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1、第七节第七节 预应力混凝土结构预应力混凝土结构基本知识基本知识一一. . 预应力混凝土概念预应力混凝土概念 普通钢筋混凝土的缺点：普通钢筋混凝土的缺点：l裂缝出现早，带裂缝工作；裂缝出现早，带裂缝工作；l高强钢筋使用受到限制；高强钢筋使用受到限制；l构件刚度小，变形大。构件刚度小，变形大。解决问题方法：解决问题方法：l加大截面尺寸；加大截面尺寸；导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。 l提高混凝土强度等级；提高混凝土强度等级；对提高构件的抗裂性能和控制裂对提高构件的抗裂
2、性能和控制裂缝宽度的作用也不大。缝宽度的作用也不大。l采用预应力混凝土采用预应力混凝土 二二. .预应力混凝土结构的优缺点及应用预应力混凝土结构的优缺点及应用特点：特点：l提高构件的抗裂能力。提高构件的抗裂能力。改善了构件的受力性能。适用于对裂缝要求严改善了构件的受力性能。适用于对裂缝要求严格的结构。格的结构。 l增大构件刚度。增大构件刚度。减少构件的变形，适用于对构件的刚度和变形控制较高减少构件的变形，适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件。的结构构件。 l充分利用高强度材料。充分利用高强度材料。采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重
3、，适用于跨度大或承受重型荷载的构件。减轻结构自重，适用于跨度大或承受重型荷载的构件。 l扩大构件的应用范围。扩大构件的应用范围。l提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。 l施工复杂，对施工技术要求高；施工复杂，对施工技术要求高；l造价高造价高三三. .施加预应力的方法施加预应力的方法l先张法先张法：张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递过程，需土之间的黏结力传递。但是这种力的传递过程，需要经过一段传递
4、长度才能完成。要经过一段传递长度才能完成。l后张法后张法：在构件浇筑成型后再张拉钢筋的：在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。的锚具来传递。 先张法先张法后张法后张法四四. .钢筋张拉控制应力钢筋张拉控制应力 张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。除以预应力钢筋面积得到的应力值。 从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应从充分发挥预应力优点的
5、角度考虑，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，力宜尽可能地定得高一些，concon定得高，形成的定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，但如果控有效预压应力高，构件的抗裂性能好，但如果控制应力过高，会出现以下问题：制应力过高，会出现以下问题： concon越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。 在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受
6、压破坏。 有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力达不到预期效果。的预应力达不到预期效果。 concon也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。达不到预期的抗裂效果。
7、 张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种和施加预应张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种和施加预应力的方法有关。力的方法有关。 五五. . 预应力损失预应力损失预应力混凝土构件在施工过程中，张拉控制应预应力混凝土构件在施工过程中，张拉控制应力并不能力并不能完全完全施加在混凝土上，混凝土得到的施加在混凝土上，混凝土得到的应力小于应力小于张拉控制应力张拉控制应力，二者之差称为，二者之差称为预应力预应力损失损失。混凝土实际得到的应力称为。混凝土实际得到的应力称为有效应力有效应力。当然，我们不希望预应力损失太多，致使有效当然，我们不希望预应力损失太多，致使有效应力太小。应力太小。 基本概念：基本概
8、念：有效应力有效应力= =张拉控制应力张拉控制应力concon- -预应力损失预应力损失l l 预应力损失：预应力损失：锚具变形引起的预应力损失锚具变形引起的预应力损失 （先、后张法）（先、后张法）预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失预应力与承拉设备间的温差引起的损失预应力与承拉设备间的温差引起的损失钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失螺旋式钢筋挤压混凝土引起预应力损失螺旋式钢筋挤压混凝土引起预应力损失锚具变形引起的预应力损失锚具变形引起的预应力损失 （先、后张（先、后张法）法）原因
