预应力混凝土结构的基本概念及其材料

a） 锚固板 灌浆排气 螺 Ý Ë Â ¿ ¶ Ë ¸ Ë Ã ª ¾ ß
预留孔道
钢筋 梁体 排气槽
2018年3月25日5时48分
（3）依靠粘结力锚固的锚具（固定端锚具） 1) 先张法预应力钢筋； 2) 后张法构件中的固定端锚具(分为挤压锚具和压 花锚具)。
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2）锚具的分类 锚具的型式繁多，按其传力锚固的受力原理， 可分为： （1）依靠摩阻力锚固的锚具； （2）依靠承压锚固的锚具； （3）依靠粘结力锚固的锚具。
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3）目前桥梁结构中几种常用的锚具
（1）依靠摩阻力锚固的锚具
锥形锚
a) 锚圈 锚塞 压浆孔 锚下垫板 波纹管 预留孔道 钢丝束 压浆孔 钢丝束 b) 锚塞 锚圈 Np
算式为：u 为构件与 t, to o c t to h ——构件理论厚度（mm） ， h＝2 Ac u （mm） ， Ac 为构件截面面积，
大气接触的周边长度；取 h0 ＝100mm；
式中的 t , to 称为加载龄期为 t o ，
） ， f cm ——强度等级 C20~C50 混凝土在 28 天龄期时的平均立方体抗压强度（ 变系数；MPa o 为混凝土名义徐变系数，
o RH f cm t o
c e
t, to o c t to
t, to o c t to
（12-2）
（12-3） （12-4） （12-5） （12-6）
其中
RH 1
1 RH RH o 0.46h ho
全预应力混凝土结构的缺点？
反拱大；预加力过大易产生纵向裂缝。 按钢筋张拉的顺序对预应力混凝土结构分类 先张法；后张法。 先张法和后张法的施工工艺？
先张：张拉钢筋、浇筑混凝土、待混凝土结
硬后释放预应力。 后张：浇筑混凝土、张拉钢筋、管道灌浆。
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预应力混凝土结构的传力机理？

先张：粘结； 后张：锚具。
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12.2 预加应力的方法与设备
公路桥梁工程常见预应力钢筋种类 1.高强钢丝 2.钢绞线 3.精轧螺纹钢筋
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12.2 预加应力的方法与设备
12.2.2 锚具 1）对锚具的要求 无论是先张法所用的临时夹具，还是后张法所用的 永久性工作锚具，都是保证预应力混凝土施工安全、 结构可靠的关键设备。 要求如下： 受力安全可靠；预应力损失要小；构造简单、紧凑， 制作方便，用钢量少；张拉锚固方便迅速，设备简 单。
1
1 RH RH o 0.46h ho
1 3
f cm
to
t1 —— t1 ＝1 天；
2018 年3月25日5时48分 c 为加载后徐变随时间发展的系数，按式（12-7）计算：
5.3 f cm f c m o0.5
1 0.2 0.1 to t1
（12-8）
式（12-7）和式（12-8）的符合意义与式（12-4）～式（12-6）相同。
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在实际桥梁设计中需考虑徐变影响或计算阶段预应力损失 时，强度等级C20~C50混凝土的名义徐变系数，可按由公 式（12-1）算得的表12-2值采用。 混凝土名义徐变系数 o 表12-1
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12.2 预加应力的方法与设备(续)
12.2.3
限位板 油缸 工作锚夹片 工作锚锚板 喇叭管 工作锚锚板 工作锚夹片 钢绞线 活塞
千斤顶
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穿心式千斤顶
12.2 预加应力的方法与设备(续)

12.2.4 预加应力的其它设备
按照施工工艺的要求，预加应力尚需有以下一些设备或配件。 1）制孔器 目前，国内桥梁构件预留孔道所用的制孔器主要有两种：抽拔橡胶管 与螺旋金属波纹管。 2）穿索机 在桥梁悬臂施工和尺寸较大的构件中，一般都采用后穿法穿束。对 于大跨桥梁有的预应力钢筋很长，人工穿束十分吃力，故采用穿索 （束）机。
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12.3 预应力混凝土结构的材料
12.3.1 混凝土 1)强度要求——预应力混凝土要求采用高强混凝土 ★可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； ★徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； ★有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布臵 和减小锚具垫板的尺寸； ★ 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于 C40，当前常用高强混凝土不低于C50。
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夹片锚具 夹片锚具体系主要作为 锚固钢绞线之用。 1) 中国建筑科学研 究院先后研制出了 XM锚具和QM锚具系 列； 2) 中交公路规划设 计院研制出了YM锚 具系列； 3) 柳州建筑机械总 厂与同济大学合作， 在QM锚具系列的基 础上又研制出了OVM 锚具系列等。
回顾上节课中的重点内容
钢筋混凝土结构的缺点？
易开裂（需带裂缝工作）；钢筋效率低（限
制了高强材料的使用） 预应力混凝土结构的定义？ 预先给混凝土引入内部应力的结构 配筋混凝土结构的分类？ 按预应力度进行分类（全预应力；部分预应 力A、B；钢筋混凝土）。
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t, to o c t to
（12-2）
式中的 t , to 称为加载龄期为 t o ，计算考虑龄期为 t 时的混凝土徐 变系数； o 为混凝土名义徐变系数，按式（12-3）计算：
o RH f cm t o
2018年3月25日5时48分
（12-3） （12-4）
其中
RH 1
1 RH RH o 0.46h h

