预应力混凝土的基本概念及相关知识

第10章预应力混凝土构件

一、预应力混凝土的基本概念及相关知识

（一）什么是预加应力及预应力混凝土

1．预加应力：在结构使用之前，对其预先施加一个与其使用时产生的应力方向相反的应力。

2．预应力混凝土：在混凝土构件使用之前，对受拉区混凝土预先施加压应力的混凝土。

普通钢筋混凝土构件，受拉区混凝土和受拉钢筋同时受拉，而预应力混凝土构件可以认为是钢筋超前受拉，混凝土滞后受拉的混凝土构件。

（二）、施加预应力的方法

1．先张法 —— 先张拉钢筋，后浇灌混凝土，待混凝土达到一定的强度（一般达到强度的70%），放松张拉钢筋。

特点：靠钢筋和混凝土之间的粘结力传递预应力。

优点：不需锚具，工艺简单。

缺点：需要固定的台座，台座一般造价高。

先张法适用于工厂化大批量生产预制构件。

2、后张法 ——先浇灌混凝土，并在构件中预留钢筋孔道，待混凝土达到一定的强度（一般达到强度的70%以上），从孔

道穿入预应力钢筋，并进行张拉，而后用锚具在构件两端将钢筋锚固。

特点：主要靠构件两端的锚具传递预应力。

优点：不需要张拉台座。

缺点：需要的锚具多，费用高，且需预留孔道，施工麻烦。

后张法不仅适用于工厂化生产预制构件，而且适用于现场施工。

此外，还有采用膨胀混凝土的自应力法及电热法等。

（三）、预应力混凝土的分类

1、预应力的传递方式分

（1）有粘结预应力混凝土

（2）无粘结预应力混凝土

2、根据预应力大小对构件截面裂缝控制程度分

（1）全预应力混凝土—— 构件在使用荷载作用下，截面上混凝土不出现拉应力；

（2）部分预应力混凝土——构件在使用荷载作用下截面上混凝土允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值；

限值预应力混凝土——构件在使用荷载作用下截面上混凝土可以出现拉应力，但拉应力一般不超过混凝土的抗拉强度，一般要求混凝土不出现裂缝。

（四）、锚具和夹具

用于固定预应力钢筋的模具，可以重复使用的称为夹具，不能重复使用的称为锚具。

锚具和夹具类型（略）

移、构造简单、方便使用、价格低。

（五）、预应力混凝土的优缺点及应用情况

1．为什么要采用预应力混凝土（优点）

（1）提高构件的抗裂性，可使钢筋混凝土构件无裂缝；

（2）推迟裂缝出现，减小裂缝宽度；

（3）提高构件的刚度，减小变形；

（4）减小截面尺寸，减轻构件自重，节省混凝土，可以取得较好的经济和使用效果。

（5）可以充分利用高强材料；

（6）使混凝土结构用于大跨度结构，扩大了混凝土结构的应用范围。

2、缺点：

工艺比较复杂，对施工技术水平要求高，需要较多的机具、设备，锚具、高强钢筋等成本较高。

3、应用：

（1）对裂缝控制严格的结构；

（2）大跨度结构或受力很大的结构，例如桥梁、大跨度民用建筑、公共建筑等。

（六）、预应力混凝土材料

1、混凝土：高强、快硬、早强，收缩、徐变小；混凝土等级一般不低于C40。

2、钢筋：高强、塑性及韧性好。一般采用高强钢筋或高强钢丝或钢绞线；

σ

（七）张拉控制应力con

1、什么是张拉控制应力？张拉预应力钢筋时所控制达到的最大应力。

2、张拉控制应力取值原则：一般取值高预应力效果好，但也不宜过高。

3、张拉控制应力取值考虑的因素：

（1）施加预应力的方法：先张法张拉控制应力应高于后张法；

（2）塑性较差的高强钢筋张拉控制应力应低些

（八）预应力损失

有效应力=张拉控制应力-预应力损失。

σ；（先、后

1、锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失1l

张法）

减少预应力损失措施：采用变形小的锚具，少用垫板；采用长台座。

σ（后

2、预应力钢筋与孔壁之间摩擦引起的预应力损失2l

张法）；如仅指摩擦引起的预应力损失，则先、后张法都有。

减少损失的措施：采用两端张拉和超张拉。

σ；（先张法）

3、温差引起的预应力损失3l

减少温差损失的措施：采用两次升温养护、在钢模板上张拉钢筋。

4、钢筋应力松弛引起的预应力损失4lσ；（先、后张法）

σ减少钢筋松弛损失的措施：超张拉，使张拉应力为1.1con

σ。

左右，卸荷后再张拉至con

5、混凝土收缩徐变引起的预应力损失5l σ、5l σ′；（先、后张法）

减少收缩徐变损失的措施：采取措施减少混凝土收缩徐变。

6、混凝土局部挤压引起的预应力损失6l σ。（后张法）减少损失措施：构件直径越小，预应力损失越大《规范》规定，直径不同的构件预应力损失取不同值。

各种预应力损失都有公式计算（计算公式自看）

（九）预应力损失的组合（分批）和预应力总损失的取值

1、预应力损失的组合（分批）

为了便于分析和计算，将预应力损失分为两批。混凝土预压前预应力损失为第一批（用Ιl σ表示），混凝土预压后预应

力损失为第二批（用ΙΙl σ表示）。预应力损失组合先张法构件

后张法构件第一批（Ιl σ）

4

31l l l σ

σσ++21l l σσ+第二批（ΙΙl σ）

5

l σ6

54l l l σσσ++2、预应力总损失l σ的取值先张法构件：100N/mm 2；后张法构件：80N/mm 2。

(十)、先张法预应力传递长度及后张法局部受压计算

1、先张法预应力钢筋的预应力传递长度

研究粘结应力的分布和tr l的计算，目的在于说明在tr l范围内钢筋建立起的拉应力比较小，混凝土得到的压应力也比较小，在进行承载力计算、正常使用极限状态计算时，应考虑构件端部这一情况。

2、后张法构件混凝土局部受压计算

为什么要进行局部受压计算？

混凝土局部受压计算略