建筑工程預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識培訓(xùn)講義

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識

本章主要介紹預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本計(jì)算規(guī)定、預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求。重點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本概念。本章提要第一節(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念混凝土受拉構(gòu)件、受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件等，在各種荷載作用下，都存在受拉區(qū)。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變很小，當(dāng)荷載不是太大時，上述構(gòu)件中將出現(xiàn)裂縫。允許開裂的構(gòu)件，鋼筋應(yīng)力達(dá)到250N/mm2，裂縫寬度已達(dá)0.2～0.3mm，構(gòu)件耐久性降低。為了滿足變形和裂縫寬度要求，需增大截面尺寸和用鋼量，將使自重過大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度結(jié)構(gòu)成為不可能或不經(jīng)濟(jì)。

鋼筋混凝土構(gòu)件的另一大缺點(diǎn)是不能采用高強(qiáng)度鋼筋。（使用荷載下，應(yīng)力可達(dá)500～1000N/mm2，此時裂縫寬度滿足不了要求）一、普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)二、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理

所謂預(yù)應(yīng)力混凝土就是在混凝土構(gòu)件承受使用荷載前的制作階段，預(yù)先對使用階段的受拉區(qū)施加預(yù)壓力使之產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，減小或抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到推遲開裂甚至不開裂，以提高構(gòu)件的抗裂度和剛度。當(dāng)構(gòu)件承受使用荷載而產(chǎn)生拉應(yīng)力時，首先要抵消混凝土的預(yù)壓應(yīng)力，然后隨著荷載的增加，受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，可推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，以滿足使用要求。這種在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受荷載以前預(yù)先對受拉區(qū)混凝土施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。

如圖5.1所示，一簡支梁在承受外荷載之前，預(yù)先在梁的受拉區(qū)施加一對大小相等、方向相反的集中力P,則構(gòu)件各截面的應(yīng)力分布如圖5.1(a)，下邊混凝土纖維的壓應(yīng)力為σpc；僅在使用荷載作用下，梁跨中截面應(yīng)力分布如圖5.1(b)，跨中截面下邊緣混凝土的拉應(yīng)力為σt；當(dāng)兩種應(yīng)力狀態(tài)相互疊加時（如圖5.1(c)所示)，梁跨中下邊緣的應(yīng)力可能是數(shù)值很小的拉應(yīng)力，也可能是壓應(yīng)力，甚至應(yīng)力為零，視施加壓力P和荷載的相對大小而定。圖5.1預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件三、預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)

圖5.2為兩根梁的荷載撓度曲線對比圖。從圖5.2可知預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有如下特征：

（1）對混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力可以提高構(gòu)件的抗裂性。

（2）構(gòu)件的剛度大。由于預(yù)應(yīng)力混凝土能延遲裂縫的出現(xiàn)和開展，并且受彎構(gòu)件要產(chǎn)生反拱，因而可減小擾度。

（3）構(gòu)件的耐久性較好。由于預(yù)應(yīng)力混凝土能使構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫或減小裂縫的寬度，因而可減小大氣或侵蝕性介質(zhì)對鋼筋的銹蝕，從而延長構(gòu)件的使用年限。

（4）可以減小構(gòu)件的截面尺寸，節(jié)省材料，減輕自重，既可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的，又可以擴(kuò)大鋼筋混凝土的應(yīng)用范圍，例如用于大跨度結(jié)構(gòu)，代替某些鋼結(jié)構(gòu)。（5）預(yù)應(yīng)力混凝土工序多，施工復(fù)雜，且需要張拉設(shè)備和錨具等設(shè)施圖5.2簡支梁荷載撓度曲線四、施加預(yù)應(yīng)力的方法（1）

先張法

先張法是指首先在臺座上或鋼模內(nèi)張拉鋼筋，并作臨時錨固，然后澆筑混凝土。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后剪斷或放松鋼筋。鋼筋剪斷后將產(chǎn)生彈性回縮，但鋼筋與混凝土之間存在著粘結(jié)力，混凝土就會阻止鋼筋回縮而混凝土本身受到預(yù)壓應(yīng)力。先張法的主要工序見圖5.3所示。（2）

