预应力混凝土

1、预应力混凝土结构预应力混凝土结构一、基本概念一、基本概念qk=10kN/mL0跨度为跨度为5.2m的简支梁，截的简支梁，截面尺寸为面尺寸为200450mm2，作，作用均布活荷载标准值用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。挠度达到。挠度达到0.25mm钢筋混凝土的缺欠钢筋混凝土的缺欠因为因为混凝土的抗拉强度太低混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般，一般Ms=(0.60.8)My，如配筋按正截面承载力，如配筋按正截

2、面承载力计算，计算，Ms下下s sss=(0.50.7)fy。对于。对于级钢筋，级钢筋，fy =300MPa，s sss=150210MPa，裂缝宽，裂缝宽度已达度已达(0.15 0.25) mm。如采用。如采用级高强级高强钢筋，钢筋，fy=580MPa，则，则s sss= 290 406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。裂缝宽度已远远超过容许限值。 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，一步增大，形成恶性循环。形成恶性循环。 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得如增加钢筋来

3、提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。不到充分利用，造成浪费。 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故比例降低，故挠度变形控制挠度变形控制难以满足。难以满足。 预应力混凝土预应力混凝土在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应力混凝土构件。力混凝土构件。预应力混凝土受弯构件在受力过程中预应力混凝土受弯构件在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力预应力筋一直承受较大的拉力Np，而，而截面混凝土则一直主要

4、承受压力截面混凝土则一直主要承受压力C。构件开裂后，钢筋拉力构件开裂后，钢筋拉力T和压区混凝和压区混凝土的压力土的压力C随弯矩增长而不断增大。随弯矩增长而不断增大。优点：优点：充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，减少用钢量，截面小，压强度高特性，减少用钢量，截面小，自重轻，适用于大跨结构自重轻，适用于大跨结构在正常使用条件下，裂缝小，耐久性在正常使用条件下，裂缝小，耐久性好。好。预拱，使构件挠度减小，刚度大。预拱，使构件挠度减小，刚度大。二、预加应力方法二、预加应力方法先张法先张法张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压切断钢筋，混凝土

5、预压预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递后张法后张法预应力由构件两端锚具实现预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆先张法构件采用工厂化的生产方式，工序少，工艺简单，质量先张法构件采用工厂化的生产方式，工序少，工艺简单，质量容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工

6、，应用灵钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵活。适用于不便于运输的大型构件。活。适用于不便于运输的大型构件。目前最常见的预应力结构有目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土结构，属后张法结构，属后张法一种。钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留一种。钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留孔洞孔洞 ，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨的楼板及大跨度梁。度梁。无粘结预应力束无粘结预应力束三、预应力混凝土结构的材料三、预应力混凝土结构的材料钢筋钢筋预应力钢筋的强度越高越好。预应力钢筋

7、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，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。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须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。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、

8、镦粗的加工要求。对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，和与混凝土良好的粘结性能，通常采用通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土粘结强度。方法来提高与混凝土粘结强度。优先使用优先使用预应力钢绞线预应力钢绞线、钢丝钢丝和和热处理钢筋热处理钢筋刻痕钢丝刻痕钢丝螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝钢绞线钢绞线要求采用要求采用高强混凝土；高强混凝土；l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；l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；l具有较高的弹性模量，有利于提高截

9、面抗弯刚度，减少预压时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；的弹性回缩；l徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；l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；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；l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；板的尺寸；l强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高强度早期发展较快，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，降低间接费用台座、模具、夹具的周转

10、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，当采用高强钢丝时不低于钢丝时不低于C40。混凝土混凝土四、张拉控制应力与预应力损失四、张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力张拉控制应力在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控得到的应力称为张拉控制应力制应力s scon。张拉控制应力张拉控制应力s scon取值越高，预应取值越高，预应力筋对混凝土的预压

11、作用越大，可力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。以使预应力筋充分发挥作用。但但s scon取值过高，可能会在张拉时取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。引起破断事故，产生过大应力松弛。因此，因此，规范规范规定了张拉控制应规定了张拉控制应力限值力限值s scon。为避免为避免s scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规范规规定定s scon不应小于不应小于0.4 fptk。张拉控制应力限值scon张拉方法钢筋种类先张法后张法预应力钢丝、钢绞线热处理钢筋0.75 fptk0.70 fptk0.75 fptk0.

12、65 fptkpconpconAN, s s一般要求一般要求应有应有较大抗裂度和刚度较大抗裂度和刚度，对受弯构件，对受弯构件，宽高比宜小宽高比宜小，翼缘和腹扳，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%；受弯构件的受弯构件的预拉区设非预应力钢筋预拉区设非预应力钢筋；为控制裂缝宽度，计算确定；为控制裂缝宽度，计算确定受拉区预应力钢筋的配筋；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预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预拉区裂缝，以及减少支座附近的主拉应力，拉区裂缝，以及减少支座附近的

13、主拉应力，支座处预应力钢筋弯支座处预应力钢筋弯起起；端部非对称布置的预应力钢筋应在端部端部非对称布置的预应力钢筋应在端部0.2h范围用范围用附加钢筋加强附加钢筋加强；对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部100mm范围附加范围附加不少不少于于2根根横向钢筋；横向钢筋；构件端部凹进，加构造钢筋；端部全部弯起的受弯构件，或只直构件端部凹进，加构造钢筋；端部全部弯起的受弯构件，或只直线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不利应吸纳，在端部设非预应力纵向构造钢筋。利应吸纳，在端部设非预应力纵向

14、构造钢筋。预应力损失预应力损失预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从s scon逐步减少逐步减少，并经过相当长的时间才会最终，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。 由于预应力的通过张拉预应力筋得到，由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩短凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，的因素，都将引起预应力损失，主要有：主要有：锚固损失锚固损失s s1111：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、滑移摩擦损失摩擦损失s s1212 ：在预应力筋张拉过程中，后张法在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道壁预应力筋与孔道壁之间的摩擦之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会，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。使张拉应力造成损失。温差损失温差损失s s1313 ：先张法中的先张法中的热养护引起的温差损失热养护引起的温差损失应力松弛损失应力