《建筑结构》第15讲

先张法的主要工序见图8.3所示。

图8.3 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


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8.4所示。
图8.1 预应力混凝土构件

3 ，预应力混凝土的受力特征




图8.2为两根梁的荷载挠度曲线对比图。从图8.2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

pc

( con l ) Ap A0

净截面面积An指换算截面面积减去全部纵
向预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面 积，即： An=A0-αEAp=Ac+αEAs



1.施工阶段 （1） 张拉预应力钢筋和浇筑混凝土。 先张法构件在台座上按规定张拉好钢筋后，将预 应力筋锚固在台座上，布置非预应力筋，浇捣混凝土， 养护。 预应力钢筋应力为σp=σcon-σlⅠ；混凝土和非预应 力钢筋均未受压，则相应的应力分别为：σpc=0和σs=0， 详见图8.7所示。
图8.4 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
3，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，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。
四、预应力混凝土构件的截面尺寸 截面高度为：1/15—1/25
第三节预应力混凝土构件计算的一般原理
一、计算内容

因预应力混凝土结构构件在施工阶段和使用阶段处于完全不同的受力
状态，故应分别进行施工阶段和使用阶段的设计计算或验算。

规范规定，一般需进行下列计算或验算： 1，使用阶段 1）承载力计算 对预应力混凝土轴心受拉构件只进行正截面承载力计算。对预应力混凝 土受弯构件应同时进行正截面和斜截面承载力计算。
第八章 预应力混凝土结构
本章讲述了预应力混凝土的基本知识、预应力混凝土构件设计 的一般规定、预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析、预应力 混凝土轴心受拉构件的计算和验算、预应力混凝土受弯构件的 应力分析与设计计算以及预应力混凝土的构造要求。

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，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。 值得提到的是：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。



将上式整理得：
pcI
( con lI ) Ap A0

N pI A0
图8.8 先张法构件放松预应力钢筋时的受力状态



（3） 完成第二批损失之后。 预应力总损失为σl=σlⅠ+σlⅡ。设此时的混凝土压应力为σpcⅡ，非预应 力钢筋应力为σsⅡ=αesσpcⅡ，预应力钢筋应力为 σpⅡ=σcon-σl-αeσpcⅡ 即 σpⅡ=σcon-σl-αeσpcⅡ 混凝土预压应力σpcⅡ仍利用截面平衡条件求得（图8.9）；


如图8.1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8.1(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8.1(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8.1(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和荷载的相对大小而定。



三、 预应力混凝土结构的材料 1，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。 选择混凝土强度等级时，应考虑施工方法（先张或后张）、构件 跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种类等因素。


图8.6 预应力轴心受拉构件配筋示意图



普通钢筋的应变值 εs=σs/Es 预应力钢筋的应变值 εp=σp/Es 混凝土的应变值 εc=σc/Ec 因应变相等，即 εs=εc，故 σs/Es=σc/Ec 普通钢筋应力的合力为 σsAs=σcαEAs 预应力筋应力的合力为 σpAp=σcαEAp 经换算后的总截面面积用A0表示： A0=Ac+αEAs+αEAp

第一节 预应力混凝土的基本概念

一、预应力混凝土构件的受力特征 1，木桶箍的原理
2，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。




二、预应力混凝土轴心受拉构件的计算和验算
1，轴心受拉预应力钢筋混凝土构件中一般配有预应力钢筋Ap和非预应 力钢筋As，而且应对称布置，预应力钢筋一般布置于构件的中间部位， 配筋情况见图8.6所示。 换算截面就是将钢筋和混凝土两种不同材料组成的截面，根据应变 相等的原则换算成相应的纯混凝土截面。所谓应变相等原则是指在截面 的同一纤维层上的钢筋应变εs和混凝土应变εc是相等的。
二、预应力损失

按照某一控制张拉应力值张拉好的预应力钢筋的初始张拉应力，由于张
拉工艺和材料特性等原因，会从构件制作到安装使用各个过程中不断降 低。这种预应力降低的现象称为预应力损失。 引起预应力损失的因素很多，规范给出了以下六种因素及其产生的 相应预应力损失值的计算方法。

1，锚具损失 在先张法和后张法中，张拉钢筋一般总是先将钢筋一端锚固而在另一端 张拉，待钢筋张拉到规定的控制应力σcon后，便再把张拉端的预应力筋锚 固在台座或构件上。锚具变形和预应力钢筋滑动回缩引起的预应力损失 σl1。 2，摩擦损失 后张法构件在张拉预应力筋时，由于钢筋与孔道壁之间的摩擦力存在，它将 使预应力筋截面的应力随距张拉端的距离的增大而减小（图8.5）。这种 应力损失称为摩擦损失σl2。
图8.5 预应力钢筋的应力损失σl2
3，温差损失 预应力钢筋与台座之间的温差为Δt，钢筋的线膨胀系数α=1.0×10-5/℃， 弹性模量Es=2.0×105 N/mm2，于是预应力损失σl3 4，钢筋的松弛 所谓钢筋应力松弛，是指钢筋在高应力状态下，在长度不变条件下，由 于钢筋的塑性变形而使应力随时间的延续而降低的现象。 5，徐变、收缩损失 根据试验资料和经验，规范规定：混凝土收缩、徐变引起的预应力损失σl5， 6，局部挤压损失 当钢筋直径d≤3mm时，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失。
钢筋种类 消除应力钢丝、钢 绞线 热处理钢筋
张拉方法
先张法 0.75fptk 0.70fptk 后张法 0.75fptk 0.65fptk
3，控制应力太高带来的不良影响 1）构件的延性减低 2）构件的塑性变形大 3）加大预应力损失 4）构件受压太大导致构件开裂 5）局部受压破坏 6）设备达不到应力的要求
对斜截面承载力有一定提高。
图8.2 简支梁荷载挠度曲线
4，受拉预应力混凝土的受力分析 5，预应力混凝土构件的受力特征 1）构件的抗裂性得到提高 2）预应力的大小可以调整 3）在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性阶段

6，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。


2）裂缝控制的计算 根据使用要求及耐久性要求，确定构件是不允许开裂还是允许开裂。不 允许开裂的构件应进行抗裂验算，允许开裂的构件则应进行裂缝宽度验 算。 3）变形的计算 对预应力混凝土受弯构件应进行挠度验算。 2，施工阶段 施工阶段验算是指对构件在制作、运输和吊装过程中所受力的实际情 况而进行的承载力和抗裂性的验算。 对后张法构件还应验算锚具处的局部受压承载力。
其主要缺点是施工设备要求高，施工较复杂，设计计算较繁。




二、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。