預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)教程文件

1、預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)因此：因此： 混凝土受拉區(qū)開裂較早，此時(shí)的鋼筋應(yīng)力只有（2040）N/mm2左右,大概只發(fā)揮了其強(qiáng)度的十分之一左右。因而在使用階段鋼筋砼構(gòu)件一般是帶裂縫工作的！見表分析：因此因此引起矛盾！引起矛盾！l構(gòu)件中若采用高強(qiáng)度鋼筋，將使 使用荷載下鋼筋的工作應(yīng)力提高很多， 撓度和裂縫寬度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值!若拉區(qū)最大裂縫控制在0.3mm以內(nèi)的話，鋼筋的拉力僅達(dá)到150250N/mm2,只占高強(qiáng)鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（10001300N/mm2）的15%20% 不能充分利用高強(qiáng)鋼筋的強(qiáng)度！l實(shí)際上高強(qiáng)度鋼筋在鋼筋混凝土構(gòu)件中將很難得到合理的使用 因而不能采用高強(qiáng)度鋼筋！l而采用高強(qiáng)度混凝

2、土也是沒有意義的因?yàn)楦邚?qiáng)度混凝土對(duì)提高抗裂度、剛度和減小裂縫寬度的作用很小?？傊傊摻罨炷翗?gòu)件過早開裂的問題不解決就不能有效的利用高強(qiáng)材料！ 結(jié)果阻礙了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自身的發(fā)展。另一方面：另一方面：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，也受到過早開裂導(dǎo)致的剛度降低、裂縫開展的制約：l如用于大跨結(jié)構(gòu)時(shí)，為滿足撓度控制的要求，需要加大截面尺寸來增大剛度，以致使構(gòu)件的承載力中有較大一部分用于負(fù)擔(dān)結(jié)構(gòu)的自重。l跨度越大，自重在承載力中所占比例就越大，很不經(jīng)濟(jì)、不合理、甚至是不可能的因此，限制了應(yīng)用范圍。二預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念二預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念那么，如何解決這個(gè)矛盾呢？ 可否設(shè)想借助于混凝土的抗壓強(qiáng)度來補(bǔ)償

3、其抗拉強(qiáng)度的不足，以推遲受拉區(qū)混凝土的開裂？即：在構(gòu)件受外荷以前，使它先存在著一種應(yīng)力狀態(tài)（預(yù)加應(yīng)力），用以減小或抵消外荷作用時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力？ 實(shí)際上,預(yù)加應(yīng)力的概念在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中早有所應(yīng)用。如：在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中情況如何呢在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中情況如何呢？l施加預(yù)應(yīng)力的概念雖然早已存在，但預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的推廣和應(yīng)用，還只是近50年來有了高強(qiáng)鋼筋才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)！l為什么？l因?yàn)橛蓄A(yù)應(yīng)力損失！施加預(yù)應(yīng)力后，施加預(yù)應(yīng)力后，應(yīng)用范圍擴(kuò)大應(yīng)用范圍擴(kuò)大：例如： 非預(yù)應(yīng)力吊車梁跨度為6m，預(yù)應(yīng)力吊車梁跨度可達(dá)12m； 非預(yù)應(yīng)力屋架1821m，預(yù)應(yīng)力屋架3036m或更大！目前預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)用目前預(yù)應(yīng)力混凝

4、土應(yīng)用 世界上最大的預(yù)應(yīng)力砼貯罐直徑達(dá)82m，高達(dá)36m； 預(yù)應(yīng)力輕骨料砼建造的飛機(jī)庫屋蓋結(jié)構(gòu)跨度達(dá)90m； 預(yù)應(yīng)力箱形截面橋梁跨度達(dá)240m以上； 預(yù)應(yīng)力電視塔高達(dá)549m; 我國設(shè)計(jì)制造的大跨度預(yù)應(yīng)力砼屋架跨度達(dá)60m。預(yù)應(yīng)力混凝土與普通砼預(yù)應(yīng)力混凝土與普通砼 兩者相比，預(yù)應(yīng)力混凝土有如下特點(diǎn)：1提高構(gòu)件的抗裂能力只有當(dāng)混凝土的預(yù)壓應(yīng)力全部抵消轉(zhuǎn)而受拉且受拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件才會(huì)開裂。2增大了構(gòu)件的剛度使混凝土轉(zhuǎn)變成彈性材料預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件正常使用時(shí)，可能不開裂或只有很小的裂縫，混凝土基本上處于彈性階段工作。3充分利用高強(qiáng)度材料 前已分析4擴(kuò)大了構(gòu)件的應(yīng)用范圍 因改善了抗裂