9、：原因：锚具与垫板之间，垫板与构件之间，锚具与垫板之间，垫板与构件之间，锚具与构件之间的所有缝隙，在预应力作用锚具与构件之间的所有缝隙，在预应力作用下被压紧，以及钢筋在锚具内的滑移，都引下被压紧，以及钢筋在锚具内的滑移，都引起预应力钢筋的回缩，造成预应力损失。起预应力钢筋的回缩，造成预应力损失。减少预应力损失措施减少预应力损失措施：采用变形小的锚具，：采用变形小的锚具，少用垫板；采用长台座。少用垫板；采用长台座。预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失预应力钢筋和孔道壁之间的摩擦损失原因：原因：后张法张拉预应力钢筋时，预应力钢筋后张法张拉预应力钢筋时，预应力钢筋与孔道壁有接触而产生与张拉方向相反的摩擦
10、与孔道壁有接触而产生与张拉方向相反的摩擦阻力。阻力。减少损失的措施：减少损失的措施：采用两端张拉和超张拉。尽采用两端张拉和超张拉。尽可能避免使用连续弯束及超长度束。可能避免使用连续弯束及超长度束。预应力筋与承拉设备间的温差引起的损失预应力筋与承拉设备间的温差引起的损失原因：原因：先张法构件，浇灌混凝土后采先张法构件，浇灌混凝土后采用蒸汽养护，升温时，钢筋受热膨胀，用蒸汽养护，升温时，钢筋受热膨胀，而台座距离不变，产生了预应力损失。而台座距离不变，产生了预应力损失。钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失原因：原因：钢筋在高应力下，其长度保持不变的钢筋在高应力下，其长度保持不变的
11、条件下，应力随时间增加而降低的现象，称条件下，应力随时间增加而降低的现象，称为钢筋应力松弛。为钢筋应力松弛。钢筋应力松弛与初始应力大小、持续时间、钢筋应力松弛与初始应力大小、持续时间、钢材品种等有关。钢材品种等有关。特点：特点：初期损失快。初期损失快。减少此项损失的措施：减少此项损失的措施：采用低松弛预应力筋；采用低松弛预应力筋；超张拉，使张拉应力为超张拉，使张拉应力为1.11.1concon 左右，左右，卸荷后再张拉至卸荷后再张拉至concon。混凝土收缩、徐变引起的预应力损失混凝土收缩、徐变引起的预应力损失原因：原因：徐变使构件长度缩短，预应力钢筋也内徐变使构件长度缩短，预应力钢筋也内缩，
12、造成预应力损失。缩，造成预应力损失。特点：特点：在总损失中占的比例较大。在总损失中占的比例较大。减少此项损失的措施：减少此项损失的措施：采取措施减少混凝土收缩徐变。采取措施减少混凝土收缩徐变。采采用用延延长长混混凝凝土土的的受受力力时时间间，即即控控制制混凝土的加载龄期。混凝土的加载龄期。螺旋式钢筋挤压混凝土引起的预应力损失螺旋式钢筋挤压混凝土引起的预应力损失d3m,特点：特点：与直径成反比，一般出现在后张法中。与直径成反比，一般出现在后张法中。构构件件直直径径越越小小，预预应应力力损损失失越越大大. .规规范范规规定定，直径不同的构件预应力损失取不同值。直径不同的构件预应力损失取不同值。 六
13、六. .预应力混凝土结构计算基本原理预应力混凝土结构计算基本原理l承载力计算承载力计算l裂缝宽度验算裂缝宽度验算预应力混凝土构件与钢筋混凝土构件相预应力混凝土构件与钢筋混凝土构件相比：比：预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构件件迟得多迟得多，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接近。近。 预应力混凝土构件与条件相同的未加预应力的钢预应力混凝土构件与条件相同的未加预应力的钢筋混凝土构件承载能力相同，故筋混凝土构件承载能力相同，故预加应力能推迟预加应力能推迟裂缝出现，但不能提高承载能力裂缝出现，但不能提高承载能力七七. .
14、预应力混凝土材料和构件截面形状尺预应力混凝土材料和构件截面形状尺寸寸1.1.预应力混凝土结构对钢筋的要求预应力混凝土结构对钢筋的要求 预应力混凝土构件在制作和使用过程中，预应力混凝土构件在制作和使用过程中，会出现各种预应力损失，为了在扣除预应会出现各种预应力损失，为了在扣除预应力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值，需采用较高的张拉应力，预应预应力值，需采用较高的张拉应力，预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢绞线和预应力螺纹钢筋。力螺纹钢筋。2.2.预应力混凝土结构对混凝土的要求预应力混凝土结构对混凝土的要求不应低于不应低
15、于C30C30，不宜低于，不宜低于C40C40强度高强度高 预应力混凝土只有采用较高强度的混凝预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应力，并可减少构件土，才能建立起较高的预压应力，并可减少构件截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的预压力；构件，则可承受构件端部强大的预压力； 收缩、徐变小收缩、徐变小 可以减少由于收缩、徐变引起的可以减少由于收缩、徐变引起的预应力损失；预应力损失； 快硬、早强快硬、早强 可以尽早施加预应力，加快台座、可以尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接费用。间接费用。 3.3.截面形状、尺寸截面形状、尺寸矩形、矩形、T T形、工形等；形、工形等；尺寸：受弯尺寸：受弯h=(1/201/14)L,h=(1/201/14)L,甚至可以达到甚至可以达到(1/35)L,(1/35)L,腹板宽腹板宽b=(1/151/8)hb=(1/151/8)h
