第七章預應力混凝土構件綜述

1、預應力混凝土構件一、預應力混凝土基本概念二、施加預應力的方法和錨具三、張拉控制應力與預應力損失四、預應力混凝土構件的構造要求7.1預應力混凝土的基本概念7.1.1概述1、普通鋼筋混凝土結構或構件，由于混凝土的抗拉強度及極限拉應變很小，所以在使用荷載作用下，一般均帶裂 縫工作。由于混凝土的過早開裂，使鋼筋混凝土構件存在 難以克服的缺點：一是裂縫的開展使高強度材料無法充分利用。從結構耐久性出發(fā) 必須限制裂縫開展寬度，這就使高強度鋼筋無法發(fā)揮作用，相應地也 不可能充分發(fā)揮高級別混凝土的作用。二是過早開裂導致構件剛度降低，為了滿足變形控制的要求，需 加大構件截面尺寸。這樣做既不經(jīng)濟又增加了構件自重，特

2、別是隨著 跨度的增大，自重所占的比例也增大，使鋼筋混凝土結構的應用范圍 受到很多限制。2、預應力混凝土的定義為了避免普通鋼筋混凝土結構過早出現(xiàn)裂縫，并充 分利用高強度材料，在結構構件受外荷載作用之前，可 通過一定方法預先對由外荷載引起的混凝土受拉區(qū)施加 壓力，用由此產(chǎn)生的預壓應力來減小或抵消將來外荷載 所引起的混凝土拉應力。這樣在外荷載施加之后，裂縫 就可延緩或不發(fā)生，即使發(fā)生了，裂縫也不會開展過寬, 可滿足適用要求。這種構件受外荷載以前預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應力的結構稱為預應力混凝土結構。7.1.2預應力混凝土的基本原理1、預應力混凝土的基本原理F面就以圖7-1所示簡支梁為例來說明預應力混

3、凝土的基本原理。山q(a)預加壓力作用TZEJX(b)使用荷載作用(c)預加壓力和使用荷載共同作用圖77預應力混凝土簡支梁的受力分析名稱受力 簡圖受力特征在預壓力作用下，坡面下邊 緣產(chǎn)生壓應力，形成反拱R在外荷載作用下，截面下邊 緣產(chǎn)生拉應力力，其撓度為A在預壓力及外荷載作用F, 截面下邊緣產(chǎn)生應力內一。1， 其撓度為人一人=/2、預應力混凝土的優(yōu)點與普通混凝土相比，預應力混凝土具有以下優(yōu)點：（1）提高了構件的抗裂性能，使構件不出現(xiàn)裂縫或減小了裂縫寬 度，擴大了鋼筋混凝土構件的應用范圍。（2）增加了構件的剛度，延遲了裂縫的出現(xiàn)和開展，減少了構件 的變形。（3）提高了構件的耐久性，由于預應力能使

4、構件不出現(xiàn)裂縫或減 小了裂縫，減少了外界環(huán)境對鋼筋的侵蝕，從而可以滿足構件使用年 限的要求。（4）能充分發(fā)揮高強鋼筋和高強混凝土的性能，可以減少鋼筋用 量和構件的截面尺寸，減輕構件自重，節(jié)約材料，降低造價。預應力混凝土受彎構件工作原理I外荷載作用（相當于普通混凝土）搐應力+外荷教=預應力混凝土優(yōu)點缺點（D提高構件的抗裂度（當一640時構件不開裂“2減少裂縫寬度，提高耐久性;（3）減小 撓度，提高刖度,擴大使用范圍M4）充分利用高強材料，減輕自重，節(jié)約材料;（5）由于限制斜裂縫 的開展，提高構件抗剪強度；（6）預應力鋼筋可減少縱向彎曲，提高受壓構件穩(wěn)定承載力;（7）在循 環(huán)荷載作用下，減少應力變

5、化幅度提高構件抗疲勞的力（D工藝復雜，質垃要求高，技術含盤高;（2）需要專門設備（例如:先張法需要張拉臺座后張法需 要張拉機具,濯漿設備）;（3）后張法開工費用大，當跨度小，數(shù)世少時，成本高;另外錨具用鋼量大適用范圍大型屋面板、屋面梁、空心板、桁架下弦、鐵路橋梁等7.2施加預應力的方法和錨夾具7.2.1 施加預應力的方法構件中預應力的建立，都是依靠張拉鋼筋來實現(xiàn)的。根據(jù)張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后次序，常用的施加預應力的方法有以下兩種: 先張法和后張法1、先張法即先張拉鋼筋后澆注混凝土。其主要張拉程序為：在臺座上按設計要求將鋼筋張拉到控制應力一用錨具臨時固定一澆注混凝土一待混凝土達到設計強度75

