预应力钢筋混凝土结构的基本知识

第六章

预应力砼结构的基本知识第一节预应力砼的概念1一．钢筋混凝土的缺欠——混凝土材料力学性能中的一个基本矛盾是：抗压强度高、抗拉强度很低（ft=fc/10），砼的极限拉应变仅为极限压应变的（1/20~1/30）；即每m只能拉长0.1～0.15mm。2因此：

混凝土受拉区开裂较早，此时的钢筋应力只有（20～40）N/mm2左右,大概只发挥了其强度的十分之一左右。因而在使用阶段钢筋砼构件一般是带裂缝工作的！3见表分析：4因此——引起矛盾！构件中若采用高强度钢筋，将使——使用荷载下钢筋的工作应力提高很多，挠度和裂缝宽度将远远超过允许值!——若拉区最大裂缝控制在0.3mm以内的话，钢筋的拉力仅达到150~250N/mm2,只占高强钢筋抗拉强度设计值（1000~1300N/mm2）的15%~20%——

不能充分利用高强钢筋的强度！5实际上高强度钢筋在钢筋混凝土构件中将很难得到合理的使用——因而不能采用高强度钢筋！而采用高强度混凝土也是没有意义的——因为高强度混凝土对提高抗裂度、刚度和减小裂缝宽度的作用很小。6总之——钢筋惑混凝搞土构尿件过偷早开络裂的你问题章不解薄决——就不大能有犹效的微利用愁高强寸材料歌！结果——阻碍了钢很筋混场凝土知结构衔自身吓的发役展。7另一昼方面威：钢筋铃混凝杰土结揪构的偿应用舅，也鼻受到羽过早届开裂仪导致晒的刚度姻降低蝴、裂亿缝开测展的烛制约：如用宇于大无跨结苏构时筐，为姑满足桃挠度网控制肥的要遭求，改需要茅加大额截面寻尺寸像来增政大刚美度，虑以致瞎使构知件的讽承载农力中卵有较岁大一悬部分稿用于临负担垃结构躁的自仗重。跨度骑越大语，自税重在验承载籍力中愿所占封比例描就越害大，尚很不稍经济常、不京合理哲、甚个至是邀不可惊能的——因此财，限亦制了诵应用疼范围埋。8二．坦预应碌力混萍凝土追的基忧本概菠念那么迟，如兔何解卫决这底个矛沟盾呢赛？可否雄设想——借助棋于混贸凝土已的抗压强度汪来补躺偿其采抗拉强度企的不慌足，以狱推迟既受拉剃区混游凝土毅的开赢裂？即：耳在构泉件受伞外荷粱以前余，使撕它先拥存在句着一维种应棋力状占态（预加竞应力），朋用以氏减小呢或抵豪消外虚荷作爪用时呀产生泪的拉应力买？9实际愿上预加纸应力的概割念在班日常毫生活半和生供产实宴践中妈早有块所应朽用。虎如：1011在钢考筋混缠凝土搜结构拴中情千况如策何呢？12施加宋预应棉力的黄概念气虽然纷早已谅存在安，但日预应讯力混队凝土摩结构叫的推深广和皆应用少，还悬只是峡近50年来有了薪高强近钢筋才变浪为现口实！为什折么？因为——有预应苦力损掘失！13施加龟预应回力后啊，应用抽范围左扩大：如：非预脂应力棒吊车饰梁跨与度为6m，预劣应力销吊车装梁跨岁度可督达12摩m；非预尾应力掩屋架18帜~2匠1m，预市应力问屋架30雁~3际6m或更舟大！14目前厨：世界坑上最堆大的预应蠢力砼咐贮罐直径狸达82闸m，高击达36滨m；预应杆力轻迹骨料柔砼建乌造的飞机践库屋篮盖结箱构跨度府达90狐m；预应限力箱形孝截面既桥梁跨度消达24带0m以上赌；预应暖力电视晨塔高达54妹9m此;我国点设计暑制造叉的大碑跨度预应陵力砼巧屋架跨度库达60顾m。15预应捉力混程凝土迹与普度通砼仁相比果有如项下特圈点：1．提锈高构治件的抗裂体能力只有特当混梨凝土妈的预滤压应堤力全沿部抵拣消转洁而受凑拉且来受拉遗应变记超过铃混凝警土的滔极限商拉应黑变时冲，构倦件才武会开堵裂。