第7章 預應力鋼筋混凝土構件

鋼筋混凝土結構

預應力混凝土構件7.1預應力混凝土概述17.2施加預應力的方法27.4預應力損失47.5預應力混凝土構件的構造要求57.3預應力混凝土材料37.1.1預應力混凝土的基本知識預應力混凝土的提出：a.抗裂性能差。鋼筋應力s=20～30N/mm27.1預應力混凝土構件概述b.難以利用高強度鋼筋。普通鋼筋混凝土結構的缺點：混凝土不開裂鋼筋應力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，不經濟。在結構構件受外荷載作用之前，預先在構件的受拉區(qū)施加壓力，使它產生預壓應力，來減小或抵消外荷載所引起的混凝土拉應力，延緩裂縫的出現(xiàn)，預應力混凝土的基本原理疊加原理在構件承受外荷載作用之前，預先人為在構件使用階段的受拉區(qū)施加的預壓應力。預應力混凝土構件：在構件未受力之前，在擬受拉區(qū)施加壓應力，使構件在使用荷載下產生的拉應力很大部分被預壓應力抵消。由此達到改善普通混凝土缺點的目的。預應力混凝土的概念預應力7.1.2預應力混凝土構件的特點優(yōu)點：（1）抗裂性好。增大了構件的剛度。相同條件，f預<<f普，耐久性好，耐疲勞，提高抗剪承載力。（3）充分利用高強度材料的性能。（4）提高構件的抗剪能力。缺點：成本高，材料質量要求高。工序復雜，技術水平要求高。（2）節(jié)省材料，減輕構件自重。（5）提高構件的抗疲勞性能。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

施加預應力的方法張拉鋼筋支模、澆混凝土混凝土達到一定強度剪鋼絲產生預應力2.后張法

澆混凝土，預留孔道

達到強度，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件(鋼絲或d<16mm鋼筋配筋)。后張法：在施工現(xiàn)場制作大型構件(以粗鋼筋或鋼絞線配筋)。

優(yōu)缺點

先張法：工藝簡單，無需永久性錨具，可批量生產;需要臺座。后張法：無需臺座，需永久性錨具，成本高，預應力更可靠。

預應力的傳遞

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

我國預應力混凝土結構采用的混凝土等級為C40、C50和C60。在先張法中，混凝標號不應低于40號。當采用碳素鋼絲、鋼鉸線、熱處理鋼筋作預應力鋼筋時，混凝土標號不應低于C40。（１）強度高可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；有利于減小構件截面尺寸，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，減少預壓時的彈性回縮；一般預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于C30，當采用高強鋼絲時不低于C40。（２）收縮和徐變小可較早施加預應力，加快施工速度，提高臺座、夾具的周轉率，降低間接費用7.3預應力混凝土材料2.預應力鋼筋在預應力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預應力筋中預先施加的張拉應力會產生損失，因此，為使得扣除應力損失后仍具有較高的張拉應力，也必須使用高強鋼筋（絲）作預應力筋。（２）有較好的塑性（plasticity）和可焊性（wdldability）與混凝土有足夠的粘結強度：通常采用“刻痕”或“壓波”方法來提高與混凝土粘結強度。為避免在超載情況下發(fā)生脆性破斷，預應力筋還必須具有一定的塑性。（3）具有良好的加工性能。（１）強度高。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。7.3預應力混凝土材料鋼絲直徑為3~9mm。為增加與混凝土粘結強度，鋼絲表面可采用‘刻痕’或‘壓波’，也可制成螺旋肋。（1）鋼絲中高強鋼絲是采用優(yōu)質碳素鋼盤條，經過幾次冷拔后得到。中強鋼絲的強度為800~1200MPa，高強鋼絲的強度為1470~1860MPa。預應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股高強鋼絲扭結而成的一種高強預應力筋，其中以7股鋼絞線應用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為9.5~15.2mm，通常用于無粘結預應力筋，強度可高達1860MPa。2股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，以提高與混凝土的粘結強度。7.4

張拉控制應力con：指張拉預應力鋼筋時，鋼筋所控制達到的最大應力值。★個別鋼筋可能被拉斷；★施工階段，構件的預拉區(qū)可能開裂；★后張法構件端部混凝土產生局部受壓破壞；★降低構件延性，使開裂荷載與破壞荷載相近，可能產生脆性破壞；★增大預應力鋼筋的松弛損失；con過大時可能出現(xiàn)的問題con大的好處提高預應力鋼筋的利用率，減少用鋼量對混凝土施加的預壓應力高，抗裂性能好A—預應力筋面積N—張拉設備上的測力計所指示的總張拉力張拉控制應力限值在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應力松馳、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。張拉控制應力與所采用的鋼筋種類和張拉方式有關。先張，后張7.4