1 3
凝土应力 c 作用下的徐变应变值 c 。 《公路桥规》建议的徐变系数计 算式为：
式中的 t , to 称为加载龄期为 t o ，计算考虑龄期为 t 时的混凝土徐 名义徐变系数的计算 变系数； o 为混凝土名义徐变系数，按式（12-3）计算：
2018年3月25日5时48分
混凝土徐变变形的特点和计算
1) 影响混凝土徐变值大小的主要因素是荷载应力、持荷时 间、混凝土的品质与加载龄期、以及构件尺寸和工作的 环境等。 2) 混凝土徐变试验的结果表明：当混凝土所承受的持续应 力σc≤0.5fck时，其徐变应变值εc与混凝土应力σc之间， 存在着线性关系，在此范围内的徐变变形则称为线性徐 变，如图1-15所示 即 c e ，或： c e εc——所计算的徐变值； εe——加载（作用）时的弹性应变（即急变）值； ——徐变应变与弹性应变的比例系数，一般称为徐变系 数（亦称徐变特征值）。
加载 龄期 （天） 3 7 14 28 60 90
理论厚度h(mm) 100 3.90 3.33 2.92 2.56 2.21 2.05 200 3.50 3.00 2.62 2.30 1.99 1.84 300 3.31 2.82 2.48 2.17 1.88 1.74
2018年3月25日5时48分
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3) 在影响徐变值的众多因素中，时间是更主要的因素。徐 变是随时间延续而增加的，但又随加载龄期t0的增大而 减小，故一般将其表示为 φ(t,t0) 。即加载时混凝土龄期 t0 ，计算所考虑时刻的混凝土龄期为t的徐变系数。如 图1-16所示。
由式（12-1）可知，只要知道徐变系数 t , to ，就可以算出在混 凝土应力 c 作用下的徐变应变值 c 。 《公路桥规》建议的徐变系数计 算式为：
fcm 0.8 fcu,k 8MPa ；取 f cmo 100MPa ；
o RH f cm t o
RH
MPa） ； fcu,k —— 龄期为 28 天，具有 95%保证率的混凝土立方体抗压强度标准值（ 其中 ； t o ——加载时的混凝土龄期（天） ； t ——计算考虑时刻的混凝土龄期（天）
钢绞线 活塞缸 机架 模具
硬钢丝螺旋圈 软钢套圈
130～150mm
图12-8 挤压锚具的生产示意图
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图12-9 压花锚具
（5～6.5d）
d
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压花锚具
挤压锚具
锚具的设计应根据工程具体情况，综合考虑
多种因素进行。 为改善结构局部受力和方便施工，应尽量避 免使用大吨位锚具。 锚具设计参数和相应配件尺寸，可参阅各生 产厂家的产品介绍材料选用。
1 3
f cm
to
2018年3月25日5时48分
5.3 f cm f cmo 0.5
1 0.2 0.1 to t1
由式（12-1）可知，只要知道徐
式中：RH ——环境年平均相对湿度（％） ；RH 0＝100％；
凝土应力 c 作用下的徐变应变值 c 。
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多孔式夹片锚具
固定端夹片锚具
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张拉端夹片锚具
张拉端扁锚锚具
固定端扁锚锚具
扁锚锚具
扁锚锚具连接器
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夹片锚固体系的特点是各根钢绞线独立工作， 即使单根锥孔的钢绞线锚固失效，也不会影 响全锚，只需对失效孔的钢绞线进行补拉。
2018年3月25日5时48分
3）灌孔水泥浆及压浆机 （1）水泥浆 后张法预应力混凝土构件，预应力钢筋张拉锚固 后必须给预留孔道压注水泥浆，以免钢筋锈蚀， 并使预应力钢筋与梁体混凝土结合为一整体。 （2）压浆机是孔道灌浆的主要设备。 4）张拉台座 采用先张法生产预应力混凝土构件时，则需 设臵用作张拉和临时锚固预应力钢筋的张拉台座。