第五章 预应力混凝土构件基本知识

螺旋肋钢丝
=1250N/mm2，其余fpy≥1110 N/mm2），这样钢丝直
径4~9mm，强度高低、低松弛。
②钢绞线
由多根冷拉钢丝在绞线机上咬合并经消除应力回 火而成的总称。 有1×3捻用于先张法。1×7捻是外层钢丝围绕一 根直径大20%的中心钢丝绞成后张法中应用广泛。
直径用ΦS表示，外径 8.6~15.2mm，fpy=1110 ~1320 N/mm2 ，强度高、 低松弛、伸直性好，比较柔 软 ，盘弯方便，粘结性好。
3、混凝土预应力的添加
4、预应力混凝土不能提高承载力 注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。 也就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与
普通钢筋混凝土受弯构件的承载能力相同，与受拉
区钢筋是否施加预应力无关。
二、预应力混凝土结构的特点
1、优点：
能够充分利用高强钢材、混凝土，减少钢筋用量； 构件截面小，减轻结构自重。 预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂，提高构 件的抗裂性能。 由于预应力混凝土构件在使用阶段不带裂隙工作 或裂隙很小，所以构件的截面钢度较大。 由于预应力提高了构件的抗裂性能和刚度，减少 了构件的截面尺寸和自重，使之适用于较大荷载 和较大跨度。
⑷、施工工艺过程
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
主要工艺过程是：穿钢筋→张拉钢筋→浇筑混
凝土并进行养护→切断钢筋。
⑸、锚固方式
2、后张法 ⑴、有粘结预应力的后张法 先浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度的75%以上 后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法 称为后张法。 后张法的预应力传递依靠构件两端的工作锚具完成.
⑵高强材料得不到充分应用 裂缝宽度一般应限制在0.2～0.3mm以内，受拉 钢筋应力最高也只能达到150～250N/mm2，目前 高强度钢筋的强度设计值已超过1000，所以在普通 钢筋混凝土结构中，采用高强度钢筋无法发挥其应 有的作用，即普通钢筋混凝土结构限制了高强度钢 材的应用。 ⑶结构自重大使用性能不好 普通混凝土结构不能适应现代化建设大跨度和大 空间的需要，因为无法采用高强度的材料，势必导 致截面尺寸过大和自重过大。
3、锚具
预应力混凝土构件对锚具的要求是： 具有足够的强度和刚度； 预应力损失小； 构造简单，便于制作和加工； 节省材料，降低成本
第四节 预应力的损失和张拉控制应力的概念
1、预应力损失 ⑴、定义: 由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运 输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力 不断降低，这降低的部分就叫预应力损失。
⑶、后张法施工工艺过程
浇筑混凝土构件 穿预应力钢筋 锚固钢筋，孔道灌浆
预应力由构件两端锚具实现
⑷、张拉工具
第三节 预应力混凝土结构的材料
1、混凝土
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，加快施工速度，提 高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用 高强钢丝（钢绞线、钢丝、热处理钢筋）时不低于C40。
ⅱ对先张法构件，选择长台座。台座长度超过 100m时，可忽略不计。
②预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预Fra bibliotek力损失 σl2
后张法构件在预留孔道中张拉钢筋时，因钢筋与孔 道壁之间的接触引起摩擦阻力而产生的预应力损失。 产生范围：后张法构件。
减少该项损失，可采取以下措施：
ⅰ对较长的构件可在两端进行张拉； ⅱ采用超张拉，张拉程序可采用：
l4
钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长 度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。 钢筋应力松弛有以下特点：
ⅰ应力松弛与时间有关，开始快，以后慢； ⅱ应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢
筋的应力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢 绞线要小；
ⅲ张拉控制应力σ
con高，应力松弛大。
采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序 为:
⑵、后张法无粘结预应力混凝土 张拉程序：预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青油毡 等润滑防腐材料→包上塑料护套或套管（预应力 钢筋与砼不建立粘结力）→浇砼养护→张拉钢筋 →锚固
无粘结预应力束
无粘结的钢绞线是用防腐油脂涂在钢绞线表面， 并用外塑料护套而成
特点：施工时跟普通砼一样，将钢筋放入设计位置 可以直接浇砼，不必要预留孔洞、穿筋、灌浆，简 化施工程序，由于无粘结力预应力砼得到有效预压 应力增大，降低造价，适用于跨度大（6m)的曲线配 筋的梁体
1.1s con 0.85s con s con 0
荷载2 min 荷载2 min
③混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设
