鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)-預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一、基本概念由于砼的抗拉極限強(qiáng)度低，受拉極限應(yīng)變很小，只約為（1~1.5）×10-4，此時(shí)

鋼筋拉應(yīng)力＝？a.抗裂性差鋼筋混凝土構(gòu)件一般都是帶裂縫工作的。1.普通混凝土的缺點(diǎn)1.普通混凝土的缺點(diǎn)b.高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)混凝土不能充分發(fā)揮作用采用高強(qiáng)混凝土，抗壓強(qiáng)度有效增大，但抗拉強(qiáng)度提高很少。采用提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)的方法來(lái)改善其抗裂性收效甚微。在鋼筋砼構(gòu)件中，采用高強(qiáng)鋼筋雖然能提高構(gòu)件的承載力，但高強(qiáng)鋼筋拉應(yīng)力變大，致使裂縫寬度。要滿足正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算要求，高強(qiáng)鋼筋就無(wú)法充分作用。一、基本概念c.結(jié)構(gòu)自重大，剛度小又由于鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用時(shí)是帶裂縫工作，造成構(gòu)件的剛度較小，變形較大，使用性能不夠理想。普通混凝土結(jié)構(gòu)：鋼筋等級(jí)大都為III級(jí)或III級(jí)以下混凝土砼等級(jí)一般為C30左右所以構(gòu)件截面尺寸通常較大，致使構(gòu)件自重偏大。一、基本概念1.普通混凝土的缺點(diǎn)跨度為5.2m的簡(jiǎn)支梁，截面尺寸為200×450mm2，作用均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=10kN/m，均布恒荷載gk=5kN/m?！?/p>

鋼筋混凝土梁應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)時(shí)，如為增加剛度而加大截面尺寸，會(huì)導(dǎo)致自重進(jìn)一步增大，形成惡性循環(huán)?！?/p>

如增加鋼筋來(lái)提高剛度，則鋼材的強(qiáng)度得不到充分利用，造成浪費(fèi)?！?/p>

采用高強(qiáng)鋼筋，按正截面承載力要求可減少配筋，截面抗彎剛度基本與配筋面積成比例降低，故撓度變形控制難以滿足?！?/p>

裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力基本成正比，一般Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承載力計(jì)算，Ms下sss=(0.5~0.7)fy。對(duì)于Ⅱ級(jí)鋼筋，fy=300MPa，sss=150~210MPa，裂縫寬度已達(dá)(0.15~0.25)mm。如采用高強(qiáng)鋼筋，fy=580MPa，則sss=290~406MPa，裂縫寬度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)容許限值。預(yù)應(yīng)力混凝土：在構(gòu)件承受荷載之前預(yù)先對(duì)受拉區(qū)砼施加壓力，使構(gòu)件產(chǎn)生壓縮變形和預(yù)壓應(yīng)力，當(dāng)荷載作用使構(gòu)件產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消砼截面的預(yù)壓應(yīng)力，隨著荷載增加逐漸使砼受拉并使進(jìn)而出現(xiàn)裂縫，這就推遲了裂縫的出現(xiàn)也相應(yīng)地減小了裂縫寬度。2、基本原理3、實(shí)例上箍——箍受拉，木片和木片之間產(chǎn)生了預(yù)壓力盛物（水，沙等）——水壓使木桶產(chǎn)生的環(huán)向拉力優(yōu)點(diǎn)：預(yù)應(yīng)力的施加增大了抗裂度—將同樣體積的兩個(gè)桶（一個(gè)加箍，一個(gè)未加箍）都裝滿水，若在桶體完好的情況下，一個(gè)桶將漏水，而一個(gè)不漏。3、實(shí)例預(yù)應(yīng)力壩3、實(shí)例二、分類(lèi)三、預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)

a.提高構(gòu)件的抗裂性、耐久性，增加構(gòu)件的剛度

b.節(jié)約材料、減輕自重、降低造價(jià)

c.構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化、工廠化生產(chǎn)程度高2.缺點(diǎn)構(gòu)件制作復(fù)雜、施工工序多，對(duì)材料的質(zhì)量和制作技術(shù)水平要求高，需要有復(fù)雜的張拉和錨固設(shè)備，構(gòu)件制作周期長(zhǎng)，計(jì)算復(fù)雜等。四、預(yù)應(yīng)力的施加方法1.先張法