5、性能，可用于防水、抗?jié)B性及抗腐蝕要求的環(huán)境。 采用高強(qiáng)度材料，結(jié)構(gòu)輕巧，剛度大、變形小，可用于大跨度、重荷載及承受反復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)l施工麻煩，工藝復(fù)雜，需要錨具，精度要求較高，施工周期較長(zhǎng)，造價(jià)高，且不能提高構(gòu)件的承載力。l？ 第二節(jié) 施加預(yù)應(yīng)力的方法先張法與后張法先張法：先張拉鋼筋后澆筑混凝土；后張法：先澆筑混凝土后張拉鋼筋。具體施工順序與特點(diǎn)先張法先張法一.先張法在先張法中，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋與砼之間的粘結(jié)力來傳遞的。施加預(yù)應(yīng)力是靠張拉鋼筋來實(shí)現(xiàn)的即張拉高強(qiáng)度的鋼筋，并將其錨固在砼構(gòu)件內(nèi)，由于鋼筋彈性回縮，就使砼受壓。后張法后張法二二后張法后張法l后

6、張法是靠錨具來保持預(yù)應(yīng)力的，錨具將永遠(yuǎn)附在構(gòu)件上。錨具：錨具：上述后張法的缺點(diǎn)是：工序多，預(yù)留孔道占截面面積大，施工復(fù)雜。夾具與錨具是預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的重要工具夾具構(gòu)件制作完畢能取下來重復(fù)使用的稱為夾具；錨具留在構(gòu)件上不能再取下的稱為錨具。統(tǒng)稱為錨具有時(shí)，為簡(jiǎn)便起見。三三后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力另一種后張法后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。特點(diǎn)：不需要預(yù)留孔道，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可與非預(yù)應(yīng)力筋同時(shí)鋪設(shè)，并可采用曲線配筋，布置靈活。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力指沿預(yù)應(yīng)力筋全長(zhǎng)其周圍均與混凝土粘結(jié)握裹在一起的；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力指預(yù)應(yīng)力筋伸縮、滑動(dòng)自由，不與周圍混凝土粘結(jié)的。其主要工序?yàn)椋?制作無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（加涂層、套管

7、）2綁扎鋼筋（圖a)3澆筑混凝土(圖b）4張拉預(yù)應(yīng)力筋四四先張法和后張法的先張法和后張法的比較比較：先張法：工藝簡(jiǎn)單，靠粘結(jié)力錨固預(yù)應(yīng)力筋不需要永久性的工作錨具，但需要臺(tái)座或鋼模等設(shè)施。適于：在預(yù)制廠制造標(biāo)準(zhǔn)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，如樓板或過梁等。后張法：通過錨具傳遞預(yù)壓應(yīng)力工藝較復(fù)雜，慢，需要在構(gòu)件上安裝永久性的工作錨具，成本高。適于：現(xiàn)場(chǎng)澆筑、就地張拉、吊裝的大型建筑中的特大構(gòu)件。第三節(jié) 預(yù)應(yīng)力砼的材料一 預(yù)應(yīng)力鋼筋（一）對(duì)鋼筋性能要求：.強(qiáng)度高 使混凝土獲得較高的預(yù)壓應(yīng)力；.良好的塑性以保證在較高應(yīng)力下不會(huì)發(fā)生拉斷破壞； .良好的可焊性以保證必要的加工； .與砼有較好的粘接強(qiáng)度原因：預(yù)應(yīng)力鋼筋高應(yīng)力