2．增涂大了而构件灿的刚度——使混怀凝土牺转变剖成弹性故材料预应洋力混敲凝土妖构件兄正常剪使用路时，卷可能馅不开座裂或顾只有远很小渔的裂钓缝，阁混凝站土基洋本上尚处于葡弹性呆阶段雾工作军。163．充烤分利朱用高众强度革材料前已科分析4．扩晃大了虑构件劫的应福用范必围因改乏善了扔抗裂迁性能耕，可远用于睬防水等、抗杠渗性醒及抗谋腐蚀浙要求扁的环伞境。采用巨高强挖度材冈料，女结构少轻巧评，刚惨度大霉、变纱形小花，可帐用于柱大跨劳度、停重荷蛛载及粒承受店反复菠荷载窑的结赢构。17预应芝力混擦凝土档结构候的缺恩点施工监麻烦歼，工比艺复茫杂，茂需要温锚具眨，精司度要惯求较训高，茶施工油周期搬较长名，造恶价高吓，且佳不能障提高毕构件气的承田载力暑。……？18第二预节恢施太加预淋应力易的方恶法——先张掀法与隐后张馒法先张四法：先张拉神钢筋后浇筑竿混凝努土；后张舟法：先浇筑危混凝蔑土后张拉扭钢筋女。具体震施工慈顺序例与特饭点——19先张水法——20一.先张响法在先驰张法雅中，预应课力是病靠钢梯筋与纪砼之愉间的竖粘结蚀力来鬼传递元的。施加葡预应铜力是无靠张裕拉钢棍筋来吩实现播的——即张迈拉高塌强度什的钢脊筋，饥并将擦其锚僻固在单砼构淘件内巡寿，由她于钢筋通弹性穴回缩劝，就锋使砼霜受压。21后张漂法——22二．后张芦法后张斥法是靠锚锄具来丛保持遗预应税力的，的锚具来将永乖远附后在构残件上。2324锚具摆：25上述新后张沿法的缺点是：工序帜多，煎预留杆孔道咏占截贯面面拢积大劳，施钥工复草杂。26夹具舞与锚药具是哀预应肌力混猎凝土谎构件兵的重凤要工平具——夹具——构件犁制作茎完毕墙能取撕下来交重复吹使用扣的称口为夹庄具；锚具——留在界构件锻上不卡能再需取下埋的称乓为锚钩具。统称史为锚鲜具——有时评，为滥简便校起见泄。27三．后张主无粘逮结预劣应力另一轮种后张测法——后张资无粘肿结预败应力施工陶技术。特点：不需汉要预罚留孔竞道，浴无粘拥结预殊应力灰筋可神与非脏预应趋力筋脱同时旅铺设匪，并主可采喷用曲缠线配头筋，夺布置犬灵活仿。有粘结预应蜂力指衫沿预隐应力俘筋全陆长其校周围粉均与窜混凝樱土粘朽结握茂裹在丑一起微的~；无粘结预应哥力指搞预应缺力筋责伸缩抢、滑任动自抖由，览不与庸周围轰混凝景土粘征结的~。28其主犁要工叼序为脉：1．制专作无衫粘结骨预应拒力筋狼（加涂层、套管）2．绑弊扎钢凤筋（然图a)3．浇畜筑混再凝土(图b）4．张顾拉预骨应力约筋29四．先张格法和羽后张环法的比较：先张备法：工艺孩简单检，靠粘杏结力类锚固射预应程力筋不需损要永钟久性贞的工廊作锚杨具，腾但需侮要台傅座或客钢模隐等设忍施。适于核：在燥预制绢厂制圾造标助准预亩应力演构件堵，如液楼板法或过乡丰梁等职。后张泪法：通铲过锚肆具传休递预辰压应虹力工艺羡较复想杂，张慢，距需要月在构然件上醒安装补永久测性的培工作尺锚具症，成鸣本高毙。适于按：现漂场浇缘瑞筑、着就地绑张拉徒、吊费装的肃大型焰建筑杀中的葛特大纺构件榆。30第三君节预应朗力砼悟的材芬料一．筐预杰应力摸钢筋（一汤）对娇钢筋性能免要求雨：⑴.强度明高——使混链凝土密获得燥较高玻的预絮压应舅力；⑵.良好桨的塑御性——以保拒证在要较高筒应力除下不私会发往生拉楼断破棋坏；⑶.良好拍的可伴焊性——以保塌证必晕要的柴加工备；⑷.与砼胆有较郑好的妄粘接售强度原因：预蚂应力索钢筋——高应匹力状正态31（二葡）预应产力钢艺筋分阻类国内骄常用批的预讨应力按钢筋劈燕有钢筋、钢丝、钢绞坚线；分为假两大腿类：1．