先在臺(tái)座上或鋼模內(nèi)張拉鋼筋

然后澆筑混凝土

待混凝土結(jié)硬（達(dá)75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度）放松

錨具只是臨時(shí)固定，可重復(fù)使用

混凝土的預(yù)應(yīng)力是回縮鋼筋通過(guò)粘結(jié)力逐步

傳遞給混凝土，通過(guò)一個(gè)傳遞長(zhǎng)度lc施加預(yù)應(yīng)力的方法先張法2.后張法先澆混凝土，留鋼筋孔道混凝土到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)張拉鋼筋張拉過(guò)程即是施加預(yù)應(yīng)力的過(guò)程再灌漿錨具一次性使用，工作錨具有端部局部承壓?jiǎn)栴}四、預(yù)應(yīng)力的施加方法后張法后張法3.區(qū)別先張法

1.需要臺(tái)座

2.張拉完，砼才受壓縮

3.靠粘結(jié)力傳遞預(yù)應(yīng)力后張法

1.不需要臺(tái)座

2.鋼筋和砼同時(shí)受壓縮

3.靠錨固保持預(yù)應(yīng)力五、夾具和錨具錨具——錨具作用

與構(gòu)件連成一體，不能取下重復(fù)使用（一次性）夾具——夾的作用

能夠取下重復(fù)使用（多次重復(fù)）

螺絲端桿錨具夾片式錨具六、預(yù)應(yīng)力混凝土的材料1、混凝土要求：a.強(qiáng)度高b.收縮，徐變小c.快硬，早強(qiáng)材料：強(qiáng)度等級(jí)≥C30

若采用碳素鋼筋鋼絲≥C402、鋼筋要求：強(qiáng)度高具有一定塑性、良好的加工性能、較好的粘結(jié)強(qiáng)度材料：冷拉低合金鋼筋熱處理鋼筋高強(qiáng)鋼絲(一)預(yù)應(yīng)力鋼筋◆

預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度越高越好?！?/p>

而且在預(yù)應(yīng)力混凝土制作和使用過(guò)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(huì)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?！?/p>

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。同時(shí)還要求具有良好的加工性能，以滿足對(duì)鋼筋焊接、鐓粗的加工要求?！?/p>

對(duì)鋼絲類(lèi)預(yù)應(yīng)力筋，還要求具有低松弛性和與混凝土良好的粘結(jié)性能，通常采用‘刻痕’或‘壓波’方法來(lái)提高與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度。1、冷拉低合金鋼筋◆通常將熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后作為預(yù)應(yīng)力筋，抗拉強(qiáng)度可達(dá)580MPa?！魹榻鉀Q粗直徑鋼筋的連接問(wèn)題，鋼筋表面軋制成不帶縱向肋的精制螺紋，可用套筒直接連接。◆但隨著近年來(lái)高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線的大量生產(chǎn)，這種預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)用已很少。2、中高強(qiáng)鋼絲中高強(qiáng)鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤(pán)條，經(jīng)過(guò)幾次冷拔后得到。中強(qiáng)鋼絲的為800~1200MPa，高強(qiáng)鋼絲的強(qiáng)度為1470~1860MPa。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?？毯垆摻z螺旋肋鋼絲3、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(chēng)直徑為9.5~15.2mm，通常用于無(wú)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。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束4、熱處理鋼筋