8、狀態(tài)（二）（二） 預(yù)應(yīng)力鋼筋分類預(yù)應(yīng)力鋼筋分類國內(nèi)常用的預(yù)應(yīng)力鋼筋有鋼筋、鋼絲、鋼絞線；分為兩大類：1無物理屈服點(diǎn)鋼筋（絲）（1）鋼鉸線 由多股（3或7股）高強(qiáng)鋼絲鉸合而成，再經(jīng)低溫回火制成。特點(diǎn)：鋼鉸線比單根鋼絲直徑大，但具有一定的柔性，施工方便且不降低強(qiáng)度。 （2）消除應(yīng)力鋼絲 經(jīng)過低溫回火處理的鋼絲稱為。解釋：高碳鋼經(jīng)過多次冷拔，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，需采用低溫回火來消除內(nèi)應(yīng)力。在外形上分為：光面、刻痕及螺旋肋三種，用p、I、H表示。（3）熱處理鋼筋用熱軋中碳鋼經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后制成的高強(qiáng)度鋼筋。特點(diǎn)：具有強(qiáng)度高、松弛小等特點(diǎn)，以圓盤形式供應(yīng)，省掉對(duì)焊和整直等工序，施工方便。2有物理屈服點(diǎn)鋼筋

9、有物理屈服點(diǎn)鋼筋冷拉低合金鋼采用熱軋鋼筋經(jīng)冷拉后得到。特點(diǎn)：鋼筋經(jīng)冷拉后屈服強(qiáng)度提高，塑性有所降低。l鋼筋冷拉后可以提高抗拉強(qiáng)度，當(dāng)鋼筋用于抗壓時(shí)，其強(qiáng)度并不提高。l規(guī)范提倡優(yōu)先采用強(qiáng)度高、性能好的預(yù)應(yīng)力鋼筋（鋼絲、鋼鉸線）。注：鋼筋冷拔后則同時(shí)提高抗拉及抗壓強(qiáng)度。補(bǔ)充：鋼筋的冷拉與冷拔補(bǔ)充：鋼筋的冷拉與冷拔1.鋼筋的冷拉在常溫下將有明顯流幅的鋼筋拉伸到強(qiáng)化階段k點(diǎn)，然后卸載，卸載后鋼筋將沿k直線恢復(fù)到0，鋼筋產(chǎn)生殘余變形00。如果再張拉，應(yīng)力應(yīng)變曲線將沿0kd變化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)高于冷拉前屈服點(diǎn)b，但流幅不明顯。時(shí)效硬化冷拔后，若停留相當(dāng)時(shí)間或高溫作用后再張拉，曲線將沿0kk變化，轉(zhuǎn)折點(diǎn)提高到k點(diǎn)。

10、工程應(yīng)用：一方面提高鋼筋的屈服強(qiáng)度，同時(shí)鋼筋的長(zhǎng)度也延長(zhǎng)了，從而達(dá)到節(jié)約鋼材的目的。2鋼筋的冷拔l將直徑為68mm的鋼筋在常溫下通過比自身直徑小0.51mm的鎢金拔絲模冷拔而成。l鋼筋在通過拔絲模后受到很大的側(cè)向擠壓而產(chǎn)生塑性變形，迫使鋼材內(nèi)部發(fā)生變化而提高鋼筋的強(qiáng)度。二二 混凝土混凝土 預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)對(duì)砼性能的要求是：（1）高強(qiáng)度必須！砼強(qiáng)度等級(jí)愈高，承受的預(yù)壓應(yīng)力愈大，能顯著提高構(gòu)件的抗裂度；（2）收縮、徐變?。阂詼p少構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力損失。 （3）快硬、早強(qiáng)：可縮短生產(chǎn)周期，提高了張拉工具的周轉(zhuǎn)率。規(guī)范規(guī)范規(guī)定：規(guī)定：l預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的砼強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30 ；l當(dāng)采用高強(qiáng)鋼絲或熱處理鋼筋時(shí)，砼

11、強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40 。三截面形狀和尺寸三截面形狀和尺寸通常是：梁高 h = (1/20 1/14) l 0， 也可取非預(yù)應(yīng)力梁高的70%左右；梁腹寬 b = (1/10 1/6)h （宜小些）一般情況，截面的寬高比宜小，翼緣和腹板的厚度也不宜大。第四節(jié) 預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件計(jì)算基本原理一張拉張拉控制應(yīng)力控制應(yīng)力和和預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失1 1張拉控制應(yīng)力con在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，張拉設(shè)備所控制的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力筋截面積得到的應(yīng)力稱為。con取值越高，混凝土的預(yù)壓應(yīng)力越高，可以節(jié)約鋼筋；但張拉控制應(yīng)力應(yīng)有所控制！原因：首先：鋼筋的強(qiáng)度是一定的，不能無限制的張拉；其次：如果張拉力過大，會(huì)使鋼筋應(yīng)

