第七章 預應力混凝土構件

鋼筋混凝土結構

ReinforcedConcreteStructure0緒論

1建筑結構計算基本原則

2建筑結構材料

3鋼筋混凝土受彎構件

4鋼筋混凝土縱向受力構件

5鋼筋混凝土受扭構件

6鋼筋混凝土構件的裂縫、變形和耐久性

7預應力混凝土構件杭州城站火車站第一節(jié)預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件由于混凝土的抗拉性能很差，使得鋼筋混凝土構件出現(xiàn)了兩個問題：1、鋼筋混凝土受拉、受彎等構件通常帶裂縫工作；

2、為保證結構耐久性，必須限制裂縫寬度。解決問題的首先想到的方法：

1、加大截面尺寸——自重過大；

2、采用高強度鋼筋——裂縫過寬，無法滿足使用要求；

3、提高混凝土強度等級——抗裂性能提高不明顯。

上述方法都不能很好地解決大跨度結構，以及承受動載結構

中裂縫寬度過大，變形嚴重的問題。繼續(xù)思考：

能否借助混凝土較高的抗壓能力來彌補其抗拉能力的不足？第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件１、預應力構件

基本原理：

預先在混凝土受拉區(qū)施加壓應力，使其減小或抵消荷載引起的拉應力，將構件受到的拉應力控制在較小范圍，甚至處于受壓狀態(tài)，即可控制構件裂縫寬度，甚至可以使構件不產生裂縫。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力混凝土的特點1、增強結構抗裂性和抗?jié)B性2、改善結構耐久性3、提高結構與構件的剛度，減少變形4、提高結構的抗疲勞能力5、減輕構件自重7、合理利用高強材料6、提高構件的跨越能力8、工序較多，施工較復雜，且需張拉設備和錨具等。注意：預應力混凝土不能提高構件的承載能力。也就是說，當截面和材料相同時，預應力混凝土與普通鋼筋混凝土受彎構件承載能力相同。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件預應力與木桶雞：

木桶在制作過程中，用鐵箍把木板箍緊，目的是為了使木板間產生環(huán)向預壓力，裝水或裝湯后，由水產生環(huán)向拉力，預壓力抵消掉全部拉力，就不會漏水。3、預應力混凝土的分類分為全預應力混凝土

和部份預應力混凝土兩類。在使用荷載作用下，不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應力的構件，稱為全預應力混凝土，屬嚴格要求不出現(xiàn)裂縫的構件；

允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值的構件，則稱為部分預應力混凝土，屬允許出現(xiàn)裂縫的構件。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力混凝土的分類按照粘結方式，預應力混凝土還可分為有粘結預應力混凝土和無粘結預應力混凝土。無粘結預應力混凝土，是指配置無粘結預應力鋼筋的后張法預應力混凝土。無粘結預應力鋼筋是將預應力鋼筋的外表面涂以瀝清、油脂或其他潤滑防銹材料，以減小摩擦力并防銹蝕，并用塑料套管或以紙帶、塑料帶包裹，以防止施工中碰壞涂層，并使之與周圍混凝土隔離，而在張拉時可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預應力鋼筋。從90年代開始，無粘結束技術已在我國的某些橋梁工程中得到應用，目前最大跨度可達到20m。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件4、施加預應力的方法（1）、先張法先張拉預應力鋼筋，然后澆筑混凝土的施工方法，稱為先張法。主要工藝過程：穿鋼筋→張拉鋼筋→澆筑混凝土并養(yǎng)護→切斷鋼筋第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件4、施加預應力的方法（2）、后張法

