建筑结构与识图 教学课件 作者 刘英明 主编 第二章 混凝土基本构件2 4.ppt

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1、第四节预应力混凝土构件第二章混凝土基本构件一、预应力混凝土构件的特点由于混凝土的抗拉强度很低，极限拉应变很小（大致为混凝土抗压强度的l/10、抗压极限应变的1/20），因而钢筋混凝土构件存在诸如在正常使用荷载下混凝土受拉区开裂；高强度钢筋不能充分发挥作用；构件截面尺寸较大等缺点。为克服这些缺点，可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，即采用预应力混凝土，这种构件称为预应力混凝土构件。1.预应力混凝土构件的受力特征如果在钢筋混凝土受弯构件使用之前在其两端施加一对集中压力，构件

2、各截面的应力分布及变形如图2-52（a）所示；在使用荷载gk＋qk作用下，应力分布及变形如图2-52（b）所示。利用材料力学的变形叠加原理，可得预应力混凝土构件使用阶段的截面应力分布及变形如图2-52（c）所示。显然，截面上的拉应力大大减小（甚至在使用时不出现拉应力）。这就是预应力混凝土的基本原理。2.预应力混凝土的特点与钢筋混凝土相比，预应力混凝土具有以下特点：（1）构件的抗裂性能较好。由于施加的预应力产生的压应力可以部分或全部抵消构件在使用荷载作用下产生的受拉区混凝土拉应力，因而构件受拉边缘拉应力可大为

3、减小甚至可不出现拉应力。（2）构件的刚度较大。由于受弯构件在预应力作用下将产生反拱，因而可以减小构件在使用荷载作用下的挠度，从而提高其耐变形能力。（3）构件的耐久性较好。由于预应力混凝土能使构件不出现裂缝或减小裂缝宽度，因而可以降低钢筋所受的各种侵蚀，从而延长构件的使用年限。（4）可以减小构件截面尺寸，节省材料，减轻自重，提高构件的经济指标，特别是对大跨度结构，可以替代某些钢结构。（5）工序较多，施工较复杂，且需要张拉设备和锚具等设施。（6）施加预应力对构件正截面承载力无明显影响。在承载能力极限状态下，预应

4、力混凝土构件受拉区亦要开裂，截面正应力状态与钢筋混凝土构件的正应力状态无明显区别，因而两者的正截面承载力是相当的。但预应力对斜截面受剪承载力有一定效果。二、施加预应力的方法施加预应力的方法一般是靠张拉（或加热）纵向受拉钢筋（称为预应力钢筋）并将其锚固在混凝土构件内，依靠钢筋对构件的弹性压缩，从而使混凝土获得压应力。按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后次序，建立预应力的方法可分为先张法和后张法。张拉钢筋采用千斤顶或其他张拉机具。1.先张法先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。先张法的主要工艺过程是

5、：穿钢筋→张拉钢筋→浇筑混凝土并进行养护→切断钢筋。预应力钢筋回缩时挤压缩凝土，从而使构件产生预压应力。由于预应力的传递主要靠钢筋和混凝土间的粘结力，因此，必须待混凝土强度达到强度设计值的75％以上，方可切断预应力钢筋，如图2-53所示。先张法的优点是生产工艺简单、工序少、效率高、成本低且质量易于保证。先张法主要适用于工厂化大量生产，尤其适宜用于长线法生产中、小型构件。2.后张法后张法是先制作构件并预留孔道，待混凝土达到一定强度后在孔道内穿入预应力钢筋，在构件上直接张拉钢筋，然后用锚具将钢筋在构件端部锚固，

6、从而对构件施加预应力。钢筋锚固后，应对孔道进行压力灌浆。后张法构件的预应力是通过构件端部的锚具将钢筋的回缩力直接挤压混凝土而获得的，其主要施工工序如图2-54所示。后张法的优点是预应力钢筋直接在构件上张拉，不需要张拉台座，所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可在施工现场生产；缺点是生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢筋，钢材消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，造价一般高于先张法。后张法适用于运输不便的大、中型构件（如预应力屋架、托架、吊车梁等等）。除先张法和后张法两种施工工艺外，还有结合两者施工优点的预应

7、力施工工艺，一是后张自锚法，其生产工艺是先采用后张法施工，但在构件端部做成喇叭口，依靠钢筋与混凝土的粘结力传递预应力，以代替锚具的挤压；二是无粘结预应力施工法，其生产工艺是在混凝土浇灌前放入预应力钢筋，钢筋表面涂油并套有塑料套管，然后浇捣混凝土，混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋并用锚具锚固，这也属于后张法施工工艺。三、张拉控制应力与预应力损失1.张拉控制应力张拉控制应力是指张拉钢筋时张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的应力值，用σcon表示。张拉控制应力的数值与预应力钢筋的强度

8、标准值中有关。《混凝土规范》确定的张拉控制应力允许值见表2-19。施加预应力时，所需混凝土立方体抗压强度应经计算确定，且不宜低于设计混凝土强度等级值的75％。2.预应力损失预应力构件从张拉钢筋开始到构件使用的整个过程中，由于张拉工艺和材料特性等因素，钢筋的预应力将逐渐降低，这种现象称为预应力损失。应力损失会影响预应力混凝土结构构件的预压效果，甚至造成预应力混凝土结构的失效，因此在设计和施工时都应采取必要措施，以保