1、建筑结构原理及设计/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/预应力混凝土的基本概念： 预应力混凝土的优点： 预应力混凝土的分类 按施加预应力的方法分： 先张法预应力混凝土、后张法预应力混凝土； 按预加应力的程度分： 全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土； 按预应力钢筋与混凝土的粘结状况分： 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/全预应力混凝土：由于预加应力spc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***/部
2、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***。 (裂缝控制***/预应力混凝土分类 P/178/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/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制分为三个等级： 一级：严格要求不出现裂缝的构件。 ***：一般要求不出现裂缝的构件。 ***：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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/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/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/预应力坝/工程中预应力概
3、念的应用/5/7/1 施加预应力的方法和材料 P/179/先张法/一）施加方法/5 混凝土结构/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/后张法/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/后张法/5 混凝土结构/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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/二）锚具和夹具 P/181/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/螺丝端杆锚具/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/镦头锚具/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/锥塞式锚具/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/
4、夹片式锚具/JM2型/XM型、QM型/5 混凝土结构/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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/锥形夹具、楔形夹具/梳子板夹具/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（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np/con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力scon/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/P/195/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/在下列情况下， scon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
5、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scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于0/4 fptk/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/四）预应力混凝土的材料/1、预应力钢筋 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/2、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C30，当采用高强钢丝时不低于C40/5
6、 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/5/7/2 预应力混凝土梁板的构造（自学） P/182/一）截面形式和尺寸/二）预应力钢筋的配置形式/三）钢筋设置/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/1、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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/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
7、、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/当采用多根预应力钢筋时，在构件端部10倍预应力钢筋直径范围内，应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网。 采用钢丝配筋的预应力薄板，在端部100mm范围内，应适当加密横向钢筋/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/2、后张法 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/2、后张法 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 12m。孔道灌浆所用的水泥砂浆强度等级不应低于M20，水灰比宜为0/40/45，为减少收缩，宜掺入0/01%水泥用量的铝粉。 凡需要起拱的构件
8、，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/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d12mm的钢筋束，不宜小于4m。 1225mm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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/端部构造/5/7/3 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原因，预应力筋中应力会从scon逐步减少，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预应力损失/由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
9、构/5/7 预应力混凝土梁和板/1、锚具损失sl1 P/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sl1/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/2、摩擦损失sl2 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/3、温差损失sl3 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
10、应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。 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sl3无法恢复/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/4、钢筋松弛损失sl4 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/5、收缩徐变损失sl5 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
11、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/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/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/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/200/5 混凝土结构/5/7 预应力混凝土梁和板/5/7/4 预应力混凝土梁板设计要点
12、P/200 设计内容： 使用阶段受弯及受剪承载力计算； 裂缝控制； 变形验算； 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/5/8 混凝土结构耐久性设计/5/8 预制构件的施工阶段验算及连接 P/205 自学/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/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。 对于一般建筑结构，设计工作寿命为50年，重要的建筑物可取100年/5/9 混凝土结构耐久性设计 P/208/5 混凝土结构/Deterioration of Reinforced
13、 Concrete Bridge due to Poor Durability/Highway Bridge in Service New York State/ US/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/1、混凝土的冻融破坏/多余的水份滞留在混凝土毛细孔中。低温时水份因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。 反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。 防止混凝土冻融破坏的主要措施是降低水灰比，减少
14、混凝土中多余的水份。 冬季施工时，应加强养护，防止早期受冻，并掺入防冻剂等/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/2、混凝土的碱集料反应/混凝土集料中的某些活性矿物与混凝土微孔中的碱性溶液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： 混凝土的凝胶中有碱性物质。 骨料中有活性骨料 水分/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/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/贵州铝厂柱开胀/嘉裕关结构梁腐蚀破坏/张掖碱泉村/张掖墙面/张掖高架桥墩/青海化工厂桥柱/青海化工厂桥面护栏/团结湖桥柱/沈阳山海关高速公路路椽石/沈
15、阳山海关高速公路冬季撤盐/沈阳山海关掺入硅灰、减水剂、超细粉煤灰的路缘/4、混凝土的碳化/由于大气中的二氧化碳（CO2）与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土的Ph值降低。其他物质，如SO2、H2S，也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。 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，所需要的时间与碳化速度、混凝土保护层厚度、混凝土密实性以及覆盖层情况等因素有关/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/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
16、结构耐久性设计/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/三、保证耐久性的措施/1 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50年），规范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。 当对结构设计工作寿命有更高要求时（100年），混凝土保护层厚度应适当增加。 2 混凝土的要求： 混凝土密实性 减小水灰比和保证水泥用量。 控制混凝土中***离子含量/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/5 混凝土结构/5/8 混凝土结构耐久性设计/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。 ***：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