先澆筑混凝土，待混凝土硬化后，在構件上直接張拉預應力鋼筋，這種施工方法稱為后張法。主要工藝過程：澆筑混凝土構件（在構件中預留孔道）并進行養(yǎng)護→穿預應力鋼筋→張拉鋼筋并用錨具錨固→往孔道內壓力灌漿。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件先張法與后張法的比較（１）、張拉順序先張法——先張拉鋼筋，后澆注混凝土后張法——先澆注混凝土，后張拉鋼筋（２）、工藝過程先張法——穿鋼筋→拉鋼筋→澆混凝土→養(yǎng)護至75％→斷鋼筋后張法——留孔道→澆混凝土→養(yǎng)護至75％→穿鋼筋→拉鋼筋→錨鋼筋→壓力灌漿。（３）、預壓應力的傳遞先張法——傳遞主要靠鋼筋和混凝土間的粘結力，因此，必須待混凝土達到設計強度75％以上，方可切斷鋼筋；后張法——主要通過工作錨具傳遞，因此，張拉鋼筋時，混凝土強度必須達到設計強度75％以上。第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件（５）、缺點先張法——需要臺座，不適合現(xiàn)場施工；后張法——生產周期較長，需工作錨具，鋼材消耗多，成本較高；

工序多，操作復雜，造價高于先張法。（６）、適用的構件先張法——適于工廠化生產，適宜長線法生產中、小型構件；后張法——大型預應力混凝土構件。（４）、優(yōu)點先張法——工藝簡單，工序少，效率高，質量易保證，由于省去了錨具和預埋件，成本較低；后張法——預應力鋼筋直接在構件上張拉，無需臺座，可在預制廠生產，也可在施工現(xiàn)場生產。先張法與后張法的比較第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件5、錨具與夾具①、錨固鋼絲的套筒式夾具

②、錨固粗鋼筋用的螺絲端桿錨具（如下圖）

③、錨固直徑12mm或鋼絞線的夾片式錨具（如右圖）螺絲端桿錨具鋼絞線夾片式錨具第一節(jié)

預應力混凝土的基本概念

第七章鋼筋混凝土預應力構件6、機具設備1、張拉設備（如千斤頂）

2、制孔器材

（如抽拔橡膠管、螺旋金屬波紋管）

3、灌孔水泥漿和壓漿機↑用鍍鋅或不鍍鋅低碳鋼帶螺旋折疊咬口制成的金屬管，用于后張法預應力砼結構或構件的成孔。↓夾片錨張拉千斤頂在張拉預應力鋼筋時所達到的規(guī)定應力，稱為張拉控制應力，用表示第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件1、張拉控制應力張拉控制應力適當取高些是有利的，但不是越高越好?？刂茟εc預應力鋼筋的強度設計值越接近時，構件的開裂彎矩與極限彎矩就越接近，構件延性就越差?！俺瑥埨薄獮榱藴p少預應力的損失，張拉預應力鋼筋時常采取的一種工藝操作方法。減少摩擦損失的措施有：（1）采用兩端張拉；（2）采用“超張拉”工藝，其工藝程序為：停2min停2min第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件1、張拉控制應力表6.2.1張拉控制應力限值鋼筋種類張拉方法先張法后張法消除應力鋼絲、鋼絞線熱處理鋼筋——預應力鋼筋極限抗拉強度標準值張拉控制應力值均不應小于（5）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（1）張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失2、預應力損失及其減小措施預應力損失共有以下六種：（2）預應力鋼筋與孔道的摩擦引起的預應力損失（3）混凝土加熱養(yǎng)護時，預應力鋼筋與臺座間溫差引起的預應力損失（4）預應力鋼筋應力松馳引起的預應力損失（6）環(huán)形構件采用螺旋預應力筋時局部擠壓引起的預應力損失第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（1）張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1

2、預應力損失及其減小措施①張拉直線鋼筋時a——張拉端錨具變形和鋼筋內縮值l——張拉端至錨固端之間的距離第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（1）張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1

2、預應力損失及其減小措施減少σl1的措施：選擇錨具變形小或使預應力鋼筋內縮小的錨具、夾具，并盡量少用墊塊增加臺座長度。采用先張法生產的構件，當臺座長度為100米以上時，σl1可忽略不計。第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（1）張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1

2、預應力損失及其減小措施②張拉曲線鋼筋時rc

——圓弧曲線預應力鋼筋的曲率半徑lf

——反摩擦影響長度第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（2）預應力鋼筋與孔道的摩擦引起的預應力損失σl2

