预应力混凝土结构基本知识

1、一、预应力混凝土的基本概念,1、预应力混凝土结构的特点,能够充分利用高强钢材、混凝土，减少钢筋用量；构件截面小，减轻结构自重。 预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂，提高构件的抗裂性能。 由于预应力混凝土构件在使用阶段不带裂隙工作或裂隙很小，所以构件的截面钢度较大。 由于预应力提高了构件的抗裂性能和刚度，减少了构件的截面尺寸和自重，使之适用于较大荷载和较大跨度。,一、预应力混凝土的基本概念,设计计算复杂； 工艺复杂； 质量要求高,造价高。,一、预应力混凝土的基本概念,2、预应力混凝土结构的缺点,一、预应力混凝土的基本概念,3、为什么要使用预应力混凝土结构,理论上讲，提高材料强度可以提高构件的承载

2、力，从而达到节省材料和减轻构件自重的目的。但在普通钢筋混凝土构件中，提高钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为，对配置高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言，承载力可能已不是控制条件，起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋应力达到5001000N/mm2时，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。 混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低。其抗拉强度只有抗压强度的1/101/18，极限拉应变仅为0.00010.00015，即每米只能拉长0.10.15mm，超过后就会出现裂缝。而钢筋达到屈服强度时的应变却要大得多，约为0.00050.0015，如HPB235级钢筋就达110-3。对使用上不允许开裂的构件

3、，受拉钢筋的应力只能用到2030N/mm2，不能充分利用其强度。对于允许开裂的构件，当受拉钢筋应力达到250N/mm2时，裂缝宽度已达0.20.3mm。,一、预应力混凝土的基本概念,3、混凝土预应力的添加,一、预应力混凝土的基本概念,4、预应力混凝土不能提高承载力,注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。也就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与普通钢筋混凝土受弯构件的承载能力相同，与受拉区钢筋是否施加预应力无关。,二、预应力施工方法先张法,、概念,定义：先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。 首先,在台座或钢模上张拉钢筋至设计规定的拉力,用夹具临时固定钢筋,然后浇灌混凝

4、土,当混凝土达到设计强度的75%及以上时切断钢筋。 先张法预应力的传递是依据钢筋与混凝土间的粘结力完成的。,二、预应力施工方法先张法,、施工工艺过程,主要工艺过程是：穿钢筋张拉钢筋浇筑混凝土并进行养护切断钢筋。,、锚固方式,二、预应力施工方法先张法,、优、缺点,主要优点：生产工艺简单，工序少，效率高，质量易于保证，同时由于省去了锚具和减少了预埋件，构件成本较低。 适用范围：主要用于工厂化大量生产，尤其适宜用于长线法生产中、小型构件。,二、预应力施工方法先张法,、概念,定义：先浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度的75%以上后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。 后张法的预应力传递

5、依靠构件两端的工作锚具完成.,三、预应力施工方法后张法,、施工工艺过程,三、预应力施工方法后张法,、张拉工具,三、预应力施工方法后张法,、优、缺点,优点：预应力钢筋直接在构件上张拉，不需要张拉台座，所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可在施工现场生产。大型构件在现场生产可以避免长途搬运，故我国大型预应力混凝土构件主要采用后张法。 缺点：生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢筋，钢材消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，造价一般高于先张法。,三、预应力施工方法后张法,四、材料的选用,1、混凝土,要求采用高强混凝土； 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

6、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； 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 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低于C40。,2、钢筋,四、材料的选用,预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝、也可采用热处理钢筋。 （1）高强度。 （2）具有一定的塑性。 （3）与混凝土之间具有良好的粘结强度。 （4）具有良好的加

7、工性能。,2、钢筋,预应力钢筋的强度越高越好。 而且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，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。 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。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用刻痕或压波方法来提高与混凝土粘结强度。 优先使用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋,钢绞线,四、材料的选用,五、预应力的损失,1、定义,由于张拉工艺和材料特性等原因，从张拉钢筋开始直

8、到构件使用的整个过程中，经张拉所建立起来的钢筋预应力将逐渐降低，这种现象称为预应力损失。,五、预应力的损失,、 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失,由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座或构件上以后，锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，以及预应力钢筋在锚具中的滑动，造成预应力钢筋回缩而产生的预应力损失。,产生范围：先张法构件、后张法构件。,减小措施： （1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，并尽量减少垫板的数量； （2）对于先张法张拉工艺，选择长的台座。台座长度超过100m时，可忽略不计。,2.预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失。,五、预应力的损失,后张法构件在预留孔道中张拉钢筋时

9、，因钢筋与孔道壁之间的接触引起摩擦阻力而产生的预应力损失。,产生范围：后张法构件。,减少措施： （1）采用两端张拉； （2）采用“超张拉”工艺。,、温差引起的预应力损失,五、预应力的损失,当先张法构件进行蒸汽养护时，随着钢筋温度升高，其长度也增加（由于新浇混凝土尚未结硬，不能约束钢筋增长），而台座长度固定不变，因此张拉后的钢筋变松，预应力钢筋的应力降低。降温时混凝土和钢筋已粘结成整体，二者一起回缩，钢筋的应力不能恢复到原来的张拉应力值。,产生范围：采用蒸汽养护的先张法构件。,减少措施： (1)蒸汽养护时采用两次升温养护，即第一次升温至20，恒温养护至混凝土强度达到710N/mm2 时，再第二次

10、升温至规定养护温度。 (2)在钢模上张拉，将构件和钢模一起养护。此时，由于预应力钢筋和台座间不存在温差，故温差损失为0。,、预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失,五、预应力的损失,产生原因：预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失实际上是钢筋的应力松驰和徐变引起的预应力损失的统称。 产生范围：先张法构件、后张法构件。 减小措施： (1)采用应力松驰损失较小的钢筋作预应力钢筋； (2)采用“超张拉”工艺。,、混凝土收缩和徐变引起的预应力损失,五、预应力的损失,产生原因：由于混凝土的收缩和徐变使构件长度缩短，被张紧的钢筋回缩而产生的预应力损失。此项预应力损失是各项损失中最大的一项，在直线预应力配筋构件中约

11、占总损失的50，在曲线预应力配筋构件中约占30左右。 产生范围：先张法构件、后张法构件。,减少措施 (1)设计时尽量使混凝土压应力不要过高； (2)采用高强度等级水泥，以减少水泥用量，同时严格控制水灰比； (3)采用级配良好的骨料，增加骨料用量，同时加强振捣，提高混凝土密实性； (4)加强养护，使水泥水化作用充分，减少同的收缩。有条件时宜采用蒸汽养护。,、螺旋预应力筋时局部挤压引起的预应力损失,五、预应力的损失,产生原因：由于构件环形配筋时，预应力钢筋将混凝土局部压陷，使构件直径减小而产生的预应力损失。 产生范围：直径d3m的后张法构件中,六、构造要求,应有较大抗裂度和刚度，对受弯构件，宽高比宜小，翼缘和腹扳的厚度不宜过大。梁高取普通钢筋混凝土构件的70%； 受弯构件的预拉区设非预应力钢筋；为控制裂缝宽度，计算确定受拉区预应力钢筋的配筋； 预应力屋面梁和吊车梁等构件，为防止由于施加预应力而产生