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——钢筋混凝土构件过早开裂的问题不解决——就不能有效的利用高强材料！结果——阻碍了钢筋混凝土结构自身的发展。7另一方面：钢筋混凝土结构的应用，也受到过早开裂导致的刚度降低、裂缝开展的制约：如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大，很不经济、不合理、甚至是不可能的——因此，限制了应用范围。8二．预应力混凝土的基本概念那么，如何解决这个矛盾呢？

可否设想——借助于混凝土的抗压强度来补偿其抗拉强度的不足，以推迟受拉区混凝土的开裂？即：在构件受外荷以前，使它先存在着一种应力状态（预加应力），用以减小或抵消外荷作用时产生的拉应力？9实际上预加应力的概念在日常生活和生产实践中早有所应用。如：1011在钢筋混凝土结构中情况如何呢？12施加预应力的概念虽然早已存在，但预应力混凝土结构的推广和应用，还只是近50年来有了高强钢筋才变为现实！为什么？因为——有预应力损失！13施加预应力后，应用范围扩大：如：非预应力吊车梁跨度为6m，预应力吊车梁跨度可达12m；非预应力屋架18~21m，预应力屋架30~36m或更大！14目前：世界上最大的预应力砼贮罐直径达82m，高达36m；预应力轻骨料砼建造的飞机库屋盖结构跨度达90m；预应力箱形截面桥梁跨度达240m以上；预应力电视塔高达549m;我国设计制造的大跨度预应力砼屋架跨度达60m。15预应力混凝土与普通砼相比有如下特点：1．提高构件的抗裂能力只有当混凝土的预压应力全部抵消转而受拉且受拉应变超过混凝土的极限拉应变时，构件才会开裂。2．增大了构件的刚度——使混凝土转变成弹性材料预应力混凝土构件正常使用时，可能不开裂或只有很小的裂缝，混凝土基本上处于弹性阶段工作。163．充分利用高强度材料前已分析4．扩大了构件的应用范围因改善了抗裂性能，可用于防水、抗渗性及抗腐蚀要求的环境。采用高强度材料，结构轻巧，刚度大、变形小，可用于大跨度、重荷载及承受反复荷载的结构。17预应力混凝土结构的缺点施工麻烦，工艺复杂，需要锚具，精度要求较高，施工周期较长，造价高，且不能提高构件的承载力。……？18第二节施加预应力的方法——先张法与后张法先张法：先张拉钢筋后浇筑混凝土；后张法：先浇筑混凝土后张拉钢筋。具体施工顺序与特点——19先张鼻法——20一.先张法在先满张法阵中，预应力态是靠钢良筋与砼聪之间的丙粘结力垮来传递搏的。施加纳预应磁力是屈靠张阶拉钢猫筋来蠢实现苍的——即张沙拉高柄强度炒的钢合筋，假并将板其锚闯固在啄砼构挂件内怖，由第于钢筋画弹性省回缩阵，就凡使砼偏受压。21后张珍法——22二．后张法后张法否是靠锚具童来保持渴预应力的，片锚具征将永身远附迟在构层件上。2324锚具：25上述后赏张法的缺点是：工序巡寿多，螺预留扒孔道距占截亲面面躺积大冒，施宣工复驼杂。26夹具与康锚具是钢预应力画混凝土并构件的担重要工谈具——夹具——构件麻制作穿完毕伍能取半下来教重复牵使用渐的称霸为夹巴具；锚具——留在构秩件上不孔能再取快下的称撒为锚具降。统称为盼锚具——有时，搏为简便耽起见。27三．后张无这粘结预眨应力另一种后张轧法——后张雾无粘歼结预员应力施工技非术。特点：不需妇要预犹留孔晕道，瓣无粘梅结预针应力棍筋可级与非缝预应畜力筋纯同时序铺设率，并康可采赴用曲反线配偷筋，淡布置多灵活鞠。有粘结预应力俘指沿预爽应力筋男全长其婚周围均敢与混凝粘土粘结闲握裹在肿一起的~；无粘结预应傅力指事预应远力筋特伸缩泰、滑六动自登由，米不与快周围陈混凝滑土粘租结的~。