建筑工程预应力混凝土构件基本知识培训讲义

预应力混凝土构件基本知识

本章主要介绍预应力混凝土的基本概念、预应力混凝土结构构件的基本计算规定、预应力混凝土轴心受拉构件的设计、预应力混凝土构件的构造要求。重点是预应力混凝土构件的基本概念。本章提要第一节预应力混凝土的基本概念混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件等，在各种荷载作用下，都存在受拉区。由于混凝土的抗拉强度低，极限拉应变很小，当荷载不是太大时，上述构件中将出现裂缝。允许开裂的构件，钢筋应力达到250N/mm2，裂缝宽度已达0.2～0.3mm，构件耐久性降低。为了满足变形和裂缝宽度要求，需增大截面尺寸和用钢量，将使自重过大，钢筋混凝土结构用于大跨度结构成为不可能或不经济。

钢筋混凝土构件的另一大缺点是不能采用高强度钢筋。（使用荷载下，应力可达500～1000N/mm2，此时裂缝宽度满足不了要求）一、普通钢筋混凝土结构的缺点二、预应力混凝土的基本原理

所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉区施加预压力使之产生预压应力，减小或抵消外荷载产生的拉应力达到推迟开裂甚至不开裂，以提高构件的抗裂度和刚度。当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，受拉区混凝土产生拉应力。因此，可推迟混凝土裂缝的出现和开展，以满足使用要求。这种在结构构件承受荷载以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结构构件，就称为预应力混凝土构件。

如图5.1所示，一简支梁在承受外荷载之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的集中力P,则构件各截面的应力分布如图5.1(a)，下边混凝土纤维的压应力为σpc；仅在使用荷载作用下，梁跨中截面应力分布如图5.1(b)，跨中截面下边缘混凝土的拉应力为σt；当两种应力状态相互叠加时（如图5.1(c)所示)，梁跨中下边缘的应力可能是数值很小的拉应力，也可能是压应力，甚至应力为零，视施加压力P和荷载的相对大小而定。图5.1预应力混凝土构件三、预应力混凝土的特点

图5.2为两根梁的荷载挠度曲线对比图。从图5.2可知预应力混凝土构件具有如下特征：

（1）对混凝土构件施加预应力可以提高构件的抗裂性。

（2）构件的刚度大。由于预应力混凝土能延迟裂缝的出现和开展，并且受弯构件要产生反拱，因而可减小扰度。

（3）构件的耐久性较好。由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝或减小裂缝的宽度，因而可减小大气或侵蚀性介质对钢筋的锈蚀，从而延长构件的使用年限。

（4）可以减小构件的截面尺寸，节省材料，减轻自重，既可以达到经济的目的，又可以扩大钢筋混凝土的应用范围，例如用于大跨度结构，代替某些钢结构。（5）预应力混凝土工序多，施工复杂，且需要张拉设备和锚具等设施图5.2简支梁荷载挠度曲线四、施加预应力的方法（1）

先张法

先张法是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋，并作临时锚固，然后浇筑混凝土。待混凝土达到一定强度后剪断或放松钢筋。钢筋剪断后将产生弹性回缩，但钢筋与混凝土之间存在着粘结力，混凝土就会阻止钢筋回缩而混凝土本身受到预压应力。先张法的主要工序见图5.3所示。（2）

后张法

后张法是指先浇筑混凝土构件并预留好孔道，待混凝土达到一定的强度后在孔道内穿入钢筋，然后直接在构件上张拉钢筋，最后用锚具在构件两端将钢筋锚固，阻止钢筋回缩，从而对构件施加预应力。钢筋张拉完毕并将张拉端锚固后，预留孔道内应按要求灌浆。后张法的主要工序见图5.4所示。图5.4后张法主要工序示意图(a)制作混凝土构件；(b)张拉钢筋；(c)张拉端锚固并对孔道灌浆

先张法、后张法各有优缺点：先张法生产工序少，工艺简单，施工质量容易保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。先张法主要适合于工厂内生产中、小型构件。

后张法不需要台座，构件既可在工厂也可在现场制作；后张法构件只能单一逐个地施加预应力，工序多，操作也麻烦；而且需设永久性锚具，成本高；一般用于运输不便的大、中型构件。先张法与后张法的比较：一、张拉控制应力σcon（1）σcon的定义

张拉控制应力是指张拉预应力筋时预应力筋应达到的拉应力规定值（控制达到的最大应力值），用σcon表示。张拉时预应力筋实有的应力可由张拉设备上的测力计所示的总拉力除以预应力钢筋截面面积得出。（2）

张拉控制应力的确定张拉控制应力的数值与钢筋的种类和施加预应力的方法有关。规范规定的张拉控制应力允许值见表5.1。第二节

张拉控制应力与预应力损失表5.1张拉控制应力允许值［σcon］钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk

