第十章预应力混凝土的基本知识.ppt

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第九章预应力混凝土的基本知识第一节预应力混凝土的基本概念一、概述钢筋混凝土结构中由于混凝土的极限拉应变很小，对应于混凝土开裂时的裂缝宽度，受拉钢筋的应力仅为2030N/mm2。

对于使用中允许开裂的构件，当裂缝宽度在0.20.3mm时，已经比较宽，钢筋的应力只能达到250N/mm2左右。

因此，高强钢筋在普通混凝土结构中不能发挥应有的作用。

二、预应力混凝土的基本概念二、预应力混凝土的基本概念它是在结构构件承受外荷载作用之前，预先对构件工它是在结构构件承受外荷载作用之前，预先对构件工它是在结构构件承受外荷载作用之前，预先对构件工它是在结构构件承受外荷载作用之前，预先对构件工作阶段的受拉区施加预压力，造成一种人为的预压应力状作阶段的受拉区施加预压力，造成一种人为的预压应力状作阶段的受拉区施加预压力，造成一种人为的预压应力状作阶段的受拉区施加预压力，造成一种人为的预压应力状态，由此产生的预压应力可以减少或抵消外荷载引起的截态，由此产生的预压应力可以减少或抵消外荷载引起的截态，由此产生的预压应力可以减少或抵消外荷载引起的截态，由此产生的预压应力可以减少或抵消外荷载引起的截面混凝土拉应力，甚至使截面处在受压状态。

在工程结构面混凝土拉应力，甚至使截面处在受压状态。

在工程结构面混凝土拉应力，甚至使截面处在受压状态。

在工程结构面混凝土拉应力，甚至使截面处在受压状态。

在工程结构中，这种借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度中，这种借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度中，这种借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度中，这种借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到提高截面刚度、抗裂度，推迟混凝土构件截的不足，达到提高截面刚度、抗裂度，推迟混凝土构件截的不足，达到提高截面刚度、抗裂度，推迟混凝土构件截的不足，达到提高截面刚度、抗裂度，推迟混凝土构件截面受拉区开裂的目的结构，称为混凝土结构的基本概念。

面受拉区开裂的目的结构，称为混凝土结构的基本概念。

面受拉区开裂的目的结构，称为混凝土结构的基本概念。

面受拉区开裂的目的结构，称为混凝土结构的基本概念。

三、预应力混凝土结构的优缺点及其应用

（一）优点nn构件抗裂性能好nn刚度大nn节省材料，减小构件自重nn提高了构件的抗剪能力nn提高受压构件的稳定性nn提高了构件的抗疲劳性能

（二）缺点nn工艺复杂nn需要专门设备，构件加工生产成本比普通混凝土构件高；nn预应力构件加工工艺与技术要求使用的设备专用性高，这些投资在构件中摊销的比例高，构件数量越少成本越高；nn制作工艺相对普通混凝土构件复杂程度高、质量控制难度大。

（三）预应力混凝土结构的应用预应力混凝土结构的特点决定了它具有广泛的应用范围。

在建筑结构中，通常大跨屋架，吊车梁、预应力空心板、小梁、檩条等，在大跨结构和高层房屋现浇结构中也经常使用；另外，大跨度桥梁结构、塔桅构筑物、储液罐、压力管道，以及原子能反应堆容器等都有使用。

第二节施加预应力的方法一、先张法1、定义：

先张拉钢筋，后浇筑混凝土。

2、特点：

构件质量稳定；可以大批量生产，生产效率高；锚具等设备可以重复使用。

3、应用：

便于运输的中小型构件。

二、后张法1、定义：

先浇筑混凝土，后张拉钢筋。

2、特点：

与先张法相反，构件生产施工只能在是够现场进行，构件质量控制难度大；锚具是随着构件一起工作的，不能重复使用。

3、应用：

不便于运输的大型构件。

第三节预应力混凝土材料一、预应力钢筋

（一）性能要求nn强度高nn具有一定的塑性nn良好的工作性能nn与混凝土之间具有良好的粘结力

（二）预应力钢筋的分类常用的预应力钢筋分为：

nn中强度预应力钢丝nn预应力螺纹钢筋nn消除预应力钢丝nn钢绞线二、预应力混凝土构件中的混凝土nn强度高nn收缩和徐变小nn快硬、早强规范规定，在预应力混凝土结构中采用的混凝土强度等级不宜低于C40级，且不应低于C30级。