28其主柳要工这序为惜：1．制炮作无士粘结签预应雨力筋游（加涂层、套管）2．绑女扎钢傲筋（畅图a)3．浇蚀筑混翻凝土(图b）4．张核拉预缘瑞应力号筋29四．先张法京和后张篇法的比较：先张誉法：工艺舅简单庭，靠粘若结力胶锚固跳预应赌力筋不需要刮永久性骂的工作揭锚具，子但需要此台座或酿钢模等壳设施。适于志：在谊预制案厂制层造标据准预荐应力叨构件靠，如瞧楼板凡或过弱梁等探。后张晃法：通咳过锚禽具传棵递预康压应稀力工艺放较复筹杂，管慢，钞需要巩在构诉件上堪安装爬永久敏性的杀工作后锚具馒，成知本高怕。适于：家现场浇丛筑、就园地张拉莫、吊装称的大型恒建筑中腔的特大多构件。30第三赞节预应促力砼案的材竖料一．线预搂应力天钢筋（一）邮对钢筋性能要搁求：⑴.强度柿高——使混凝放土获得卖较高的耕预压应突力；⑵.良好弱的塑级性——以保典证在严较高近应力扰下不钥会发轰生拉里断破遣坏；⑶.良好阶的可拢焊性——以保但证必边要的棍加工躬；⑷.与砼有舍较好的孟粘接强招度原因：预停应力段钢筋——高应挺力状顶态31（二）预应力痒钢筋分鲜类国内杀常用滚的预资应力代钢筋险有钢筋、钢丝、钢绞线；分为剑两大摔类：1．无物理酿屈服点买钢筋（拌丝）（1）钢铰爷线——由多即股（3或7股）高地强钢丝识铰合而裕成，再窝经低温陡回火制棍成。特点：钢铰线比单蛾根钢碌丝直妖径大络，但良具有每一定罩的柔介性，鸽施工猎方便祸且不展降低峡强度睬。32（2）消除垫应力骗钢丝——经过低温回寇火处理遮的钢丝称扯为~。解释：高堡碳钢胳经过桑多次冷拔，存在纪较大的穴内应力派，需采上用低温们回火来消除葬内应力诵。在外饼形上鹅分为答：光面、刻痕及螺旋肋三种，酬用φp、φI、φH表示。33（3）热处理肝钢筋——用热轧萄中碳钢眠经过调浸质热处剑理后制汪成的高赵强度钢矛筋。特点特：具美有强吼度高裤、松旋弛小店等特倘点，窝以圆虾盘形绸式供费应，采省掉桃对焊嘴和整窑直等鉴工序程，施昏工方奴便。342．有物博理屈服虾点钢筋冷拉低合金摘钢——采用奴热轧嫂钢筋塑经冷拉后得纹到。特点：钢筋指经冷拉漂后屈服盾强度提协高，塑痕性有所惹降低。钢筋冷词拉后可以提高辉抗拉存强度，当钢窑筋用于戚抗压时该，其强绵度并不叉提高。规范提使倡优先静采用强度裁高、持性能她好的预应纪力钢翠筋（想钢丝酷、钢姥铰线榜）。注：财钢筋枪冷拔后则书同时提高抗远拉及抗压强毕度。3536补充呀：钢夏筋的季冷拉继与冷笼拔1.钢筋角的冷日拉在常毅温下泊将有摩明显必流幅浑的钢释筋拉猎伸到围强化胀阶段k点，小然后鼠卸载尖，卸岭载后售钢筋贤将沿k直线恢例复到0’，钢蹄筋产材生残糕余变素形00’。如果再询张拉，棚应力应殊变曲线将沿0’疑kd变化，业转折点隐高于冷拉前屈屈服蔽点b，但屋流幅律不明趣显。37时效氏硬化——冷拔后包，若停箱留相赏当时踢间或巧高温备作用后后再折张拉巷，曲贞线将乒沿0’k疼k’变化，倘转折点煌提高到k’点。工程问应用：一方每面提高私钢筋的谣屈服强台度，同狭时钢筋炉的长度程也延长继了，从午而达到马节约钢来材的目版的。382．钢筋的冷拔将直辟径为6~纠8m见m的钢平筋在裙常温锯下通屡过比栏自身锹直径解小0.5步~1m僵m的钨焦金拔酒丝模冷拔而成嚼。钢筋在嚼通过拔崭丝模后舅受到很强大的侧乱向挤压蜘而产生藏塑性变葵形，迫携使钢材琴内部发干生变化文而提高萍钢筋的纽奉强度。39二．瓶混坛凝土预应力徒砼结构昆对砼性窝能的要严求是：（1）高强度——必须！砼强度讯等级愈觉高，承况受的预剑压应力候愈大，治能显著豆提高构恨件的抗培裂度；（2）收缩、束徐变小：以减弱少构狡件的桌预应漂力损哨失。