后張法

后張法是指先澆筑混凝土構(gòu)件并預(yù)留好孔道，待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后在孔道內(nèi)穿入鋼筋，然后直接在構(gòu)件上張拉鋼筋，最后用錨具在構(gòu)件兩端將鋼筋錨固，阻止鋼筋回縮，從而對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力。鋼筋張拉完畢并將張拉端錨固后，預(yù)留孔道內(nèi)應(yīng)按要求灌漿。后張法的主要工序見圖5.4所示。圖5.4后張法主要工序示意圖(a)制作混凝土構(gòu)件；(b)張拉鋼筋；(c)張拉端錨固并對孔道灌漿

先張法、后張法各有優(yōu)缺點(diǎn)：先張法生產(chǎn)工序少，工藝簡單，施工質(zhì)量容易保證，不需在構(gòu)件上設(shè)永久性錨具，生產(chǎn)成本低，在長線臺座上，一次可生產(chǎn)多個構(gòu)件。先張法主要適合于工廠內(nèi)生產(chǎn)中、小型構(gòu)件。

后張法不需要臺座，構(gòu)件既可在工廠也可在現(xiàn)場制作；后張法構(gòu)件只能單一逐個地施加預(yù)應(yīng)力，工序多，操作也麻煩；而且需設(shè)永久性錨具，成本高；一般用于運(yùn)輸不便的大、中型構(gòu)件。先張法與后張法的比較：一、張拉控制應(yīng)力σcon（1）σcon的定義

張拉控制應(yīng)力是指張拉預(yù)應(yīng)力筋時預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)達(dá)到的拉應(yīng)力規(guī)定值（控制達(dá)到的最大應(yīng)力值），用σcon表示。張拉時預(yù)應(yīng)力筋實(shí)有的應(yīng)力可由張拉設(shè)備上的測力計(jì)所示的總拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積得出。（2）

張拉控制應(yīng)力的確定張拉控制應(yīng)力的數(shù)值與鋼筋的種類和施加預(yù)應(yīng)力的方法有關(guān)。規(guī)范規(guī)定的張拉控制應(yīng)力允許值見表5.1。第二節(jié)

張拉控制應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力損失表5.1張拉控制應(yīng)力允許值［σcon］鋼筋種類張拉方法先張法后張法消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線0.75fptk0.75fptk

熱處理鋼筋0.70fptk0.65fptk二、預(yù)應(yīng)力損失按照某一控制張拉應(yīng)力值張拉好的預(yù)應(yīng)力鋼筋，其初始張拉應(yīng)力由于張拉工藝和材料特性等原因而降低，這種預(yù)應(yīng)力降低的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。引起預(yù)應(yīng)力損失的因素很多，規(guī)范給出了以下六種因素及其產(chǎn)生的相應(yīng)預(yù)應(yīng)力損失值的計(jì)算方法。及其減小措施在先張法和后張法中，張拉鋼筋一般總是先將鋼筋一端錨固而在另一端張拉，待鋼筋張拉到規(guī)定的控制應(yīng)力σcon后，便再把張拉端的預(yù)應(yīng)力筋錨固在臺座或構(gòu)件上。錨具變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋滑動回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1，按下式計(jì)算：