12、力進(jìn)入屈服階段產(chǎn)生塑性變形而達(dá)不到預(yù)期的預(yù)應(yīng)力效果，甚至還會(huì)在加荷時(shí)出現(xiàn)脆性斷裂而突然破壞。因此：在充分利用鋼筋強(qiáng)度的前提下，對(duì)鋼筋的張拉應(yīng)力必須有所控制！結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力 con不應(yīng)超過表所列數(shù)值。鋼筋種類 張拉方法 先張法后張法消除應(yīng)力鋼絲、鋼鉸線0.75fptk0.75 fptk熱處理鋼筋0.70fptk0.65fptk那么那么:一根鋼筋究竟要拉多大的力才達(dá)到要求呢？就是以鋼筋張拉控制應(yīng)力con乘以一根鋼筋的截面面積來決定的。注： fpyk 為用于預(yù)應(yīng)力鋼筋的冷拉鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； fptk 為用于預(yù)應(yīng)力鋼筋的碳素鋼絲等的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。因此：因此：在預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件計(jì)算

13、時(shí)在預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件計(jì)算時(shí)需解決兩個(gè)問題需解決兩個(gè)問題：l鋼筋要張拉多大的力？l預(yù)應(yīng)力損失值有多少？因?yàn)椋阂驗(yàn)椋簂砼預(yù)壓應(yīng)力的大小，取決于鋼筋彈性回縮的程度；鋼筋要有足夠回彈力 這就牽涉到鋼筋要張拉多大的力？l因?yàn)橥ㄟ^張拉鋼筋建立的預(yù)應(yīng)力并不全部有效，實(shí)際有效的預(yù)應(yīng)力受各種因素影響有所降低 這就牽涉到預(yù)應(yīng)力損失值有多少？2. 預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失從張拉開始到構(gòu)件使用，由于張拉工藝和材料的特性等原因，鋼筋的張拉控制應(yīng)力將不斷的降低，這部分降低值稱為預(yù)應(yīng)力損失。 在設(shè)計(jì)時(shí)要正確計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值； 施工時(shí)要盡量減少預(yù)應(yīng)力損失；預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的成敗關(guān)鍵！造成預(yù)應(yīng)力損失的造成預(yù)應(yīng)力損失的原因原因主要有以下六種：

14、主要有以下六種： 錨具變形和鋼筋滑動(dòng)引起的預(yù)應(yīng)力損失l1l1 （先、后）l錨具變形越大，預(yù)應(yīng)力損失亦越大，約占總損失的5 10% 左右。 預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間鋼筋與孔道壁之間摩擦摩擦引起的預(yù)引起的預(yù)應(yīng)力損失應(yīng)力損失1 12 （后）（后）在后張法張拉鋼筋時(shí)，由于鋼筋與孔道壁之間的摩擦妨礙了鋼筋伸長(zhǎng)因此，約占總損失的 5 15% 左右?；炷良訜狃B(yǎng)護(hù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋與臺(tái)座之間 溫度差引起預(yù)應(yīng)力損失1 13 3 （先）約占 20% 左右。 鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失引起的預(yù)應(yīng)力損失1 14（先、（先、 后）后） 占總損失的占總損失的 15% 左右。左右。 砼砼收縮、徐變收縮、徐變引

15、起的應(yīng)力損失引起的應(yīng)力損失1 15 （先、后）（先、后） 占總損失的占總損失的50 60% 。 這是一項(xiàng)數(shù)值較大、并占很大比重的預(yù)應(yīng)力損失，這是一項(xiàng)數(shù)值較大、并占很大比重的預(yù)應(yīng)力損失， 必須認(rèn)真對(duì)待！必須認(rèn)真對(duì)待！ 環(huán)形配筋對(duì)砼環(huán)形配筋對(duì)砼局部擠壓局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損引起的預(yù)應(yīng)力損失失 1 16 （后）（后） 直徑不大于3m的圓筒形結(jié)構(gòu)（如水管等）采用環(huán)形配筋時(shí)，因鋼筋在圓筒上作螺旋式張拉時(shí)，砼受到局部擠壓而產(chǎn)生壓陷，引起預(yù)應(yīng)力損失，約占總損失的15% 左右。減少各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的措施有很多，有興趣同學(xué)可看書。注意：注意：l一般情況下，預(yù)應(yīng)力損失總值大約可達(dá)200 250 N / mm2 之多

