原理10预应力混凝土构件

1、1一、预应力混凝土在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压应力，使其能够部分或全部抵消由荷载产生的拉应力，这种利用混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足，就是预应力混凝土的概念。2预应力混凝土施加了预应力的混凝土；普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋混疑土。二、预应力混凝土的优点1、预应力提高了构件的抗裂能力和刚度，使构件在使用荷载作用下可以不出现裂缝或可以使裂缝宽度大大减小，有效地改善了构件的使用性能，提高了构件的刚度，增加了结构的耐久性。2、预应力混凝土采用高强材料，因而可以减小构件截面尺寸，减少材料用量并降低结构物的自重。3、预应力受弯构件在施加预应力的同时，可以使构

2、件产生反拱，减小了构件工作时的挠度。4、预应力可以作为结构的一种拼装手段和加固措施。 3三、预应力混凝土的应用1、工作中存在受拉区的构件，如受弯、轴心受拉、偏心受拉及大偏心受压等构件；2、大跨度结构，如大跨度桥梁、体育馆和车间以及机库等大跨度建筑的屋盖、高层建筑结构的转换层等；3、用于对抗裂有特殊要求的结构，如压力容器、压力管道、水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间、构筑物等；4、用于某些高耸建筑结构，如水塔、烟筒、电视塔等；5、用于某些大量制造的预制构件，如常见的预应力空心楼板、预应力预制桩等。6、在一般的房屋结构中，如果建筑设计限定了层高、屋楼盖梁等的高度，或者限定了某些其他构件的尺寸，

3、使得普通钢筋混凝土构件难以满足要求，也可以考虑使用预应力混凝土。4四、预应力混凝土构件抗裂等级由于各种预应力构件所处的环境不同、使用要求不同，抗裂安全储备也不同，所以，规范将预应力混凝土构件的抗裂等级划分三级：1、一级为严格要求不出现裂缝的构件；2、二级为一般要求不出现裂缝的构件；3、三级构件则允许在使用中开裂，但要求计算所得的裂缝宽度小于限值。5一、先张法在浇筑混凝土之前张拉预应力筋的方法称为先张法；在浇筑混凝土之后张拉预应力筋的方法称为后张法。1、先张法的施工工序（1）、先在台座上张拉预应力筋，并将它临时锚固在台座上；（2）、架设模板，绑扎普通钢筋骨架，浇筑构件混凝土；（3）、待混凝土达到

4、要求的强度后，切断或放松预应力钢筋，让钢筋的回弹力通过钢筋与混凝土间的粘结力传递给混凝土，使其获得预压应力。先张法的施工工序如图10.3。2、先张法主要适用于大批量生产以钢丝或d16mm钢筋配筋的中、小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、轨枕、水管、电杆等。6二、后张法后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉预应力筋的方法。1、后张法的施工工序（1）、在制作构件时，预先在构件中留出穿预应力筋的孔道；（2）、当构件混凝土达到规定强度（规范规定70设计强度）后，将预应力钢筋穿入预留孔道内，再将千斤顶支承于混凝土构件端部，张拉钢筋，使构件也同时受到压缩；（3）、待张拉到一定拉力后，即用特制的锚

5、具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其压应力。（4）、在预留孔道内压注水泥浆，以保护钢筋不致锈蚀，并使钢筋束与混凝土粘结成为整体。后张法的施工工序如图10.4。2、后张法主要适用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。7三、先张法构件与后张法构件的比较1、先张法构件预应力筋的回弹力是通过钢筋与混凝土间的粘结力传给混凝土的，在构件上无需任何锚具；后张法构件的钢筋回弹力必须通过构件端部的锚具才能使混凝土建立起预压应力。因而锚具必须永远留在构件上。2、先张法构件中的预应力钢筋可布置为直线形或折线形，多为直线形。后张法构件中的预应力钢筋可以做成曲线形。3

6、、当以相同的张拉应力张拉钢筋时，两种方法在混凝土中所建立的预压应力是不等的，先张法低，后张法高。在先张法构件切断或放松预应力钢筋后，由于预应力钢筋回弹带动混凝土缩短，因而预应力钢筋本身将缩短，应力将降低。在后张法中，混凝土的压缩与张拉预应力钢筋同步发生，混凝土压缩造成的钢筋回弹随时得到补偿，钢筋应力在张拉到预定的数值后不会再因混凝土压缩而减小。所以，先张法构件混凝土截面上所建立的压应力常比后张法构件低。8一、 钢筋1、预应力钢筋必须采用高强度钢材；2、要求钢筋具有较低的松弛率，以减少预应力的松弛损失；3、预应力钢筋还应具有一定的塑性，即要求拉断时有一定的延伸率。尤其在低温或冲击环境下以及在抗震

