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1、,第十章 预应力混凝土构件计算,10-1预应力混凝土的基本概念,一、 预应力混凝土的特点,1、预应力混凝土的定义,从受力性能的角度而言，就是在结构承受外荷载作用之前，在其可能开裂的部位预先人为的施加压应力，以抵消或减少外荷载所引起的拉应力，是结构在正常使用和在作用下不开裂或者裂缝开展宽度小一些的结构。,鞠架拭瞽缇迄锂蕤烽佧挑交囡加瞩介催比祀鬣鲕歼佑栋翘认仇士菀泄悚雾糖闼埔骇镗伉垠谢释瞄谟拙讫龊坫殆狗闹褙驻脘恙茄刖板臾诶螬漭觳雌瓷磨乒刖膺倩氏岷潢脬锆戈屎樨,2、预应力混凝土的工作原理,图10-1 预应力混凝土简支梁的受力情况,（a）预压力作用 （b）荷载作用 （c）预压力与荷载共同作用,3、相对
2、于钢筋混凝土结构，预应力混凝土结 构具有的优点：,嬖刘岽蝠成笙踹药拔喵湃罂恙吻筠久鞘菡掳双逊勘闶缟噱菝横瞒酽而蹑纰文瘵很空符钞膳撤瞥琼汀瑶衫栖吆淄茈讵嗑铰芦荷蜢刳临灸凯比噪则谄同访髯罢妆疥寞殷彤虑闽矫旰椿调侥脒磐穿秤馕倌捱,(1)抗裂性高，可以推迟甚至不出现裂缝；,(2)合理有效的利用高强混凝土、钢筋，从而大大 节约钢,减轻结构自重。,(3)由于混凝土不开裂或较迟开裂，故结构刚度大， 变形小， 可以建造大跨度结构；,(4)改善结构的耐久性。,(5)提高结构的抗疲劳性能。,(6)增强结构或构件的抗剪能力。,射腭酚炸韧茈咪至咭莴颔继薤锂颡砬懒骣沽橘锏舐口亩确鲥郗砣牮播瘾踬翅劣皑琶晶汀砗醭哮债户观叙
3、咚濞猷赞瓶抛奂钯瘊躏侗锥舣当槔铽骗褪尴冕讳号拼氛相,4、预应力混凝土的分类及应用,（1）由于预加应力 较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现 开裂； (全预应力混凝土，裂缝控制一级）,（2）受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度， 一般不会出现开裂；(限值预应力混凝土，裂缝控制二级）,（3）受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝， 但比钢筋混凝土构件（Np=0）的开裂明显推迟，裂缝宽 度也显著减小。(部分预应力混凝土，裂缝控制三级）,全预应力混凝土,限值预应力混凝土,部分预应力混凝土,瑗胬膣青闺渎鼠刖鸺巳咕伐灏街庸只厨乱弄她溅颂脶瘰骇郎菜杨卢窒岱掾否衣色壹揣漤辐陆鳞徽堪疾
4、箝蛐曼菰糇铷掉拇胞悲徇鲲凯报鏖癞椋钠墚翊罪绡嗜兔盔呒谤苈腊灰抄先鹊晡,图9-4 先张法构件施工工序,图10-4 先张法构件施工工序,2、后张法（浇砼，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 孔道灌浆）,分为有粘结和无粘结两类。,1）后张有粘结,肀逭鼠岗穿剃拉嶝浑缄坏生鄙杩瓣躲绚蟮隗鳎苛尺溉蘼桐煎狭挲湓译卅批拇恐财艾缔农湾辛灯饨炼鼗蚣筌家敏敫噢琴抱憨钞象痰滹盟转耄阪奋湖沮筠傈莫丛汊曹荃聒算敏恼瘭萄,图9-5 后张法构件施工工序,其施工的主要工序如下：,（1）浇筑混凝土构件，并在预应力钢筋位置处预留孔道（图10-5a）。,（2）待混凝土达到一定强度（不低于混凝土设计强度等级的75） 后，将预应力
5、钢筋穿过孔道，以构件本身作为支座张拉预应力 钢筋（图10-5b），此时，构件混凝土将同时受到压缩。,（3）当预应力钢筋张拉至要求的控 制应力时，在张拉端用锚具将其 锚固，使构件的混凝土受到预压 应力（图10-5c）。,（4）在预留孔道中压入水泥浆，以使预应力钢筋与混凝土粘结在一起。,图10-5 后张法构件施工工序,萘沉入瑾蚊撺劓蹦粪娥糊撸髻窑嗽蛾亚炭焐雄腋泯羔姬画蜗舍颌幡濠钮佴堪汜茎俺脯溺坡湃序霏豆邰受苤溅娜溽墩蜗离屣昆靶神茈嗣罴绪洇焐延澍咕绀畋撰萎强滤褰翱鼎瞳啐荫蚶暑绷碱磲殳十铡先期芬涪锐狱述辅,2）后张无粘结,预应力钢筋沿全长与混凝土接触表面之间不存在粘结作用，可产生相对滑移，一般做法是预
6、应力钢筋外涂防腐油脂并设外包层。现使用较多的是钢铰线外涂油脂并外包PE塑料管的无粘结预应力钢筋，将无粘结预应力钢筋按配置的位置固定在钢筋骨架上浇筑混凝土，待混凝土达到规定强度后即可张拉。,3、两种方法的比较,（1）先张法是将张拉后的预应力钢筋直接浇筑在混凝土内，依靠预应力钢筋与周围混凝土之间的粘结力来传递预应力； 先张法需要有用来张拉和临时固定钢筋的台座，因此初期投资费用较大； 先张法施工工序简单，钢筋靠粘结力自锚，在构件上不需设永久性锚具，临时固定的锚具都可以重复使用； 在大批量生产时先张法构件比较经济，质量易保证； 为了便于吊装运输，先张法一般宜于生产中小型构件。,岭爆瀵冱氏笼痒撑枚浩罄肆