其中，張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋滑動的內(nèi)縮值（mm），按表5.2取用；1.張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起預(yù)應(yīng)力損失表5.2錨具變形脖和鋼筋內(nèi)遮縮值a(mm斤)項(xiàng)次錨具類別a1帶螺帽的錨具：螺帽縫隙每塊后加墊板的縫隙112鋼絲束的鐓頭錨具13鋼絲束的鋼制錐形錨具54JM12錨具：當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為鋼筋時當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為鋼絞線時355單根冷拔低碳鋼絲的錐形夾具5后張法構(gòu)怨件在張拉綿預(yù)應(yīng)力筋方時，由于柜鋼筋與孔刮道壁之間產(chǎn)的摩擦力班存在，它醋將使預(yù)應(yīng)濱力筋截面凱的應(yīng)力隨桂距張拉端成的距離的默增大而減旬?。▓D5.5）。這憲種應(yīng)力咸損失稱紀(jì)為摩擦損墓失。規(guī)范規(guī)中定，摩急擦損失σl2按下列公梅式計(jì)算：其中，k,μ按表5.3取用；對于κx+μ武θ≤0.默2的預(yù)應(yīng)力誓混凝土構(gòu)些件，σl2可按下式殃近似計(jì)算師：預(yù)應(yīng)力鋼滑筋與孔道津壁之間的躬摩擦引起櫻的預(yù)應(yīng)力妻損失設(shè)預(yù)應(yīng)盾力鋼筋傻與臺座鋤之間的序溫差為Δt，鋼筋的本線膨脹系太數(shù)α=1.墊0×10-5/℃，彈性臣模量Es=2.調(diào)0×1吸05N/mm2，于是預(yù)兔應(yīng)力損失σl3為：σl3=Esεs=EsαΔt=為2×105×1.0育×10-5Δt即σl3=2Δ臂t受張拉的民鋼筋與承鏟受拉力的芹設(shè)備之間溫差引起怪的預(yù)應(yīng)力攝損失所謂鋼供筋應(yīng)力個松弛，是指鋼浸筋在高應(yīng)耽力狀態(tài)下借，在長度窯不變條件名下，由于谷鋼筋的塑括性變形而剩使應(yīng)力隨惡時間的延級續(xù)而降低去的現(xiàn)象。（1）預(yù)應(yīng)力闊鋼絲、拉鋼絞線泥普通松杏弛：鋼絲、關(guān)鋼絞線窗低松弛除：當(dāng)σcon≤0.姥7fptk時4.預(yù)應(yīng)力梨筋應(yīng)力糕松馳引餡起的預(yù)采應(yīng)力損繡失當(dāng)0.7fptk＜σcon≤0.8級fptk時(2)熱處理鋼交筋：一次張拉σl4=0.雖05σcon超張拉σl4=0.0眉35σcon根據(jù)試注驗(yàn)資料饅和經(jīng)驗(yàn)聞，規(guī)范類規(guī)定：亮混凝土鵝收縮、廣徐變引勵起的預(yù)舒應(yīng)力損盯失σl5按下列俱公式計(jì)喝算。（1）先張法構(gòu)習(xí)件5.混凝土低收縮、筆徐變引究起的預(yù)接應(yīng)力損語失(2)后張法構(gòu)面件對先張滑法構(gòu)件對后張?zhí)逊?gòu)件圖5.5預(yù)應(yīng)力誦鋼筋的寒應(yīng)力損撕失σl2表5.3摩擦系數(shù)孔道成型方式κμ預(yù)埋金屬波紋管0.00150.25預(yù)埋鋼管0.00100.30橡膠管或鋼管抽芯成型0.00140.55（1）選擇變形孟小或預(yù)應(yīng)較力筋滑動斤小的錨具俱或夾具，畫盡量減少西墊板的數(shù)有量，增加濟(jì)先張法臺丸座長度，蛋以減小σl1值；（2）采用高奪強(qiáng)度等罵級混凝涼土、高姓標(biāo)號水根泥，降裂低水泥參用量，播減小水餡灰比，怖采用良妨好級配缸的骨料嘴，盡可市能提高拉混凝土山的密實(shí)尖度并加錄強(qiáng)養(yǎng)護(hù)忙，從而窩減少預(yù)橡應(yīng)力損炎失σl5；（3）鋼筋放張牢時混凝土件的實(shí)有立論方體強(qiáng)度論值不能定會得太低，遼并使得混怎凝土的預(yù)滾壓應(yīng)力σpc和σpc′不大于0.5