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    預應力混凝土的特性

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    預應力結構能夠界說為:在結構承受外荷載之前,預先對其在外荷載效果下的受拉區施加壓應力,以改善結構運用功能的這種結構方式稱之為預應力結構。

    1.預應力混凝土的優點及適用性

    預應力混凝土能充分發揮鋼筋和混凝土各自的特性,能提高鋼筋混凝土構件的剛度、抗裂性和耐久性,可有效地運用高強度鋼筋和高強度等級的混凝土。與一般混凝土相比,在同樣條件下具有構件截面小、自重輕、質量好、材料省 ( 可節省鋼材 40%~50% 、混凝土 20%~40%) ,并能擴展預制安裝化程度。雖然,預應力混凝土施工,需求專門的機械設備,工藝比較復雜,操作要求較高,但在跨度較大的結構中,其歸納經濟效益較好。此外,在必定規模內,以預應力混凝土結構替代鋼結構,可節省鋼材、下降成本、并免除修理作業。

    近年來,跟著施工工藝不斷開展和完善,預應力混凝土的運用規模愈來愈廣。除在傳統工業與民用修建的屋架、吊車梁、托架梁、空心樓板、大型屋面板、檁條、掛瓦板等單個構件上廣泛運用外,還成功地把預應力技術運用到多層工業廠房、高層修建、大型橋梁、核電站安全殼、電視塔、大跨度薄殼結構、筒倉、水池、大口徑管道、根底巖土工程、海洋工程等技術難度較高的大型全體或特種結構上。當時,預應力混凝土的運用規模和數量,已成為一個國家修建技術水平的重要標志之一。

    預應力混凝土的施工工藝常用的有先張法、后張法和電張法。此外,還有自張法,即用脹大水泥伴制的混凝土來澆筑構件,運用混凝土硬化時的脹大力使鋼筋伸長而取得預應力。

    2.預應力砼的分類

    預應力混凝土按預應力度巨細可分為:全預應力混凝土和部分預應力混凝土。全預應力混凝土是在悉數運用荷載下受拉邊際不允許呈現拉應力的預應力混凝土,適用于要求混凝土不開裂的結構。部分預應力混凝土是在悉數效果荷載下受拉邊際允許呈現必定的拉應力或裂縫的混凝土,其歸納功能較好,費用較低,適用面廣。預應力混凝土按施工方式不同可分為: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。按預加應力的辦法不同可分為:先張法預應力混凝土和后張法預應力混凝土,按是否粘結又可分為無粘結預應力及有粘結預應力。

    3.預應力混凝土預制構件

    通過 40 多年來的不斷開展,我國在房屋修建、鐵路、橋梁等方面的預應力混凝土預制構件已構成以下首要系列:

    (1) 預應力屋面梁和屋架

    12~18m 先張法預應力混凝土屋面大梁; 12m 預應力托梁; 12~21m 三鉸屋架; 15~36m 先張法或后張法的全體式或組裝式預應力混凝土屋架,有拱形、折線形、梯形和空腹桁架等方式,在深圳赤污完成的 60m 跨預應力組合屋架,則是現在跨度最大的預應力組合屋架。

    (2) 預應力吊車梁

    6mT 形預應力吊車梁; 9~12m 工字形等截面和變截面魚腹式吊車梁;以及超越 12m 跨的桁架式吊車梁。

    (3) 預應力屋面板和樓板

    在預應力混凝土屋面板中,寬2.4m 、長9-27m 的預應力大型屋面板運用最廣,還有6-18.6m 大跨度預應力空心板等。

    6~18m 寬1.2米長度6-18.6米先張預應力多孔板(預應力空心樓板)和寬 2.4m 、長 12~19m 的預應力雙T承重板( 運用最廣,也可作屋面板用 ) 。而預應力雙T承重板亦常用作多層工業廠房的樓板。

    (4) 板架合一的預應力屋面構件

    15~33m 跨預應力單 T 板梁, 9~27m 跨 V 形折板 ( 在板縫中另加無粘結預應力后張束后可做到 30m 跨 ) 和 9~28m 跨馬鞍形殼板。

    (5) 預應力簡支梁

    用于房屋樓面結構的 9~15m 跨預應力薄腹梁;用于鐵路橋梁的 6~32m 先張預應力簡支梁、 16~32m 跨超低高度預應力梁 ( 比相應跨度一般高度梁下降高度 0.8m 左右 ) 、 40m 分片后張預應力梁和 32~56m 后張預應力箱形梁;用于公路橋梁的 30~50m 跨預應力 T 形簡支梁、 30m 預應力組合梁,以及用于城市立交橋的 20m 跨以下的先張預應力空心板梁, 27m 以下的先張預應力組合箱梁和 25~37m 的后張預應力 T 形梁。

    (6) 其他預應力預制構件

    三種不同承載才能的預應力軌枕,用于房屋地基工程的預應力方樁和φ 300~500 預應力管樁,以及用于港口工程的φ 1200~1400 預應力管樁等。

    4.預應力結構

    (1) 全體預應力安裝式板柱修建系統

    后張全體預應力安裝式抗震結構系統,有矩形、六邊形和梯形等多種柱網 ( 最大柱距達 11.7m) ,選用多跨接連折線配筋預應力,將預制整間或組裝 ( 有一間 2 塊、 3 塊、 6 塊和 9 塊 ) 樓板與預制柱 ( 矩形、六邊形 ) 組裝在一起、澆筑板縫混凝土后構成的大跨度、無梁空間結構,適于締造辦公樓、住所、多層廠房、商場、書庫等修建。

