第7章 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件7.1預(yù)應(yīng)力混凝土概述17.2施加預(yù)應(yīng)力的方法27.4預(yù)應(yīng)力損失47.5預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求57.3預(yù)應(yīng)力混凝土材料37.1.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本知識預(yù)應(yīng)力混凝土的提出：a.抗裂性能差。鋼筋應(yīng)力s=20～30N/mm27.1預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件概述b.難以利用高強(qiáng)度鋼筋。普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：混凝土不開裂鋼筋應(yīng)力s=250N/mm2裂縫寬度為0.2～0.3mm在使用荷載下帶裂縫工作，影響耐久，功能！剛度！疲勞性！若不裂，加大截面面積，增加自重，不經(jīng)濟(jì)。在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外荷載作用之前，預(yù)先在構(gòu)件的受拉區(qū)施加壓力，使它產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，來減小或抵消外荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，延緩裂縫的出現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理疊加原理在構(gòu)件承受外荷載作用之前，預(yù)先人為在構(gòu)件使用階段的受拉區(qū)施加的預(yù)壓應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：在構(gòu)件未受力之前，在擬受拉區(qū)施加壓應(yīng)力，使構(gòu)件在使用荷載下產(chǎn)生的拉應(yīng)力很大部分被預(yù)壓應(yīng)力抵消。由此達(dá)到改善普通混凝土缺點(diǎn)的目的。預(yù)應(yīng)力混凝土的概念預(yù)應(yīng)力7.1.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）抗裂性好。增大了構(gòu)件的剛度。相同條件，f預(yù)<<f普，耐久性好，耐疲勞，提高抗剪承載力。（3）充分利用高強(qiáng)度材料的性能。（4）提高構(gòu)件的抗剪能力。缺點(diǎn)：成本高，材料質(zhì)量要求高。工序復(fù)雜，技術(shù)水平要求高。（2）節(jié)省材料，減輕構(gòu)件自重。（5）提高構(gòu)件的抗疲勞性能。按照張拉鋼筋與澆搗混凝土的先后次序分為：1.先張法

7.2

施加預(yù)應(yīng)力的方法張拉鋼筋支模、澆混凝土混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度剪鋼絲產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力2.后張法

澆混凝土，預(yù)留孔道

達(dá)到強(qiáng)度，穿筋張拉鋼筋，錨固孔道灌漿先張法、后張法的比較

適用范圍

先張法：在工廠大批制作中小型構(gòu)件(鋼絲或d<16mm鋼筋配筋)。后張法：在施工現(xiàn)場制作大型構(gòu)件(以粗鋼筋或鋼絞線配筋)。

優(yōu)缺點(diǎn)

先張法：工藝簡單，無需永久性錨具，可批量生產(chǎn);需要臺座。后張法：無需臺座，需永久性錨具，成本高，預(yù)應(yīng)力更可靠。

預(yù)應(yīng)力的傳遞

先張法：通過預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力傳遞預(yù)應(yīng)力。后張法：依靠其兩端錨具錨住預(yù)應(yīng)力鋼筋并傳遞預(yù)應(yīng)力。（３）快硬、早強(qiáng)1.混凝土

我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)采用的混凝土等級為C40、C50和C60。在先張法中，混凝標(biāo)號不應(yīng)低于40號。當(dāng)采用碳素鋼絲、鋼鉸線、熱處理鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋時，混凝土標(biāo)號不應(yīng)低于C40。（１）強(qiáng)度高可以施加較大的預(yù)壓應(yīng)力，提高預(yù)應(yīng)力效率；有利于減小構(gòu)件截面尺寸，以適用大跨度的要求；具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預(yù)壓時的彈性回縮；一般預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不低于C30，當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲時不低于C40。（２）收縮和徐變小可較早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工速度，提高臺座、夾具的周轉(zhuǎn)率，降低間接費(fèi)用7.3預(yù)應(yīng)力混凝土材料2.預(yù)應(yīng)力鋼筋在預(yù)應(yīng)力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預(yù)應(yīng)力筋中預(yù)先施加的張拉應(yīng)力會產(chǎn)生損失，因此，為使得扣除應(yīng)力損失后仍具有較高的張拉應(yīng)力，也必須使用高強(qiáng)鋼筋（絲）作預(yù)應(yīng)力筋。（２）有較好的塑性（plasticity）和可焊性（wdldability）與混凝土有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度：通常采用“刻痕”或“壓波”方法來提高與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度。為避免在超載情況下發(fā)生脆性破斷，預(yù)應(yīng)力筋還必須具有一定的塑性。（3）具有良好的加工性能。（１）強(qiáng)度高。以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求。（4）與混凝土的粘著力強(qiáng)。7.3預(yù)應(yīng)力混凝土材料鋼絲直徑為3~9mm。為增加與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度，鋼絲表面可采用‘刻痕’或‘壓波’，也可制成螺旋肋。（1）鋼絲中高強(qiáng)鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)過幾次冷拔后得到。中強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為1470~1860MPa。預(yù)應(yīng)力鋼絞線刻痕鋼絲光面螺旋肋（2）鋼絞線鋼絞線是用2、3、7股高強(qiáng)鋼絲扭結(jié)而成的一種高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋，其中以7股鋼絞線應(yīng)用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為9.5~15.2mm，通常用于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，強(qiáng)度可高達(dá)1860MPa。2股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構(gòu)件，以提高與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。7.4