无物快理屈锤服点奖钢筋混（丝杂）（1）钢铰询线——由多聪股（3或7股）伯高强紫钢丝效铰合倡而成钟，再苏经低证温回纹火制伟成。特点：钢铰炕线比单项根钢恋丝直叶径大颤，但惯具有值一定讽的柔膛性，彼施工拘方便唱且不芬降低秃强度场。32（2）消除浪应力舅钢丝——经过低温中回火处理扑的钢丝橡称为~。解释：高刻碳钢姿经过纱多次冷拔，存躁在较快大的底内应脚力，尼需采月用低温阴回火来消求除内污应力樱。在外虎形上昂分为耐：光面、刻痕及螺旋体肋三种帖，用φp、φI、φH表示释。33（3）热处棕理钢搏筋——用热右轧中吊碳钢坝经过陈调质牺热处向理后那制成掘的高拍强度另钢筋巷。特点仓：具跪有强趣度高乏、松路弛小击等特汁点，康以圆稿盘形尺式供鸟应，洽省掉档对焊织和整忌直等瓣工序出，施望工方驼便。342．有叉物理削屈服华点钢咐筋冷拉低合摔金钢——采用周热轧竟钢筋毛经冷拉后得陆到。特点：钢室筋经油冷拉这后屈品服强班度提谎高，哄塑性保有所惧降低祥。钢筋干冷拉后可扑以提高赠抗拉状强度，当啊钢筋疲用于混抗压闯时，碌其强淋度并即不提尖高。规范统提倡伯优先挥采用强度每高、筐性能肺好的预应炊力钢伍筋（磁钢丝城、钢泽铰线怜）。注：钞钢筋剂冷拔后则恢同时提高村抗拉及抗压假强度。3536补充为：钢翠筋的鸟冷拉束与冷碍拔1.钢筋制的冷然拉在常补温下予将有蚊明显删流幅寸的钢史筋拉您伸到础强化律阶段k点，肤然后柿卸载贯，卸适载后宪钢筋肢将沿k直线少恢复限到0’，钢叼筋产知生残茫余变朝形00震’。如果贯再张者拉，震应力恋应变矿曲线将沿0’种kd变化吉，转添折点功高于捐冷拉前粥屈服洪点b，但舅流幅霉不明信显。37时效担硬化——冷拔尾后，若停岭留相作当时滴间或驳高温愈作用久后再镜张拉暗，曲但线将酬沿0’树kk兽’变化腐，转雁折点征提高乱到k’点。工程芦应用：一秘方面唱提高贪钢筋筑的屈培服强侦度，醉同时博钢筋夏的长格度也丙延长引了，赏从而诵达到播节约碗钢材序的目患的。382．钢筋歪的冷拔将直箩径为6~堡8m平m的钢阶筋在泛常温省下通已过比多自身窜直径惨小0.睡5~元1m键m的钨洁金拔篇丝模冷拔而成悼。钢筋武在通亚过拔锈丝模扇后受稀到很吉大的缩慧侧向坟挤压扁而产东生塑四性变划形，违迫使呈钢材值内部坑发生姻变化伪而提记高钢痕筋的倒强度。39二．吴混将凝土预应困力砼罚结构敬对砼棕性能摄的要尾求是乐：（1）高强石度——必须仿！砼强形度等闷级愈摩高，摊承受萌的预旬压应祖力愈迹大，挤能显原著提辜高构收件的若抗裂绢度；（2）收缩摸、徐滔变小：以减换少构笑件的期预应稳力损煎失。（3）快硬李、早笛强：可缩嘉短生都产周由期，底提高撒了张灿拉工崭具的疫周转槽率。40《规范》规定痒：预应绞力砼谢结构命的砼罗强度等级门不宜愤低于C3护0；当采索用高竭强钢摆丝或蜻热处钻理钢辜筋时万，砼绘强度动等级不宜资低于C4锦0。41三．狸截面萌形状娃和尺缴寸通常芽是：梁高h出=竿(1细/2帽0甩—糕1/座14陕)l0，也可题取非围预应裁力梁则高的70恋%左右扩；梁腹晃宽b伤=阶(1辣/1场0—耕1另/6雾)h（宜柳小些歉）一般烤情况振，截领面的替宽高季比宜丽小，廊翼缘做和腹怒板的面厚度住也不条宜大仁。42第四井节妈预应迹力砼喝构件刚计算乡丰基本止原理一．张拉控制当应力和预应侄力损言失1．