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工程学院 工程学院 工程学院 工程学院 第八章 预应力混凝土结构的一般知识 预应力混凝土结构基本概念 一、基本概念 跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为200×450mm2，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。 钢筋混凝土的缺欠 ★因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms下sss=(0.5~0.7)fy。对于Ⅱ级钢筋，fy =300MPa，sss=150~210MPa，裂缝宽度已达(0.15~ 0.25) mm。如采用Ⅵ级高强钢筋，fy=580MPa，则sss= 290 ~406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。 ★ 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，形成恶性循环。 ★ 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。 ★ 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。 预应力混凝土基本知识 预应力混凝土的基本知识 　　钢筋混凝土构件的最大缺点是抗裂性能差。 混凝土开裂，使构件的刚度降低，变形增大。 裂缝的存在使构件不适用于高湿度及侵蚀性环境。 为了满足对变形和裂缝控制的较高要求，可以加大构件截面尺寸和用钢量，但这不经济。 由于自重太大时，构件所能承受的自重以外的有效荷载减小，因而特别不适用于大跨度、重荷载的结构。 另外，提高混凝土强度等级和钢筋强度对改善构件的抗裂和变形性能效果也不大，这是因为采用高强度等级的混凝土，其抗拉强度提高很少；对于使用时允许裂缝宽度为0.2～0.3mm的构件，受拉钢筋应力只能达到150～250MＰa左右。 　预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径。 在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力。就成为预应力混凝土结构。 　　将图(b)，(c)迭加得梁跨中截面应力分布如图8-1d。显然，通过人为控制预压力Np的大小可使梁截面受拉边缘混凝土产生压应力,零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂缝控制要求，从而改变了普通钢筋混凝土构件原有的裂缝状态成为预应力混凝土受弯构件。 预应力混凝土 在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应力混凝土构件。 预应力混凝土受弯构件在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力C。 构件开裂后，钢筋拉力T和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增大。 优点： 充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，减少用钢量，截面小，自重轻，适用于大跨结构 在正常使用条件下，裂缝小，耐久性好。 预拱，使构件挠度减小，刚度大。 二、预加应力方法 先张法 张拉钢筋 浇筑混凝土 切断钢筋，混凝土预压 预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递 预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递 后张法 预应力由构件两端锚具实现 浇筑混凝土构件 穿预应力钢筋 锚固钢筋，孔道灌浆 先张法 构件采用工厂化的生产方式，工序少，工艺简单，质量容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。 后张法 施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵活。适用于不便于运输的大型构件。 目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，属后张法一种。钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留孔洞 ，穿筋，灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨度梁。 三、预应力混凝土结构的材料 钢筋 预应力钢筋的强度越高越好。 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用‘刻痕’或‘压波’方法来提高与混凝土粘结强度。 优先使用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 钢绞线 要求采用高强混凝土； 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； 具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩； 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工