预应力砼构件

预应力砼构件主要内容◆预应力技术工程应用◆预应力砼构件特点◆预应力砼构件材料◆预应力砼构件施工方法8.1概述8.2预应力砼的材料8.3施加预应力的方法第八章预应力砼构件教学要求◆了解预应力砼构件特点◆了解预应力砼构件材料◆了解预应力砼构件施工方法一.概述1.预应力及其应用◆预应力的概念

预应力是为了部分或全部抵消使用荷载而人为地引入某一量值的反向荷载。◆预应力在砼结构中的应用

●我国对预应力砼的研究始20世纪50年代初，1955年，我国铁道部门完成了跨度12m的预应力砼梁的试制和试验，1957年，在京周公路上建成了第一座跨径20m的简支T形截面公路预应力砼梁桥。●1886年美国人杰克逊首先应用预应力砼制作建筑配件，后又用它制作楼板。●1928年法国弗来西奈（Freyssinet）将高强度钢丝用于预应力砼，克服了因砼徐变造成的预应力完全丧失问题，从而使预应力砼结构在工程上广泛应用。

横跨法国马恩河的卢赞西桥，跨长55米，1940年完工，弗来西奈设计的第一座主要的预应力混凝土桥．

四川省巴中江北广场，四川大学建环学院建工二所设计，2002年竣工，采用钢铰线。22（跨中）（端头）◆预应力在钢结构中的应用

攀枝花市体育馆多次预应力钢网壳，1994年9月建成。

◆混合式应用预应力钢－砼组合结构2.预应力砼构件的特点◆优点

●抗裂性好，刚度大，耐久性好；

●合理用材，减少自重；

●预压应力有利抗剪；

●材料基本处于弹性工作阶段，抗疲劳性好。◆缺点

●生产工艺较复杂，技术水平要求高；

●需要专门设备和配件；

●反拱不易控制；

●量少不经济。3.预应力砼的分类◆按抗裂度划分依据1970年国际预应力砼协会（FIP）、欧洲砼委员会（CEB）建议：

对应裂缝控制等级为一级的构件，特点为：

①抗裂性好，，严格不开裂；②抗疲劳性好③反拱大④延性差常用于对抗裂或抗蚀要求高的结构或构件，如贮液罐、吊车梁、反应堆安全壳等。●全预应力砼●有限预应力砼对应裂缝控制等级为二级的构件，一般不开裂。●普通砼

●部分预应力砼对应裂缝控制等级为三级的构件，允许开裂，但①可合理控制裂缝节约钢材；②控制反拱值；③延性较好；④计算较复杂。

,其特点为：◆按预应力度划分预应力度：

依据中国土木工程学会《部分预应力砼结构设计建议》（1986年）：●全预应力砼●部分预应力砼●普通砼◆按粘结方式划分①体内式●有粘结预应力砼●无粘结预应力砼

②体外式4.预应力砼材料●非预应力钢筋

●预应力筋

①材质要求：按国家《预应力砼用钢丝》（GB5223-95）执行。主要有六方面内容：◆砼

●高强度，最低要求：不应低于C30，对应钢绞线、钢丝、热处理钢筋不宜低于C40。

●品质好，质量控制高于普通砼结构

●快硬早强◆钢筋ⅰ.强度ⅱ.塑性ⅲ.加工性液压冷作镦头ⅳ.粘结ⅴ.应力松驰显微镜下的金属多晶体结构松驰损失的终值,以百分比表示时间(小时)P387表8-1“1000小时松驰值（70%）（80%）”

一般最终应力松驰值为1000小时应力松驰值的2～4倍。ⅵ.抗腐蚀、抗应力腐蚀

镀锌、环氧涂层、西卡Sika钢筋砼阻锈剂。②预应力钢筋种类ⅰ.钢丝ⅱ.钢铰线ⅲ.热处理钢筋ⅳ.冷拉钢筋

◆非钢材预应力筋纤维加劲塑料5.施加预应力的方法注意：截断预应力筋须待砼结硬强度≥75%设计强度之后。◆先张法◆后张法

注意：张拉预应力筋须待砼结硬强度≥75%设计强度之后。◆电热法

原理：热胀冷缩。方法：利用钢筋电阻，通以强电流使之热伸长到预定值，然后断电加锚。大同煤矿贮煤仓6.锚具、配件及张拉设备◆锚具分类●按受力原理①依靠摩阻力锚固之锚具楔形（夹片）锚具②依靠承压锚固之锚具镦头锚具螺纹锚具③依靠粘结力自锚●按工作性能据《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-92。锚具效率系数锚具实测总应变对锚具施加的极限拉力各根预应力筋极限拉力之和预应力筋效率系数Ⅰ类锚具：须满足Ⅱ类锚具：

