建筑结构模块7

1、 7 7 预应力混凝土构件预应力混凝土构件 预应力混凝土的基本概念 7.1 预加应力的方法 7.2 7.3预应力混凝土材料 张拉控制应力和预应力损失 7.4 7.5预应力混凝土构件的构造 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.17.1.1 概述 杭州城站火车站杭州城站火车站 由于混凝土的抗拉性能很差，由于混凝土的抗拉性能很差， 使得钢筋混凝土构件出现了使得钢筋混凝土构件出现了两个问题两个问题： 1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作；、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作； 2、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。

2、 解决问题的解决问题的首先想到的方法首先想到的方法： 1、加大截面尺寸、加大截面尺寸自重过大；自重过大； 2、采用高强度钢筋、采用高强度钢筋裂缝过宽，无法满足使用要求；裂缝过宽，无法满足使用要求； 3、提高混凝土强度等级、提高混凝土强度等级抗裂性能提高不明显。抗裂性能提高不明显。 上述方法都不能很好地解决大跨度结构，以及承受动载结构上述方法都不能很好地解决大跨度结构，以及承受动载结构 中裂缝宽度过大，变形严重的问题。中裂缝宽度过大，变形严重的问题。 继续思考：继续思考： 能否能否借助借助混凝土较高的混凝土较高的抗压抗压能力来能力来弥补弥补其其抗拉抗拉能力的不足？能力的不足？ 7 7.1.1 预

3、应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.17.1.1 概述 、预应力构件、预应力构件 基本原理基本原理 ： 预先在混凝土预先在混凝土受受 拉区施加压应力拉区施加压应力， 使其减小或抵消荷使其减小或抵消荷 载引起的拉应力，载引起的拉应力， 将构件受到的拉应将构件受到的拉应 力控制在较小范围，力控制在较小范围， 甚至处于受压状态，甚至处于受压状态， 即可即可控制构件裂缝控制构件裂缝 宽度宽度，甚至可以使，甚至可以使 构件构件不产生裂缝不产生裂缝。 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.17.1.1 概述 日常生活中有许多应用预应力的例子。日常生活中有许多

4、应用预应力的例子。 传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的壁板传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的壁板 箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于混箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于混 凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混 凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.27.1.2 预应力混凝土的分类及优缺点 一、预应力混凝土的分类一、预应力混凝土的分类 按照工作性能不同，预应力混凝土构件可分

5、为三种：按照工作性能不同，预应力混凝土构件可分为三种： 全预应力混凝土全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均 不允许出现拉应力的预应力混凝不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。土构件。 有限预应力混凝土有限预应力混凝土 按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力 值，但在值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。 部分预应力混凝土部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂部分预应力混凝土是按在使用

6、荷载作用下，容许出现裂 缝，但最大裂宽不超过允许值缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。的要求设计。 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.27.1.2 预应力混凝土的分类及优缺点 预应力混凝土主要优点是预应力混凝土主要优点是： 抗裂性好，刚度大，节省材料，减小自重抗裂性好，刚度大，节省材料，减小自重：延缓裂缝的出现，减：延缓裂缝的出现，减 小裂缝宽度；截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度构。小裂缝宽度；截面刚度显著提高，挠度减小，可建造大跨度构。 提高构件的抗剪承载力提高构件的抗剪承载力：施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成，：施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成

7、， 使受剪承载力得到提高。使受剪承载力得到提高。 卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作用，使用：由于预应力的作用，使用 活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。 提高构件的疲劳承载力提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加 钢筋的疲劳强度。钢筋的疲劳强度。 提高受压构件的稳定性。提高受压构件的稳定性。 预应力混凝土结构的缺点是：预应力混凝土结构的缺点是：需要增设施加预应力的设备，制作需要增设施加预应力的设备，制作 技术要求较高，施工周期较长。技

8、术要求较高，施工周期较长。 二、二、预应力混凝土预应力混凝土的优缺点的优缺点 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.37.1.3 预应力混凝土的应用范围 1 1）大跨度结构大跨度结构：大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机：大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机 库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。 2 2）对抗裂有特殊要求的结构对抗裂有特殊要求的结构：压力容器、应力管道、：压力容器、应力管道、 水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间。构筑物水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间。构筑物 等。等。 3 3）某些高耸建筑结构

9、某些高耸建筑结构：水塔、烟囱、电视塔等。：水塔、烟囱、电视塔等。 4 4）某些大量制造的预制构件某些大量制造的预制构件：预应力空心板、预应：预应力空心板、预应 力预制桩等。力预制桩等。 7 7.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 7.1.47.1.4 混凝土的裂缝控制等级 一级：一级：严格要求不出现裂缝的构件，对应于全预应力严格要求不出现裂缝的构件，对应于全预应力 混凝土构件。混凝土构件。 二级：二级：一般要求不出现裂缝的构件，对应于有限预应一般要求不出现裂缝的构件，对应于有限预应 力混凝土构件。力混凝土构件。 三级：三级：允许出现裂缝的构件，对应于部分预应力混凝允许出现裂缝

