第七章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件綜述

1、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一、預(yù)應(yīng)力混凝土基本概念二、施加預(yù)應(yīng)力的方法和錨具三、張拉控制應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力損失四、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念7.1.1概述1、普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，由于混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉應(yīng)變很小，所以在使用荷載作用下，一般均帶裂 縫工作。由于混凝土的過(guò)早開(kāi)裂，使鋼筋混凝土構(gòu)件存在 難以克服的缺點(diǎn)：一是裂縫的開(kāi)展使高強(qiáng)度材料無(wú)法充分利用。從結(jié)構(gòu)耐久性出發(fā) 必須限制裂縫開(kāi)展寬度，這就使高強(qiáng)度鋼筋無(wú)法發(fā)揮作用，相應(yīng)地也 不可能充分發(fā)揮高級(jí)別混凝土的作用。二是過(guò)早開(kāi)裂導(dǎo)致構(gòu)件剛度降低，為了滿(mǎn)足變形控制的要求，需 加大構(gòu)件截面尺寸。這樣做既不經(jīng)濟(jì)又增加了構(gòu)件自重，特

2、別是隨著 跨度的增大，自重所占的比例也增大，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 受到很多限制。2、預(yù)應(yīng)力混凝土的定義為了避免普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)早出現(xiàn)裂縫，并充 分利用高強(qiáng)度材料，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外荷載作用之前，可 通過(guò)一定方法預(yù)先對(duì)由外荷載引起的混凝土受拉區(qū)施加 壓力，用由此產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力來(lái)減小或抵消將來(lái)外荷載 所引起的混凝土拉應(yīng)力。這樣在外荷載施加之后，裂縫 就可延緩或不發(fā)生，即使發(fā)生了，裂縫也不會(huì)開(kāi)展過(guò)寬, 可滿(mǎn)足適用要求。這種構(gòu)件受外荷載以前預(yù)先對(duì)混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。7.1.2預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理1、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理F面就以圖7-1所示簡(jiǎn)支梁為例來(lái)說(shuō)明預(yù)應(yīng)力混

3、凝土的基本原理。山q(a)預(yù)加壓力作用TZEJX(b)使用荷載作用(c)預(yù)加壓力和使用荷載共同作用圖77預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的受力分析名稱(chēng)受力 簡(jiǎn)圖受力特征在預(yù)壓力作用下，坡面下邊 緣產(chǎn)生壓應(yīng)力，形成反拱R在外荷載作用下，截面下邊 緣產(chǎn)生拉應(yīng)力力，其撓度為A在預(yù)壓力及外荷載作用F, 截面下邊緣產(chǎn)生應(yīng)力內(nèi)一。1， 其撓度為人一人=/2、預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)與普通混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了構(gòu)件的抗裂性能，使構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫或減小了裂縫寬 度，擴(kuò)大了鋼筋混凝土構(gòu)件的應(yīng)用范圍。（2）增加了構(gòu)件的剛度，延遲了裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展，減少了構(gòu)件 的變形。（3）提高了構(gòu)件的耐久性，由于預(yù)應(yīng)力能使

4、構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫或減 小了裂縫，減少了外界環(huán)境對(duì)鋼筋的侵蝕，從而可以滿(mǎn)足構(gòu)件使用年 限的要求。（4）能充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)混凝土的性能，可以減少鋼筋用 量和構(gòu)件的截面尺寸，減輕構(gòu)件自重，節(jié)約材料，降低造價(jià)。預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件工作原理I外荷載作用（相當(dāng)于普通混凝土）搐應(yīng)力+外荷教=預(yù)應(yīng)力混凝土優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)（D提高構(gòu)件的抗裂度（當(dāng)一640時(shí)構(gòu)件不開(kāi)裂“2減少裂縫寬度，提高耐久性;（3）減小 撓度，提高刖度,擴(kuò)大使用范圍M4）充分利用高強(qiáng)材料，減輕自重，節(jié)約材料;（5）由于限制斜裂縫 的開(kāi)展，提高構(gòu)件抗剪強(qiáng)度；（6）預(yù)應(yīng)力鋼筋可減少縱向彎曲，提高受壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力;（7）在循 環(huán)荷載作用下，減少應(yīng)力變