（3）快硬、勾早强：可缩短谋生产周零期，提谱高了张齐拉工具用的周转粒率。40《规范》规定：预应授力砼赵结构堡的砼卖强度等级外不宜亦低于C30；当采择用高时强钢槽丝或迷热处劫理钢撒筋时轮，砼絮强度酿等级不宜蜓低于C40。41三．截武面形状东和尺寸通常芳是：梁高h点=纵(1作/2野0掠—暗1/炎14邻)l0，也可央取非迹预应安力梁笛高的70皇%左右指；梁腹旧宽b奶=挨(1亚/1弯0—谨1垮/6赔)h（宜小友些）一般需情况皮，截抬面的冶宽高传比宜胸小，悲翼缘派和腹木板的药厚度重也不应宜大斗。42第四节蹦预应力规砼构件西一．张拉控制籍应力和预应轿力损另失1．张拉合控制息应力σcon——在制丹作预粒应力尸混凝秧土构话件时抄，张即拉设托备所咬控制前的总行张拉孩力除忠以预宝应力赏筋截限面积铅得到巧的应及力称座为~。43σcon取值蓄越高低，混糟凝土谋的预弦压应静力越余高，蕉可以反节约痒钢筋猛；但张朗拉控苦制应紫力应食有所这控制劳！原因：首先：钢筋启的强度突是一定伸的，不炊能无限眼制的张办拉；其次：如果放张拉力硬过大，虎会使钢运筋应力扯进入屈与服阶段佣产生塑句性变形族而达不限到预期信的预应却力效果朋，甚至汤还会在奇加荷时烂出现脆湿性断裂钱而突然逃破坏。44因此：在奔充分陕利用驳钢筋次强度爽的前赠提下腰，对渴钢筋存的张痕拉应绘力必游须有增所控皱制！《结构设置计规范》规定：愚预应力净钢筋的拴张拉控腰制应力σco宇n不应亩超过丢表所幻玉列数短值。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:一根稠——就是以钢筋张拉控制应力σcon乘以一根钢筋的截面面积来决定的。注：

fpyk为用于预应力钢筋的冷拉钢筋强度标准值；fptk为用于预应力钢筋的碳素钢丝等的强度标准值。46因此餐：在预看应力则砼构监件计庭算时需解决逐两个问钩题：钢筋响要张丛拉多筹大的令力？预应力膨损失值都有多少肺？47因为：砼预压蹦应力的窝大小，扯取决于滩钢筋弹愁性回缩崖的程度屈；钢筋声要有足揭够回弹锻力——这就牵海涉到钢筋婆要张珍拉多键大的土力？因为洽通过乘张拉始钢筋木建立棉的预田应力唯并不仅全部甜有效鸦，实祝际有伯效的化预应像力受纯各种庭因素盒影响咳有所锅降低——这就牵赵涉到预应伍力损荡失值围有多穴少？482.预应阔力损跌失从张扔拉开耽始到王构件喷使用啊，由析于张减拉工否艺和拔材料辩的特零性等鄙原因公，钢筋的敌张拉控廊制应力继将不断牵的降低，这部壤分降低僻值称为预应力椒损失。在设烤计时芳要正确计肥算预应诸力损码失值灰；施工时倍要尽量减少预应立力损燥失；——预应力租结构的吉成败关倍键！49造成预福应力损横失的原因主要灰有以站下六驼种：⑴锚具变愁形和钢筋滑目动引起读的预拳应力灰损失δl1（先候、后遵）锚具变直形越大飞，预应垫力损失建亦越大竞，约占贿总损失驻的5炸~鸭10钓%左右。50⑵预应呢力钢筋与吐孔道壁矿之间摩擦引起的全预应力以损失δ12（后）在后张磁法张拉政钢筋时遣，由于牛钢筋与厦孔道壁崇之间的悬摩擦妨伙碍了钢绍筋伸长——因此~，约故占总臭损失键的5~唤15吸%左右丛。⑶混凝趴土加热鄙养护时溉，预应杯力筋与遣台座之抄间温度差引起途预应吐力损抵失δ13（先得）约占20镰%左右。51⑷钢筋应络力松弛引起的溜预应力循损失δ14（先、币后医）故占蹈总损失柜的15演%左右尖。⑸砼收缩、毛徐变引起的差应力损探失δ15（先窗、后时）占总狭损失狠的50挖~6庸0%。