10、的构件，对应于部分预应力混凝 土构件。土构件。 7 7. .2 2 预加应力的方法预加应力的方法 7.2.17.2.1 先张法 （1 1）、先张法）、先张法 先张拉预应力钢先张拉预应力钢 筋，然后浇筑混筋，然后浇筑混 凝土的施工方法，凝土的施工方法， 称为称为先张法先张法 。 主要主要工艺过程工艺过程： 穿钢筋穿钢筋 张拉钢筋张拉钢筋 浇筑混凝土并养护浇筑混凝土并养护 切断钢筋切断钢筋 7 7. .2 2 预加应力的方法预加应力的方法 7.2.27.2.2 后张法 （2 2）、后张法）、后张法 先浇筑混凝土，待先浇筑混凝土，待 混凝土硬化后，在构混凝土硬化后，在构 件上直接张拉预应力件上直接张

11、拉预应力 钢筋，这种施工方法钢筋，这种施工方法 称为称为后张法后张法 。 主要主要工艺过程工艺过程： 浇筑混凝土构件（在构件浇筑混凝土构件（在构件 中预留孔道）并进行养护中预留孔道）并进行养护 穿预应力钢筋穿预应力钢筋 张拉钢筋并用锚具锚固张拉钢筋并用锚具锚固 往孔道内压力灌浆。往孔道内压力灌浆。 7 7. .2 2 预加应力的方法预加应力的方法 7.2.37.2.3 两种方法的适用范围 先张法与后张法的比较先张法与后张法的比较 （）、张拉顺序（）、张拉顺序 先张法先张法先张拉钢筋，后浇注混凝土先张拉钢筋，后浇注混凝土 后张法后张法先浇注混凝土，后张拉钢筋先浇注混凝土，后张拉钢筋 （）、工艺过

12、程（）、工艺过程 先张法先张法穿钢筋穿钢筋拉钢筋拉钢筋浇混凝土浇混凝土养护至养护至75断钢筋断钢筋 后张法后张法留孔道留孔道浇混凝土浇混凝土养护至养护至75 穿钢筋穿钢筋拉钢筋拉钢筋 锚钢筋锚钢筋压力灌浆。压力灌浆。 （）、预压应力的传递（）、预压应力的传递 先张法先张法传递主要靠钢筋和混凝土间的传递主要靠钢筋和混凝土间的粘结力粘结力， 因此，必须待混凝土达到设计强度因此，必须待混凝土达到设计强度75以上，方可切断钢筋；以上，方可切断钢筋； 后张法后张法主要通过工作主要通过工作锚具传递锚具传递， 因此，张拉钢筋时，混凝土强度必须达到设计强度因此，张拉钢筋时，混凝土强度必须达到设计强度75以上。

13、以上。 7 7. .2 2 预加应力的方法预加应力的方法 7.2.37.2.3 两种方法的适用范围 （）、缺点（）、缺点 先张法先张法需要台座，不适合现场施工；需要台座，不适合现场施工； 后张法后张法生产周期较长，需工作锚具，钢材消耗多，成本较高；生产周期较长，需工作锚具，钢材消耗多，成本较高； 工序多，操作复杂，造价高于先张法。工序多，操作复杂，造价高于先张法。 （）、（）、适用的构件适用的构件 先张法先张法适于工厂化生产，适宜长线法生产中、小型构件；适于工厂化生产，适宜长线法生产中、小型构件； 后张法后张法大型预应力混凝土构件大型预应力混凝土构件 。 （）、优点（）、优点 先张法先张法工艺

14、简单，工序少，效率高，质量易保证，工艺简单，工序少，效率高，质量易保证， 由于省去了锚具和预埋件，成本较低；由于省去了锚具和预埋件，成本较低； 后张法后张法预应力钢筋直接在构件上张拉，无需台座，预应力钢筋直接在构件上张拉，无需台座， 可在预制厂生产，也可在施工现场生产。可在预制厂生产，也可在施工现场生产。 先张法与后张法的比较先张法与后张法的比较 7 7. .3 3 预应力混凝土材料预应力混凝土材料 7.3.17.3.1 预应力钢筋 1. 预应力钢筋预应力钢筋 在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的

15、张拉应力会产生损失，因此，为使得张拉应力会产生损失，因此，为使得 扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力， 也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。 （）有较好的塑性（）有较好的塑性（plasticity）和可焊性（）和可焊性（wdldability） 与混凝土有足够的粘结强度：通常采用与混凝土有足够的粘结强度：通常采用“刻痕刻痕”或或“压波压波” 方法来提高方法来提高 与混凝土粘结强度。与混凝土粘结强度。 为避免在超载情况下发生脆性破断，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。预应力筋还必须具有一定的塑性

