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      預應力混凝土結構  

         

      目錄

      1基本概念

      2發展史

      3特點

      4分類

      5預應力筋

      6施工工藝

      7在中國

      基本概念

          為了避免鋼筋混凝土結構的裂縫過早出現,充分利用高強材,人們在長期的生產實踐中創造了預應力混凝土結構。所謂預應力混凝土結構,是在結構構件受外力荷載作用前,先人為地對它施加壓力,由此產生的預應力狀態用以減小或抵消外荷載所引起的拉應力,即借助于混凝土較高的抗壓強度來彌補其抗拉強度的不足,達到推遲受拉區混凝土開裂的目的。以預應力混凝土制成的結構,因以張拉鋼筋的方法來達到預壓應力,所以也稱預應力鋼筋混凝土結構。

          預應力混凝土雖然只有幾十年的歷史,然而人們對預應力原理的應用卻由來已久。如工匠運用預應力的原理來制作木桶:木桶通過套竹箍緊,對桶壁產生的環向拉應力不超過環向預壓應力,則桶壁木板之間將始終保持受壓的緊密狀態,木桶就不會開裂和漏水。 建筑工地用磚鉗裝卸磚塊,被鉗住得一疊水平磚不會提落。旋緊自行車輪的鋼絲,使車輪受壓力后而鋼絲不折。

      發展史

          將預應力的概念用于混凝土結構是美國工程師P.H.杰克孫于1886年首先提出的,1928法國工程師E.弗雷西內提出必須采用高強鋼材和高強混凝土以減少混凝土收縮與徐變(蠕變)所造成的預應力損失,使混凝土構件長期保持預壓應力之后,預應力混凝土才開始進入實用階段。1939奧地利V.恩佩格提出對普通鋼筋混凝土附加少量預應力高強鋼絲以改善裂縫和撓度性狀的部分預應力新概念。1940年,英國的埃伯利斯進一步提出預應力混凝土結構的預應力與非預應力配筋都可以采用高強鋼絲的建議。

        預應力混凝土的大量采用是在1945第二次世界大戰結束之后,當時西歐面臨大量戰后恢復工作。由于鋼材奇缺,一些傳統上采用鋼結構的工程以預應力混凝土代替。開始用于公路橋梁和工業廠房,逐步擴大到公共建筑和其他工程領域。在50年代中國蘇聯對采用冷處理鋼筋的預應力混凝土,作出了容許開裂的規定。直到1970年,第六屆國際預應力混凝土會議上肯定了部分預應力混凝土的合理性和經濟意義。認識到預應力混凝土與鋼筋混凝土并不是截然不同的兩種結構材料,而是同屬于一個統一的加筋混凝土系列。在以全預應力混凝土與鋼筋混凝土為兩個邊界之間的范圍,則為容許混凝土出現拉應力或開裂的部分預應力混凝土范圍。設計人員可以根據對結構功能的要求和所處的環境條件,合理選用預應力的大小,以尋求使用性能好、造價低的最優結構設計方案,是預應力混凝土結構設計思想上的重大發展。

      特點

          與鋼筋混凝土相比,預應力混凝土的優點:由于采用了高強度鋼材和高強度混凝土,預應力混凝土構件具有抗裂能力強、抗滲性能好、剛度大、強度高、抗剪能力和抗疲勞性能好的特點,對節約鋼材(可節約鋼材40%50%、混凝土20%40%)、減小結構截面尺寸、降低結構自重、防止開裂和減少撓度都十分有效,可以使結構設計得更為經濟、輕巧與美觀。

          預應力混凝土缺點:預應力混凝土構件的生產工藝比鋼筋混凝土構件復雜,技術要求高,需要有專門的張拉設備、灌漿機械和生產臺座等以及專業的技術操作人員(見預應力工藝);預應力混凝土結構的開工費用較大,對構件數量少的工程成本較高。

      分類

      預應力混凝土的分類:

      1.預應力混凝土按預應力度大小分:全預應力混凝土和部分預應力混凝土。

      2.預應力混凝土按施工方式分:預制預應力混凝土、現澆預應力混凝土和疊合預應力混凝土等。

      3.按預加應力的方法分:先張法預應力混凝土和后張法預應力混凝土。

      預應力筋

      預應力筋得種類:預應力筋通常由單根或成束的鋼絲、鋼絞線或鋼筋組成。 按性質劃分,預應力筋包括金屬預應力筋和非金屬預應力筋兩類。常用的金屬預應力筋可分為鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋。非金屬預應力筋主要指纖維增強塑料預應力筋。

      常用的預應力筋:鋼絲冷拔低碳鋼絲,直徑:35mm;碳素鋼絲,直徑:38mm;鋼絞線:由7根碳素鋼絲纏繞而成;熱處理鋼筋:直徑:610mm熱軋螺紋鋼筋,直徑:25,32mm。

      預應力混凝土結構

         預應力筋的特性:應力-應變曲線和應力松弛。一、應力-應變曲線;二、應力松弛。1、概念:鋼筋受到一定的張拉力后,在長度保持不變的條件下,鋼筋的應力隨著時間的增長而降低的現象,起壓力激昂的值就是應力松弛損失。2、應力松弛的特點:初期發展快。鋼絲和鋼絞線的應力松弛率大于熱處理鋼筋和精軋螺紋鋼筋。初應力大,松弛損失也大。松弛損失率隨溫度的升高急劇增加。

          預應力筋的檢驗:一、鋼絲的檢驗:1、外觀檢查;2、力學性能試驗。二、鋼絞線的檢驗:1、成批驗收;2、屈服強度和松弛試驗;3、外觀檢查和力學性能檢驗。三、熱處理鋼筋的檢驗:1、外觀檢查;2、拉伸試驗。

      施工工藝

      預應力混凝土結構

      預應力混凝土構件的施工方法:

      1.先張法。在混凝土灌筑之前,先將由鋼絲鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規定應力,并用錨具錨于臺座兩端支墩上,接著安裝模板、構造鋼筋和零件,然后灌筑混凝土并進行養護。當混凝土達到規定強度后,放松兩端支墩的預應力筋,通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產生預壓應力。先張法以采用長的臺座較為有利,最長有用到一百多米的,因此有時也稱作長線法。2.后張法。先灌筑構件,然后在構件上直接施加預應力的方法。一般做法多是先安置后張預應力筋成孔的套管、構造鋼筋和零件,然后安裝模板和灌筑混凝土。預應力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土達到強度后,用千斤頂將預應力筋張拉到要求的應力并錨于梁的兩端,預壓應力通過兩端錨具傳給構件混凝土。為了保護預應力筋不受腐蝕和恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力,預應力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌實。水泥漿除起防腐作用外,也有利于恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力。為了方便施工,有時也可采用在預應力筋表面涂刷防銹蝕材料并用塑料套管或油紙包裹的無粘結后張預應力。

      在中國

      中國于1956年開始推廣預應力混凝土。20世紀50年代,主要采用冷拉鋼筋作為預應力筋,生產預制預應力混凝土屋架、吊車梁等工業村廠房構件。70年代,在民用建筑中開始推廣冷拔低碳鋼絲配筋得預應力混凝土中小型構件。20世紀80年代以來,預應力混凝土大量應用于大型公共建筑、高層及超高層建筑、大跨度橋梁和多層工業廠房等現代工程。經過50多年的努力探索,中國在預應力混凝土的設計理論、計算方法、構件系列、結構體系、張拉錨固體系、預應力工藝、預應力筋和混凝土材料等方面,已經形成一套獨特的體系;在預應力混凝土的施工技術與施工管理方面,已經積累了豐富得經驗。

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