四川某大学钢筋混凝土结构知识原理课件

第十章预应力混凝土构件

第一节概述一、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。back1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。

back2三、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，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。back3四、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。back4第二节施加预应力的方法一、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d<16mm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。back5二、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。back6三、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、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。back7第三节预应力混凝土使用的材料和机具一、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。back8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。back9一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。back10第四节张拉控制应力一、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。back11第五节预应力损失一、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back124、述钢筋毫松弛额引起般的预检应力滚损失5、混凝珍土收伍缩、翠徐变疮引起素的预窝应力绪损失6、考环形燃构件蚕采用洽螺旋磁预应伟力筋染时局裂部挤心压引眠起的骑预应皆力损为失预应浓力构露件在纱各阶割段的朗预应缴力损逐失值绣的组湖合按表1页0.沈5。ba州ck13第六色节娃预篇应力痒混凝谦土构爪件的殊构造突要求一、锯预应假力构灯件的赌截面猛形式1、孟轴心硬受拉沾构件田，通状常采芹用矩俩形或像正方香形截沿面。2、裹受弯哲构件指，宜怪选用T形、I形或获其他惯空心轻截面荡形式抵。3、狗受弯浪构件跳的截戴面形扫式沿傍构件治纵轴芦可以召变化宅，如抗跨中原为I形，士而在支座网附近仔做成碑矩形玻，以索便承紫受较劝大的中剪力饿，并闷能在纵端面肆有足杀够的采面积布勾置锚上具和顷提高释其局互部承竞压能遥力。二、陵预应稼力构宣件的胶截面婆尺寸受弯丸构件浸：截面秘高度敌一般陵取，最小勤可为粘，大伙致为峡非预应惨力受作弯构乡丰件截醉面高倡度的皱70宵％；腹板愚厚度麻可取ba左ck14三、艳预应想力构碰件的季配筋左方式1、衬先张偏法构衡造应横保证穗钢筋工与混蚂凝土馆之间布有可送靠的捏粘结菌力，躁宜采究用变形嘉钢筋置、刻乖痕钢原丝、怜钢绞吗线等糟，以报加强起自锚狮性能践。先惠张法述构件槐的端部军混凝贸土加首强如图1盏0.佩19。2、省后张旧法构皇件中桐的预呆应力叮钢筋攻的预赤留孔位道应热符合币一系餐列要抗求。玻孔道之缴间的在净距附不应倚小于道25mm罪；孔道舅至构诞件边矿缘的沙净距晶不应喜小于誉25mm下，且不剩宜小销于孔傍道直溪径的园一半愁。ba休ck15第七谷节农部砍分预圈应力占混凝户土的居基本梁原理一、钩全预掏应力腾混凝贿土构锅件在使用用荷挠载作蛙用下勾横截鄙面上蝇不允垄许出宣现拉稍应力旋，即终预加朴应力榴必须姑全部抵恋消荷马载所捷产生厚的拉她应力恒。全预板应力乒混凝含土构往件的险特点但：抗镰裂性派好；抹抗疲讯劳性哪能好狭；延源性差庸、对抗叫震不烤利；这反拱或值过叨大。二、牺部分告预应惑力混托凝土型构件构件俊按在需使用哗荷载搬下允斜许出斯现裂猾缝但能最大览裂缝匪宽度餐不超帮过允寸许值仙的要求净。部分武预应夜力混辞凝土朝构件兔的特渔点：显可合促理控微制裂定缝节锹约钢哗材；锹控制妥反拱值域不致痛太大贴；延席性较上好；败张拉甜、锚眨固工框艺简该化；奇计算担较为号复杂洲。ba但ck16第八摩节膏无灰粘结倦预应薯力混头凝土滤的基榆本原枕理一、悲无粘羞结预贿应力步混凝箱土构雁件无粘晚结预兽应力陕混凝绣土构姓件是南指预感应力讨钢筋它与混时凝土庄之间轰不存寻在粘讯结的预络应力济混凝板土构旺件。无粘项结预羞应力遭钢筋肢一般怒是由发钢绞校线、捆高强规钢丝键或粗系钢筋碑外涂沈防腐京油脂并量设外口包层居组成悼。通落常是询钢绞姻线外援涂油位脂并发外包PE层的菠无粘瓦结预应力铃钢筋棋。二、旨无粘悦结预咸应力且混凝姨土的够特点1、花施工凝简便扁。在漂施工纪时可今将无笔粘结资预应策力钢杂筋像伙普通香钢筋绍那样野埋设在毕混凝叔土中掀，混捷凝土斑硬结贼后即知可进赔行预冶应力蚊筋的械张拉穗和锚惯固。2、债钢筋烫与混艺凝土蚁之间桂允许置相对餐滑移蛇。省木去了教后张旋法有诞粘结这预应碍力混凝宁土的枯预留摸孔道悲、穿旱预应姨力钢糖筋、则压浆文等工券艺，弦有利羡于节叛约设扎备和缩典短工蔬期。ba刚ck173、酸在无调粘结抄预应废力混姐凝土碌中，造预应翁力筋鸭完全哥依靠滴锚具而来锚则固，耽一旦锚培具失捡效，冶整个膜结构蝇将会铲发生逐严重燃破坏诸，