16、，l故在設(shè)計(jì)及制作時(shí)要對(duì)此有足夠的重視和估計(jì)。l上述各種原因引起的應(yīng)力損失，是分批出現(xiàn)的。二預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)計(jì)算原理二預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)計(jì)算原理計(jì)算內(nèi)容除承載力計(jì)算外，一般還應(yīng)包括： 裂縫和變形驗(yàn)算：l承載力是任何構(gòu)件都必須保證的，對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件也不例外，所以承載力計(jì)算是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)必不可少的計(jì)算內(nèi)容；l裂縫和變形驗(yàn)算是為了滿足預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的正常使用和耐久性要求。l此外，還應(yīng)進(jìn)行施工階段的應(yīng)力校核。1 1承載力計(jì)算承載力計(jì)算l計(jì)算時(shí)，截面承載力達(dá)到極限狀態(tài)，以受彎構(gòu)件來說，梁破壞時(shí)鋼筋達(dá)到抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fy ,砼達(dá)到抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度 fc , 這與普通鋼筋砼截面承載力極限的應(yīng)力狀態(tài)基本相同；l那么：預(yù)應(yīng)力梁與非預(yù)應(yīng)

17、力梁，如果兩者的尺寸、形式、材料等均相同，則它們破壞時(shí)能承受的荷載情況如何呢？答案：答案：即：施加預(yù)應(yīng)力并不能提高構(gòu)件的承載力？ ！ 是一樣的！兩者的承載力計(jì)算基本相同。因?yàn)槠茐臅r(shí)，兩者的鋼筋達(dá)到抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度fy ,砼達(dá)到抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度 fc 極限狀態(tài)時(shí)情況一樣！2抗裂及裂縫寬度驗(yàn)算抗裂及裂縫寬度驗(yàn)算l抗裂驗(yàn)算考慮砼獲得預(yù)壓應(yīng)力后，在使用荷載作用下受拉區(qū)應(yīng)力是否超過砼的抗拉強(qiáng)度ftk 。l采用預(yù)應(yīng)力是提高構(gòu)件抗裂度的主要手段。l而砼預(yù)壓應(yīng)力的大小，取決于鋼筋可能彈性回縮的程度。l這就需要考慮鋼筋張拉多大的力？預(yù)應(yīng)力損失值有多大？剩下的預(yù)應(yīng)力效果有多少等問題。抗裂驗(yàn)算：l鋼筋張拉應(yīng)力減去預(yù)應(yīng)力損失

18、，剩下的有效預(yù)應(yīng)力如能使構(gòu)件在荷載作用下受拉區(qū)應(yīng)力不超過砼抗拉強(qiáng)度ftk ，構(gòu)件就不會(huì)開裂 這就是抗裂驗(yàn)算！按對(duì)抗裂要求的不同，規(guī)范規(guī)定，根據(jù)不同裂縫控制等級(jí)進(jìn)行裂縫驗(yàn)算。 第一級(jí) 嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。在荷載的短期效應(yīng)組合下，構(gòu)件受拉邊緣砼不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。 第二級(jí) 一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。l計(jì)算時(shí)，對(duì)構(gòu)件受拉邊緣砼的拉應(yīng)力有較嚴(yán)格的限制，大部分預(yù)應(yīng)力砼屋面梁、托梁、屋架以及中、重級(jí)工作制吊車梁等對(duì)抗裂的要求都屬于這一級(jí)。 第三級(jí) 允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。l采用冷拉鋼筋配筋的預(yù)應(yīng)力砼一般構(gòu)件都屬于這一級(jí)，其最大裂縫寬度max 的計(jì)算值不應(yīng)超過允許值（0.2 mm） 。3變形驗(yàn)算變形驗(yàn)算l由于預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件在使用荷載下不出現(xiàn)裂縫或出現(xiàn)裂縫延遲，故其截面剛度較非預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件為大。l同時(shí)