建筑结构：预应力混凝土完整版

4.4预应力混凝土结构一、预应力混凝土结构的原理二、预应力结构的构造§4.4.1预应力混凝土结构的原理一、基本概念跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200×450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。挠度达到0.25mm钢筋混凝土的缺欠★因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms下sss=(0.5~0.7)fy。对于Ⅱ级钢筋，fy=300MPa，sss=150~210MPa，裂缝宽度已达(0.15~0.25)mm。如采用Ⅵ级高强钢筋，fy=580MPa，则sss=290~406MPa，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，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。★

如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。★

采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。

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筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力C。构件开裂后，钢筋拉力T和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。 优点：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，自重轻，适用于大跨结构在正常使用条件下，裂缝小，耐久性好。预拱，使构件挠度减小，刚度大。二、预加应力方法先张法张拉钢筋浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递后张法预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件穿预应力钢筋锚固钢筋，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。目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，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。避免预留孔洞，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6m的楼板及大跨度梁。无粘结预应力束三、预应力混凝土结构的材料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、钢丝和热处理钢筋刻痕钢丝螺旋肋钢丝钢绞线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。混凝土四、张拉控制应力与预应力损失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）所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力scon。张拉控制应力scon取值越高，预应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。但scon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。因此，《规范》规定了张拉控制应力限值[scon]。为避免scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，《规范》规定scon不应小于0.4fptk。§4.4.2预应力混凝土结构的构造一般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预拉区裂缝，以及减少支座附近的主拉应力，支座处预应力钢筋弯起；端部非对称布置的预应力钢筋应在端部0.2h范围用附加钢筋加强；对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部100mm范围附加不少于2根横向钢筋；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。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，预应力筋中应力会从scon逐步减少，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。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的因素，都将引起预应力损失，主要有：锚固损失s11：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移摩擦损失s12：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