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

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識(shí)

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(shí)，上述構(gòu)件中將出現(xiàn)裂縫。允許開(kāi)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(guò)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(shí)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(duì)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(kāi)裂甚至不開(kāi)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(shí)，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(kāi)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(duì)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(jiǎn)支梁在承受外荷載之前，預(yù)先在梁的受拉區(qū)施加一對(duì)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(shí)（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(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)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(duì)鋼筋的銹蝕，從而延長(zhǎng)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(jiǎn)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(tái)座上或鋼模內(nèi)張拉鋼筋，并作臨時(shí)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(huì)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(jiàn)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(duì)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(jiàn)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(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)線臺(tái)座上，一次可生產(chǎn)多個(gè)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(tái)座，構(gòu)件既可在工廠也可在現(xiàn)場(chǎng)制作；后張法構(gòu)件只能單一逐個(gè)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(shí)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(shí)預(yù)應(yīng)力筋實(shí)有的應(yīng)力可由張拉設(shè)備上的測(cè)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(jiàn)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。及其減小措施在先葡張法表和后叼張法菊中，找張拉省鋼筋屠一般臣總是招先將詳鋼筋田一端征錨固桐而在細(xì)另一幅端張降拉，蛙待鋼蛇筋張菜拉到銅規(guī)定并的控柏制應(yīng)步力σco北n后，鴿便再膝把張宵拉端鼓的預(yù)遲應(yīng)力男筋錨士固在撐臺(tái)座衰或構(gòu)戶件上枯。錨具軟變形輩和預(yù)展應(yīng)力循鋼筋嘗滑動(dòng)傾回縮涉引起毀的預(yù)及應(yīng)力醉?yè)p失σl1，按嫂下式冷計(jì)算環(huán)：其中航，張驗(yàn)拉端販錨具穿變形祝和預(yù)擊應(yīng)力端筋滑亦動(dòng)的勢(shì)內(nèi)縮演值（mm），麗按表5.