建筑结构电子教案六

建筑结构电子教案六第一页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件由于混凝土的抗拉性能很差，使得钢筋混凝土构件出现了两个问题：1、钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作；

2、为保证结构耐久性，必须限制裂缝宽度。解决问题的首先想到的方法：

1、加大截面尺寸——自重过大；

2、采用高强度钢筋——裂缝过宽，无法满足使用要求；

3、提高混凝土强度等级——抗裂性能提高不明显。

上述方法都不能很好地解决大跨度结构，以及承受动载结构

中裂缝宽度过大，变形严重的问题。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500~1000N/mm2时，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。第二页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件

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1/10～1/18，极限拉应变仅为0.0001～0.00015，即每米只能拉长0.1~0.15mm，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0.0005～0.0015，如HPB235级钢筋就达1×10-3。对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到20~30N/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0.2~0.3mm.。继续思考：

能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足？第三页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件１、预应力构件

基本原理：

预先在混凝土受拉区施加压应力，使其减小或抵消荷载引起的拉应力，将构件受到的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，即可控制构件裂缝宽度，甚至可以使构件不产生裂缝。第四页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件预应力与木桶鸡：

木桶在制作过程中，用铁箍把木板箍紧，目的是为了使木板间产生环向预压力，装水或装汤后，由水产生环向拉力，预压力抵消掉全部拉力，就不会漏水。2、预应力混凝土的分类分为全预应力混凝土

和部份预应力混凝土两类。在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，称为全预应力混凝土，属严格要求不出现裂缝的构件；

允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，则称为部分预应力混凝土，属允许出现裂缝的构件。第五页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件2、预应力混凝土的分类按照粘结方式，预应力混凝土还可分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。无粘结预应力混凝土，是指配置无粘结预应力钢筋的后张法预应力混凝土。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。特点：不需要预留孔道，也不必灌浆，施工简便、快速，造价较低，易于推广应用。从90年代开始，无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用，目前最大跨度可达到20m。第六页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件3、预应力混凝土的特点1、构件的抗裂性能较好2、构件的刚度较大3、构件的耐久性较好4、减小构件截面尺寸，节省材料，减轻自重5、工序较多，施工较复杂，且需张拉设备和锚具等。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承载能力相同。第七页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法（1）、先张法先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。主要工艺过程：穿钢筋→张拉钢筋→浇筑混凝土并养护至75％→切断钢筋预压应力的传递主要靠钢筋和混凝土间的粘结力第八页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法第九页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法先张法主要优点：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。第十页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法（2）、后张法先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。主要工艺过程：浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并进行养护至75％→穿预应力钢筋→张拉钢筋并用锚具锚固→往孔道内压力灌浆。预压应力的传递主要通过工作锚具传递第十一页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法锚具张拉设备第十二页，共三十六页，2022年，8月28日6.1预应力混凝土的基本概念第六章钢筋混凝土预应力构件4、施加预应力的方法后张法主要优点：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。主要缺点：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。第十三页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件锚具与夹具①、锚固钢丝的套筒式夹具

②、锚固粗钢筋用的螺丝端杆锚具（如下图）

③、锚固直径12mm或钢绞线的夹片式锚具（如右图）螺丝端杆锚具钢绞线夹片式锚具第十四页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件机具设备1、张拉设备（如千斤顶）

2、制孔器材

（如抽拔橡胶管、螺旋金属波纹管）

3、灌孔水泥浆和压浆机↑用镀锌或不镀锌低碳钢带螺旋折叠咬口制成的金属管，用于后张法预应力砼结构或构件的成孔。↓夹片锚张拉千斤顶第十五页，共三十六页，2022年，8月28日在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力，称为张拉控制应力，用表示6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件1、张拉控制应力张拉控制应力适当取高些是有利的，但不是越高越好。控制应力与预应力钢筋的强度设计值越接近时，构件的开裂弯矩与极限弯矩就越接近，构件延性就越差。“超张拉”——

为了减少预应力的损失，张拉预应力钢筋时常采取的一种工艺操作方法。第十六页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件1、张拉控制应力表6.2.1张拉控制应力限值钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋——预应力钢筋极限抗拉强度标准值张拉控制应力值均不应小于注：下列情况，表中数值可提高0.05fptk；①要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；②要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差因素产生的预应力损失。第十七页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件（1）张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失