用熱軋中碳低合金鋼經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后制成的高強(qiáng)度鋼筋，直徑為6~10mm，抗拉強(qiáng)度為1470MPa。除冷拉低合金鋼筋外，其余預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均無(wú)明顯屈服點(diǎn)，采用殘余應(yīng)變?yōu)?.2%的條件屈服點(diǎn)作為抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)。二、混凝土——預(yù)應(yīng)力混凝土要求采用高強(qiáng)混凝土★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(shí)的彈性回縮；★徐變較小，有利于減少徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失；★與鋼筋有較大粘結(jié)強(qiáng)度，減少先張法預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度；★有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；★強(qiáng)度早期發(fā)展較快，可較早施加預(yù)應(yīng)力，加快施工速度，提高臺(tái)座、模具、夾具的周轉(zhuǎn)率，降低間接費(fèi)用一般預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C30，當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲時(shí)不低于C40。七、張拉控制應(yīng)力1.定義指預(yù)應(yīng)力鋼筋在進(jìn)行張拉時(shí)所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值。總張拉力=σcon×預(yù)應(yīng)力筋截面積。張拉設(shè)備（如千斤頂油壓表）所指示的總張拉力。2.張拉控制應(yīng)力大小的確定

張拉控制應(yīng)力大小直接影響預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件優(yōu)越性的發(fā)揮。

a.張拉控制應(yīng)力過(guò)小

如果控制應(yīng)力取值過(guò)低，則預(yù)應(yīng)力鋼筋在經(jīng)歷各種損失值對(duì)砼產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力過(guò)小，不能有效提高預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件的抗裂度和剛度。

b.張拉控制應(yīng)力過(guò)大

1)在施工階段：會(huì)使構(gòu)件的某些部位受到拉力，甚至開(kāi)裂，對(duì)后張法構(gòu)件則可能造成端部混凝土局部受壓破壞；

2)延性差：構(gòu)件出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載與極限荷載很接近，使構(gòu)件在破壞前無(wú)明顯的預(yù)兆，延性較差；∴就要確定好張拉控制應(yīng)力3.影響控制應(yīng)力的因素

a.與鋼種有關(guān)

冷拉熱軋鋼筋，塑性較好。到達(dá)屈服后有明顯的屈服強(qiáng)度，可高碳鋼絲和熱處理鋼筋的塑性較差，沒(méi)有明顯屈服臺(tái)階

b.與施加預(yù)應(yīng)力的方法有關(guān)對(duì)于相同的鋼種先張法>后張法先張法的張拉力由臺(tái)座承受，當(dāng)放張鋼筋時(shí)，由于鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)力，兩者同時(shí)受到壓縮，從而使預(yù)應(yīng)力鋼筋中的應(yīng)力有所降低。后張法是以構(gòu)件為臺(tái)座，一邊張拉鋼筋，構(gòu)件一邊縮短，指數(shù)已扣除混凝土彈性壓縮后的鋼筋應(yīng)力。4.張拉控制應(yīng)力的范圍根據(jù)長(zhǎng)期積累的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)《規(guī)范》規(guī)定一般情況下的最大值（標(biāo)準(zhǔn)值）：

fptk——極限抗拉強(qiáng)度（沒(méi)有明顯的流幅，條件屈服點(diǎn)）

fpyk——屈服強(qiáng)度（有明顯的流幅）因?yàn)閷?duì)預(yù)應(yīng)力筋的張拉過(guò)程是在施工階段進(jìn)行的，同時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力筋也是對(duì)它進(jìn)行的一次檢驗(yàn)，所以表中[scon]是以預(yù)應(yīng)力筋的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度給出的，且[scon]可不受抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的限制。在下列情況下，[scon]可提高0.05fptk：⑴為提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能，而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋；⑵為部分抵消應(yīng)力松弛、摩擦、分批張拉和溫差產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。為避免scon的取值過(guò)低，影響預(yù)應(yīng)力筋充分發(fā)揮作用，《規(guī)范》規(guī)定scon不應(yīng)小于0.4fptk?！纛A(yù)應(yīng)力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質(zhì)以及制作方法上原因，預(yù)應(yīng)力筋中應(yīng)力會(huì)從scon逐步減少，并經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才會(huì)最終穩(wěn)定下來(lái)，這種應(yīng)力降低現(xiàn)象稱(chēng)為預(yù)應(yīng)力損失?！粲捎谧罱K穩(wěn)定后的應(yīng)力值才對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生實(shí)際的預(yù)應(yīng)力效果。因此，預(yù)應(yīng)力損失是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題?！暨^(guò)高或過(guò)低估計(jì)預(yù)應(yīng)力損失，都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生不利影響。八、預(yù)應(yīng)力損失1.錨固損失σl1