樸2取用天；1.張拉澡端錨吊具變計(jì)形和耗鋼筋溫內(nèi)縮害引起鼓預(yù)應(yīng)賢力損堆失表5.首2錨具帖變形拿和鋼竹筋內(nèi)魯縮值a(裁mm呼)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(shí)當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋為鋼絞線時(shí)355單根冷拔低碳鋼絲的錐形夾具5后張厚法構(gòu)這件在儉張拉亂預(yù)應(yīng)本力筋灣時(shí)，艇由于闖鋼筋童與孔稱道壁逝之間蠢的摩暮擦力伐存在民，它市將使方預(yù)應(yīng)突力筋饅截面碌的應(yīng)攔力隨菜距張合拉端濕的距聞離的盒增大例而減鬧?。▓D5.升5）。緞這種粗應(yīng)力幣損失深稱為摩擦電損失。規(guī)范幼規(guī)定橡，摩日擦損郵失σl2按下袍列公途式計(jì)參算：其中戴，k,思μ按表5.銷3取用缸；對(duì)于κx宋+μ垃θ≤陰0.圾2的預(yù)快應(yīng)力錫混凝具土構(gòu)同件，σl2可按籮下式揀近似妹計(jì)算垮：預(yù)應(yīng)透力鋼地筋與葬孔道旨壁之跡間的競(jìng)摩擦泛引起抽的預(yù)應(yīng)帽力損邊失設(shè)預(yù)泳應(yīng)力娛鋼筋畢與臺(tái)吉座之控間的抄溫差懼為Δt，鋼膽筋的礦線膨魂脹系交數(shù)α=交1.竭0×爹10-5/℃，彈積性模態(tài)量Es=2累.0障×1誦05N/蔬mm2，于唐是預(yù)辮應(yīng)力玻損失σl3為：σl3=Esεs=EsαΔ趣t=揀2×蝦105×1包.0撤×1麗0-5Δt性即σl3=2摸Δt受張董拉的早鋼筋蹲與承囑受拉侍力的毯設(shè)備圈之間溫差險(xiǎn)引起脅的預(yù)臥應(yīng)力姻損失所謂嶄鋼筋究應(yīng)力句松弛，是針指鋼領(lǐng)筋在挺高應(yīng)起力狀屯態(tài)下私，在兔長(zhǎng)度桂不變醬條件纖下，資由于隆鋼筋寸的塑利性變筑形而蹄使應(yīng)饞力隨狡時(shí)間月的延碎續(xù)而例降低疫的現(xiàn)廟象。（1）預(yù)應(yīng)鼠力鋼偽絲、沾鋼絞挨線普博通松艷弛：鋼絲閱、鋼脅絞線允低松域弛：當(dāng)σco清n≤0里.7握f(shuō)pt皂k時(shí)4.預(yù)應(yīng)妖力筋諒應(yīng)力終松馳牧引起稀的預(yù)吐應(yīng)力糕損失當(dāng)0.歸7fpt啦k＜σco凳n≤0咱.8肺fpt豈k時(shí)(2掉)熱處間理鋼狐筋：一次仁張拉σl4=0掘.0謊5σco語(yǔ)n超張脖拉σl4=0零.0晶35掏σco蠅n根據(jù)煮試驗(yàn)幫資料稱和經(jīng)趙驗(yàn)，鉛規(guī)范籮規(guī)定也：混秤凝土搏收縮婦、徐咐變引噸起的倡預(yù)應(yīng)撕力損戒失σl5按下富列公歌式計(jì)達(dá)算。（1）先張內(nèi)法構(gòu)律件5.混凝伏土收鍵縮、鈔徐變做引起卷的預(yù)嬸應(yīng)力宜損失(2刪)后張?jiān)?gòu)耕件對(duì)先旅張法咐構(gòu)件對(duì)后所張法次構(gòu)件圖5.途5預(yù)應(yīng)裂力鋼修筋的篩應(yīng)力暫損失σl2表5.錄3摩擦壤系數(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）選擇按變形杠小或濤預(yù)應(yīng)濕力筋忍滑動(dòng)杠小的倆錨具遞或夾博具，漠盡量酬減少泳墊板描的數(shù)攀量，旗增加華先張魂法臺(tái)祖座長(zhǎng)刺度，籍以減慶小σl1值；（2）采用笑高強(qiáng)末度等霸級(jí)混紅凝土達(dá)、高荷標(biāo)號(hào)走水泥揪，降邁低水腫泥用機(jī)量，喇減小派水灰擴(kuò)比，莊采用凝良好懶級(jí)配難的骨妨料，皇盡可故能提犧高混紡凝土藍(lán)的密敢實(shí)度訪并加廳強(qiáng)養(yǎng)蓬護(hù)，雅從而獅減少書預(yù)應(yīng)騾力損燙失σl5；（3）鋼筋族放張吵時(shí)混版凝土藏的實(shí)夕有立灘方體章強(qiáng)度護(hù)值不刷能定中得太訂低，蘇并使親得混墻凝土愿的預(yù)安壓應(yīng)抱力σpc和σpc′不大寄于0.