    (2) 后張預應力混凝土框架結構

    a .選用單向預應力框架梁的橫向框架結構和縱向框架結構;

    b .選用雙向預應力框架梁的框架結構。

    (3) 高層修建

    因為選用預應力可下降樓面結構高度、擴展梁的支承跨度和解決大荷載、大懸挑結構的合理規劃等突出的優勢,使得預應力結構在高層修建中的運用越來越多。如:無梁無柱的框筒結構;帶扁梁預應力平板的框筒結構;內框外筒結構;大跨度、大空間預應力混凝土結構等。

    (4) 其他特種結構

    a .電視塔

    豎向預應力混凝土筒體結構;預應力塔身、錐殼根底和裙房大跨度懸挑梁結構;豎向預應力和環向預應力等

    b .特種工程

    核電站的安全殼;原煤筒倉;煉油廠爆氣池;污水處理廠爆氣池、濃縮池、污泥消化池等。

    c .大跨度結構

    預應力主次梁屋蓋結構;地下室頂板的全體預應力板柱結構;預制塊體預應力組裝梁;索束桁屋蓋結構和雙曲拋物面薄殼結蓋等。

    d .大懸挑結構

    懸挑梁是懸挑長度可到達 10m 左右。

    e .大型橋梁

    大型預應力橋梁,其首要結構方式有:①簡支梁、板橋:跨度比一般為 1/5~1/20 ,低高度者可達 1/25 ,多跨簡支橋可選用接連橋面;② T 型剛構橋:上下部結構固結,上部從墩頂向兩側伸出懸壁呈 T 形,其間設剪力鉸構成超靜定結構 ( 或設掛梁成靜定結構 ) ,跨度從 50m 到 270m ,最適于選用懸臂對稱平衡法施工;③接連梁橋:接連箱梁跨蓋結構跨徑可達 200m 左右,箱梁則有單箱、雙箱、單室和多室等;④接連剛橋:可由多個等跨或不等跨的 T 構固接構成,或由斜腿剛構預制板、現澆混凝土組成,或中部的接連剛構、邊部為接連梁;⑤拱橋:由上、下弦桿、腹桿和中心實腹段組成的拱片與橫聯接系和橋面組成。桁拱跨度一般為 50~80m ,由桁式懸臂剛架與桁拱組成的江界河橋的跨度達 330m ;⑥斜拉橋:選用塔支承的斜索拉著加勁梁、即由塔、梁、索組成。其經濟跨已達 900m ,邊中跨比為 0.3~0.5 ,橋面之上的塔高為 0.15~0.3 跨度;⑦懸索橋:以主纜為承重主體,加勁梁由等距離的吊桿懸掛在主纜上,主纜受力后呈非線性變形曲折;⑧彎、坡、斜橋:有板式、梁式和箱式并設置抗扭橫梁。

    5.預應力鋼材應力—應變曲線和應力松懈

    (1) 應力—應變曲線

    碳素鋼絲或鋼絞線均屬硬鋼,其應力—應變曲線見下圖。當鋼絲拉伸到超越份額極限 σ p ( 習慣上選用剩余應變為 0.01% 時的應力 ) 后, σ-ε 聯系呈非線性改變,沒有顯著的屈服點。當鋼絲拉伸超越 σ 0.2 ( 剩余應變為 0.2%) 后,應變 ε 添加較快;當拉伸至最大應力 σ b 時,應變 ε 繼續開展,在 σ-ε 曲線上呈現為一水平段,然后開裂。

    (2) 應力松懈

    應力松懈是指鋼材受到必定的張拉力之后,在長度堅持不變的條件下,鋼材的應力隨時刻的添加而下降的現象,其下降值稱為應力松懈丟失。產生應力松懈的原因首要是因為金屬內部位錯運動使一部分彈性變形傳達化為塑性變形引起的。

    預應力鋼材的松懈實驗,應按世界預應力混凝土協會 (FIP) 等單位編制的《預應力鋼材等溫松懈實驗施行規程》進行。試件的初應力取 0.6 σ b 、 0.7 σ b 和 0.8 σ b ,環境溫度為 20 ± 1 ℃ ,在松懈實驗機上別離讀出不同時刻的松懈丟失率,實驗應繼續 1000h 或繼續一個較短的期間計算至 1000h 的松懈率。下圖示出預應力鋼絲和熱處理鋼筋的應力松懈實驗算據,其松懈率與時刻、鋼種、溫度的聯系如下: ①應力松懈初期開展較快,榜首小時相當于 1000h的15%~35%,今后逐步減慢。鋼絲應力松懈丟失率 R t = A lgt+ B ,與時刻 t有較好的對數線性聯系。一年松懈丟失率相當于1000h的12.5倍, 50年松懈丟失率為1000h的1.725倍;②鋼絲和鋼絞線的應力松懈率比熱處理鋼筋和精軋螺紋鋼筋大 ;③初應力大,松懈丟失也大。當σi>0.7σb 時,松懈丟失率顯著增大,呈非線性改變;④跟著溫度的升高,松懈丟失率急劇添加。依據國外實驗材料,40°C時1000h松懈丟失率約為20°的1.5倍。

    預應力鋼材的應力松懈實驗數據

    ①一次張拉程序 0→ σ i ;②超張拉程序 ;③超張拉程序0→1.03σi

    削減松懈丟失的措施為:

    a. 采納超張拉程序

    比一次張拉程序 0→ σ i ,可關少松懈丟失 10%;也可選用 0→1.03 σ i 超張拉程序,松懈丟失率雖然增大了,但剩余預應力仍比 0→ σ i 程序大。

    b .選用低松懈鋼絞線或鋼絲,其松懈丟失可削減 70%~80% 。


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