第四节张拉控制应力和预应力损失一、张拉控制应力及其取值1、定义：

是指张拉预应力钢筋时控制使其达到的应力值。

2、3.取值：

（1）消除预应力钢丝：

（2）中强度预应力钢丝：

（3）预应力螺纹钢筋：

二、预应力损失11、张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损、张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失失减少该项预应力损失的措施有以下两方面：

减少该项预应力损失的措施有以下两方面：

11）选择锚具变形小或预应力筋回缩小的夹具尽量减）选择锚具变形小或预应力筋回缩小的夹具尽量减少垫板的块数。

少垫板的块数。

22）先张法施工增加台座之间的距离）先张法施工增加台座之间的距离ll。

22、预应力筋的摩擦引起的预应力损失、预应力筋的摩擦引起的预应力损失减少该项预应力损失的措施有以下两方面：

减少该项预应力损失的措施有以下两方面：

11）采取两端张拉的方法）采取两端张拉的方法22）超张拉工艺）超张拉工艺33、混凝土采用蒸汽加热养护时预应力筋与承受拉力、混凝土采用蒸汽加热养护时预应力筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失的设备之间的温差引起的预应力损失减少措施减少措施：

减小此项损失的方法有两阶段升温法和采用模减小此项损失的方法有两阶段升温法和采用模生产先张法预制构件的方法两种。

生产先张法预制构件的方法两种。

44、钢筋松弛引起的预应力损失、钢筋松弛引起的预应力损失降低措施：

采用超张拉工艺可以降低钢筋松弛降低措施：

采用超张拉工艺可以降低钢筋松弛损失。

损失。

55、混凝土徐变引起的预应力损失、混凝土徐变引起的预应力损失（先、后张法均（先、后张法均有）有）减少措施减少措施:

此项损失在全部预应力损失中占的比例高，对构此项损失在全部预应力损失中占的比例高，对构件预应力的形成影响大，降低这项损失对减少预应力损失件预应力的形成影响大，降低这项损失对减少预应力损失效果明显。

采用减少混凝土徐变的相应措施，就可从根本效果明显。

采用减少混凝土徐变的相应措施，就可从根本上降低徐变引起的预应力损失，如采用强度等级高的混凝上降低徐变引起的预应力损失，如采用强度等级高的混凝土、减少水泥用量、减低水灰比、选择合理的级配、加强土、减少水泥用量、减低水灰比、选择合理的级配、加强混凝土振捣及养护等。

混凝土振捣及养护等。

66、环形构件采用螺旋形预应力钢筋时局部挤压引起环形构件采用螺旋形预应力钢筋时局部挤压引起的预应力损失的预应力损失减少措施：

搞好级配、加强振捣、加强养护以提高混凝土减少措施：

搞好级配、加强振捣、加强养护以提高混凝土的密实性。

的密实性。

三、预应力损失的组合三、预应力损失的组合规范规范为简化计算，把这六种损失按照先张为简化计算，把这六种损失按照先张法和后张法两种施工工艺分为第一批预压应力施法和后张法两种施工工艺分为第一批预压应力施加之前的应力损失，和预应力施加之后的第二批加之前的应力损失，和预应力施加之后的第二批预应力损失预应力损失。

+预应力损失值的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）的损失混凝土预压后（第二批）的损失+注：

先张法构件由于钢筋应力松弛引起的应力损失值l4在第一批和第二批损失中所占的比例如何区分，可根据实际情况确定。

规范明确规定，当求得的预应力总损失值小于下列数值时，应按下列数值采用：

先张法构件100N/mm2后张法构件80N/mm2第五节预应力混凝土轴心受拉构件一、轴心受拉构件应力分析一、轴心受拉构件应力分析

（一）先张法

（一）先张法11、施工阶段、施工阶段（11）张拉并锚固预应力钢筋）张拉并锚固预应力钢筋张拉预应力钢筋使其达到张拉控制应力张拉预应力钢筋使其达到张拉控制应力，然后将张拉完毕的预应力筋锚固在台座上。

此时然后将张拉完毕的预应力筋锚固在台座上。

此时由于锚具挤压和钢筋滑移已产生了第一种预应力由于锚具挤压和钢筋滑移已产生了第一种预应力损失损失，由于预应力筋尚未放松，构件内混凝土、，由于预应力筋尚未放松，构件内混凝土、非预应力筋的应力为零。