16、。 （3）具有良好的加工性能。）具有良好的加工性能。 （）强度高。（）强度高。 以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 （4）与混凝土的粘着力强。）与混凝土的粘着力强。 7 7. .3 3 预应力混凝土材料预应力混凝土材料 7.3.27.3.2 混凝土 （）快硬、早强；（）快硬、早强； 我国预应力混凝土结构采用的混凝土等级为我国预应力混凝土结构采用的混凝土等级为C40、C50和和C60。在先张在先张 法中，混凝标号不应低于法中，混凝标号不应低于40号号。当采用碳素钢丝、钢铰线、热处理钢筋作预。当采用碳素钢丝、钢铰线、热处理钢筋作预 应力钢筋时，混凝土标号不应低于应

17、力钢筋时，混凝土标号不应低于C40。 （）强度高（）强度高 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； 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；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； 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于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，当采用高强钢丝时不 低于低于C40。 （）收缩和徐变小（）收缩和徐变小 可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、夹具的周

18、转率，降低间接费用可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、夹具的周转率，降低间接费用 2. 混凝土混凝土 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.17.4.1 张拉控制应力 con：指张拉预应力钢筋时，钢筋所控制达到的最大应力值。：指张拉预应力钢筋时，钢筋所控制达到的最大应力值。 A N con 个别钢筋可能被拉断；个别钢筋可能被拉断； 施工阶段，构件的预拉区可能开裂；施工阶段，构件的预拉区可能开裂； 后张法构件端部混凝土产生局部受压破后张法构件端部混凝土产生局部受压破 坏；坏； 降低构件延性，降低构件延性，使开裂荷载与破坏荷载使开裂荷载与破坏荷载 相近

19、，可能产生脆性破坏；相近，可能产生脆性破坏； 增大预应力钢筋的松弛损失；增大预应力钢筋的松弛损失； con过大时可能出现的问题过大时可能出现的问题 con大的好处大的好处 提高预应力钢筋的利用率，减少用钢量提高预应力钢筋的利用率，减少用钢量 对混凝土施加的预压应力高，抗裂性能好对混凝土施加的预压应力高，抗裂性能好 A预应力筋面积预应力筋面积 N张拉设备上的测力计所指示的总张拉力张拉设备上的测力计所指示的总张拉力 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.17.4.1 张拉控制应力 张拉控制应力限值张拉控制应力限值 在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩

20、擦、钢在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢 筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。 张拉控制应力张拉控制应力与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。 先张先张 ，后张，后张 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.27.4.2 预应力损失 预应力损失预应力损失 在施工及使用过程中，预应力钢筋的张拉应力值的在施工及使用过程中，预应力钢筋的张拉应力值的降低降低。 设计时要正确计算预应力值，施工时尽量较少预应力设计时要正确计算预应力值，施工时尽量较少预应力

21、损失。损失。 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.27.4.2 预应力损失 那么，问题来了，请抢答。那么，问题来了，请抢答。 预应力损失产生的因素？（预应力损失产生的因素？（6种）种） 1 1、锚固损失锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。 2 2、摩擦损失摩擦损失：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋 与孔道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折与孔道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折 点处的摩擦，也会使张拉应力造成损失。点处的摩擦，也会使张拉应力造成损失

22、。 3 3、温差损失温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失。：先张法中的热养护引起的温差损失。 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.27.4.2 预应力损失 那么，问题来了，请抢答。那么，问题来了，请抢答。 预应力损失产生的因素？（预应力损失产生的因素？（6种）种） 4 4、松弛损失松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作 用下会产生松弛，会引起预应力损失。用下会产生松弛，会引起预应力损失。 5 5、混凝土的收缩和徐变引起的损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。 6 6、螺旋式预应力钢筋对混凝土的局部挤压损失

23、螺旋式预应力钢筋对混凝土的局部挤压损失。 7 7. .4 4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 7.4.27.4.2 预应力损失的组合 各阶段预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合 当求得的预应力总损失值小于下列数值时，按下列数值取用：当求得的预应力总损失值小于下列数值时，按下列数值取用： 先张法构件：先张法构件： 后张法构件：后张法构件： 2 mm/N100 2 mm/0N8 7 7. .5 5 预应力混凝土构件的构造预应力混凝土构件的构造 7.5.17.5.1 先张法构件 1、先张法预应力构件的构造要求、先张法预应力构件的构造要求 预应力钢筋（丝）的净间距预应力钢筋（丝）的净间距 目的目的便于混凝土的浇注、保证钢筋（丝）与混凝土的粘便于混凝土的浇注、保证钢筋（丝）与混凝土的粘 结锚固以及施加预应力的方便。结锚固以及施加预应力的方便。 预应力钢筋的净距不应小于钢筋直径预应力钢筋的净距不应小于钢筋直径d及及25mm； 预应力钢丝的净距不宜小于预应力钢丝的净距不宜小于15mm。 7 7. .5 5 预应力混凝土构件的构造预应力混凝土构件的构造 7.5.17.5.1 先张法构件 混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度 目的目的保证钢筋与混凝土的粘结强度，防止放松预应力钢保证钢筋与混凝土的粘结强度，防止