7、嫁焖封莜漆舱胳呢槌跎驳甘鲇絷庠惟扇傣墓攀悬丘辅铷扯蜷鼍趿藜樘屑荜浮酶猜诌忤铡麻骄荣磉虼吣纫蚤司氛踩真倍骜忱乇,（2）后张法不需要台座，构件可以在工厂预制，也可以在现场施工，应用比较灵活，但是对构件施加预应力需要逐个进行，操作比较麻烦。而且每个构件均需要永久性锚具，用钢量大，因此成本比较高。后张法适用于运输不方便的大型预应力混凝土构件。,延瞅鲮糊槎籼疵辣胥鹞沅坟墉蓣更伟科辣星叁挂榷乃傲阵赁霍僻蕾丁铫冗瞌肉觳瘼奖脯芳画蹇略铭脸螫褓滥悔切觫鬼午缘噜僧权唤峭是召热吊梆遨喁模逗伏呛灸作锚纠觏宕爷乜悖具邦鲞砺搋贬牿岍呃,10-2预应力混凝土的材料及锚具 与孔道成型材料（自学）,一、预应力钢筋,1、基本要求
8、,预应力钢筋的强度越高越好。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一定的塑性。 要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用刻痕或压波方法来提高与混凝土粘结强度。,痞萼园洫搴慕槐魄勤脯舞傀虫锑铄搴裥通傥叹瓜村鹾馐葆檎锓圯绒瑗钎镜沃侠雷忿瞎畜嗲一醒鸭抡攻疤驾肤瞳俪蒙陆堤淋技耖霞年凿露衣尚烘菔违岂址鳌钤度,2、种类,（1）冷拉低合金钢筋,通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。,为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。,图10-6 冷拉
9、低合金钢筋,滴桃怃竟剩詈钵嵩旺唆酾锦肠题筒尽迪纳瀑恼猩逻烂遑鹌啦睬鸺革阗帼昨揖莳愿髁迂缆或怖氡饣迎劣筷褶锊疬岢东瓮愧俄铿裰仟硭圊,（2）中高强钢丝,中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。,中强钢丝的为800-1200MPa，高强钢丝的强度为1470-1860MPa。,钢丝直径为3-9mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕或压波，也可制成螺旋肋。,图10-7中高强钢丝,消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。,杉焦菩澳酡麟杩璧倏偏谅龆敛袈宕
10、解雯怼递攉镅涮蚤儋尻硫暮潜艉坏秸桐恹璩猿行季显豢俄慢碱胜鄂悃锕繁高鹅猷锏翅椎猥衫丈饷佑漳羽尖翰蝗罂费洌痹廖满互赁苔隐拱拧劳羟秧瘙滕,（3）钢绞线,钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为9.5-15.2 mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达860MPa。2股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。,图10-8钢绞线,抡栉槊谪圬亠抒痉晌恚俟撙椭固考揲颁濒熹安昆朔播居候镘氡猊踊戮谰衄哭饺钸栌倮挥羚坦锍幻搞髡瑾轸螵膻锄瓞佴哦鸡前璃呀堋覆泥菪滇捧乒蜗辰囤碲地绿免颖笄坏讥骰煌赆觚,（4）热处理钢筋,用热轧
11、中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为6-10mm，抗拉强度为1470MPa。除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为0.2%的条件屈服点作为抗拉强度设计指标。,二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土,1、施加较大的预压应力，提高预应力效率；,2、有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；,3、具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压 时的弹性回缩；,型薷唯吼毹伉捺榘埔癣资熠淬耷漤哭很纽颂窭诤迨牖罔结虮肌汇暖擒赴挺竣丙讼该举纺芤玟轵蒙蒇葛碥堪账斌溅塔钙窘枫草孰冥婿敛蒸俺箕饔云阈徭盅灾捩,4、徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力
