体外预应力技术及应用

Ny
Ny
e
b
产生的截面上、下缘应力为：
3M 1 3M h = 2− 2 • • =0 − 2 上缘： σ hys = h 6 bh bh bh bh / 6 6 Ny Ny •e 6M = 2 （压应力） + 2 下缘： σ hyx = bh bh bh
Ny
Ny •e
6
在预加力Ny和均布荷载q共同作用下， 将该预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、 下缘的总应力为：
应力抵消为零时所施加的荷载弯矩；
M—使用荷载（不包括预加力）作用下控制截面的弯矩。
2.加筋混凝土结构的分 类 全预应力混凝土 ：沿预应力方向的正截面不出 现拉应力，即 λ ≥ 1
部分预应力混凝土 ：沿预应力方向的正截面出
现拉应力或出现不超过规定 宽度的裂缝，即 1 > λ > 0
钢筋混凝土
：不施加预应力的混凝土结构， 即λ =0
预应力混凝土的优点：
a. 节省材料，减轻自重，增加跨
越能力。 b. 提高构件的抗裂性、增加截面刚度。
c. 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应 d.力。 结构质量安全可靠。 e. 预加力还可以作为结构构件的连接手段，
促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。
预应力混凝土的缺点：
a. 最主要的问题是在使用阶段如何保持有效预
体外预应力的缺点： 体外预应力的缺点： 1、体外索布置在截面外，防腐、保护相对较困难，易受外界影 响 2、锚固及转向区域容易产生应力集中，局部应力大，对锚固施 工要求高 3、体外索张拉力较小，不能充分发挥体外索强度高的优点，对 锚具及夹片的要求很高 4、体外预应力筋的变形和混凝土的变形不一致，容易造成预应 力损失
3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
体外预应力概述 体外预应力的特点 体外预应力的组成 体外预应力的布置形式 体外预应力的应用
为 一 个 构 件
力 的 结 构 是 否
与 被 施 加 预 应
体外预应力的优点： 体外预应力的优点： 1、简化预应力筋曲线，预应力筋仅在锚固处和转向处与结构相 连，减小摩阻损失，提高预应力使用效率 2、预应力布置灵活，根据桥梁病害可以全桥加固也可以进行局 部加固 3、锚固构件尺寸小，自重增加少，可有效的大幅提高结构承载 能力。 4、与原结构无粘结，应力变化值小，对结构受力有利 5、体外索可调可换，便于使用期间进行维护
2011年10月8日
§1. §2. §3. §4.
概 述 预应力技术发展 体外预应力技术应用 结语
1.1 、预应力 1.2、 1.2、 预应力结构 1.3、 1.3、 预应力混凝土 1.4、 1.4、 预应力分类
• 生活中的预应力。
桶箍，使木板预受压，在使用中受水 的张力，受拉 搬书上架 – 双手对书施加预压力， 书就不会掉下来
（4）世界普及阶段 美国 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结束后，由于 西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢材供应十分紧张的 情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力混凝土结构 ，应用范围 ， 也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑工程的各个领域 日本 德国 比利时
（5）我国预应力的发展 50 、60 年代 ：预制构件 ，3 - 6 米的楼板，吊车梁 ， 大型屋面板， 12 – 18 米的大梁 ，36米以内的屋架 等 － 提倡工业化施工 70 年代 ，北京 和江、浙 一带建了不少的升板结构 ，和少量的预应力 框架结构 80 年代：由于无粘结预应力混凝土的推广，多、高层 大开间的预应力 平板体系 ，大量地采用预应力混凝土结构，桥梁、特种结构等大量采用 预应力混凝土结构 90年代 ：高层房屋的楼板跨度大，大跨度桥梁的兴建，采用预应力 新世纪 ：广泛应用阶段，体外预应力应用于桥梁新建及加固工程中。
6M 6M 6M 上缘： σ s = σ hy + σ hs = bh 2 + bh 2 = 2 × bh（压应力） 2 6M 6M 下缘： σ x = σ hy + σ hx = 2 − 2 = 0 bh bh
M
+
Ny
=
M Ny
另一种方法是：在距截面下缘h/3处 （即偏心距e=h/6)处，施加预应力，令 Ny=3M/h。 x h
顶板体外索
体外索布置在结构上的位置
腹板体外索 底板体外索 钢结构锚固的体外索
体外索锚固的形式
混凝土结构锚固的体外索
自体外预应力技术产生并应用于桥梁加固以来，现 已逐渐成为对既有桥梁上部结构进行加固的一个重 要的方法。 新建桥梁也开始引入体外预应力技术。