6、%以上切斷放松鋼筋。其傳力途徑是依靠鋼筋與混凝土的粘結力阻止鋼筋的彈性回彈，使截面混凝土獲得預壓應力。臨時固定張拉(6)固定端張拉臺座伸長圖6.1先張法工藝流程先張法施工簡單，靠粘結力自錨，不必耗費特制錨具，臨時錨具可以重復使用（一 般稱工具式錨具或夾具），大批量生產(chǎn)時經(jīng) 濟，質量穩(wěn)定。適用于中小型構件工廠化生 產(chǎn)。2、后張法有粘結預應力混凝土先澆混凝土，待混凝土達到設計強度75%以上，再張拉鋼筋（鋼筋束）。其主要張拉程序為：埋管制孔一澆混凝土一抽管一養(yǎng)護穿筋張拉一錨固一灌漿（防止鋼筋生銹）。其傳力途徑是依靠錨具阻止鋼筋的彈性回彈，使截面混凝土獲得預壓應力。這種做法使鋼筋與混凝土結為整體，稱為

7、有粘結預應力混凝土。有粘結預應力混凝土由于粘結力（阻力）的作用使得預應力鋼筋拉應力降低,導致混凝土壓應力降低，所以應設法減少這種粘結。這種方法設備簡 單，不需要張拉臺座，生產(chǎn)靈活，適用于大型構件 的現(xiàn)場施工。 無粘結預應力混凝土 其主要張拉程序為預應力鋼筋沿全長外表涂刷瀝青等潤滑防腐材料一包上塑料紙或套管(預應力鋼筋 與混凝土不建立粘結力)一澆混凝土養(yǎng)護一張拉鋼筋 一錨固。 施工時跟普通混凝土一樣，將鋼筋放入設計位置可以直接澆混凝土，不必預留孔洞、穿筋、灌漿，筒 化施工程序，由于無粘結預應力混凝土有效預壓應力 增大，降低造價，適用于跨度大的曲線配筋的梁體。張拉力圖6.2后張法主要工之流程示意圖

8、(a)澆注構件混凝土，預留孔道，穿入鋼筋束; (b)張拉鋼筋并錨固；(c)往孔道內灌漿3、先張法和后張法的優(yōu)缺點先張法采用工廠化的生產(chǎn)方式，當前采用較多的是在臺座上張 拉，臺座越長，一次生產(chǎn)的構件就越多。先張法的工序少、工藝簡 單、質量容易保證，但它只適于生產(chǎn)中、小型構件，如樓板、屋面 板等。后張法的施工程序及工藝比較復雜，需要專用的張拉設備，需 大量特制錨具，用鋼量較大，但它不需要固定的張拉臺座，可在現(xiàn) 場施工，應用靈活。后張法適用于不便運輸?shù)拇笮蜆嫾?. 2. 2錨具和夾具錨固預應力鋼笳的工具分為錨具和夾具兩種類型.當預應力構件 制成后能夠取下重復使用的稱夾具，而留在構件上不再取下的稱錨

9、具。目前我國常用的錨具和夾具根據(jù)受力原理的不同常分為以下幾種：(1)依靠摩擦力錨固的錨具。如錐形錨、波型夾具、JM12型錨具、 XM型錨具及QM型錨具等。(2)依靠承壓錨固的錨具。如徼頭錨具及夾具、鋼筋螺紋錨具。(3)依靠鋼筋與混凝土之間的粘結力進行錨固的。常用的錨夾具有：螺絲端桿錨具、錐形錨具(GZ型錨具)、JM12型 錨具、QM型預應力錨具體系、XM型預應力錨具體系、徼頭錨具等。/ J/*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋， 它不留在構件上，剪斷預應力筋后 夾具的作用即消失摩擦型錨具領購2S: Q.*錨具：永久地留在構件上，如錨 具失效構件中的預應力將全部消 失，融墩頭錨具粘結型錨具：利用構件

10、端部預留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預應力鋼筋預應力筋承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預應力鋼筋錨固在端部7.3張拉控制應力與預應力損失7. 3.1張拉控制應力1、張拉控制應力/所是 指張拉鋼筋時，預應力鋼筋必須達到的預拉應力值。使構件出現(xiàn)脆性破壞越大，混凝土中的 預壓應力越大，但過 大會產(chǎn)生如下問題預應力筋過早進入流幅，降 低其塑性增加鋼筋的松弛損失如錨具變形、管道摩擦、臺 座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛 損失等一批損失后期損失或第 二批損失發(fā)生在預應力傳 到混凝土之后如混凝土收縮徐變、局部擠 壓損失等2、張拉控制應力的大小與鋼筋種類和施工方法有關,規(guī)范規(guī)定，預應力鋼筋的張拉控制應力。8 n