这是苗一项诉数值赢较大千、并满占很杰大比跨重的腔预应和力损幼失，必须汗认真建对待荡！52⑹环形闲配筋烈对砼局部挤匙压引起照的预鞭应力捕损失δ16（后）直径菊不大麻于3m的圆环筒形冷结构困（如尼水管丛等）挤采用胃环形案配筋笔时，桑因钢殃筋在筹圆筒乌上作凉螺旋百式张么拉时司，砼寨受到程局部晌挤压猪而产陈生压甚陷，谋引起避预应价力损刺失，播约占领总损检失的15%左右。减少各艇项预应顶力损失河的措施些有很多仿，有兴踢趣同学摘可看书晨。53注意理：一般情鱼况下，纷预应力柄损失总值大约可柱达200迟~犹250挂N所/m脊m2之多，故在设醋计及制拼作时要括对此有足够的陵重视和椅估计。上述匀各种野原因摸引起肉的应准力损惑失，清是分松批出糖现的胖。54二．更预应识力砼滴结构肠计算胀原理计算内芒容——除承载力旷计算外，一提般还应慢包括：裂缝和变形验算：承载宣力是任庄何构昂件都肾必须浅保证触的，仰对预摔应力炒构件放也不份例外立，所板以承慎载力歼计算伏是预甩应力堡结构蝇必不过可少宁的计声算内眠容；裂缝和变形验便算是为魂了满获足预两应力产结构石的正别常使副用和消耐久飘性要宣求。此外趴，还浩应进尖行施工阶分段的应力岸校核。551．承啄载力尤计算计算时懒，截面苗承载力客达到极遵限状态璃，以受骗弯构件蕉来说，盘梁破坏贤时钢筋达皂到抗拉踢设计强础度fy,砼达到虾抗压设肌计强度fc,这与普父通钢筋垮砼截面似承载力掌极限的最应力状耕态基本杨相同；那么：预启应力销梁与兽非预将应力胆梁，如果树两者缩慧的尺先寸、壁形式坟、材疑料等宣均相洲同，剑则它盒们破坏时偶能承受照的荷载嘴情况如迅何呢？56答案废：即：施加欺预应旷力并不能付提高构芒件的承台载力？……！是一刑样的露！——两者盒的承水载力踪蝶计算捐基本宫相同蹄。因为泉破坏滚时，浆两者咱的钢筋达善到抗拉笼设计强限度fy,砼达全到抗饥压设匀计强恭度fc极限状踏态时情糠况一样歪！572．抗裂鹅及裂缝贷宽度验文算抗裂株验算——考虑珠砼获岗得预以压应着力后馋，在晃使用燥荷载临作用煎下受想拉区秃应力秘是否蛛超过握砼的管抗拉赔强度ft晨k。采用预兆应力是熔提高构振件抗裂厦度的主绝要手段查。而砼预谱压应力毫的大小璃，取决恩于钢筋辨可能弹举性回缩税的程度骑。这就需务要考虑淡钢筋张征拉多大曾的力？祸预应力象损失值炸有多大格？剩下划的预应仗力效果煌有多少尾等问题羡。58抗裂验刮算：钢筋绵张拉帽应力减去预应椒力损有失，臣剩下贼的有躲效预仪应力输如能建使构训件在莲荷载旺作用车下受恰拉区朋应力免不超璃过砼涉抗拉殃强度ft州k，构尸件就坚不会乳开裂——这就寄是抗裂棒验算！59按对持抗裂啊要求辫的不贡同，锦规范沃规定匙，根亩据不神同裂达缝控广制等拒级进扫行裂节缝验幕算。⑴第一级——严格要患求不出升现裂缝的构件。在荷潜载的溉短期扎效应踪蝶组合械下，木构件录受拉悲边缘双砼不静应产任生拉英应力障。60⑵第二监级——一般覆要求不出现罚裂缝的构件遣。计算时奋，对构盛件受拉届边缘砼忧的拉应而力有较欧严格的打限制，阶大部分立预应力卡砼屋面艇梁、托陵梁、屋能架以及孝中、重钉级工作结制吊车混梁等对蛋抗裂的嫁要求都摊属于这撇一级。61⑶第三级——允许出拨现裂缝的弦构件。采用冷察拉钢筋显配筋的植预应力坡砼一般田构件都足属于这酷一级，隐其最大弃裂缝宽仰度ωma苍x的计皱算值连不应披超过阵允许箭值（0.杨2栋mm）。623．变形耳验算由于预肿应力砼诞构件在卷使用荷腹载下不愁出现裂除缝或出肝现裂缝粗延迟，处故其截面刚查度较非班预应力托砼构件穴为大。同时搅，施券加预罗应力悠时有鉴反拱骡作用热，因何此构冬件的挠度量一般干能满缝足使宫用要低求。