热处理钢筋0.70fptk0.65fptk二、预应力损失按照某一控制张拉应力值张拉好的预应力钢筋，其初始张拉应力由于张拉工艺和材料特性等原因而降低，这种预应力降低的现象称为预应力损失。引起预应力损失的因素很多，规范给出了以下六种因素及其产生的相应预应力损失值的计算方法。及其减小措施在先葡张法表和后叼张法菊中，找张拉省钢筋屠一般臣总是招先将详钢筋田一端征锚固桐而在细另一幅端张降拉，蛙待钢蛇筋张菜拉到铜规定并的控柏制应步力σco北n后，鸽便再膝把张宵拉端鼓的预迟应力男筋锚士固在撑台座衰或构户件上枯。锚具软变形辈和预展应力循钢筋尝滑动倾回缩涉引起毁的预及应力醉损失σl1，按嫂下式冷计算环：其中航，张验拉端贩锚具穿变形祝和预击应力端筋滑亦动的势内缩演值（mm），丽按表5.朴2取用天；1.张拉澡端锚吊具变计形和耗钢筋温内缩害引起鼓预应贤力损堆失表5.首2锚具帖变形拿和钢竹筋内鲁缩值a(裁mm呼)项次锚具类别a1带螺帽的锚具：螺帽缝隙每块后加垫板的缝隙112钢丝束的镦头锚具13钢丝束的钢制锥形锚具54JM12锚具：当预应力筋为钢筋时当预应力筋为钢绞线时355单根冷拔低碳钢丝的锥形夹具5后张厚法构这件在俭张拉乱预应本力筋湾时，艇由于闯钢筋童与孔称道壁逝之间蠢的摩暮擦力伐存在民，它市将使方预应突力筋馒截面碌的应拦力随菜距张合拉端湿的距闻离的盒增大例而减闹小（图5.升5）。缎这种粗应力币损失深称为摩擦电损失。规范幼规定橡，摩日擦损邮失σl2按下袍列公途式计参算：其中戴，k,思μ按表5.销3取用缸；对于κx宋+μ垃θ≤阴0.圾2的预快应力锡混凝具土构同件，σl2可按箩下式拣近似妹计算垮：预应透力钢地筋与葬孔道旨壁之迹间的竞摩擦泛引起抽的预应帽力损边失设预泳应力娱钢筋毕与台吉座之控间的抄温差惧为Δt，钢胆筋的矿线膨魂胀系交数α=交1.竭0×爹10-5/℃，弹积性模态量Es=2累.0障×1诵05N/蔬mm2，于唐是预辫应力玻损失σl3为：σl3=Esεs=EsαΔ趣t=拣2×虾105×1包.0撤×1丽0-5Δt性即σl3=2摸Δt受张董拉的早钢筋蹲与承嘱受拉侍力的毯设备圈之间温差险引起胁的预卧应力姻损失所谓崭钢筋究应力句松弛，是针指钢领筋在挺高应起力状屯态下私，在兔长度桂不变酱条件纤下，资由于隆钢筋寸的塑利性变筑形而蹄使应馋力随狡时间月的延碎续而例降低疫的现庙象。（1）预应鼠力钢伪丝、沾钢绞挨线普博通松艳弛：钢丝阅、钢胁绞线允低松域弛：当σco清n≤0里.7握fpt皂k时4.预应妖力筋谅应力终松驰牧引起稀的预吐应力糕损失当0.归7fpt啦k＜σco凳n≤0咱.8肺fpt岂k时(2掉)热处间理钢狐筋：一次仁张拉σl4=0掘.0谎5σco语n超张脖拉σl4=0零.0晶35掏σco蝇n根据煮试验帮资料称和经赵验，铅规范箩规定也：混秤凝土搏收缩妇、徐咐变引吨起的倡预应撕力损戒失σl5按下富列公歌式计达算。（1）先张内法构律件5.混凝伏土收键缩、钞徐变做引起卷的预婶应力宜损失(2删)后张渣法构耕件对先旅张法咐构件对后所张法次构件图5.途5预应裂力钢修筋的筛应力暂损失σl2表5.录3摩擦壤系数孔道成型方式κμ预埋金属波纹管0.00150.25预埋钢管0.00100.30橡胶管或钢管抽芯成型0.00140.55（1）选择按变形杠小或涛预应湿力筋忍滑动杠小的俩锚具递或夹博具，漠尽量酬减少泳垫板描的数攀量，旗增加华先张魂法台祖座长刺度，籍以减庆小σl1值；（2）采用笑高强末度等霸级混红凝土达、高荷标号走水泥揪，降迈低水肿泥用机量，喇减小派水灰扩比，庄采用凝良好懒级配难的骨妨料，皇尽可故能提牺高混纺凝土蓝的密敢实度访并加厅强养蓬护，雅从而狮减少书预应骡力损烫失σl5；（3）钢筋族放张吵时混版凝土藏的实夕有立滩方体章强度护值不刷能定中得太订低，苏并使亲得混墙凝土愿的预安压应抱力σpc和σpc′不大寄于0.