第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料.pdfVIP

第12章预应力混凝土结构的

基本概念及其材料

第12章预应力混凝土结构的

基本概念及其材料

第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料

第二篇预应力混凝土结构

第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料

12.1概述

钢筋混凝土构件由于混凝土的抗拉强度低，而采用钢筋来代替混凝土

承受拉力。但是，混凝土的极限拉应变也很小，每米仅能伸长（0.10~0.15）

mm，若混凝土伸长值超过该极限值就要出现裂缝。如果要求构件在使用时

混凝土不开裂，则钢筋的拉应力只能达到（20~30）MPa；即使允许开裂，

为了保证构件的耐久性，常需将裂缝宽度限制在（0.2~0.25）mm以内，此

时钢筋拉应力也只能达到（150~250）MPa，可见高强度钢筋是无法在钢筋

混凝土结构中充分发挥其抗拉强度的。

由上可知，钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题：一是需要带

裂缝工作，由于裂缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土

构件不能应用于不允许开裂的场合；二是无法充分利用高强材料。当荷载

增加时，靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸或增加钢筋用量的方法来控制

构件的裂缝和变形是不经济的，因为这必然使构件自重（恒载）增加，特

别是对于桥梁结构，随着跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。这使

得钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。要使钢筋混凝

土结构得到进一步的发展，就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是

人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混凝土结构。

12.1.1预应力混凝土结构的基本原理

所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内

部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程

度的配筋混凝土。例如，对混凝土或钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应

力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利

于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用

下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。这种由配置预应力钢筋

再通过张拉或其他方法建立预应力的结构，就称为预应力混凝土结构。

现以图12-1所示的简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基

本原理。

设混凝土梁跨径为L，截面为b×h，承受均布荷载q（含自重在内），

其跨中最大弯矩为M＝qL2/8，此时跨中截面上、下缘的应力[图12-1c)]

为

上缘：?cu?6M2（压应力）

下缘：?cb??6M（拉应力）2

假如预先在离该梁下缘h/3（即偏心距e＝h/6）处，设置高强钢丝束，

并在梁的两端对拉锚固[图12-1a)]，使钢束中产生拉力Np，其弹性回缩

的压力将作用于梁端混凝土截面与钢束同高的水平处[图12-1b)]，回缩力

的大小亦为Np，。如令Np=3M/h，则同样可求得Np作用下，梁上、下缘所

产生的应力[图12-1d)]为

上缘：?cpu?

下缘：?cpb3M13Mh????0bhbh2bh2bh2h6NpNp?e6M???bhbh2bh2??

NpNp?e

12-1

a）

b）

q

Np

c）N

图12-1预应力混凝土结构基本原理图

a）简支梁受均布荷载q作用b）预加力Np作用于梁上c）荷载q作

用下的跨中截面应力分布图d）预加力Np作用下的跨中截面应力分布图

e）梁在q和Np共同作用下的跨中截面应力分布图

现将上述两项应力叠加，即可求得梁在q和Np共同作用下，跨中截

面上、下缘的总应力[图12-1e)]为

上缘：?u??cu??cpu?0?下缘：?b??cb??cpb

6M6M

?bh2bh26M6M?2?2?0bhbh

由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在均布荷载q作用

时在下边缘所产生

的拉应力全部被抵消，因而可避免