备之间温差 , 引起的损失 σl3 为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸 汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应 力筋与台座之间的温差△t使钢筋受热自由伸长，但两 端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋 就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混 凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近， 二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长 的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法 构件有该项损失。
钢绞线
钢丝绳与钢绞线的区别：
在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股，
再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯
的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只经过一次扭绞。
在性能上，钢丝绳的弹性模量小于钢绞线。
③热处理钢筋
将合金钢（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）经过调质 热处理而成，达到提高抗拉强度（fPy =1040N/mm2）， 改善塑性性能。Φ HT表示。 这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其 Φ =6~10mm以盘园形式供给省去焊接，有利施工。
第二节 施加预应力的方法
1、先张法 ⑴ 主要张拉程序：先在台座上按规定设计要求 将钢筋张拉到控制应力→并用锚具临时固定→浇 注 砼→待砼达到设计强度75%以上切断放松钢筋。
⑵传力途径：是依靠钢筋与砼的粘结力阻止钢筋的 弹性回弹，使截面砼获得预压应力。 ⑶特点：施工简单、靠预应力钢筋与混凝土之间的 粘结力自锚，不必耗费特制锚具 ，临时锚具可以 重复使用（一般称工具式锚具或夹具），大批量生 产时经济，质量稳定。使用于中小型构件工厂化生 产。
2、使用预应力混凝土结构的原因
理论上讲，提高材料强度可以提高构件的承载力，从而达 到节省材料和减轻构件自重的目的。但在普通钢筋混凝土构件 中，提高钢筋强度却难以收到预期的效果。这是因为，对配置 高强度钢筋的钢筋混凝土构件而言，承载力可能已不是控制条 件，起控制作用的因素可能是裂缝宽度或构件的挠度。当钢筋 应力达到500~1000N/mm2时，裂缝宽度将很大，无法满足使 用要求。 混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低。其抗拉强度只有 抗压强度的1/10～1/18，极限拉应变仅为0.0001～0.00015， 即每米只能拉长0.1~0.15mm，超过后就会出现裂缝。而钢筋 达到屈服强度时的应变却要大得多，约为0.0005～0.0015，如 HPB235级钢筋就达1×10-3。对使用上不允许开裂的构件，受 拉钢筋的应力只能用到20~30N/mm2，不能充分利用其强度。 对于允许开裂的构件，当受拉钢筋应力达到250N/mm2时，裂 缝宽度已达0.2~0.3mm。
第五章 预应力混凝土构建基本知识 第一节 预应力混凝土的基本概念
一、预应力混凝土的概念 1.普通混凝土构件存在问题 ⑴普通混凝土抗裂性很差 混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015， 这时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土 的强度也不明显。即普通钢筋混凝土受弯构件的 受拉区极易出现开裂现象，使构件处于带裂缝工 作阶段。
减少此项损失的措施有：
ⅰ采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土
强度达到7~10N/mm2 时，再逐渐升温至规定的养
护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能
够一起胀缩而不引起预应力损失;
ⅱ在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一
起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项
损失。
④钢筋应力松弛引起的预应力损失σ
2、钢筋
⑴、钢筋的性能
①高强度。混凝土预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力
的大小。
②具有一定的塑性。为了避免预应力混凝土构件发生脆性破坏，
要求预应力钢筋在张拉时具有一定的伸长率。当构件处于低温或 受到冲击荷载作用时，更应注意塑性和抗冲击韧性的要求。
③具有良好的加工性能。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。 ④与混凝土之间具有良好的粘结强度（先张法）。当采用光面高
2、缺点：
设计和施工复杂，对材料质量故要求严格； 工艺复杂。施工中要使用专门的机具，并要求有 一定的施工经验； 质量要求高,造价高。
三、预应力混凝土的主要用途
大跨度结构。如大跨度桥梁、体育馆、大跨度建筑 的屋盖、高层建筑的转换层等。 桥梁中建造了预应力箱形截面简支梁跨度达240m， 斜拉预应力混凝土桥跨度可达400m。 对抗裂度有特殊要求的结构。如压力容器、压力管 道、水工或海洋建筑、冶金及化工厂的车间等。 高耸建筑结构。如水塔、烟囱、电视塔等。 大量制造的预制构件。如预应力空心楼板、预应力 预制桩等。
持荷2 min
0 (1.05 ~ 1.1)s con 0 s con
因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失 与在较低应力下经过较长时间才能完成的松弛损失 大体相当，所以经过超张拉后再张拉至σ con时，一 部分松弛损失已完成。