纱5fcu′；（二创）卸减少遇预应态力损够失的奔措施（4）对预灵应力域钢筋柴进行斗超张量拉，联以减全少钢弹筋松浆弛所覆引起艇的预睬应力追损失错；（5）采用阔合适红的施役工工盲艺，狮如对偏预应众力筋握进行弹两端福张拉绕，加耳热养海护采炸用“别两阶纤段升捡温养拘护”秩，即饺先在匠较低货温度却下养愿护，疤使混摊凝土偏达到凝一定途强度贤后，冶再升言温至疑规定申的温街度下柱进行缓养护现，从加而可寇减少垂由温助差和袋摩擦伴引起纯的预寇应力谎损失那。一、分预应闪力混耕凝土森结构托的材喊料预应释力混悼凝土讯结构额构件喊所用厕的混垃凝土栗，应满招足下静列要弃求：（1）强度修高。（2）收缩圣、徐秆变小炉。（3）快硬西、早洪强。选择粮混凝垃土强肺度等呼级时勺，应算考虑页施工傍方法亦（先距张或拨后张拢）、浙构件横跨度浩、使忙用情甜况（邻如有违无振烈动荷秧载）告以及嚷钢筋纺种类抓等因洞素。（一不）混防凝土第三壮节预应焰力混挤凝土劝构件颜的材王料及拌构造锁要求（二做）钢维材预应改力结懂构构妥件所桑用的俗钢筋睛（丝旨）应满染足下芹列要厕求：（1）强度脖高。（2）具有四一定相的塑岂性。（3）良好利的加河工性驴能。（4）与混关凝土袜之间毒有较粗好的映粘结摸强度征。特凤别是水先张素法构钞件，喘当采鲁用光突面高走强钢前丝时盐，表疗面应滚经“写刻痕协”或否“压序波”悦等措愤施处猾理后摄方能摩使用香。二、苗先张第法构冠件的袋构造握要求1.钢筋误（丝衣）间庆距先张萌法预袜应力灶钢筋爱之间衬的净求间距石应根便据浇链筑混揉凝土贡、施胃加预晨应力愤及钢伯筋锚控固等锡要求供确定顶。预应洁力钢腔筋之云间的捡净间掘距不退应小繁于其伴公称租直径制或等柴效直团径的1.距5倍，苦且应摩符合借下列欲规定梨：对催热处换理钢财筋及则钢丝扣，不绿应小售于15皇mm；对摄三股坝钢绞巴线，朗不应轧小于20俯mm；对寨七股塌钢绞乔线，恳不应穿小于25矿mm。2.钢丝明的并冤筋配宋筋方远式当先泳张法刮预应现力钢轿丝按葡单根丘方式揪配筋扣困难延时，疯可采架用相自同直忘径钢曾丝并炊筋的趟配筋传方式礼。并轻筋的茶等效衣直径炭，对狮双并扔筋应公取为芽单筋挽直径遗的1.薯4倍，减对三乖并筋定应取敌为单炮筋直稠径的1.驱7倍。并筋驱的保竿护层沸厚度付、锚关固长嫁度及晓预应筋力传异递长语度等射均应棚按等欧效直充径考自虑。当预刻应力猜钢绞脉线、告热处胸理钢娃筋采修用并涝筋方窗式时群，应虑有可弦靠的愉构造冈措施茫。3.钢筋吃的保树护层纵向纵预应密力钢脖筋的柴保护但层厚没度取敢值同毅普通堤钢筋馅混凝季土构口件。4.端部质附加脸钢筋先张岔法预拔应力殃混凝约土构玩件，诉预应添力钢数筋端互部周险围的也混凝懒土应钱采取耀下列庙加强赌措施艳：对单冲根预皆应力僚钢筋进，其然端部节宜设荡置长很度不拆小于15扩0m边m且不值少于4圈的抄螺旋轻筋（图5.丛23签(a素)）；往当有肌可靠秀经验逼时，梨亦可停利用阴支座肿垫板哄上的叠插筋益代替看螺旋均筋，娃但插厉筋数禁量不担应少惧于4根，斩其长泰度不赞宜小给于12蛙0m虾m(图5.曾23费(b江))。图5.烈23端部题附加绣钢筋铜的插郑筋三、雪后稠张法正构件脸的构浆造要注求1.预留怕孔道（1）对预鉴制构养件，只孔道缩慧之间位的水抗平净惊距不专宜小格于50窜mm；孔怜道至远构件枕边缘桥的净废距不璃宜小是于30毛mm，且妙不宜呈小于沈