• 体外预应力技术不仅可以应用于新建工程，更适用于旧结构的 改造与加固。体外预应力结构布置灵活，安全可靠，特别是可 以在结构正常工作情况下实现调索和换索，是其他结构形式所 无法比拟的优点。体外预应力技术以其施工方便、节省材料、 降低造价、方便检修且可以大幅有效的提高桥梁承载力等优点， 在新时期的桥梁建设及加固过程中发挥了强大的作用，得到了 广泛的应用，取得了良好的社会和经济效益。 • 伴随体外预应力的相关理论不断进步、新型材料和新型锚固体 系的发展，为体外预应力技术的应用奠定了理论基础和带来了 新的活力，体外预应力这种技术将有更加广泛的发展2.2工程实用阶段 工程实用阶段 2.3迅速发展阶段 迅速发展阶段 迅速 2.4世界普及阶段 世界普及阶段 世界 2.5我国预应力的发展 我国预应力的发展 我国
（1）初期阶段 1886年前后，加利福尼亚旧金山工程师 P.H.Jackson 申请了在混凝土拱内张紧钢拉杆作楼板的专利 1988年，德国的C.E.W.Doehring 在混凝土楼板受荷 前时拉力 的钢筋来加强混凝土的专利 1908年，美国的C.R.Steiner 提出了二次张拉的建议 1925年 内布拉斯加州的R.E.Dill 法 试用无粘结的做
1 2 3 4 5
.锚具 .体外索 .锚固块及转向块 .减振装置 . 施工机具
3.3.1.锚具
体外预应力体系仅靠锚固端传力，因此体 外预应力锚固体系的可靠性和安全性比一般体 内预应力锚固体系要高，需使用专用的体外索 锚具和夹片。体外预应力的锚具的外观尺寸较 普通锚具更大，且还增加了一些辅助配件，如 密封装置、防松装置、防护装置等。
应力不至于降低到最小。
b.需要有一定的专门设备和配备一支技术
熟练的专业队伍。
c. 预应力反拱度不易控制。
1. 预应力度 《公路桥规》将预应力度（λ）定义为由预加应力大小 确定的消压弯矩MO与外荷载产生的弯矩M的比值，即 λ =M0/M 式中： λ—预应力度；
M0—消压弯矩。即将控制截面边缘由预加力产生的预压
（2）工程实用阶段 法国的 弗莱西奈 E.Freyssinet 在 1928年考虑混凝土收缩和徐 变产生的损失 ，提出预应力混凝土必须采用高强钢材和高强混 凝土 ，这是预应力混凝土在理论上关键的突破 直到1939 年，E.Freyssinet 发明了短部锚固用的锥形契等，在 工艺上提供了切实可行的方法， 使预应力结构得到工程应用的 真正推广 40 年代，弗莱西奈 E.Freyssinet 设计跨越法国马恩河 ，孔径 为55 m 的 luzancy 桥，人们才接受预应力损失可以控制和计算 的见解
（3）迅速发展阶段 40年代 ：大规模的预应力混凝土的推广，是第二次世界大战结 束后，由于西欧对工业 、交通 、城市建设急待恢复和重建 ，钢 材供应十分紧张的情况下 ，原先钢结构的工程纷纷改为预应力 混凝土结构 ，应用范围 ，也从桥梁 、工厂扩大到土木 、建筑 工程的各个领域 1950年国际上成立了预应力混凝土协会 （ 简称为FIP ） 1960年 ，预应力混凝土桥已经成为美国的标准做法
3.3.2.体外索
体外索主要有光面钢绞线、无粘结钢绞线、平行钢 丝、成品索等类型。体外索较多采用无粘结钢绞线， 环氧喷涂带PE的单根钢绞线具有良好的耐腐蚀性能， 具有很好的适用性，目前广泛适用在桥梁加固中。
3.3.3.锚固块及转向块
体外预应力体系仅靠锚固块及转向块传力，锚固块 和转向块必须和原结构有效连接，传递应力，锚固 块及转向块一般采用钢筋混凝土结构和钢结构型式。 张拉力大的锚固块均采用钢筋混凝土形式 ,钢锚固 块适合施工空间开阔且应力较小的小型锚固块。
下面以简支梁为例，进一步说明预应 力混凝土的基本概念。
设有一矩形简支梁，计算跨径为L，截面 为b×h，承受均布荷载q（含自重在内）,如图所示。
q
x
e
h
b
该矩形简支梁由均布荷载产生的跨 中最大弯矩为M=qL2/8，跨中截面应力为 上缘： 下缘：
σ hx
σ hs
6M 6M （压应力） = ± 2 bh （拉应力）
• 在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载 作用下的受拉区施加压应力，以改善结构使 用的性能的结构型式称之为预应力结构 预应力结构。 预应力结构 预应力砼就是其中应用最多的一种结构。 • 如预应力砼 预应力砼
• 所谓预应力砼，就是事先人为地在混凝土或钢筋混 凝土中引入内部应力，而且其数值和分布有利于抵 消使用荷载产生的应力，称其为预应力混凝土 预应力混凝土。 预应力混凝土 • 例如，对混凝土或钢筋混凝土的受拉区预先施加压 应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的 大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产 生的应力，因而使混凝土构件在使用荷载下允许出 现拉应力而不致开裂，或推迟开裂，或者限制裂缝 宽度大小。
3.3.4.减振装置
体外预应力体系仅靠锚固块及转向块传力，锚固块 和转向块必须和原结构有效连接，传递应力，锚固 块及转向块一般采用钢筋混凝土结构和钢结构型式。 张拉力大的锚固块均采用钢筋混凝土形式 ,钢锚固 块适合施工空间开阔且应力较小的小型锚固块。
3.3.5.施工机具
体外索的张拉机具根据张拉的要求分单孔千斤顶和 整体千斤顶。单孔千斤顶用于施工空间狭小或单孔 分丝张拉的体外索，整体千斤顶用于整体张拉的体 外索。