第四节 预应力混凝土结构的基本知识

第四章混凝土结构第四节预应力混凝土结构的基本知识1本节主要内容1、预应力混凝土的概念及优缺点2、预应力的施加方法3、预应力的损失4、预应力混凝土结构计算基本原理5、预应力混凝土材料和构件的尺寸形状

2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。3

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。在使用阶段钢筋砼构件一般是带裂缝工作的！由上可见钢筋混凝土结构存在的主要问题就是裂缝问题。4——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？8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：91011在钢筋混凝土结构中情况如何呢？12第四节预应力混凝土结构的一般知识4.1预应力混凝土的概念一、钢筋混凝土的缺点（抗裂性能差和难以采用高强钢筋）钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，所以在使用荷载作用下，通常是带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件，不能充分利用受拉钢筋的强度。13

预应力混凝土结构就是构件在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混凝土区域施加压力，构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分拉应力；从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展。14二、预应力混凝土结构的特点

（与非预应力混凝土结构相比）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153．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。16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。174.2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——18先张法——19一.先张法在先张法中，预应力是靠钢筋与砼之间的粘结力来传递的。施加预应力是靠张拉钢筋来实现的——即张拉高强度的钢筋，并将其锚固在砼构件内，由于钢筋弹性回缩，就使砼受压。20后张法——21二．后张法后张法是靠锚具来保持预应力的，锚具将永远附在构件上。2223后张法24后张法2526四．先张法和后张法的比较：先张法：工艺简单，靠粘结力锚固预应力筋不需要永久性的工作锚具，但需要台座或钢模等设施。适于：在预制厂制造标准预应力构件，如楼板或过梁等。后张法：通过锚具传递预压应力工艺较复杂，慢，需要在构件上安装永久性的工作锚具，成本高。适于：现场浇筑、就地张拉、吊装的大型建筑中的特大构件。27预应力钢筋张拉后，由于各种因素，预应力钢筋中应力会从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。4.3、预应力损失1、预应力损失的概念▲只有最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。28（1）锚固损失：锚具变形引起预应力钢筋的回缩、滑移。（2）摩擦损失：在预应力钢筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦；先张法预应力钢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。（3）混凝土的收缩和徐变引起的损失。（4）松弛损失：长度不变的预应力钢筋，在高应力的长期作用下会产生松弛，会引起预应力损失。（由于预应力是通过张拉预应力钢筋得到，因此凡是能使预应力钢筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有）2、引起预应力损失的因素29（6）混凝土的局部挤压损失：如直径

3m的环形构件中的螺旋式预应力钢筋。（7）弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。（5）温差损失：先张法中的热养护引起的预应力损失。304.5预应力砼的材料和构件的尺寸形状一．预应力钢筋（一）对钢筋性能要求：⑴.强度高——使混凝土获得较高的预压应力；⑵.良好的塑性——以保证在较高应力下不会发生拉断破坏；⑶.良好的可焊性——以保证必要的加工；⑷.与砼有较好的粘接强度原因：预应力钢筋——高应力状态31（二）

预应力钢筋分类国内常用的预应力钢筋有钢筋、钢丝、钢绞线；分为两大类：1．无物理屈服点钢筋（丝）（1）钢铰线

——由多股（3或7股）高强钢丝铰合而成，再经低温回火制成。特点：钢铰线比单根钢丝直径大，但具有一定的柔性，施工方便且不降低强度。32

（2）消除应力钢丝——经过低温回火处理的钢丝称为。解释：高碳钢经过多次冷拔，存在较大的内应力，需采用低温回火来消除内应力。在外形上分为：光面、刻痕及螺旋肋三种33（3）热处理钢筋——用热轧中碳钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋。特点：具有强度高、松弛小等特点，以圆盘形式供应，省掉对焊和整直等工序，施工方便。342．有物理屈服点钢筋冷拉低合金钢——采用热轧钢筋经冷拉后得到。特点：钢筋经冷拉后屈服强度提高，塑性有所降低。钢筋冷拉后可以提高抗拉强度，当钢筋用于抗压时，其强度并不提高。规范提倡优先采用强度高、性能好的预应力钢筋（钢丝、钢铰线）。注：钢筋冷拔后则同时提高抗拉及抗压强度。35二．混凝土预应力砼结构对砼性能的要求是：（1）高强度——必须！砼强度等级愈高，承受的预压应力愈大，能显著提高构件的抗裂度；（2）收缩、徐变小：以减少构件的预应力损失。（3）快硬、早强：