5、化幅度提高構(gòu)件抗疲勞的力（D工藝復(fù)雜，質(zhì)垃要求高，技術(shù)含盤(pán)高;（2）需要專(zhuān)門(mén)設(shè)備（例如:先張法需要張拉臺(tái)座后張法需 要張拉機(jī)具,濯漿設(shè)備）;（3）后張法開(kāi)工費(fèi)用大，當(dāng)跨度小，數(shù)世少時(shí)，成本高;另外錨具用鋼量大適用范圍大型屋面板、屋面梁、空心板、桁架下弦、鐵路橋梁等7.2施加預(yù)應(yīng)力的方法和錨夾具7.2.1 施加預(yù)應(yīng)力的方法構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力的建立，都是依靠張拉鋼筋來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序，常用的施加預(yù)應(yīng)力的方法有以下兩種: 先張法和后張法1、先張法即先張拉鋼筋后澆注混凝土。其主要張拉程序?yàn)椋涸谂_(tái)座上按設(shè)計(jì)要求將鋼筋張拉到控制應(yīng)力一用錨具臨時(shí)固定一澆注混凝土一待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75

6、%以上切斷放松鋼筋。其傳力途徑是依靠鋼筋與混凝土的粘結(jié)力阻止鋼筋的彈性回彈，使截面混凝土獲得預(yù)壓應(yīng)力。臨時(shí)固定張拉(6)固定端張拉臺(tái)座伸長(zhǎng)圖6.1先張法工藝流程先張法施工簡(jiǎn)單，靠粘結(jié)力自錨，不必耗費(fèi)特制錨具，臨時(shí)錨具可以重復(fù)使用（一 般稱(chēng)工具式錨具或夾具），大批量生產(chǎn)時(shí)經(jīng) 濟(jì)，質(zhì)量穩(wěn)定。適用于中小型構(gòu)件工廠化生 產(chǎn)。2、后張法有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土先澆混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，再?gòu)埨摻睿ㄤ摻钍?。其主要張拉程序?yàn)椋郝窆苤瓶滓粷不炷烈怀楣芤火B(yǎng)護(hù)穿筋張拉一錨固一灌漿（防止鋼筋生銹）。其傳力途徑是依靠錨具阻止鋼筋的彈性回彈，使截面混凝土獲得預(yù)壓應(yīng)力。這種做法使鋼筋與混凝土結(jié)為整體，稱(chēng)為

7、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土由于粘結(jié)力（阻力）的作用使得預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力降低,導(dǎo)致混凝土壓應(yīng)力降低，所以應(yīng)設(shè)法減少這種粘結(jié)。這種方法設(shè)備簡(jiǎn) 單，不需要張拉臺(tái)座，生產(chǎn)靈活，適用于大型構(gòu)件 的現(xiàn)場(chǎng)施工。 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土 其主要張拉程序?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋沿全長(zhǎng)外表涂刷瀝青等潤(rùn)滑防腐材料一包上塑料紙或套管(預(yù)應(yīng)力鋼筋 與混凝土不建立粘結(jié)力)一澆混凝土養(yǎng)護(hù)一張拉鋼筋 一錨固。 施工時(shí)跟普通混凝土一樣，將鋼筋放入設(shè)計(jì)位置可以直接澆混凝土，不必預(yù)留孔洞、穿筋、灌漿，筒 化施工程序，由于無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力 增大，降低造價(jià)，適用于跨度大的曲線配筋的梁體。張拉力圖6.2后張法主要工之流程示意圖