7、结构中，更应注意钢材的塑性要求，否则可能产生脆性破坏。4、施工工艺要求预应力钢筋有良好的可焊性和可镦性能。5、先张法预应力混凝土结构构件要求预应力钢筋与混凝土之间有较好的粘结性能。9目前常用的预应力钢材有高强光面钢丝、刻痕钢丝、高强钢绞线和热处理钢筋，以及强度等级较高的冷拉钢筋等。对于中小构件中的预应力钢筋，也可采用冷拔中强钢丝和冷拔低碳钢丝。二、 混凝土1、预应力构件使用的混凝土应具有高强度，这样才能充分利用高强钢材，并减小截面和自重，进而减小结构上的荷载；2、应具有较高的弹性模量和较小的徐变和收缩变形，以减少预应力损失。3、施工工艺要求混凝土快硬、早强，从而可尽早施加预应力，加快施工进度。

8、10一般预应力构件的混凝土强度等级应不低于C30；当采用光面钢丝、钢绞线和热处理钢筋作预应力筋时，混疑土强度等级应不低于C40。同时要求预应力混凝土构件的混凝土内不得掺加对钢筋有侵蚀作用的添加剂，如氯化钠、氯化钙等，还要求尽可能地采用干硬性混凝土，并加强振捣与养护，以减小混凝土的收缩与徐变。三、 锚具和夹具构件制成后能够取下重复使用的称为夹具；留在构件上不再取下的称为锚具。夹具和锚具能家住或锚住钢筋，主要依靠摩阻、握裹和承压锚固。预应力夹具和锚具如图10.6。11一、张拉控制应力张拉控制应力是指张拉钢筋时，张拉设备（千斤顶和油泵）上的压力表所控制的总张拉力除以预应力钢筋面积得出的应力值，以 表

9、示。二、张拉控制应力限值张拉控制应力值的大小与预应力钢筋的钢种、强度取值标准和张拉方法有关。con12一、预应力损失预应力损失预应力钢筋在张拉过程中、在预加应力阶段中以及在长期的使用过程中，由于材料的性能、张拉工艺和锚固等原因而引起预加应力的减小。在预应力混凝土设计中需考虑的主要预应力损失有六项：1、张拉端锚具变形和钢筋松动引起的预应力损失2、预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失3、混凝土加热养护时受张拉的钢筋与承受拉力设备之间的温度差引起的预应力损失1l2l3l134、钢筋松弛引起的预应力损失5、混凝土收缩、徐变引起的预应力损失6、环形构件采用螺旋预应力筋时局部挤压引起的预应力损失预应

10、力构件在各阶段的预应力损失值的组合按表10.5。4l5l6l14一、预应力构件的截面形式1、轴心受拉构件，通常采用矩形或正方形截面。2、受弯构件，宜选用T形、I形或其他空心截面形式。3、受弯构件的截面形式沿构件纵轴可以变化，如跨中为I形，而在支座附近做成矩形，以便承受较大的剪力，并能在端面有足够的面积布置锚具和提高其局部承压能力。二、预应力构件的截面尺寸受弯构件：截面高度一般取 ，最小可为 ，大致为非预应力受弯构件截面高度的70；腹板厚度可取l4/120/135/ lh8/115/115三、预应力构件的配筋方式1、先张法构造应保证钢筋与混凝土之间有可靠的粘结力，宜采用变形钢筋、刻痕钢丝、钢绞线

11、等，以加强自锚性能。先张法构件的端部混凝土加强如图10.19。2、后张法构件中的预应力钢筋的预留孔道应符合一系列要求。孔道之间的净距不应小于25mm；孔道至构件边缘的净距不应小于25mm，且不宜小于孔道直径的一半。16一、全预应力混凝土构件在使用荷载作用下横截面上不允许出现拉应力，即预加应力必须全部抵消荷载所产生的拉应力。全预应力混凝土构件的特点：抗裂性好；抗疲劳性能好；延性差、对抗震不利；反拱值过大。二、部分预应力混凝土构件构件按在使用荷载下允许出现裂缝但最大裂缝宽度不超过允许值的要求。部分预应力混凝土构件的特点：可合理控制裂缝节约钢材；控制反拱值不致太大；延性较好；张拉、锚固工艺简化；计算较为复杂。17一、无粘结预应力混凝土构件无粘结预应力混凝土构件是指预应力钢筋与混凝土之间不存在粘结的预应力混凝土构件。无粘结预应力钢筋一般是由钢绞线、高强钢丝或粗钢筋外涂防腐油脂并设外包层组成。通常是钢绞线外涂油脂并外包PE层的无粘结预应力钢筋。二、无粘结预应力混凝土的特点1、施工简便。在施工时可将无粘结预应力钢筋像普通钢筋那样埋设在混凝土中，混凝土硬结后即可进行预应力筋的张拉和锚固。2、钢筋与混凝土之间允许相对滑移。省去了后张法有粘结预应力混凝土的预留孔道、穿预