2、預應力損失及其減小措施包括：張拉曲線鋼筋時由預應力鋼筋與孔道壁之間的發(fā)向正壓力引起的摩阻力和預留孔道因施工中等原因發(fā)生偏離設計位置導致的摩阻力μ——預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)θ——從張拉端至計算截面曲線孔道部分切線的夾角

x——張拉端至計算截面的孔道長度k——考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力損失及其減小措施減少σl2的措施：采用兩端張拉采用超張拉（2）預應力鋼筋與孔道的摩擦引起的預應力損失σl2

停2min停2min第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（3）混凝土加熱養(yǎng)護時，預應力鋼筋與臺座間溫差引起的預應力損失σl3

2、預應力損失及其減小措施α——預應力鋼筋的線膨脹系數(shù)θ——預應力鋼筋與承受拉力的設備之間的溫差第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力損失及其減小措施減少σl3的措施：采用兩次升溫養(yǎng)護：先在常溫下養(yǎng)護，待混凝土達到一定強度等級，例如達到C7.5～C10時，再逐漸升溫至規(guī)定的養(yǎng)護溫度，此時可認為鋼筋和混凝土已結成整體，能夠一起脹縮而不引起應力損失在鋼模上張拉預應力鋼筋：升溫時，鋼筋與鋼模溫度相同，可不考慮此項損失（3）混凝土加熱養(yǎng)護時，預應力鋼筋與臺座間溫差引起的預應力損失σl3

第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（4）預應力鋼筋應力松馳引起的預應力損失σl4

2、預應力損失及其減小措施對預應力鋼絲、鋼絞線：對熱處理鋼筋：第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力損失及其減小措施影響σl4的因素：采用超張拉：在高應力短時間所產生的松弛損失可達到在低應力下需經過較長時間才能完成的松弛數(shù)值（4）預應力鋼筋應力松馳引起的預應力損失σl4

①應力松弛與時間有關②應力松弛損失與鋼材品種有關③張拉控制應力值越高，應力松弛越大減少σl4的措施：第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（5）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失σl5

2、預應力損失及其減小措施1）對一般情況第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（5）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失σl5

2、預應力損失及其減小措施2）對處于干燥環(huán)境的結構，σl5的指應增加30%。第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件2、預應力損失及其減小措施①采用高標號水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土②采用級配較好的骨料，加強振搗，提高混凝土的密實性③加強養(yǎng)護，以減少混凝土的收縮減少σl5的措施：（5）混凝土收縮和徐變引起的預應力損失σl5

第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件（6）環(huán)形構件采用螺旋預應力筋時局部擠壓引起的預應力損失

σl6

2、預應力損失及其減小措施σl6的大小與環(huán)形構件的直徑d成反比，直徑越小，損失越大

當后張法構件的預應力鋼筋采用分批張拉時，應考慮后批張拉鋼筋所產生的混凝土彈性壓縮（或伸長）對先批張拉鋼筋的影響，將先批張拉鋼筋的張拉控制應力σcon增加（或減?。│罞σpci。

σpci——

后批張拉鋼筋在先批張拉鋼筋重心處產生的混凝土法向應力第二節(jié)

張拉控制應力與預應力損失

第七章鋼筋混凝土預應力構件各階段預應力損失值的組合3、預應力損失的組合當求得的預應力總損失值小于下列數(shù)值時，按下列數(shù)值取用：先張法構件：后張法構件：簡答題第七章預應力混凝土構件3.第四節(jié)

預應力混凝土軸心受拉構件計算1、軸心受拉構件各階段的應力分析（1）先張法軸心受拉構件各階段的應力分析第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算受力階段簡圖鋼筋應力砼應力非預應力鋼筋平衡關系在臺座上穿鋼筋張拉預應力鋼筋0完成第一批損失放松鋼筋--放松后瞬間完成第二批損失00第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算受力階段簡圖鋼筋應力砼應力非預應力鋼筋平衡關系消壓階段加載至裂縫即將出現(xiàn)加載至破壞00第四節(jié)