锚具类别应根据锚具的锚固性能和结构的受力条件由工程设计单位按下列规定选用：ⅰ.对于承受动、静荷载的预应力砼结构，应选用Ⅰ类锚具；ⅱ.对于有粘结预应力砼结构，且锚具处于预应力变化不大的部位，可选用Ⅱ类锚具。钢筋连接器◆配件金属波纹管◆张拉设备

千斤顶主要内容◆张拉控制应力◆预应力损失计算◆预应力损失组合8.4预应力损失计算第八章预应力砼构件教学要求◆了解张拉控制应力限值要求◆熟悉预应力损失种类、确定方法及减小措施◆了解预应力损失组合二.预应力损失1.张拉控制应力

构件最初获得的预应力与该构件在以后的各阶段所能保持的预应力的差值。●与钢种有关●与施工方法有关●与目前我国土建行业有关◆房建

据砼规范GB50010-2002，张拉控制应力不宜超过下表限值要求，且不应小于。在下列情况之一，可提高ⅰ.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钢筋；ⅱ.要求部分抵消由于应力松弛、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等因素产生的预应力损失。◆公路桥涵据公路桥涵规范JTJ023-85张拉控制应力下限未作规定。上限2.预应力损失计算◆预应力筋与孔道壁间摩擦引起

取预应力筋微分段作用受力分析（推导可参见天津大学、同济大学、东南大学主编《混凝土结构》上册第二版），有：弧形段直线段P401表8-6应作修改

单位:m单位:rad●先张法◆锚具变形、钢筋内缩引起●后张法①园弧曲线张拉抛物线形近似按园弧形反向摩擦影响长度

假设正反两个方向的摩擦系数相等，取端头预应力损失为②有拐点园弧曲线、端头直线张拉砼规范GB50010-2002附录D③端部为直线的折线形张拉砼规范GB50010-2002附录D◆蒸汽养护时产生的预应力损失◆钢筋应力松驰引起条件：1000h，20C°

◆砼收缩和徐变引起砼净截面积不含预应力筋净截面积●●◆环向预应力钢筋挤压砼而产生3.预应力损失组合当有转向装置计入其影响，一般取零规范规定：4.预应力总损失估算◆我国无粘结预应力规程JGJ/T92-93估算预应力筋面积：◆林同炎提出例题1.例8-1中JM12-5锚具主要内容◆轴心受拉构件各阶段受力分析

◆轴心受拉构件设计计算8.5预应力砼轴心受拉构件设计第八章预应力砼构件教学要求◆熟悉预应力砼轴心受拉构件各阶段受力分析原理◆掌握预应力砼轴心受拉构件设计计算方法三.预应力砼轴心受拉构件设计（一）各阶段受力分析

1.先张法构件●张拉时

●张拉后放张前锚具变形、钢筋内缩◆施工阶段●放张后当砼达到一定强度，放张瞬间，砼构件回缩反弹再据内力平衡◆使用阶段使用前有（拉）（压）（压）●消压状态外力作用使砼的压应力为0●加载到临界开裂状态●开裂至钢筋屈服破坏

因预应力与承载力极限状态无关，故对构件施加预应力不会提高其正截面承载力。2.后张法构件●锚固结束时锚具变形钢筋内缩●张拉阶段张拉而没有锚固时◆施工阶段●张拉前

●锚固结束后出现第二批预应力损失据内力平衡◆使用阶段

●消压状态

对比先张法●开裂至钢筋屈服破坏●加载到开裂临界状态

（二）预应力砼受拉构件设计计算1.使用阶段计算

◆承载力计算

◆抗裂度验算●一级构件严格不开裂●二级构件●三级构件与普通砼轴心受压拉构件的区别：2.施工、运输、吊装阶段砼强度验算◆张拉（或放张）时构件承载力◆运输、吊装时强度验算◆传递长度

先张法构件预应力筋拉应力从端部为零逐渐增加到有效张拉应力的长度。3.传递长度和锚固长度●作用

为了对先张法构件端部进行抗裂验算，应弄清传递长度范围内预应力筋的实际应力值的变化。●受力机理●传递长度计算公式放张时的受力状态由平衡条件◆锚固长度计算截面受力钢筋应力达到屈服强度而不与粘结之砼产生相对滑移失效的长度。对于预应力筋的最小锚固长度注意：ⅰ.从传递长度计算公式的形式看与锚固长度计算公式相似，但由于预应力筋回缩效应，其值小于锚固长度。ⅱ.锚固长度不仅对先张法构件有意义而且对后张法粘结力自锚锚具也有意义。◆弹性应力分析

4.局部承压◆验算公式●验算截面尺寸

防止因截面过小发生脆性破坏●配筋后的局压承载力验算

配筋形式配筋范围配筋要求网片螺旋筋验算公式5.构造要求