产生原因：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、预应力损失及其减小措施预应力损失共有以下六种：由于张拉工艺和材料特性等原因，从张拉钢筋开始直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。第十八页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施预应力损失共有以下六种：（2）预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失

产生原因：后张法构件在预留孔道中张拉钢筋时，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。其工艺程序为：停2min停2min第十九页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施预应力损失共有以下六种：（3）混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座间温差引起的预应力损失

产生原因：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7~10N/mm2时，再第二次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。第二十页，共三十六页，2022年，8月28日6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施预应力损失共有以下六种：（4）预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失

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。（5）混凝土收缩和徐变引起的预应力损失

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占总损失的50％，在曲线预应力配筋构件中约占30％左右。第二十一页，共三十六页，2022年，8月28日

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。6.2张拉控制应力与预应力损失第六章钢筋混凝土预应力构件2、预应力损失及其减小措施预应力损失共有以下六种：（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d≤3m的后张法构件中。第二十二页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件对混凝土的要求：预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应小于C30；

采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。

无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级，板不低于C30，梁及其他构件不低于C40。对钢筋的要求：预应力钢筋宜采用冷轧带肋钢筋、消除应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋，以及冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋。钢绞线与钢绞线束的横断面图第二十三页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件6.3.1预应力混凝土构件中钢筋的布置

直线布置和曲线布置：曲线布置多用于跨度和荷载较大的构件，如预应力梁。曲线布置一般用于后张法构件。直线布置用于跨度荷载较小的情况，如预应力板，直线布置优点是施工简单，用于先张法和后张法构件。1.预应力钢筋第二十四页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件6.3.1预应力混凝土构件中钢筋的布置

第二十五页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件6.3.1预应力混凝土构件中钢筋的布置

无粘结预应力砼楼盖的钢筋布置第二十六页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件6.3.1预应力混凝土构件中钢筋的布置

第二十七页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件6.3.1预应力混凝土构件中钢筋的布置

间距及孔道尺寸预应力钢筋的净距不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于25mm；对3股钢绞线，不应小于20mm；对7股钢绞线，不应小于25mm。当先张法预应力钢丝按单根方式配筋有困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式。第二十八页，共三十六页，2022年，8月28日6.3预应力混凝土构件的构造要求

第六章钢筋混凝土预应力构件间距及孔道尺寸后张法构件中，预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道间的水平净间距，在预制构件中不宜小于50mm，孔道至构件边缘的净距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直径的一半。在构件两端及跨中应设灌浆孔或排气孔，孔距不宜大于12m。孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大10~15mm。第二十九页，共三十六页，2022年，8月28日3）混凝土保护层预应力钢筋的保护层厚度同钢筋混凝土构件。处于一类环境且由工厂生产的预应力构件，预应力钢筋的保护层厚度不应小于预应力钢筋直径d，且板不小于15mm，梁不小于20mm。2、非预应力钢筋1）纵向非预应力钢筋纵向非预应力钢筋包括受力钢筋和非受力钢筋。非预应力受力钢筋宜采用HRB335、HRB400和CRB550级钢筋，也可采用RRB400级钢筋。第三十页，共三十六页，2022年，8月28日为了防止受弯构件制作、运输、堆放和吊装时，在预拉区出现裂缝或减小裂缝宽度，可在构件预拉区配置一定数量的纵向非预应力钢筋。后张法预应力混凝土结构构件的预拉区和预压区中应设置纵向非预应力构造钢筋。这些非预应力钢筋一般布置在预应力钢筋的外侧。第三十一页，共三十六页，2022年，8月28日在无粘结后张预应力混凝土受弯构件中，应配置一定数量的纵向非预应力钢筋，以克服纯无粘结受弯构件只出现一条或少数几条裂缝使混凝土压应变集中而引起脆性破坏的缺点，还利于分散裂缝，改善受弯构件的变形性能和提高正截面受弯承载力。（2）箍筋预应力混凝土构件的箍筋设置的构造要求与普通钢筋混凝土构件基本相同。第三十二页，共三十六页，2022年，