预应力混凝土构件 (2)

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1、第十章 预应力混凝土构件本章要求1、预应力混凝土的基本概念，了解预应力混凝土构件工作的原理。2、了解预应力的施加方法和对钢材及混凝土材料的要求。3、掌握各项预应力损失产生的原因及各项损失减小的措施和各项损失的不同组合。4、熟练掌握预应力混凝土轴心受拉构件的设计计算方法。5、掌握预应力混凝土受弯构件在受力后的强度、刚度。裂缝及设计计算方面的联系和区别。6、掌握部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土的基本概念。7、熟悉预应力混凝土构件的构造要求。第一节预应力混凝土结构原理及计算规定一、预应力混凝土的概念普通钢筋混凝土构

2、件，在各种荷载作用下，一般都存在混凝土的受拉区。而混凝土本身的抗拉强度及极限拉应变却很小（混凝土抗拉强度约为抗压强度1/10，抗拉极限应变约为极限压应变的1/12）。其极限拉应变约为（0.1~0.15）×10-3，因此，对使用上不允许出现裂缝的构件，受拉钢筋的应力仅为20~30N/mm2（），对于允许开裂的构件，当裂缝宽度限制在0.2~0.3时，受拉钢筋的应力也只能在左右。所以，如果采用高强度的钢筋，在使用阶段钢筋达到屈服时其拉应变很大，约在2×10-3以上，与混凝土极限拉应变相差悬殊，裂缝宽度将很大，无法满足使

3、用要求。因而在普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥作用的。同样，在普通钢筋混凝土构件中，采用高强度的混凝土，由于其抗拉强度提高的很小，对提高构件的抗裂性和刚度效果也不明显。由于无法充分利用高强度钢材和高强度等级混凝土，使普通钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。另外，对于处于高湿度或侵蚀性环境中的构件，为了满足变形和裂缝控制的要求，则须增加构件的截面尺寸和用钢量，将导致自重过大，也不很经济，甚至无法建造。由此可见，在普通钢筋混凝土构件中，高强混凝土和高强钢筋是不能充分发挥作

4、用的。为了充分利用高强混凝土及钢筋，可以在混凝土构件的受拉区预先施加压应力，造成人为的应力状态。当构件在荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，混凝土才受拉并随着荷载继续增加而出现裂缝，因而可推迟裂缝的出现，减小裂缝的宽度，满足使用要求。这种在构件受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为“预应力混凝土结构”。随着混凝土强度等级的不断提高，高强钢筋的进一步使用，预应力混凝土目前已广泛应用于大跨度建筑高层建筑、桥梁、铁路、海洋、水利、机场、核电站等工程中。例如，黄河公路大桥、十一届

5、亚运会体育场馆、大亚湾核电站的反应堆保护壳、高412.5米的天津广播电视塔、广州63层的国贸大厦以及量大面广的多孔桥、吊车梁、屋面梁等都采用了预应力混凝土技术。现以预应力混凝土简支梁受力为例，说明预应力混凝土的基本原理。如10—1所示。在荷载作用之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等，方向相反的偏心预压力，使得梁截面下边边缘混凝土产生预压应力（图10—1a）。当外荷载q作用时，截面下边缘产生拉应力（图10—1b）。最后梁截面的应力分布为上述两种情况下的应力叠加，梁截面下边缘的应力可能是数值较小的拉应力，也可能是压

6、应力（图10—1c），也就是讲，由于预压应力的存在，可部分抵消或全部抵消外荷载q所引起梁截面的拉应力，因而延缓了混凝土构件的开裂或不开裂。图10—1(a)预应力作用下；(b)外荷载作用下；(c)二者共同作用下图10—2所示为三根简支梁的荷载——跨中挠度试验曲线。这三根梁的混凝土强度等级一样，钢筋品种和数量一样，梁截面尺寸也完全相同，只是预应力大小不一样。其中一根为普通钢筋混凝土梁，另两根为预应力混凝土梁，只是所施加的预应力值大小不同（为控制应力）。由图可见，预应力钢筋混凝土梁的开裂荷载大于钢筋混凝土梁的开裂荷载，

7、且预应力值越大，开裂荷载值提高，挠度减小，但三根试件中的破坏荷载却基本相同。因此，预应力的存在对构件的承载力并无明显影响。图10—2梁的荷载—挠度试验曲线对比预应力混凝土结构的优点：(1)推迟裂缝出现，抗裂性高。(2)可合理利用高强钢材和混凝土。与钢筋混凝土相比，可节约钢材30%～50%，减轻结构自重达30%左右，且跨度越大越经济。(3)由于抗裂性能好，提高了结构的刚度和耐久性，加之反拱作用，减少了结构的挠度。(4)扩大了混凝土结构的应用范围。预应力混凝土结构的缺点是计算繁杂，施工技术要求高，需要张拉设备和锚具等

8、。因而宜对下列结构优先采用预应力结构。(1)要求裂缝控制等级较高的结构。如水池、油罐、原子能反应堆，受到侵蚀性介质作用的工业厂房、水利、海洋、港口工程结构物等。(2)对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。如工业厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。(3)对构件的截面尺寸受到限制，跨度大，荷载大结构。 二、全预应力混凝土和部分预应力混凝土预应力混凝土结构构件根