張拉控制應(yīng)力con：指張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時，鋼筋所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值?！飩€別鋼筋可能被拉斷；★施工階段，構(gòu)件的預(yù)拉區(qū)可能開裂；★后張法構(gòu)件端部混凝土產(chǎn)生局部受壓破壞；★降低構(gòu)件延性，使開裂荷載與破壞荷載相近，可能產(chǎn)生脆性破壞；★增大預(yù)應(yīng)力鋼筋的松弛損失；con過大時可能出現(xiàn)的問題con大的好處提高預(yù)應(yīng)力鋼筋的利用率，減少用鋼量對混凝土施加的預(yù)壓應(yīng)力高，抗裂性能好A—預(yù)應(yīng)力筋面積N—張拉設(shè)備上的測力計所指示的總張拉力張拉控制應(yīng)力限值在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應(yīng)力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉及臺座之間的溫差損失時，可以提高0.05fptk。張拉控制應(yīng)力與所采用的鋼筋種類和張拉方式有關(guān)。先張，后張7.4

預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力筋按張拉后，由于各種原因會下降到一定的程度，這一現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。引起預(yù)應(yīng)力損失的原因有六大類。先分別找出這些損失出現(xiàn)的原因，再根據(jù)先張法和后張法的施工特點(diǎn)，了解不同預(yù)應(yīng)力損失的組合。con–l=P–––有效預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力損失1、張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失2、預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失3、混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時，受張拉鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失4、預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失5、混凝土的收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失6、環(huán)形構(gòu)件采用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋，由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失的種類1.張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l1預(yù)應(yīng)力直線鋼筋a–––回縮量l–––張拉端～錨固端距離預(yù)應(yīng)力筋張拉后錨固時，由于錨具受力后變形、墊板縫隙的擠緊以及鋼筋在錨具中的內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失記為l1。1.張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l1錨具類別a(mm)支承式錨具(鋼絲束鐓頭錨具等)螺帽縫隙1每塊后加墊板的縫隙1錐塞式錨具(鋼絲束的鋼質(zhì)錐形錨具等)5夾片式錨具有頂壓時5無頂壓時6～8張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值a的取值1.張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失l1減少損失的措施（1）采用小變形錨具、夾具，減少墊板，（2）增加臺座長度。x–––從張拉端至計算截面的孔道長度(m)可用投影長度。

–––從張拉端至計算截面曲線孔道長度的夾角(rad)。當(dāng)

