预应力混凝土构件精讲课程

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1、9　预应力混凝土构件本章提要　　本章主要介绍预应力混凝土的基本原理、预应力混凝土结构构件的基本计算规定、预应力混凝土轴心受拉构件的设计、预应力混凝土构件的构造要求。重点是预应力混凝土构件的设计原理和构造要求。本章内容9.1概述9.2预应力混凝土结构的材料9.3预应力混凝土结构构件的基本计算规定9.4预应力混凝土轴心受拉构件9.5预应力混凝土结构的构造要求9.1概述9.1.1普通钢筋混凝土结构的缺点　　混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件等，在各种荷载作用下，都存在受拉区。当荷载不是太大时，上述构件中将出现裂缝。　　混凝土的极限抗拉应变值εctu大约为0.00015，

2、则钢筋应力在开裂时的值约为:　　σs=Esεs=Esεctu=2×105×0.00015=30N/mm2　　　钢筋混凝土构件的另一大缺点是不能采用高强度钢筋。　　最后一点是：提高混凝土强度等级对构件抗裂性所起的作用也是极其有限的，因为各等级混凝土的极限抗拉应变相差不大；增加构件截面尺寸能提高抗裂性，但所需混凝土多，构件自重大。9.1.2预应力混凝土的基本原理　　所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉区施加压应力，造成一种人为的应力状态。　　当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，受拉

3、区混凝土产生拉应力。因此，可推迟混凝土裂缝的出现和开展，以满足使用要求。这种在结构构件承受荷载以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结构构件，就称为预应力混凝土构件。　　如图9.1所示，一简支梁在承受外荷载之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的集中力P,则构件各截面的应力分布如图9.1(a)，下边混凝土纤维的压应力为σpc；　　仅在使用荷载作用下，梁跨中截面应力分布如图9.1(b)，跨中截面下边缘混凝土的拉应力为σt；　　当两种应力状态相互叠加时（如图9.1(c)所示)，梁跨中下边缘的应力可能是数值很小的拉应力，也可能是压应力，甚至应力为零，视施加压力P和荷载

4、的相对大小而定。图9.1　预应力混凝土构件9.1.3预应力混凝土的受力特征　　图9.2为两根梁的荷载挠度曲线对比图。从图9.2可知预应力混凝土构件具有如下受力特征：　　（1）对混凝土构件施加预应力可以提高构件的抗裂性。　　（2）预应力的大小可人为地根据需要调整。　　（3）在使用荷载作用下，构件在开裂前处于弹性工作阶段。材料力学的公式完全适用。　　（4）施加预应力对构件正截面承载力无明显影响。但预应力对斜截面承载力有一定提高。图9.2　简支梁荷载挠度曲线9.1.4施加预应力的方法（1）先张法　　先张法是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋，并作临时锚固，然后浇筑混凝

5、土。待混凝土达到一定强度后剪断或放松钢筋。钢筋剪断后将产生弹性回缩，但钢筋与混凝土之间存在着粘结力，混凝土就会阻止钢筋回缩而混凝土本身受到预压应力。　　先张法的主要工序见图9.3所示。（2）后张法　　后张法是指先浇筑混凝土构件并预留好孔道，待混凝土达到一定的强度后在孔道内穿入钢筋，然后直接在构件上张拉钢筋，最后用锚具在构件两端将钢筋锚固，阻止钢筋回缩，从而对构件施加预应力。钢筋张拉完毕并将张拉端锚固后，预留孔道内应按要求灌浆。　　后张法的主要工序见图9.4所示。　　先张法、后张法各有优缺点：　　先张法生产工序少，工艺简单，施工质量容易保证，不需在构件上设永久性锚具，

6、生产成本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。先张法主要适合于工厂内生产中、小型构件。　　后张法不需要台座，构件既可在工厂也可在现场制作；后张法构件只能单一逐个地施加预应力，工序多，操作也麻烦；而且需设永久性锚具，成本高；一般用于运输不便的大、中型构件。图9.3　先张法主要工序示意图(a)张拉钢筋；(b)支模并浇捣混凝土；(c)放松并截断预应力钢筋图9.4　后张法主要工序示意图(a)制作混凝土构件；(b)张拉钢筋；(c)张拉端锚固并对孔道灌浆9.1.5预应力混凝土构件的优缺点　　预应力混凝土构件的抗裂性能远高于普通钢筋混凝土构件，增加了混凝土结构的使用范围；在使用荷载

7、作用下一般不出现裂缝，构件的耐久性好、刚度大、变形也小；能充分利用高强度钢筋和高强度混凝土，减少了钢筋用量，截面小，减轻了构件自重，从而为混凝土结构用于大跨度结构创造了良好的条件；预应力技术的采用，也为装配式结构提供了良好的装配、拼装手段，可通过纵、横方向施加预应力钢筋，把装配式结构连成理想的整体。　　其主要缺点是施工设备要求高，施工较复杂，设计计算较繁。9.2预应力混凝土结构的材料9.2.1混凝土　　　预应力混凝土结构构件所用的混凝土，应满足下列要求：　　（1）强度高。　　（2）收缩、徐变小。　　（3）快硬、早强。　　选择混凝土