混凝土结构基本原理10

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1、第第1010章章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件预预 应应 力力 混混 凝凝 土土 结结 构构Prestressed Concrete Structure10.1 概述10.1.1 预应力混凝土的概念 混凝土的抗拉强度和极限拉应变值都很低混凝土的抗拉强度和极限拉应变值都很低，导致受拉区混凝土过早，导致受拉区混凝土过早开裂，或者裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。开裂，或者裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。混凝土混凝土的极限拉应变约为的极限拉应变约为0.10.1510-3，钢筋弹性模量为钢筋弹性模量为2105N/mm2，则受拉钢筋的应力只能到则受拉钢筋的应力只能到2030N/mm

2、2，不能充分利用其强度；对，不能充分利用其强度；对允许开裂的构件，当受拉钢筋的应力达到允许开裂的构件，当受拉钢筋的应力达到250N/mm2，裂缝宽度已，裂缝宽度已达达0.20.3mm。 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。 高强钢筋的使用，应力达高强钢筋的使用，应力达5001000N/mm2，裂缝宽度将很大，无法，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。满足使用要求。 钢筋混凝土结构中采用钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其作用高强度钢筋是不

3、能发挥其作用的的 。而。而提高混提高混凝土强度等级凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也不大作用也不大。epNspcsctNqsct-spc0pcctsstkpcctfss0tkpcctfss由于预加应力由于预加应力s spc较大，受拉边缘仍较大，受拉边缘仍处于受压状态，处于受压状态，不会出现开裂；不会出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比

4、钢筋混凝土构件（产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np =0）的）的开裂明显推迟开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。 预应力混凝土构件可预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和提高构件的抗裂度和刚度刚度，并取得，并取得节约钢筋节约钢筋，减轻自重的效果减轻自重的效果，克服了钢筋混凝土的主，克服了钢筋混凝土的主要缺点。要缺点。 预应力混凝土结构的优缺点：预应力混凝土结构的优缺点：优点：优点： 提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。因此适适用于对裂缝要求严格的结构；用于对裂缝要求严格的结构； 由于采用了高

5、强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材料和减轻结构自重，因此构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件；适用于跨度大或承受重型荷载的构件； 提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适用于对构件适用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件；的刚度和变形控制较高的结构构件； 提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。 缺点：缺点：施工工序多，技术要求高；施工工序多，技术要求高； 需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用高；需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用

6、高； 开裂荷载与破坏荷载过于接近，破坏前的延性差。开裂荷载与破坏荷载过于接近，破坏前的延性差。10.1.2 预应力混凝土的分类截截面面控控制制裂裂缝缝的的程程度度不不同同 :当使用荷载作用时，不允许出现当使用荷载作用时，不允许出现拉应力的构件，相当于拉应力的构件，相当于规范规范中裂缝控制等级中裂缝控制等级为一级，即严格要求不出现裂缝的构件。为一级，即严格要求不出现裂缝的构件。 :当使用荷载作用时，允许出现当使用荷载作用时，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，相裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，相当于当于规范规范中裂缝控制等级为三级，即允许出中裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝

7、的构件。现裂缝的构件。 :当使用荷载作用下根据荷载效当使用荷载作用下根据荷载效应组合情况，不同程度地保证混凝土不开裂的构应组合情况，不同程度地保证混凝土不开裂的构件，相当于件，相当于规范规范中裂缝控制等级为二级，即中裂缝控制等级为二级，即一般要求不出现裂缝的构件。一般要求不出现裂缝的构件。亦属于部分预应力亦属于部分预应力混凝土。混凝土。全预应力混凝土全预应力混凝土部分预应力混凝土部分预应力混凝土限值预应力混凝土限值预应力混凝土 全预应力混凝土全预应力混凝土构件具构件具有抗裂性有抗裂性和和抗疲劳性好、刚度抗疲劳性好、刚度大大等优点，但也存在构件反拱值过大，延性差，预应力钢等优点，但也存在构件反拱

8、值过大，延性差，预应力钢筋配筋量大，施加预应力工艺复杂、费用高等主要缺点。筋配筋量大，施加预应力工艺复杂、费用高等主要缺点。因此适当降低预应力，做成有限或部分预应力混凝土构件，因此适当降低预应力，做成有限或部分预应力混凝土构件，即克服了上述全预应力的缺点，同时又可以用预应力改善即克服了上述全预应力的缺点，同时又可以用预应力改善钢筋混凝土构件的受力性能。钢筋混凝土构件的受力性能。 限值或部分预应力混凝土限值或部分预应力混凝土介于全预应力混凝土和钢筋介于全预应力混凝土和钢筋混凝土之间，有很大的选择范围，设计者可根据结构的功混凝土之间，有很大的选择范围，设计者可根据结构的功能要求和环境条件，选用不同

9、的预应力值以控制构件在使能要求和环境条件，选用不同的预应力值以控制构件在使用条件下的变形和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因用条件下的变形和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因而是而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。先张法先张法10.1.3 张拉预应力钢筋的方法先张法在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法先张法在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法。台台座座1. 在台座上张拉预应力筋并锚固在台座上张拉预应力筋并锚固2. 支模板，帮扎非预应力筋支模板，帮扎非预应力筋3. 浇筑混凝土，养护；浇筑混凝土，养护；工序：工序：4. 待混凝土达到预定强度

10、（设计强度的待混凝土达到预定强度（设计强度的75），切断预应力筋。），切断预应力筋。预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。优点：用长线台座，批量生产，效率高；施工简单。优点：用长线台座，批量生产，效率高；施工简单。缺点：需要专门台座，基建投资较大；施加的预应力较小，用缺点：需要专门台座，基建投资较大；施加的预应力较小，用于中小构件。于中小构件。后张法后张法后张法后张法在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法。在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法。预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。优点：不需要专门台座，可现场制作，用

11、于大型构件；优点：不需要专门台座，可现场制作，用于大型构件；缺点：需要留孔，灌浆，施工复杂；锚具要附在构件内，耗钢缺点：需要留孔，灌浆，施工复杂；锚具要附在构件内，耗钢量大。量大。向孔道内灌浆，使预应力钢筋和混凝土形成整体；或不灌向孔道内灌浆，使预应力钢筋和混凝土形成整体；或不灌浆，通过锚具传递预压应力，形成无粘结的预应力构件浆，通过锚具传递预压应力，形成无粘结的预应力构件后张法后张法工序工序：（1）浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道；）浇筑混凝土构件，并在构件中预留孔道； （2）待混凝土达到预定强度后）待混凝土达到预定强度后(75%)，将预应力筋穿入预留孔道，安，将预应力筋穿入预留孔道，安装