+kx0.2時，l2=con(kx+)直線預(yù)應(yīng)力筋曲線預(yù)應(yīng)力筋k–––考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)。–––預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的摩擦系數(shù)。為了減小摩擦阻力損失，一般可采用如下措施：一端張拉兩端張拉超張拉（1）采用兩端同時張拉；（2）進(jìn)行超張拉。一般采用的超張拉程序是0停2分鐘停2分鐘預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力值超過規(guī)范規(guī)定的控制應(yīng)力值。EHDDHGFCGHD預(yù)應(yīng)力均勻些，損失小3.混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時，預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3為縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)加快混凝土的凝結(jié)硬化。升溫時，新澆混凝土尚未結(jié)硬，鋼筋受熱膨脹而伸長，但張拉預(yù)應(yīng)力筋的臺座是固定不動的，預(yù)應(yīng)力鋼筋變松，產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。降溫時，混凝土達(dá)到了一定的強(qiáng)度，與預(yù)應(yīng)力筋之間已結(jié)硬，兩者共同回縮，已產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失無法恢復(fù)先張法3.混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時，預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失l3（1）采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)；（2）在鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。鋼筋松了–––產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失為了減小此項損失，一般可采用如下措施：設(shè)養(yǎng)護(hù)升溫后，預(yù)應(yīng)力筋與臺座的溫差為Δt℃，4.預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的損失l4指鋼筋在高應(yīng)力作用下，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的塑性變形，在鋼筋長度保持不變的條件下，鋼筋的應(yīng)力隨時間的增長而降低的現(xiàn)象。*與鋼種有關(guān)。軟鋼小而硬鋼大，*與時間有關(guān)，先快后慢。一天完成80%，一小時為50%。應(yīng)力松弛現(xiàn)象：鋼筋長度不變，應(yīng)力隨時間增長而降低。應(yīng)力松弛的特點(diǎn)4.預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的損失l4普通松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線：一次張拉ψ=1朝張拉ψ=0.9低松弛的預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線：在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應(yīng)力松馳、摩擦、鋼筋發(fā)批張拉及臺卒之間的溫差損失時，可以提高0.05fptk超張拉工藝程序：熱處理鋼筋：5.砼收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失l5收縮、徐變將引起構(gòu)件縮短，鋼筋回縮，引起l3，混凝土徐變f'cu此時預(yù)應(yīng)力的大小，縱筋含鋼率等：先張法：后張法：、'–––受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋的含鋼率。pc、'pc–––產(chǎn)生第一批預(yù)應(yīng)力損失后的預(yù)應(yīng)力損失后，受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力點(diǎn)處砼的法向壓應(yīng)力l5還可考慮環(huán)境和時間因素的影響干燥('l5)l5(1.02～1.03)高溫('l5)l50.5)時間影響：l5('l5)j–––預(yù)加應(yīng)力至承受外荷的天數(shù)(j120天)結(jié)構(gòu)處于年平均相對濕度低于40%的環(huán)境下，相應(yīng)增加30%'l5l5（1）采用高標(biāo)號的水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土。（2）采用級配好的骨料，加強(qiáng)振搗，提高混凝土的密實(shí)性。（3）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的收縮。減少此項預(yù)應(yīng)力損失的措施6.環(huán)形構(gòu)件采用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋擠壓混凝土引起的預(yù)應(yīng)力損失l6纏絲機(jī)的施工用混凝土或噴射砂漿建造池壁纏絲機(jī)沿圓周方向把鋼絲纏繞在池壁上并錨固池壁敷設(shè)噴射砂漿作保護(hù)層環(huán)形構(gòu)件的施工后張法中，用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件：電桿、水池、壓力管道等，直接在混凝土上進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉。這時鋼筋對構(gòu)件產(chǎn)生外壁的徑向壓力，使混凝土局部擠壓，構(gòu)件的直徑局部減小，帶來一圈內(nèi)鋼筋周長的減小，因而鋼筋松馳，引起的預(yù)應(yīng)力損失。

d>3m，l6=0

d3m，取l6=30N/mm2

7.4預(yù)應(yīng)力損失值的組合先張法：l

100N/mm2后張法：l80N/mm2預(yù)應(yīng)力損失的組合

《混凝土規(guī)范》對預(yù)應(yīng)力總損失值的最小規(guī)定值預(yù)應(yīng)力損失值的組合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件預(yù)壓前(第一批)的損失

slI預(yù)壓后(第二批)的損失

slII*

減少預(yù)應(yīng)力損失的措施：針對引起不同預(yù)應(yīng)力損失的原因，尋找措施l1：小變形夾具，減少墊板，增加臺座長度。l2：減少摩擦，兩端張拉。l3：采用二次升溫養(yǎng)護(hù)：t020使砼達(dá)到一定強(qiáng)度，再升溫。l4：超張拉，減少l4，讓l4先部分完成。l5：控制pc(完成第一批損失后的砼預(yù)應(yīng)力)，'pc

0.5f'cu，f'cu不太小，減小收縮徐變的一些措施。7.5預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求7.5.1一般構(gòu)造1.截面形式和尺寸1）截面形式2）截面尺寸截面高度翼緣寬度翼緣高度腹板寬2.預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置3.非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置7.4.2先張法構(gòu)件1.預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋方式2.預(yù)