8、(a)澆注構(gòu)件混凝土，預(yù)留孔道，穿入鋼筋束; (b)張拉鋼筋并錨固；(c)往孔道內(nèi)灌漿3、先張法和后張法的優(yōu)缺點(diǎn)先張法采用工廠化的生產(chǎn)方式，當(dāng)前采用較多的是在臺(tái)座上張 拉，臺(tái)座越長(zhǎng)，一次生產(chǎn)的構(gòu)件就越多。先張法的工序少、工藝簡(jiǎn) 單、質(zhì)量容易保證，但它只適于生產(chǎn)中、小型構(gòu)件，如樓板、屋面 板等。后張法的施工程序及工藝比較復(fù)雜，需要專(zhuān)用的張拉設(shè)備，需 大量特制錨具，用鋼量較大，但它不需要固定的張拉臺(tái)座，可在現(xiàn) 場(chǎng)施工，應(yīng)用靈活。后張法適用于不便運(yùn)輸?shù)拇笮蜆?gòu)件。7. 2. 2錨具和夾具錨固預(yù)應(yīng)力鋼笳的工具分為錨具和夾具兩種類(lèi)型.當(dāng)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件 制成后能夠取下重復(fù)使用的稱(chēng)夾具，而留在構(gòu)件上不再取下的稱(chēng)錨

9、具。目前我國(guó)常用的錨具和夾具根據(jù)受力原理的不同常分為以下幾種：(1)依靠摩擦力錨固的錨具。如錐形錨、波型夾具、JM12型錨具、 XM型錨具及QM型錨具等。(2)依靠承壓錨固的錨具。如徼頭錨具及夾具、鋼筋螺紋錨具。(3)依靠鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力進(jìn)行錨固的。常用的錨夾具有：螺絲端桿錨具、錐形錨具(GZ型錨具)、JM12型 錨具、QM型預(yù)應(yīng)力錨具體系、XM型預(yù)應(yīng)力錨具體系、徼頭錨具等。/ J/*夾具：主要依靠摩擦力來(lái)夾住鋼筋， 它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后 夾具的作用即消失摩擦型錨具領(lǐng)購(gòu)2S: Q.*錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨 具失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消 失，融墩頭錨具粘結(jié)型錨具：利用構(gòu)件

10、端部預(yù)留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力筋承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在端部7.3張拉控制應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力損失7. 3.1張拉控制應(yīng)力1、張拉控制應(yīng)力/所是 指張拉鋼筋時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋必須達(dá)到的預(yù)拉應(yīng)力值。使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞越大，混凝土中的 預(yù)壓應(yīng)力越大，但過(guò) 大會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題預(yù)應(yīng)力筋過(guò)早進(jìn)入流幅，降 低其塑性增加鋼筋的松弛損失如錨具變形、管道摩擦、臺(tái) 座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛 損失等一批損失后期損失或第 二批損失發(fā)生在預(yù)應(yīng)力傳 到混凝土之后如混凝土收縮徐變、局部擠 壓損失等2、張拉控制應(yīng)力的大小與鋼筋種類(lèi)和施工方法有關(guān),規(guī)范規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力。8 n

11、不宜超過(guò)表77規(guī)定的數(shù)值，且不應(yīng)小于0.4%tk。表7-1張拉控制應(yīng)力限值鋼筋種類(lèi)張拉方法先張法后張法消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線0溝k0.75/ptk熱處理鋼筋070/坤0654tli7.3. 2預(yù)應(yīng)力損失,口 d i谷發(fā)生在預(yù)應(yīng)力傳前期損失或第到混凝土之前期損失或第 一批損失后期損失或第 二批損失預(yù)應(yīng)力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應(yīng) 予分項(xiàng)計(jì)算，然后相加確定總的損 失值但各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值又不是截然無(wú)關(guān)的。試 圖求得各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的“凈值”是很困難 的。1、錨具變形和鋼筋回縮損失加由于錨具、墊塊本身的變形,其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失張拉端錨具的變形 和鋼筋的內(nèi)縮值預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量張拉