11、不宜超過表77規(guī)定的數(shù)值，且不應小于0.4%tk。表7-1張拉控制應力限值鋼筋種類張拉方法先張法后張法消除應力鋼絲、鋼絞線0溝k0.75/ptk熱處理鋼筋070/坤0654tli7.3. 2預應力損失,口 d i谷發(fā)生在預應力傳前期損失或第到混凝土之前期損失或第 一批損失后期損失或第 二批損失預應力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應 予分項計算，然后相加確定總的損 失值但各項預應力損失值又不是截然無關的。試 圖求得各項預應力損失的“凈值”是很困難 的。1、錨具變形和鋼筋回縮損失加由于錨具、墊塊本身的變形,其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失張拉端錨具的變形 和鋼筋的內縮值預應力鋼筋的彈性模量張拉

12、端至錨固端 之間的距離應注意的幾個問題:*由塊體拼裝的結構，尚應考 慮填逢間的預壓變形。當采用 混凝土或砂漿為填逢材料時， 每條縫的預壓變形值為1mm o*先張法構件，當臺座長度超過100m時，可忽略/*后張法構件，為只考慮張拉端, 張拉過程中已被壓緊因錨, 121端錨具在2、孔道摩擦損失加措施:錨固端3、溫差應力損失3混凝土蒸汽養(yǎng)護時，預應力鋼筋與臺座之間溫差引起的損失鋼筋的線膨脹系數(shù)b/3 = 0.00001 ME0.00001 X Az X 2 X 10=2 A r ( TV / nun 2 )"采用二次升溫法可減少氣：先在常溫下養(yǎng)護，當混 凝土的強度達到7.5 lON/mmN

13、時再逐漸升溫溫度回落到L時由于混凝土 已結硬和鋼筋同時回縮.此處的應力為4、應力松弛損失b/4鋼筋在高應力作用下，長度不變而應力隨時間逐漸降低 的現(xiàn)象稱為應力松弛。廿鋼筋張拉后1小時內約完成總松弛的50%, 24小時內完成總松弛的80%,以后逐漸收斂：采用超張拉時為0.9,不采用時為1.0b/4 = a w退)- b)b由 f yJ :t:常數(shù)參見規(guī)范的相關內容采用超張拉可以減少口議的張拉程序為。二> 設9 歲"。n> ° u> -在高應力下，本需1小時才能完成的損失，在25分鐘內就完成了大部分5、混凝土收縮徐變損失6s收縮和徐變兩者相互有關，很難精確計算

14、，為了簡化兩 項損失可合并考慮A +ZT九b/5 =C + Dp受拉區(qū)或受壓區(qū)預應力鋼筋在各自合 力作用點處混凝上的法向壓應力高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應增加2030%受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預應力鋼筋和非 預應力鋼筋的配筋率6、鋼筋擠壓混凝土損失b/6采用螺旋式預應力筋作為配筋的環(huán)形構件，由 于預應力筋對混凝土的局部擠壓使構件直徑減 小所引起的損失當dM3m時(7/6 = 30 Mpa7、預應力損失的組合預應力損失的組 合先張法構件后張法構件第一批損失,5戶52第二批損失5“5554+55+56預應力總損失 的下限值先張法構件：5之l(M)N/mm2后張法構件：o/>80N/mm27.

15、4預應力混凝土的材料及主要構造要求7.4.1、 預應力混凝土的材料1 .鋼筋預應力鋼筋在張拉時受到很高的拉應力，在使用荷載下，其拉應 力還會繼續(xù)提高，因此必須采用高強度鋼筋。預應力鋼筋宜采用鋼絞線、消除應力鋼絲和熱處理鋼筋。2 .混凝土在張拉(或放松)鋼筋時，混凝土受到高壓應力的作用。這種壓應 力越高，預應力的效果越好，因此預應力構件的混凝土應采用強度等 級高的混凝土，一般不應低于C30；當采用鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋 作為預應力鋼筋時，混凝土強度等級不宜低于C40。7.4.2構造要求1先張法構件 (1)預應力鋼筋的凈距及保護層應滿足 的要求。 A、對多根預應力鋼筋，其端部10d范圍 內應設置35片與預應力鋼筋垂直的鋼筋 網(wǎng)。 B、對鋼絲配筋的薄板，在端部100mm范 圍內應適當加密橫向鋼筋。 (2)端部加強措施 A、對單根預應力鋼筋，其端部直設置長度50mm 且不少于4圈螺旋筋。 B、當有可靠經(jīng)驗時，亦可利用支座墊板上的插筋 代替螺旋筋但不少于4根，長度20