力来传递 并保持预 加应力先张法依靠粘结 力来传递 并保持预 加应力一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备伸长张拉台座预应力筋混凝土压缩a）b）c）临时锚固pN压缩 图

12、 12-2 先张法工艺流程示意图 a)预应力钢筋就位，准备张拉 b)张拉并锚固，浇筑构件混凝土 c)松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件 优点：优点：(1)工序简单(2)不必耗费锚具(3)质量较稳定 缺点：缺点：(1)仅适于中、小跨度结构(2)需台座和预制场地一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备先张法预应力结构实例：CRTS轨道板一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备 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(2)

13、后张法后张法：在混凝土达到结硬后通过张拉预应力筋并锚固而建 立预应力的方法。一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备立模浇混凝土并预留孔道 养护混凝土达到强度、穿预应力筋 张拉预应力筋并锚固 产生预应力 孔道灌浆立模浇混凝土并预留孔道 养护混凝土达到强度、穿预应力筋 张拉预应力筋并锚固 产生预应力 孔道灌浆一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备特点 后张法主要是靠锚具传递和保持预加应力的。特点 后张法主要是靠锚具传递和保持预加应力的。4、优点：后张法不用加力台座，张拉设备简单，便于现场 施工，是生产大型预应力混凝土构件的主要方法。预 应力钢筋可按照需要布置成合理的曲线

14、形。4、优点：后张法不用加力台座，张拉设备简单，便于现场 施工，是生产大型预应力混凝土构件的主要方法。预 应力钢筋可按照需要布置成合理的曲线形。一、预加应力的主要方法12.2 预加应力的方法与设备后张法预应力结构实例：高铁箱梁二、后张法预应力施工设备二、后张法预应力施工设备（1）张拉设备千斤顶、油泵（2）锚固设备锚具、夹片（3）配套设备压浆机、钢绞线成孔方式：橡胶抽拔管、塑料波纹管、金属波纹管千斤顶型夹片锚具及工作原理二、锚具锚具锚具(锚圈锚圈)夹片钢绞线喇叭口夹片钢绞线喇叭口(锚垫板锚垫板)波纹管波纹管锚具和夹片锚具和夹片(工作锚工作锚)钢绞线钢绞线波纹管波纹管梁 体限位板限位板千斤顶锚具和夹片锚具和夹片(工具锚工具锚)后张法预应力张拉的设备 安装与连接顺序(原理)：金属波纹管摩阻小、弯曲方便、局部承压强度大、制作布 设简便，是目前最常用的预应力管道是目前最常用的预应力管道。有圆形和园端扁形。塑料波纹管由高密度聚乙烯或聚丙烯制成，是一种比金属 波纹管性能更优的管道，防水、抗氧化、强度高且摩阻更小摩阻更小。预应力张拉的危险性：预应力张拉的危险性：