預應力混凝土軸心受拉構件計算1、軸心受拉構件各階段的應力分析（2）后張法軸心受拉構件各階段的應力分析受力階段簡圖鋼筋應力砼應力非預應力鋼筋平衡關系完成第一批損失完成第二批損失消壓狀態(tài)加載至裂縫即將出現(xiàn)加載至破壞0第五節(jié)預應力混凝土構件的構造要求

第七章鋼筋混凝土預應力構件預應力混凝土構件的混凝土強度等級不應小于C30；

采用碳素鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋作為預應力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。

無粘結預應力混凝土結構的混凝土強度等級，板不低于C30，梁及其他構件不低于C40。預應力鋼筋宜采用冷軋帶肋鋼筋、消除應力鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，以及冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級鋼筋。鋼絞線與鋼絞線束的橫斷面圖對混凝土的要求：對鋼筋的要求：第五節(jié)預應力混凝土構件的構造要求

第七章鋼筋混凝土預應力構件1、一般構造要求直線布置和曲線布置：曲線布置多用于跨度和荷載較大的構件，如預應力梁。曲線布置一般用于后張法構件。直線布置用于跨度荷載較小的情況，如預應力板，直線布置優(yōu)點是施工簡單，用于先張法和后張法構件。（2）間距及孔道尺寸（1）預應力鋼筋的布置預應力鋼筋的凈距不應小于其公稱直徑或等效直徑的1.5倍，且符合下列規(guī)定：對熱處理鋼筋及鋼絲，不應小于25mm；對3股鋼絞線，不應小于20mm；對7股鋼絞線，不應小于25mm。第五節(jié)

預應力混凝土構件的構造要求

第七章鋼筋混凝土預應力構件（2）間距及孔道尺寸后張法構件中，預應力鋼絲束、鋼絞線束的預留孔道間的水平凈間距，在預制構件中不宜小于50mm，孔道至構件邊緣的凈距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直徑的一半。在構件兩端及跨中應設灌漿孔或排氣孔，孔距不宜大于12m?？椎赖膬葟綉阮A應力鋼絲束或鋼絞線束外徑及需穿過孔道的連接器外徑大10～15mm。第四節(jié)

預應力混凝土構件的構造要求

第七章鋼筋混凝土預應力構件構件端部構造措施（1）先張法構件鋼筋端部應

采取下列措施。

（a）螺旋筋（b）預埋插筋（c）鋼筋網片（d）加密橫向鋼筋（2）后張法構件端部鋼筋錨固應配置間接鋼筋。（3）構件端部局部凹進時，應增設折線構造鋼筋。（4）宜在構件端部將一部分預應力鋼筋在靠近支座處彎起，并沿端部均勻布置。（5）外露金屬錨具應采取可靠防銹措施。

第九章鋼筋混凝土預應力構件1、局部承壓破壞形態(tài)和破壞機理第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算由于預壓力很大，錨具下的混凝土將承受較大的局部壓力，因此，要求其具有足夠的局部抗壓承載能力和抗裂能力。

第九章鋼筋混凝土預應力構件2、端部受壓截面尺寸驗算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算

第九章鋼筋混凝土預應力構件1、局部承壓破壞形態(tài)和破壞機理第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算

《規(guī)范》規(guī)定，設計時既要保證在張拉鋼筋時錨具下錨固區(qū)的混凝土不開裂和不產生過大的變形，又要求計算錨具下所需配置的間接鋼筋以滿足局部受壓承載力的要求。端部受壓截面尺寸驗算——滿足抗裂要求局部承壓區(qū)的承載力計算——滿足局壓承載力要求

第九章鋼筋混凝土預應力構件2、端部受壓截面尺寸驗算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算為了滿足構件端部局部受壓區(qū)的抗裂要求，防止該區(qū)段混凝土由于施加預應力而出現(xiàn)沿構件長度方向上的裂縫，以及間接鋼筋配置過多時產生過大的局部變形使墊板下限，局部受壓區(qū)的截面尺寸應滿足以下要求：當不滿足時，應加大錨固區(qū)的截面尺寸，調整錨具位置或提高混凝土強度等級。