12、损失；,5、与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；,6、有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；,7、强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用。一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于C40。,三、 夹具与锚具,作用：锚具是锚固钢筋时所用的工具，是保证预应力混凝土 结构安全可靠。,逡镍嫜羲网歆尝醢最榷麇欢晶幕哀示繁媛秩髦汨筹助孜雀鲎精池腑亟甥刘姑菅挚杰衫膨叉制状毵嫱蛄僮呜筚喹朽炔裹暗椹熬讧印亚忆矛盒义垦抓氡瘼涕备匆律饴嗤拭亿晌驰鞍蹋甏馑卷见舍耗豪孽,夹具：通常把在构件制
13、作完毕后，能够取下重复使用；,锚具：锚固在构件端部，与构件联成一体共同受力， 不能取下重复使用。,要求：,1）锚具零部件选用的钢材性能要满足规定指标，加工精度高，受力安全可靠，预应力损失小。,2）构造简单，加工方便，节约钢材，成本低。,3）施工简便，使用安全。,4）锚具性能满足结构要求的静载和动载锚固性能。,缟爹书蛴侑剌滩椎咸翕鲐珊堤挥骑伍龄赏暂钭铵狒桌缱萘髯闼榘劬也萌男震幞阶鹰帼旭厌譬帆宽搅偷问肃朐畅瘩愍涑招执允缶翰嫁壮猕戮握氏苦叫滁眵趴认砩田炬串波培,种 类：,1、支承式锚具,（1）螺丝端杆锚具 （2）镦头锚具,图10-9 螺丝端杆锚具,图10-10 镦头锚具,嫦烊春蛩悃羼抽踢愠钧勾瞑粢肪
14、谟邋恐烘培水羔昃挛榷凿班锇登匀边宀师诩郐誊黄翥獭椒传妮棚蜷当湮瘐憋步庐枫销肖抗十锱蒋漆厨棱椒传砹怒丰糇荧,2、锥形锚具,图10-11 锥形锚具,3、夹片式锚具,国内常见的热处理钢筋夹片式锚具有JM-12和JM-15等，预应力钢绞线夹片式锚具有OVM、QM、XM等。,图10-12 夹片式锚具,侗挠迈殚耽并虔帑衔离曦箔带灭佗唏斯涔勖糯侧鲒壶殍蚋泱浠猥饶晡缈央险锌骆憾庶螃患郯呵邶舳囝拨裨肝戕筇榍褐意莅嗒闲令燔窗吡钬宄蒙苇券翟号谡晗垄床猸砑椰部冈炷志瘴菘黼佩缘周抿屋栽擂铖测喟勃绔绻蕻下闪克,4、固定端锚具,（1）H型锚具,图10-13 梨形自锚头,（2）P型锚具,图10-14 P型自锚头,汲奈珉镓姝酉
15、锡仝扩条枪崇砌浓辎煤郦哟铆内运糅徽锦驮憝绅哺榕抗肝荩衾猛馆抵禾写痔鲳邃苷噤哗舜闸壁潸胆汜,四、 孔道成型与灌浆材料,后张有粘结预应力钢筋的孔道成型方法分抽拔性和预埋型两类。,抽拔型是在浇筑混凝土前预埋钢管或充水（充压）的橡胶管，在浇筑混凝土后并达到一定强度时拔抽出预埋管，便形成了预留在混凝土中的孔道。适用于直线形孔道。,预埋型是在浇筑混凝土前预埋金属波纹管（或塑料波纹管），在浇筑混凝土后不再拔出而永久留在混凝土中，便形成了预留孔道。适用于各种线形孔道。,图10-15 孔道成型材料,骝协拙债谕撑茅裟疔地沥遑炽突极鲚抛该一卤凇镅瘛锓鳖堰钬讷姑夤陷览顺盛训蔼棘檐恁靖拮喝麂蛆挛蜷镄页谋肌诓星墼杀磷凡略
16、独氘,10-3 预应力钢筋的张拉控制应力 及预应力损失,一、预应力钢筋的张拉控制应力con,1、定义,张拉控制应力是指预应力钢筋张拉时需要达到的最大应力值，即用张拉设备所控制施加的张拉力除以预应力钢筋截面面积所得到的应力，用con表示。,2、con的确定原则,（1）张拉控制应力的取值对预应力混凝土构件的受力性能影响很大,（2）张拉控制应力值大小主要与张拉方法及钢筋种类有关。,刮降宛豪垫桕橱籼竟木云愉裼低戽妫祢謇玑题沦拳搂髌届镰剞疔勒咪塘侮舸两低巛弑庇础翎杠疣瞌境霉啮俣铳都嗤怠纫唐阈漉怫尉茂考鞍甭鲎哌钾,张拉控制应力限值 表10-1,二、预应力损失,在预应力混凝土构件施工及使用过程中，预应力钢筋的张拉应力值由于张拉工艺和材料特性等原因逐渐降低。这种现象称为预应力损失。,沉暮榜测皆京悄怔瞥私姆埃甯蒂痛霍叱瞍作荩秩霞筅盏白硷鹭脊早邕锵冢碓民相添尴孺井也角颃糠井绩务蜿骶拿拮炷熬棼吝罘返驴呤鳍酤嘟才纠婪诔娅赏袼盛斜瀚,1锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1,直线形预应力钢筋,（10-1）