預應力損失預應力筋按張拉后，由于各種原因會下降到一定的程度，這一現(xiàn)象稱為預應力損失。引起預應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，了解不同預應力損失的組合。con–l=P–––有效預應力。預應力損失1、張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失2、預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的預應力損失3、混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的預應力損失4、預應力鋼筋的應力松弛引起的預應力損失5、混凝土的收縮和徐變引起的預應力損失6、環(huán)形構件采用螺旋式預應力鋼筋，由于混凝土的局部擠壓引起的預應力損失預應力損失的種類1.張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失l1預應力直線鋼筋a–––回縮量l–––張拉端～錨固端距離預應力筋張拉后錨固時，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縮引起的預應力損失記為l1。1.張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失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縮值a的取值1.張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失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

+kx0.2時，l2=con(kx+)直線預應力筋曲線預應力筋k–––考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)。–––預應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分鐘預應力鋼筋的張拉應力值超過規(guī)范規(guī)定的控制應力值。EHDDHGFCGHD預應力均勻些，損失小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l3為縮短先張法構件的生產周期，常采用蒸汽養(yǎng)護加快混凝土的凝結硬化。升溫時，新澆混凝土尚未結硬，鋼筋受熱膨脹而伸長，但張拉預應力筋的臺座是固定不動的，預應力鋼筋變松，產生預應力損失。降溫時，混凝土達到了一定的強度，與預應力筋之間已結硬，兩者共同回縮，已產生預應力損失無法恢復先張法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l3（1）采用兩次升溫養(yǎng)護；（2）在鋼模上張拉預應力鋼筋。鋼筋松了–––產生預應力損失為了減小此項損失，一般可采用如下措施：設養(yǎng)護升溫后，預應力筋與臺座的溫差為Δt℃，4.預應力鋼筋的應力松弛引起的損失l4指鋼筋在高應力作用下，由于預應力鋼筋的塑性變形，在鋼筋長度保持不變的條件下，鋼筋的應力隨時間的增長而降低的現(xiàn)象。*與鋼種有關。軟鋼小而硬鋼大，*與時間有關，先快后慢。一天完成80%，一小時為50%。應力松弛現(xiàn)象：鋼筋長度不變，應力隨時間增長而降低。應力松弛的特點4.預應力鋼筋的應力松弛引起的損失l4普通松弛預應力鋼絲、鋼絞線：一次張拉ψ=1朝張拉ψ=0.9低松弛的預應力鋼絲、鋼絞線：在考慮提高施工階段的抗裂性及減少應力松馳、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應力損失l5收縮、徐變將引起構件縮短，鋼筋回縮，引起l3，混凝土徐變f'cu此時預應力的大小，縱筋含鋼率等：先張法：后張法：、'–––受拉區(qū)、受壓區(qū)預應力筋和非預應力筋的含鋼率。pc、'pc–––產生第一批預應力損失后的預應力損失后，受拉區(qū)、受壓區(qū)預應力鋼筋在各自合力點處砼的法向壓應力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–––預加應力至承受外荷的天數(shù)(j120天)結構處于年平均相對濕度低于40%的環(huán)境下，相應增加30%'l5l5（1）采用高標號的水泥，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。減少此項預應力損失的措施6.環(huán)形構件采用螺旋式預應力鋼筋擠壓混凝土引起的預應力損失l6纏絲機的施工用混凝土或噴射砂漿建造池壁纏絲機沿圓周方向把鋼絲纏繞在池壁上并錨固池壁敷設噴射砂漿作保護層環(huán)形構件的施工后張法中，用螺旋式預應力鋼筋作配筋的環(huán)形構件：電桿、水池、壓力管道等，直接在混凝土上進行預應力鋼筋的張拉。這時鋼筋對構件產生外壁的徑向壓力，使混凝土局部擠壓，構件的直徑局部減小，帶來一圈內鋼筋周長的減小，因而鋼筋松馳，引起的預應力損失。

d>3m，l6=0

d3m，取l6=30N/mm2

7.4預應力損失值的組合先張法：l

100N/mm2后張法：l80N/mm2預應力損失的組合

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

slI預壓后(第二批)的損失

slII*

減少預應力損失的措施：針對引起不同預應力損失的原因，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：t020使砼達到一定強度，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應力)，'pc

0.5f'cu，f'cu不太小，減小收縮徐變的一些措施。7.5預應力混凝土構件的構造要求7.5.1一般構造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.預應力縱向鋼筋的布置3.非預應力縱向鋼筋的布置7.4.2先張法構件1.預應力鋼筋的配筋方式2.預