预应力混凝土构件的性能与设计(精品)

灌浆孔
构件
拉伸钢筋 压缩混凝土 锚具
(a)
锚固 (b)
(c)
10.1.2 预应力混凝土的分类
2、全预应力和部分预应力
全预应力是在全部使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力， 即全截面受压。
部分预应力是在全部使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力 或开裂，即只有部分截面受压。部分预应力又分为A、B两类，A类是指在全 部使用荷载作用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力不超过规定的容许值； B类是指在全部使用荷载作用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力允许超 过规定的限值，但当裂缝出现时，其宽度不超过容许值。
普通混凝土的主要缺点
抗裂性差
混凝土的极限拉应变很小，在使用荷载作用下受拉区混凝土开裂，使构 件的刚度降低，变形增大，影响适用性和耐久性。
不适用于大跨度、重荷载的结构 高强度材料应用受到限制
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。在普通钢筋混凝土结构中采用高强度的钢筋（强度设计 值超过1000N/mm2）是不能充分发挥作用的。
10.1.1 一般概念
美国混凝土协会（ACI）对预应力混凝土下的定义是：“预应力混凝 土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵 消外荷载应力的一种加筋混凝土”。
预应力混凝土的发展
1888年，美国工程师杰克逊(P．H．Jackson)首次将预应力技术应用 于混凝土结构；
1908年，美国的斯坦纳(C．R．Steiner)提出收缩徐变发生后，再张拉 预应力筋；美国的狄尔(R．E．Dill)采用带有涂层的预应力筋来避免 混凝土与预应力筋间的粘结，但没有解决根本预应力损失问题；
3、有粘结预应力和无粘结预应力
预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起—有粘结预应力。先张法预应 力混凝土结构和后张灌浆的预应力混凝土结构均属有粘结预应力混凝土结构。
无粘结预应力，指预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围的混凝土粘结的混凝 土结构。无粘结预应力混凝土结构通常与后张法预应力工艺相结合。
10.1.2 预应力混凝土的分类
预应力混凝土的基本原理
受弯构件
+
=
第一种概念：预加 应力能使混凝土在 使用状态下成为弹 性材料；
第二种概念：预加 应力能使高强钢筋 和高强混凝土结合 并发挥各自的潜力；
第三种概念：预加 应力实现荷载平衡。
10.1.2 预应力混凝土的分类
根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：
M (kN.m) fy (N/mm2) As (mm2) Mk (kN.m) [wmax]=0.3mm
基本条件 5.2
200×450 5.0 / 10.0
67.60 HRB335/300
584.39 50.70 0.25
跨度增加1倍 10.4
400×900 20.0 / 10.0
513.76 HRB335/300
在孔道内压力灌浆 混凝土受压
依靠两端锚具锚住预应力筋并传递预应力
10.1.2 预应力混凝土的分类
电热法
大同煤矿贮煤仓
10.1.4 锚具
锚具的定义
锚具是后张法中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永久 性锚固装置。
锚具的性能要求
定义锚具效率系数等于或大于0.95 预应力筋总应变等于或大于2.0% 安全可靠，使用有效，节约钢材及制作简单。
1928年，法国工程师弗莱西奈(E．Freyssinet)成功研制出预应力混凝 土，指出预应力混凝土必须使用高强钢筋和高强混凝土，预应力混凝 土进入实用阶段；
1979年，东南大学吕志涛教授参与设计的上海色织四厂，主体工程设 计采用大跨度双跨部分预应力混凝土框架结构是我国最早使用的预应 力技术。
10.1.1 一般概念
提高混凝土强度等级对改善构件的抗裂和变形性能效果不大，因为采用 高强混凝土，其抗拉强度提高很少。
问题的关键：混凝土抗拉能力很低，应设法减小其拉应力 解决方法：对荷载作用下的受拉区混凝土施加预拉应力，以减小或抵
消受荷后的拉应力。
10.1.1 一般概念
预应力的概念
预应力混凝土的定义
预应力混凝土（prestressed concrete）是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。这种预压应力可以部分或全部抵 消外荷载产生的拉应力，因而可减少甚至避免裂缝的出现。
浇灌混凝土制作 构件并预留孔道
先张法的基本工序 后张法的基本工序
用夹具临时固 定预应力钢筋
养护混凝土到 规定的强度值
支ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ并浇灌混凝土
孔道穿筋并张拉预 应力筋至控制应力
蒸汽养护至强度 不低于75%设计值
在张拉端用锚具 锚住预应力钢筋
切断预应力筋 钢筋回缩砼受压
依靠预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力
2109.25 405.60
0.33
跨度增加2倍 20.8
800×1900 80.0 / 10.0
5948.80 HRB335/300
11529.23 4867.20
0.54
采用高强钢筋 5.2
200×450 5.0 / 10.0
67.60 热处理钢筋/1040
584.39 50.70 0.75
10.1.1 一般概念
1、先张法和后张法
钢筋张拉先于混凝土浇筑——先张法。此方法适用于在预制厂大 批制作中、小型构件，如预应力混凝土楼板、屋面板、梁等。
张拉端
固定端
(a)
伸长 (b)
(c)
压缩
压缩
(d)
10.1.2 预应力混凝土的分类
钢筋张拉后于混凝土浇筑——后张法。此方法适用于在施工现场制作 大型构件，如预应力屋架、吊车梁、大跨度桥梁等。
预应力混凝土构件
提要
基本概念
↓
预应力损失
↓
预应力混凝土轴心受拉构件
↓
预应力混凝土受弯构件
预应力混凝土的分类 预应力混凝土的材料 预应力混凝土的特点
10.1.1 一般概念
普通钢筋混凝土的不足
不同设计参数条件下，简支梁的裂
缝宽度比较
C30
L0
设计参数 L0 (m)
b×h (mm2) gk/qk (kN/m)
4、体内预应力与体外预应力（预应力钢筋布置在混凝土构件的体内或体外。体外 预应力混凝土的预应力钢筋仅在几点通过专门的偏转器和锚固件与砼构件相接触并 传递应力。体外预应力砼已广泛用于桥梁结构和房屋结构的加固改造。）
体外无粘结预应力钢筋
10.1.3 施加预应力的方法
先张法施工过程
后张法施工过程
在台座上张拉预应 力钢筋至控制应力