体外预应力技术及应用

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。
• 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。
2.1初期阶段 初期阶段 初期 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
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
（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
为了使截面下缘不出现拉应力，采用 预加应力的方法来抵消下缘拉应力。
一种方法是：先在截面重心处施加预 压力，令Ny=6M/h.
Ny
产生的截面应力为：
Ny
x
e
h
b
σ hy
6M / h 6M = = = bh 2 A bh
Ny
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：
2011年10月8日
Leabharlann Baidu
§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
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。
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：
（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
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
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
（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
6M 6M = 2 （压应力） 上缘： σ s = σ hys + σ hs = 0 + bh 2 bh 6M 6M 下缘： σ x = σ hyx + σ hx = 2 − 2 = 0 bh bh
M
+
Ny
=
M Ny
此例说明：
（1）施加预应力后，可以避免混凝土出现裂缝， 混凝土梁可以全截面参加工作。 （2）预加力的大小以及预加力的作用点位置是 预应力混凝土结构设计计算的关键问题。
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
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应用前景。
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）
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
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。