12、端至錨固端 之間的距離應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題:*由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)考 慮填逢間的預(yù)壓變形。當(dāng)采用 混凝土或砂漿為填逢材料時(shí)， 每條縫的預(yù)壓變形值為1mm o*先張法構(gòu)件，當(dāng)臺(tái)座長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí)，可忽略/*后張法構(gòu)件，為只考慮張拉端, 張拉過(guò)程中已被壓緊因錨, 121端錨具在2、孔道摩擦損失加措施:錨固端3、溫差應(yīng)力損失3混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間溫差引起的損失鋼筋的線膨脹系數(shù)b/3 = 0.00001 ME0.00001 X Az X 2 X 10=2 A r ( TV / nun 2 )"采用二次升溫法可減少氣：先在常溫下養(yǎng)護(hù)，當(dāng)混 凝土的強(qiáng)度達(dá)到7.5 lON/mmN

13、時(shí)再逐漸升溫溫度回落到L時(shí)由于混凝土 已結(jié)硬和鋼筋同時(shí)回縮.此處的應(yīng)力為4、應(yīng)力松弛損失b/4鋼筋在高應(yīng)力作用下，長(zhǎng)度不變而應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低 的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力松弛。廿鋼筋張拉后1小時(shí)內(nèi)約完成總松弛的50%, 24小時(shí)內(nèi)完成總松弛的80%,以后逐漸收斂：采用超張拉時(shí)為0.9,不采用時(shí)為1.0b/4 = a w退)- b)b由 f yJ :t:常數(shù)參見(jiàn)規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容采用超張拉可以減少口議的張拉程序?yàn)?。?gt; 設(shè)9 歲"。n> ° u> -在高應(yīng)力下，本需1小時(shí)才能完成的損失，在25分鐘內(nèi)就完成了大部分5、混凝土收縮徐變損失6s收縮和徐變兩者相互有關(guān)，很難精確計(jì)算

14、，為了簡(jiǎn)化兩 項(xiàng)損失可合并考慮A +ZT九b/5 =C + Dp受拉區(qū)或受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合 力作用點(diǎn)處混凝上的法向壓應(yīng)力高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應(yīng)增加2030%受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預(yù)應(yīng)力鋼筋和非 預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率6、鋼筋擠壓混凝土損失b/6采用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作為配筋的環(huán)形構(gòu)件，由 于預(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減 小所引起的損失當(dāng)dM3m時(shí)(7/6 = 30 Mpa7、預(yù)應(yīng)力損失的組合預(yù)應(yīng)力損失的組 合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件第一批損失,5戶(hù)52第二批損失5“5554+55+56預(yù)應(yīng)力總損失 的下限值先張法構(gòu)件：5之l(M)N/mm2后張法構(gòu)件：o/>80N/mm27.

15、4預(yù)應(yīng)力混凝土的材料及主要構(gòu)造要求7.4.1、 預(yù)應(yīng)力混凝土的材料1 .鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉時(shí)受到很高的拉應(yīng)力，在使用荷載下，其拉應(yīng) 力還會(huì)繼續(xù)提高，因此必須采用高強(qiáng)度鋼筋。預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲和熱處理鋼筋。2 .混凝土在張拉(或放松)鋼筋時(shí)，混凝土受到高壓應(yīng)力的作用。這種壓應(yīng) 力越高，預(yù)應(yīng)力的效果越好，因此預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土應(yīng)采用強(qiáng)度等 級(jí)高的混凝土，一般不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋 作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40。7.4.2構(gòu)造要求1先張法構(gòu)件 (1)預(yù)應(yīng)力鋼筋的凈距及保護(hù)層應(yīng)滿(mǎn)足 的要求。 A、對(duì)多根預(yù)應(yīng)力鋼筋，其端部10d范圍 內(nèi)應(yīng)設(shè)置35片與預(yù)應(yīng)力鋼筋垂直的鋼筋 網(wǎng)。 B、對(duì)鋼絲配筋的薄板，在端部100mm范 圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)加密橫向鋼筋。 (2)端部加強(qiáng)措施 A、對(duì)單根預(yù)應(yīng)力鋼筋，其端部直設(shè)置長(zhǎng)度50mm 且不少于4圈螺旋筋。 B、當(dāng)有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)，亦可利用支座墊板上的插筋 代替螺旋筋但不少于4根，長(zhǎng)度20