紗5fcu′；（二創(chuàng)）卸減少遇預(yù)應(yīng)態(tài)力損夠失的奔措施（4）對(duì)預(yù)靈應(yīng)力域鋼筋柴進(jìn)行斗超張量拉，聯(lián)以減全少鋼彈筋松漿弛所覆引起艇的預(yù)睬應(yīng)力追損失錯(cuò)；（5）采用闊合適紅的施役工工盲藝，獅如對(duì)偏預(yù)應(yīng)眾力筋握進(jìn)行彈兩端福張拉繞，加耳熱養(yǎng)海護(hù)采炸用“別兩階纖段升撿溫養(yǎng)拘護(hù)”秩，即餃先在匠較低貨溫度卻下養(yǎng)愿護(hù)，疤使混攤凝土偏達(dá)到凝一定途強(qiáng)度賢后，冶再升言溫至疑規(guī)定申的溫街度下柱進(jìn)行緩養(yǎng)護(hù)現(xiàn)，從加而可寇減少垂由溫助差和袋摩擦伴引起純的預(yù)寇應(yīng)力謊損失那。一、分預(yù)應(yīng)閃力混耕凝土森結(jié)構(gòu)托的材喊料預(yù)應(yīng)釋力混悼凝土訊結(jié)構(gòu)額構(gòu)件喊所用廁的混垃凝土栗，應(yīng)滿招足下靜列要棄求：（1）強(qiáng)度修高。（2）收縮圣、徐稈變小爐。（3）快硬西、早洪強(qiáng)。選擇糧混凝垃土強(qiáng)肺度等呼級(jí)時(shí)勺，應(yīng)算考慮頁(yè)施工傍方法亦（先距張或撥后張攏）、浙構(gòu)件橫跨度浩、使忙用情甜況（鄰如有違無(wú)振烈動(dòng)荷秧載）告以及嚷鋼筋紡種類抓等因洞素。（一不）混防凝土第三壯節(jié)預(yù)應(yīng)焰力混擠凝土勸構(gòu)件顏的材王料及拌構(gòu)造鎖要求（二做）鋼維材預(yù)應(yīng)改力結(jié)懂構(gòu)構(gòu)妥件所桑用的俗鋼筋睛（絲旨）應(yīng)滿染足下芹列要廁求：（1）強(qiáng)度脖高。（2）具有四一定相的塑豈性。（3）良好利的加河工性驢能。（4）與混關(guān)凝土襪之間毒有較粗好的映粘結(jié)摸強(qiáng)度征。特鳳別是水先張素法構(gòu)鈔件，喘當(dāng)采魯用光突面高走強(qiáng)鋼前絲時(shí)鹽，表療面應(yīng)滾經(jīng)“寫刻痕協(xié)”或否“壓序波”悅等措憤施處猾理后攝方能摩使用香。二、苗先張第法構(gòu)冠件的袋構(gòu)造握要求1.鋼筋誤（絲衣）間慶距先張萌法預(yù)襪應(yīng)力灶鋼筋愛(ài)之間襯的凈求間距石應(yīng)根便據(jù)澆鏈筑混揉凝土貢、施胃加預(yù)晨應(yīng)力憤及鋼伯筋錨控固等錫要求供確定頂。預(yù)應(yīng)潔力鋼腔筋之云間的撿凈間掘距不退應(yīng)小繁于其伴公稱租直徑制或等柴效直團(tuán)徑的1.距5倍，苦且應(yīng)摩符合借下列欲規(guī)定梨：對(duì)催熱處換理鋼財(cái)筋及則鋼絲扣，不綠應(yīng)小售于15皇mm；對(duì)攝三股壩鋼絞巴線，朗不應(yīng)軋小于20俯mm；對(duì)寨七股塌鋼絞喬線，懇不應(yīng)穿小于25礦mm。2.鋼絲明的并冤筋配宋筋方遠(yuǎn)式當(dāng)先泳張法刮預(yù)應(yīng)現(xiàn)力鋼轎絲按葡單根丘方式揪配筋扣困難延時(shí)，瘋可采架用相自同直忘徑鋼曾絲并炊筋的趟配筋傳方式禮。并輕筋的茶等效衣直徑炭，對(duì)獅雙并扔筋應(yīng)公取為芽單筋挽直徑遺的1.薯4倍，減對(duì)三乖并筋定應(yīng)取敵為單炮筋直稠徑的1.驅(qū)7倍。并筋驅(qū)的保竿護(hù)層沸厚度付、錨關(guān)固長(zhǎng)嫁度及曉預(yù)應(yīng)筋力傳異遞長(zhǎng)語(yǔ)度等射均應(yīng)棚按等歐效直充徑考自慮。當(dāng)預(yù)刻應(yīng)力猜鋼絞脈線、告熱處胸理鋼娃筋采修用并澇筋方窗式時(shí)群，應(yīng)慮有可弦靠的愉構(gòu)造岡措施茫。3.鋼筋吃的保樹(shù)護(hù)層縱向縱預(yù)應(yīng)密力鋼脖筋的柴保護(hù)但層厚沒(méi)度取敢值同毅普通堤鋼筋餡混凝季土構(gòu)口件。4.端部質(zhì)附加臉?shù)摻钕葟埐矸A(yù)拔應(yīng)力殃混凝約土構(gòu)玩件，訴預(yù)應(yīng)添力鋼數(shù)筋端互部周險(xiǎn)圍的也混凝懶土應(yīng)錢采取耀下列廟加強(qiáng)賭措施艷：對(duì)單沖根預(yù)皆應(yīng)力僚鋼筋進(jìn)，其然端部節(jié)宜設(shè)蕩置長(zhǎng)很度不拆小于15擴(kuò)0m邊m且不值少于4圈的抄螺旋輕筋（圖5.叢23簽(a素)）；往當(dāng)有肌可靠秀經(jīng)驗(yàn)逼時(shí)，梨亦可停利用陰支座腫墊板哄上的疊插筋益代替看螺旋均筋，娃但插厲筋數(shù)禁量不擔(dān)應(yīng)少懼于4根，斬其長(zhǎng)泰度不贊宜小給于12蛙0m蝦m(圖5.曾23費(fèi)(b江))。圖5.烈23端部題附加繡鋼筋銅的插鄭筋三、雪后稠張法正構(gòu)件臉的構(gòu)漿造要注求1.預(yù)留怕孔道（1）對(duì)預(yù)鑒制構(gòu)養(yǎng)件，只孔道縮慧之間位的水抗平凈驚距不專宜小格于50竄mm；孔憐道至遠(yuǎn)構(gòu)件枕邊緣橋的凈廢距不璃宜小是于30毛mm，且妙不宜呈小于沈