第九章鋼筋混凝土預應力構件2、端部受壓截面尺寸驗算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算式中：

第九章鋼筋混凝土預應力構件2、端部受壓截面尺寸驗算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算

第九章鋼筋混凝土預應力構件2、端部受壓截面尺寸驗算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算

第九章鋼筋混凝土預應力構件3、局部承壓區(qū)的承載力計算第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算

第九章鋼筋混凝土預應力構件第六節(jié)后張法構件端部錨固區(qū)局壓驗算式中：3、局部承壓區(qū)的承載力計算3、局部承壓區(qū)的承載力計算2、軸心受拉構件使用階段的計算第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算

第九章鋼筋混凝土預應力構件第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算

第九章鋼筋混凝土預應力構件第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算

第九章鋼筋混凝土預應力構件【9-1】一先張法軸心受拉預應力構件，截面為b×h=120×200mm,預應力鋼筋截面面積Ap=804mm2，強度設計值fpy=580MPa，彈性模量Es=1.8×105MPa，混凝土為C40級（ftk=2.40MPa，Ec=3.25×104MPa），完成第一批預應力損失并放松預應力鋼筋后，預應力鋼筋的應力為，然后又發(fā)生第二批預應力損失。試求：計算題

第九章鋼筋混凝土預應力構件（1）完成第二批預應力損失后，預應力鋼筋的應力和混凝土的應力；（2）加荷至混凝土應力為零時的軸力；（3）加荷至構件開裂前瞬間的軸力；（4）此拉桿的極限軸力設計值。（2）完成第一批預應力損失后混凝土所受的預壓應力根據(jù)截面平衡條件則：由得：則

【解】

（1）截面幾何特征（4）求加荷至混凝土應力為零時的軸力N0（5）求Ncr（6）求Nu（3）求完成第二批預應力損失后鋼筋的應力及混凝土所受預壓應力c（1）熟悉并掌握預應力構件個階段截面應力情況非常重要，對于不同階段，要用相應的公式計算；（3）本題關鍵在于根據(jù)已知條件求出，然后才能求出計算所需的。（2）預應力構件開裂荷載和破壞荷載比較接近，本例結果就證明了這一點，同時也說明了預應力構件的延性比普通鋼筋混凝土構件差；討論：第四節(jié)預應力混凝土軸心受拉構件計算

第九章鋼筋混凝土預應力構件【9-2】某預應力混凝土屋架下弦桿，桿件長度21m，用后張法施加預應力，孔道直徑為φ50，桿件截面尺寸和配筋如圖所示，混凝土強度為C40，非預應力筋為4φ12（As=452mm2），預應力鋼筋為冷拉Ⅲ級鋼筋225（Ap=982mm2），張拉時混凝土強度fcu'=40MPa，fc'=19.5MPa。，張拉控制應力（2）計算得到的預應力損傷值為說明：（1）該下弦桿屬一般要求不出現(xiàn)裂縫的構件驗算：（1）使用階段正截面承載力；（2）使用階段正截面抗裂；（3）施工階段混凝土預壓應力是否滿足要求。（3）計算得到桿件在荷載標準組合和準永久組合下的軸向拉力設計值分別為：Ns＝360kN，Nl＝310kN。（4）驗算用其它數(shù)據(jù)

C40混凝土Es＝3.25×104MPa，ftk＝2.40MPa

冷拉Ⅲ級鋼筋fpy＝420MPa，

fpyk＝500MPa，

Es＝1.8×105MPa

非預應力鋼筋Ⅱ級fy＝300MPa，

fyk＝335MPa，

Es＝2×105MPa【解】

（1）使用階段正截面驗算【9-2】續(xù)（2）使用階段正截面抗裂驗算

①截面幾何特征預應力鋼筋非預應力鋼筋故使用階段正截面承載力滿足要求。②求混凝土有效預壓應力由于