什fcu′；（二）編減少預(yù)應(yīng)洲力損失的絨措施（4）對預(yù)應(yīng)力天鋼筋進(jìn)行阿超張拉，養(yǎng)以減少鋼概筋松弛所脊引起的預(yù)踢應(yīng)力損失恨；（5）采用合適僅的施工工度藝，如對古預(yù)應(yīng)力筋涼進(jìn)行兩端波張拉，加三熱養(yǎng)護(hù)采租用“兩階濾段升溫養(yǎng)氣護(hù)”，即惡先在較低袋溫度下養(yǎng)垂護(hù)，使混白凝土達(dá)到泊一定強(qiáng)度鞠后，再升正溫至規(guī)定步的溫度下射進(jìn)行養(yǎng)護(hù)叛，從而可當(dāng)減少由溫秤差和摩擦桐引起的預(yù)洪應(yīng)力損失罩。一、預(yù)興應(yīng)力混螞凝土結(jié)崗構(gòu)的材巴料預(yù)應(yīng)力呼混凝土另結(jié)構(gòu)構(gòu)廣件所用譜的混凝革土，應(yīng)滿足下遼列要求：（1）強(qiáng)度高屆。（2）收縮、徐遞變小。（3）快硬、早曬強(qiáng)。選擇混母凝土強(qiáng)施度等級湊時，應(yīng)垂考慮施唐工方法首（先張億或后張蒼）、構(gòu)扇件跨度趁、使用洞情況（躁如有無蜘振動荷駛載）以重及鋼筋喇種類等恒因素。（一）混牢凝土第三節(jié)預(yù)應(yīng)力本混凝土澇構(gòu)件的肺材料及罩構(gòu)造要叫求（二）蹦鋼材預(yù)應(yīng)力結(jié)培構(gòu)構(gòu)件所喊用的鋼筋網(wǎng)（絲）應(yīng)滿足言下列要孫求：（1）強(qiáng)度高。（2）具有一飼定的塑耕性。（3）良好的加唐工性能。（4）與混凝土緞之間有較唱好的粘結(jié)仿強(qiáng)度。特犬別是先張臉法構(gòu)件，摘當(dāng)采用光渠面高強(qiáng)鋼色絲時，表父面應(yīng)經(jīng)“帝刻痕”或掛“壓波”饅等措施處娃理后方能奔使用。二、先張頸法構(gòu)件的選構(gòu)造要求1.鋼筋（白絲）間陪距先張法預(yù)末應(yīng)力鋼筋耍之間的凈賢間距應(yīng)根息據(jù)澆筑混虹凝土、施梳加預(yù)應(yīng)力夕及鋼筋錨冷固等要求江確定。預(yù)應(yīng)力鋼陰筋之間的殼凈間距不耗應(yīng)小于其溫公稱直徑撈或等效直造徑的1.5倍，且應(yīng)猴符合下列事規(guī)定：對醉熱處理鋼媽筋及鋼絲微，不應(yīng)小充于15mm；對三月股鋼絞扯線，不憂應(yīng)小于20m眨m；對七股遷鋼絞線，遵不應(yīng)小于25mm。2.鋼絲的鋼并筋配絨筋方式當(dāng)先張法證預(yù)應(yīng)力鋼巾絲按單根贏方式配筋禁困難時，題可采用相疑同直徑鋼此絲并筋的枯配筋方式季。并筋的拖等效直徑瞧，對雙并樂筋應(yīng)取為矛單筋直徑鼓的1.4倍，對懸三并筋輕應(yīng)取為籌單筋直伐徑的1.7倍。并筋的保屯護(hù)層厚度尤、錨固長蹲度及預(yù)應(yīng)塞力傳遞長壩度等均應(yīng)野按等效直掌徑考慮。當(dāng)預(yù)應(yīng)力什鋼絞線、牙熱處理鋼凱筋采用并如筋方式時歸，應(yīng)有可朱靠的構(gòu)造跪措施。3.鋼筋的爐保護(hù)層縱向預(yù)由應(yīng)力鋼魂筋的保山護(hù)層厚脹度取值孩同普通巴鋼筋混悉凝土構(gòu)劈燕件。4.端部附莫加鋼筋先張法拒預(yù)應(yīng)力樸混凝土逃構(gòu)件，者預(yù)應(yīng)力牛鋼筋端胸部周圍勻的混凝丈土應(yīng)采極取下列雅加強(qiáng)措占施：對單根屠預(yù)應(yīng)力云鋼筋，紐奉其端部長宜設(shè)置謙長度不銳小于150m嫩m且不少刊于4圈的螺營旋筋（圖5.23價(a)）；當(dāng)有沒可靠經(jīng)驗(yàn)腿時，亦可薯利用支座贊墊板上的貸插筋代替仔螺旋筋，艙但插筋數(shù)披量不應(yīng)少嶺于4根，其亂長度不存宜小于120m動m(圖5.2亡3(b疲))。圖5.2器3端部附業(yè)加鋼筋森的插筋三、后更張法構(gòu)件耗的構(gòu)造要羊求1.預(yù)留孔道（1）對預(yù)制構(gòu)朱件，孔道買之間的水竿平凈距不妹宜小于50m