张拉糠控制亮应力σco宴n——在制锦作预握应力浊混凝残土构很件时墨，张膨拉设卖备所袭控制爆的总纵张拉射力除忘以预柱应力伪筋截捞面积案得到消的应束力称羡为~。43σco洞n取值野越高层，混侵凝土紫的预旬压应挂力越熊高，俩可以型节约揪钢筋秧；但张娘拉控努制应业力应白有所激控制里！原因：首先：钢踩筋的蔬强度土是一碗定的筑，不嗓能无舞限制帅的张腐拉；其次：如屑果张欢拉力吵过大蛾，会粉使钢朵筋应结力进唉入屈它服阶猴段产宪生塑鸟性变闸形而帅达不难到预迫期的汪预应璃力效坝果，愿甚至熔还会钩在加威荷时自出现硬脆性恒断裂蜡而突衔然破雨坏。44因此：在心充分纳利用次钢筋谜强度奥的前妻提下闸，对叫钢筋音的张艘拉应犯力必蓝须有条所控嫂制！《结构编设计与规范》规定槐：预找应力帆钢筋桑的张欺拉控闸制应歌力σc偏on不应浇超过潮表所厕列数尤值。钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢铰线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋0.70fptk0.65fptk45那么:一根徒钢筋尤究竟丝式要拉棒多大沈的力才达集到要皮求呢笨？——就是以钢消筋张感拉控叛制应棉力σco吩n乘以条一根被钢筋锋的截宴面面午积来果决定盘的。注：fp酱yk为用已于预狭应力爆钢筋封的冷拉存钢筋强度某标准贵值；fp面tk为用纪于预散应力膜钢筋悉的碳素丘钢丝等的算强度樱标准轮值。46因此樱：在预针应力练砼构雹件计瓶算时需解轿决两姻个问太题：钢筋熊要张盯拉多垃大的赴力？预应升力损识失值效有多联少？47因为迫：砼预适压应船力的膏大小辩，取绣决于霉钢筋多弹性红回缩兰的程悟度；悔钢筋远要有设足够革回弹呀力——这就泰牵涉军到钢筋大要张恭拉多尤大的序力？因为袍通过猪张拉覆钢筋海建立澡的预捐应力控并不讯全部滨有效酒，实始际有员效的衬预应剧力受蛾各种留因素练影响炮有所肾降低——这就银牵涉繁到预应略力损在失值拿有多婚少？482.预应薯力损击失从张严拉开理始到粱构件值使用苏，由喉于张你拉工晌艺和匪材料竭的特躁性等凶原因耻，钢筋席的张击拉控灶制应弓力将进不断依的降低，这五部分击降低俯值称略为预应澡力损补失。在设桥计时思要正确插计算预应针力损需失值屡；施工线时要扒尽量减少预应戴力损笛失；——预应革力结选构的它成败置关键！49造成肆预应前力损接失的原因主要属有以顶下六螺种：⑴锚具祥变形和钢筋版滑动引起钻的预名应力志损失δl1（先榜、后曲）锚具翻变形薪越大戴，预至应力乡丰损失挺亦越夸大，品约占根总损崭失的5冰~注10挠%左右裕。50⑵预应诊力钢筋袍与孔凡道壁励之间摩擦引起薯的预弦应力箩损失δ12（后筛）在后叙张法均张拉斥钢筋围时，甜由于什钢筋偿与孔循道壁自之间欺的摩价擦妨依碍了终钢筋刷伸长——因此~，约慨占总落损失邮的5昂~椒15要%左右此。⑶混贝凝土蓬加热裹养护湖时，查预应供力筋衡与台款座之始间温度例差引起惜预应晒力损猪失δ13（先引）约占20构%左右泰。51⑷钢筋鞭应力松弛引起霜的预纲应力复损失δ14（先启、团后区）字占总哥损失佩的15嗓%左右壁。⑸砼收缩然、徐悟变引起弄的应你力损骗失δ15（先蚀、后币）占总宁损失非的50忙~已6光0%。这是杂一项敏数值父较大在、并盒占很具大比泰重的惩预应滔力损督失，必须元认真棒对待氏！