a.損失的原因

1)張拉時(shí)，錨具，墊板與構(gòu)件之間是有縫隙的，一旦放松，縫隙擠緊則產(chǎn)生損失。

2)鋼筋和楔塊在錨具內(nèi)的滑移，使得拉緊的鋼筋回縮，這樣張拉程度降低，應(yīng)力減少，引起預(yù)應(yīng)力損失。

b.計(jì)算方法

預(yù)應(yīng)力損失的種類(lèi)

c.減少此項(xiàng)損失的措施有

1)選擇錨具變形小或使預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨（夾）具，盡量少用墊板

2)增加臺(tái)座長(zhǎng)度，σl1與l成反比。當(dāng)臺(tái)座長(zhǎng)度為100m以上，σl1可忽略不計(jì)

2、摩擦損失sl2

摩擦損失是指在后張法張拉鋼筋時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力筋與周?chē)佑|的混凝土或套管之間存在摩擦，引起預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力隨距張拉端距離的增加而逐漸減少的現(xiàn)象。直線預(yù)應(yīng)力筋曲線預(yù)應(yīng)力筋一端張拉兩端張拉超張拉減少摩擦損失的措施

“超張拉”的工藝是以超過(guò)控制應(yīng)力之值張拉，再適當(dāng)放松，最后再次張拉到控制應(yīng)力值。這樣可使預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力沿構(gòu)件分布得比較均勻，同時(shí)預(yù)應(yīng)力損失也能明顯降低。3.熱養(yǎng)護(hù)損失σl3

a.損失的原因

為縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，澆灌砼后常用蒸汽養(yǎng)護(hù)的辦法加速砼的硬結(jié)。升溫時(shí)，新澆的砼尚未結(jié)硬，鋼筋受熱后可以自由膨脹，但兩端臺(tái)座固定不動(dòng)。因而張拉后的鋼筋就松了，使預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生應(yīng)力損失σl3；降溫時(shí)，砼已結(jié)硬，且和鋼筋之間具有粘結(jié)作用，由于兩者的溫度膨脹系數(shù)相同（相近）溫度降低產(chǎn)生相同收縮，所損失的σl3無(wú)法恢復(fù)。

b.計(jì)算方法

溫差Δt線膨脹系數(shù)α=0.0001/℃

1)采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)第一次升溫至20℃,然后保持恒溫。當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，預(yù)應(yīng)力與砼已粘結(jié)到一起，此時(shí)再第二次升溫至規(guī)定溫度，這時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋與砼同時(shí)伸長(zhǎng)，故不再產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。

2)采用鋼模因鋼筋錨固在鋼模上，蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)二者溫度相同，無(wú)溫差損失。c.減少損失的措施：4、鋼筋松弛損失sl4

鋼筋在高應(yīng)力長(zhǎng)期作用下具有隨時(shí)間增長(zhǎng)產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì)。在長(zhǎng)度保持不變的條件下，應(yīng)力值隨時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為松弛。應(yīng)力松弛與初始應(yīng)力水平和作用時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。根據(jù)應(yīng)力松弛的長(zhǎng)期試驗(yàn)結(jié)果，《規(guī)范》取普通預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線：低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲和鋼絞線：當(dāng)scon≤0.7fptk時(shí)，當(dāng)0.7fptk<scon≤0.8fptk時(shí)，a.損失的原因混凝土的收縮和徐變，都會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件長(zhǎng)度的縮短，預(yù)應(yīng)力筋隨之回縮，引起預(yù)應(yīng)力損失。由于收縮和徐變是同時(shí)隨時(shí)間產(chǎn)生的，且影響二者的因素相同時(shí)隨變化規(guī)律相似，《規(guī)范》將二者合并考慮。b.計(jì)算方法

先張法后張法5.收縮徐變損失σl5An=Ac+asAs先張法后張法A0=Ac+apAp+asAs

1)采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬砼2)采用級(jí)配較好的骨料，加強(qiáng)震搗，提高砼的密實(shí)性3)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少砼的收縮6.用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)