第24讲 预应力混凝土概述

四川工程职业技术学院
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第24讲预应力混凝土概述
§1. 预应力砼的基本原理
1. 普通钢筋砼的不足
由于混凝土的抗拉性能很差，使得普通钢筋混凝土构件存在几个不足：
①. 普通钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常带裂缝工作；当砼开裂时，受拉钢筋应力约20N/mm2；
②.为保证结构正常使用要求的适用性和耐久性，必须限制裂缝宽度W max≤［W］，受拉钢筋的应力一般约200N/mm2；因此不能发挥高强钢筋的强度；
③.普通砼构件自重大、抗裂差、变形大，不适于潮湿、腐蚀环境，也不适于大跨度、重荷载结构；
思考：能否借助混凝土较高的抗压能力来弥补其抗拉能力的不足？
2. 预应力砼基本原理
预先在混凝土受拉区施加永久性预压应力，使其减小或抵消荷载引起的拉应力，将构件受到的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，即可控制构件裂缝宽度，甚至可以使构件不产生裂缝。

这种施加了预压应力的砼就是预应力砼。

§2. 预应力砼的分类
1.按裂缝控制等级分类：
全预应力混凝土
部份预应力混凝土
①在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件，称为全预应力混凝土，属严格要求不出现裂缝的构件；
②允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，则称为部分预应力混凝土，属允许出现裂缝的构件；
2.按预应力钢筋与砼有无粘结分类
有粘结预应力混凝土
无粘结预应力混凝土
无粘结预应力混凝土，是指配置无粘结预应力钢筋的预应力混凝土。

无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑料带包裹，以防止施工中碰坏涂层，并使之与周围混凝土隔离，而在张拉时可沿纵向发生相对
滑移的后张预应力钢筋。

从90年代开始，无粘结束技术已在我国的某些桥梁工程中得到应用，目前最大跨度可达到20m。

3.按施加预应力的工艺分类先张法
后张法
①先张法
先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施工方法，称为先张法。

主要工艺过程：穿钢筋→张拉钢→浇筑混凝土并养护→切断钢筋
②后张法
先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。

主要工艺过程：
浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并进行养护→穿预应力钢筋→张拉钢筋并用锚具锚固→往孔道内压力灌浆。

先张法与后张法的比较：
（1）张拉顺序
先张法——先张拉钢筋，后浇注混凝土；
后张法——先浇注混凝土，后张拉钢筋；
（2）工艺过程
先张法——穿钢筋→拉钢筋→浇混凝土→养护至75％→断钢筋；
后张法——留孔道→浇混凝土→养护至75％→穿钢筋→拉钢筋
→锚钢筋→压力灌浆。

（3）预压应力的传递
先张法——传递主要靠钢筋和混凝土间的粘结力，因此，必须待混凝土达到设计强度75％以上，方可切断钢筋；
后张法——主要通过工作锚具传递，因此，张拉钢筋时，混凝土强度必须达到设计强度75％以上。

（4）优点
先张法——工序简单，不需要永久性锚具，批量生产中、小型构件，效率高，成本低，质量易保证；
后张法——可直接在构件上布置及张拉各种形状的预应力钢筋，无需台座，可在预制厂生产，也可在施工现场生产。

（5）缺点
先张法——需要台座或大型钢模（一次性投资大）；曲线布筋困难；不适合现场
施工；
后张法——生产周期较长，需大量永久性锚具，钢材消耗多，成本较高；工序多，操作复杂，造价高于先张法。

（6）适用的构件
先张法——适于工厂化生产，适宜长线法生产中、小型构件；
后张法——大型预应力混凝土构件；
§3. 预应力砼对材料的要求
1. 砼：
①高强；
②快硬、早强；
③收缩、徐变小；
④均匀性好；
《混凝土结构设计规范》对混凝土的要求：
预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应小于C30；
采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。

无粘结预应力混凝土结构的混凝土强度等级，板不低于C30，梁及其他构件不低于C40。

2. 预应力钢筋：
高强度；一定的塑性；高弹性模量；低松弛；
①消除应力钢丝；
②钢绞线；
③热处理钢筋；
④无粘结预应力筋；
⑤预应力螺纹钢筋
⑥冷轧带肋钢筋；（多用于空心板）
⑦冷拔钢丝；冷拉Ⅳ级钢筋；（目前已很少用）
§4 预应力砼的特点
1.优点
①抗裂性、抗渗好，提高耐久性；
②提高刚度，减小变形，适用于大跨度、重荷载结构；
③合理利用高强材料性能，减小自重，节约材料；
④提高结构的抗疲劳能力；
⑤可提高装配式结构的整体性
2. 缺点
①设计复杂；
②施工复杂，技术要求高；（需特种施工）
③工序多，工期长；
④需张拉设备和大量锚具；
注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。

（除抗剪扭能力有一定提高外）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承载能力相同。

§5. 锚具和夹具简介
1. 锚具：构件的一部分，永久性固定预应力钢筋，不能重复使用；
2. 夹具：临时固定预应力钢筋，可重复使用。

习惯也称锚具；
3. 分类（按工作原理）：摩阻式
承压式
4. 常用锚具：
螺丝端杆锚具（单根粗钢筋）
钢质锥形锚具（多根高强钢丝）
钢丝镦头锚具（如DM5A-42）
JM型夹片式锚具（如JM12-4；JM12-5）
群锚体系（如XM15-12；QM15-19；OVM15-19；）
§6. 预应力施工机具设备
张拉设备、镦头设备、刻痕压波设备、预应力钢筋连接器、冷拉设备、测力设备、制孔设备、灌浆设备。