52⑹环形炸配筋颜对砼局部太挤压引起验的预而应力令损失δ16（后灵）直径手不大耽于3m的圆仙筒形裙结构劈燕（如饭水管旁等）抄采用图环形充配筋那时，烈因钢凉筋在到圆筒尼上作妖螺旋本式张锁拉时愿，砼近受到羡局部征挤压痒而产夕生压驰陷，惧引起散预应枪力损胞失，牙约占侨总损汪失的15芝%左右迅。减少录各项拦预应戏力损警失的尺措施创有很锡多，者有兴雅趣同炮学可绵看书说。53注意丈：一般棋情况薄下，伴预应伯力损衡失总值大约餐可达20则0循~妙25欲0椒N而/老mm2之多姻，故在歇设计毛及制想作时誓要对窃此有足够如的重照视和宴估计勿。上述盒各种圆原因咬引起束的应魂力损帖失，值是分据批出度现的勇。54二．顷预应饼力砼介结构呢计算情原理计算植内容——除承载颤力计笨算外，估一般采还应驾包括赵：裂缝和变形验算：承载爱力是任山何构援件都岗必须杯保证帅的，祝对预戏应力渐构件山也不川例外混，所嫂以承屠载力界计算违是预迷应力慨结构度必不掘可少誉的计弱算内启容；裂缝和变形疤验算是为藏了满险足预泡应力律结构艇的正疤常使危用和历耐久浪性要卸求。此外灵，还务应进捏行施工突阶段的应力辟校核。551．承括载力现计算计算醒时，血截面没承载耻力达辱到极恭限状赌态，疫以受依弯构挣件来纺说，编梁破谅坏时钢筋鉴达到放抗拉寄设计故强度fy,砼达犁到抗粥压设盯计强违度fc,这与袭普通撕钢筋浮砼截膀面承化载力丝式极限绍的应升力状贿态基正本相包同；那么：预蒸应力将梁与较非预拥应力王梁，如果傍两者桥的尺撞寸、敲形式舰、材纳料等网均相追同，膝则它陪们破坏康时能封承受蛋的荷隆载情贺况如凶何呢？56答案督：即：施加及预应绒力并不浅能提助高构功件的已承载宇力？……！是一忆样的晋！——两者习的承表载力私计算清基本糊相同归。因为往破坏疗时，腊两者名的钢筋妨达到斤抗拉燃设计纹强度fy,砼达终到抗载压设柄计强胳度fc极限搅状态缩慧时情爹况一痕样！572．抗贿裂及逃裂缝肉宽度暑验算抗裂扑验算——考虑扫砼获伐得预惰压应巡寿力后恒，在队使用俘荷载刻作用撒下受兼拉区燥应力耕是否栽超过漏砼的您抗拉循强度ft珠k。采用至预应乔力是尤提高俘构件杯抗裂访度的猴主要织手段器。而砼搂预压懒应力肉的大固小，篇取决轨于钢也筋可浑能弹沸性回五缩的蝴程度及。这就永需要六考虑革钢筋腊张拉拢多大钢的力罪？预饱应力特损失味值有避多大啦？剩脾下的楼预应固力效柳果有转多少阿等问宣题。58抗裂墓验算：钢筋桂张拉越应力减去预应尼力损克失，趁剩下另的有行效预疏应力秒如能功使构竹件在孕荷载套作用勒下受临拉区户应力副不超肝过砼荡抗拉害强度ft哀k，构诊件就卷不会先开裂——这就忍是抗裂雨验算！59按对值抗裂旋要求锯的不投同，筐规范特规定睛，根踩据不隶同裂蒸缝控侨制等烧级进篮行裂禾缝验肝算。⑴第一帮级——严格铅要求下不出朴现裂唯缝的构递件。在荷铅载的追短期粥效应笛组合晒下，窝构件巧受拉茫边缘务砼不杂应产蔬生拉改应力庸。60⑵第二鞭级——一般透要求不出白现裂衣缝的构窝件。计算丸时，塞对构辩件受滋拉边参缘砼贺的拉蚊应力菠有较斩严格划的限径制，压大部杏分预捆应力欺砼屋澡面梁肚、托或梁、啊屋架恼以及拣中、修重级由工作藏制吊旅车梁灰等对贱抗裂阿的要城求都骗属于帐这一牺级。61⑶第三笼级——允许存出现裂缝乞的构府件。采用肉冷拉杆钢筋恭配筋伟的预侍应力汉砼一炭般构庸件都亡属于家这一就级，陡其最恨大裂负缝宽挖度ωma居x的计没算值潮不应倍超过罗允许驰值（0.久2回mm）石。623．变尼形验滥算由于营预应蝇力砼胀构件拾在使柴用荷雹载下们不出筹现裂们缝或老出现眨裂缝滩