现代预应力混凝土结构理论1.3--1.4补充

c-pc≤m ftk
对于受弯构件有M0≤M ≤ Mcr 3、部分预应力混凝土 使用荷载大于开裂荷载，即，
M > Mcr
构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。
在预应力混凝土发展的早期，大多按全预应力混凝土来设计。 抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设计计算简单 适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器 （核反应堆压力容器和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环境下 需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生疲劳破 坏的结构。
但全预应力混凝土也存在着以下的缺点： ⑴对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制， 而不是由承载力条件确定； ⑵反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土处 于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以致影响 结构的正常使用； ⑶从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小； ⑷施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费 用高。
2）高碳钢的σ -ε 曲线
特点，无明显的流幅
取用残余应变为0.2%时的相应应力作为屈服强度，
0.2 称之为条件屈服强度或协定屈强(或条件流限或
协定流限)。 3）RC结构对钢筋性能的要求 （1）强度 屈服强度 极限强度 适当的屈强比 s / b （2）塑性 断裂时有足够的变形，防脆性破坏。衡量指标： 屈服强度，极限强度，伸长率和冷弯率
d点以后，σ随ε的增加而继续增加，至e点σ Nhomakorabea


达最大值，e点对应的σ称为钢筋的极限强度， de段称为强化段。 e点以后，试件的薄弱位置将产生颈缩现象， 变形迅速增加，断面缩小，应力降低，直至f 点拉断。 (2)特点 ①明显屈服点 ②比例极限 p ，屈服强度 s ，极限强度 b s 确定计算强度的依据，极限强度 b ，作 为安全储备
结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制(mm) 环境 类别 一 二 三 钢筋混凝土结构 预应力混凝土结构 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 裂缝控制等级 最大裂缝宽度限制 0.3 0.2 三 三 0.2 三 二 — 0.2 三 一 —
环境分类 混凝土结构的使用环境类别 环境类别 说 明 一 工业与民用建筑室内环境；无侵蚀性介质、无高温高湿影响、不与 土壤直接接触的环境 a 室内潮湿环境；露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 二 b 寒冷及严寒地区的露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 三 沿海环境；使用除冰盐的环境；海面大气区 四 海水潮汐区；浪溅区；海水下环境；水位变动区 五 受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境
◆消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都
需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、 条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所 改善。
◆钢绞线
钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋， 其中以7股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为9.5~15.2mm， 通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和3股钢绞 线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强 度。
初始应力 初始应力水平 100% 100% f Pu 抗拉强度 初始应力 最终应力 松驰值 100% 初始应力
Pj
一般最终应力松驰值为1000小时应力松驰 值的2～4倍。 ⅵ.抗腐蚀、抗应力腐蚀 镀锌、环氧涂层、西卡Sika 钢筋砼阻锈剂 。
②预应力钢筋种类 ⅰ.钢丝 ⅱ.钢铰线 ⅲ.热处理钢筋 ⅳ.冷拉钢筋
4、钢筋和混凝土两种物理力学性能很不相同的材
料之所以可结合在一起共同工作，是由于钢筋和混 凝土之间存在有良好的粘结力，保证两种材料协调 变形、共同受力，且由于钢筋和混凝土基本相同的 温度膨胀系数，这种粘结力不会因温度变化丧失。 5、混凝土结构的优点：耐久性好、可模性好、耐 火性好、易于就地取材、造价和维护费用低、材料 利用合理、整体性好、刚度大。 6、混凝土结构的缺点：自重大、抗裂性差、承载 力有限、施工复杂。克服和解决混凝土结构的缺点 是混凝土结构的发展方向。
1.3.2 钢筋Reinforcing Bar
1.3.2.1钢筋的强度与变
形 1）热轧低碳钢和普通 热轧低合金钢钢筋的σε曲线（图1-19，P12）
(1)过程

E为弹性模量， a' 点以前，σ与ε成比例，即 E， ' 点应力称为比例极限 a a' 点过后，σ与ε不再成比例，但仍为弹性变形；a 点以后为非弹性，a点称为弹性极限 达到b点时，ε出现塑性流动现象，b点位置与加载 速度、断面形式、表面光洁度等因素有关，称为屈 服上限。 降至c点后，σ不增加而ε急剧增加，σ-ε关系接近水 平，直至d点，c点称为屈服下限，cd段称为屈服台 阶。
表中四、五类环境为港口工程和工业防腐设计用，详细说明及耐久性设计要求按《港 口工程技术规范 （混凝土和钢筋混凝土） 》 JTJ228、 229 及 《工业建筑防腐蚀设计规范》 GBJ46 的规定进行。
本章小结
1、混凝土的最基本力学性能：抗压强度高，但抗
拉强度却很低。一般混凝土的抗拉强度只有抗压强 度的1/20～1/8。另一方面，混凝土破坏时具有明显 的脆性性质。 2、钢材的最基本力学性能：抗拉和抗压强度都很 高，且钢材一般均具有屈服现象，破坏时表现出较 好的延性。 3、钢筋混凝土梁的承载力比素混凝土梁大大提高， 钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利 用，且破坏过程有明显预兆。
事实上，结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因，温度、收缩 徐变以及其他因素产生的变形受到约束时（如沉降、水化热 等），都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝，有的还比较严 重。 此外全预应力混凝土构件中，由于局部高压应力会产生横向 拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。 因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不仅技术 很难做到，而且在经济上也是不合理的。
◆冷拉低合金钢筋
通常将Ⅳ级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达 580MPa。为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带 纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。但随着近年来高强钢丝 和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。
◆中高强钢丝
中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中 强钢丝的为800~1200MPa，高强钢丝的强度为1470~1860MPa。 钢丝直径为3~9mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用 ‘刻痕’或‘压波’，也可制成螺旋肋。
①体内式
②体外式
三、裂缝控制等级 《规范》根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三 个等级： 一级：严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时， 构件受拉边缘不应产生拉应力。
二级：一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时， 构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值 ftk，而 按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。 三级：允许出现裂缝的构件，按荷载标准组合并考虑荷载长期 作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。