预应力筋的应力已变为非预应力筋的应力为零。

预应力筋的应力已变为。

（2）混凝土预压前由于在构件内设置预应力筋的转向装置的摩由于在构件内设置预应力筋的转向装置的摩擦作用出现了擦作用出现了，采用混凝土加热养护时，预应，采用混凝土加热养护时，预应力筋与承受拉力的设备之间的温差造成的损失力筋与承受拉力的设备之间的温差造成的损失，预应力钢筋张拉完毕就开始出现的钢筋松弛损，预应力钢筋张拉完毕就开始出现的钢筋松弛损失失，在放松预应力筋给构件截面施加预压应力，在放松预应力筋给构件截面施加预压应力之前已经先后产生。

在先张法构件中预压前出现之前已经先后产生。

在先张法构件中预压前出现的这四种预应力损失称为第一批预应力损失，用的这四种预应力损失称为第一批预应力损失，用表示。

构件内混凝土、非预应力筋的应力为零。

表示。

构件内混凝土、非预应力筋的应力为零。

预应力筋的应力已变为预应力筋的应力已变为。

（3）混凝土预压混凝土结硬后随着时间的推移强度不断升高，当其达到设计强度75%以上时，可以剪断预应力筋，依靠混凝土与预应力筋之间的黏结力将预应力筋的弹性回缩力平衡在构件截面，混凝土受压回缩，钢筋同时也弹性回缩。

此时，构件内非预应力筋、预应力筋及混凝土的应力已变为、：

（4）完成第二批预应力损失构件在投入使用之前，第二批预应力损失全部产生，此时全部预应力损失为：

，根据截面内力平衡条件可得：

22、使用阶段、使用阶段（11）混凝土消压）混凝土消压在构件投入使用阶段，随着轴向拉力的增加，构件伸在构件投入使用阶段，随着轴向拉力的增加，构件伸长，混凝土预压应力被轴向力逐渐抵消，直到混凝土预压长，混凝土预压应力被轴向力逐渐抵消，直到混凝土预压应力被完全抵消变为应力被完全抵消变为00的状态出现，此时为消压状态。

此的状态出现，此时为消压状态。

此过程混凝土的应力增加了过程混凝土的应力增加了，变为，变为00，预应力筋和非预应，预应力筋和非预应力筋的应力增量为力筋的应力增量为，它们的应力分别变为：

，它们的应力分别变为：

由截面内力平衡条件可得，消压状态下构件承受的轴由截面内力平衡条件可得，消压状态下构件承受的轴向压力为：

向压力为：

（22）混凝土即将开裂）混凝土即将开裂在混凝土消压状态的基础上，继续增加荷载，在混凝土消压状态的基础上，继续增加荷载，混凝土截面开始出现拉应力，直到混凝土截面的混凝土截面开始出现拉应力，直到混凝土截面的拉应力达到混凝土抗拉强度标准值拉应力达到混凝土抗拉强度标准值时，混凝土时，混凝土即将开裂，此时截面上应力分布情况为：

即将开裂，此时截面上应力分布情况为：

由力的平衡条件可得轴心受拉构件的抗裂轴由力的平衡条件可得轴心受拉构件的抗裂轴向力为：

向力为：

（33）构件破坏）构件破坏外荷载由截面继续增加，裂缝出现并将构件外荷载由截面继续增加，裂缝出现并将构件截面裂通，此时混凝土退出工作，全部外荷载配截面裂通，此时混凝土退出工作，全部外荷载配置的钢筋承担，最终钢筋的应力达到其抗拉强度置的钢筋承担，最终钢筋的应力达到其抗拉强度设计值。

此时截面应力分布为：

设计值。

此时截面应力分布为：

由平衡条件可得构件的受拉承载力为：

由平衡条件可得构件的受拉承载力为：

（二）后张法1.施工阶段

（1）浇筑混凝土预应力筋孔道成型这一阶段是构件施加预应力的前期阶段，没有预应力的影响和截面应力的明显变化。

（22）张拉预应力筋并锚固）张拉预应力筋并锚固当混凝土达到设计强度当混凝土达到设计强度75%75%以上时，可以开以上时，可以开展预应力施工过程。

张拉预应力筋使其达到控制展预应力施工过程。

张拉预应力筋使其达到控制应力应力，混凝土受到弹性压缩，张拉完毕后加，混凝土受到弹性压缩，张拉完毕后加以锚固。

在这个阶段先后出现了以锚固。

在这个阶段先后出现了和和，施加预，施加预压应力的过程结束，第一预应力损失产生，其值压应力的过程结束，第一预应力损失产生，其值为为。

混凝土在施加预应力的过程受到挤。

混凝土在施加预应力的过程受到挤压，弹性回缩产生，同时截面已建立了预压应力。

压