（3）可焊性 不裂纹和变形，良好的机械性能 1.3.2.2REBAR的等级、成分和品种 1）按化学成分
（1）碳素钢钢筋(Fe.C)
低碳钢（含C<0.22%）
低强度 中碳钢（含0.25%<C<0.6%） 中强度 高碳钢（含C>0.6%） 高强度 （2）普通低含金钢：加少量合金元素，如Si、Mn、 V、Ti、B等。
●预应力筋
◆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。 ①材质要求：按国家《预应力砼用钢丝》（GB5223-95）执行。
7、混凝土主要强度指标有：立方体强度、轴心抗
压强度和轴心抗拉强度。立方体强度不代表实际构 件中混凝土的受力状况，仅用来作为划分混凝土的 强度等级。轴心抗压强度和轴心抗拉强度的平均值 可分别根据混凝土立方体强度的平均值计算得到。 8、混凝土的破坏机理是由于内部微裂缝的发展导 致横向变形增大，并最终因微裂缝连通而导致破坏。 对横向变形加以约束，即限制微裂缝的发展，可提 高混凝土的抗压强度，且可显著提高混凝土的变形 能力。混凝土在复杂应力状态下的强度规律也可以 由破坏机理得到解释。
采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材、有 效地控制反拱、提高延性，部分的开裂产生的刚度降低，也有 助于结构内力的调整，以减小由于约束变形（如温差、不均匀 沉降等）而产生的内力。
≥1：全预应力混凝土
M0 预应力度 M
=1：钢筋混凝土
1> >0：部分预应力混凝土
◆按粘结方式划分 ●有粘结预应力砼 ●无粘结预应力砼
◆热处理钢筋
用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直 径为6~10mm，抗拉强度为1470MPa。
除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显 屈服点，采用残余应变为0.2%的条件屈服点作为抗拉强度设计指 标。
预应力钢筋强度标准值和设计值（N/mm2）
种 消除应力钢丝 螺旋肋钢丝 刻痕钢丝 类 4~ 9 5、 7 二股 三股 钢绞线 七股 d=10.0 d=12.0 d=10.8 d=12.9 d=9.5 d=11.1 d=12.7 d=15.2 fptk 1470 1570 1670 1770 1470 1570 1720 1720 1860 1860 1860 1860 1820 1720 1470 fpy 1250 1180 1110 1040 1110 1040 1220 1220 1320 1320 1320 1320 1290 1220 1040
◆非钢材预应 力筋
纤维加劲塑料
碳纤维 玻璃纤维 芳纶纤维
1.4 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级
一、预应力混凝土的分类 1、全预应力混凝土 在使用荷载下，截面不出现拉应力，
c-pc≤0
对于受弯构件有M≤M0 2、有限预应力混凝土 在使用荷载下，截面出现拉应力，但未 达到混凝土的抗折强度，
屈服强度 ⅰ.强度 极限强度
ⅱ.塑性
ⅲ.加工性
5
d b 7～7.5m m hb 4.8～5.3m m
液压冷作镦头
拉应力水平 ⅴ.应力松驰 温度 时间
显微镜下的金属多晶体结构
松驰损失的终值, 以百分比表示
ⅳ.粘结
时间 (小时)
“1000小时松驰值（70%）（80%）”
2）按生产工艺、机械性能与加工条件分
(1)钢筋 热轧钢筋 冷拉低合金钢筋 热处理钢筋 (2)钢丝 (3)钢绞线 ◆热轧钢筋 分为R235、HRB335、HRB400和KL400四个等级 R235级钢筋为光面钢筋，多作为现浇楼板的受力钢 筋和箍筋 HRB335、HRB400和KL400级钢筋为变形钢筋，多 作为钢筋混凝土构件的受力钢筋
另一方面，近年来对裂缝控制的研究表明，细微裂缝宽度对 结构耐久性并无影响。 而且施加预应力的构件，即使出现裂缝，当活荷载移去后， 裂缝还可以闭合，裂缝的开展是短暂的。因此，从满足结构功 能要求的角度，很多情况不必采用全预应力混凝土。
适当降低预压应力，容许混凝土出现拉应力或开裂，作成有 限预应力或部分预应力混凝土，可以使设计更加合理和经济。
f y
400 360 360 360
360
热处理钢筋
40Si2Mn(d=6) 48Si2Mn(d=8.2) 45Si2Cr(d=10)
400
3）外形形状
热轧光圆钢筋 热轧带肋钢筋：螺旋、月牙及人字纹
1.3.2.3预应力砼中的钢筋
●非预应力钢筋
、HRB400 主筋HRB335 箍筋HPB235