页数：44页文件大小：1.19 MB来源： 建筑结构与施工图ppt课件
本课件讲解预应力混凝土构件，从普通混凝土抗裂性差的问题出发说明预应力的基本原理，比较预应力混凝土与钢筋混凝土的异同，介绍先张法、后张法及无粘结、自张拉等施加方式，并梳理预应力钢筋与混凝土材料要求、张拉控制应力与各项预应力损失及减小措施。
1.1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1.2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/mm21.3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。
2.预应力混凝土的产生1.1最早给混凝土施加预应力的概念是1888年德国工程师道伦（W .Doehring）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。
1.2 1928年法国工程师费列西奥（E .Freyssinet）利用高强度的钢丝和高强度等级的混凝土并施加高的预应力（大于400N/MM2）来制造预应力混凝土构件才获得实际意义的成功。
㈠基本原理1、C20普通钢筋混凝土简支梁，在荷载作用下，在梁跨中下边缘产生10N/mm2的拉应力，混凝土梁早已开裂，且裂缝已有相当的开展。
2、在预压力作用下，截面下边缘(预压区）跨中产生压应力σ1=10N/mm2，形成反拱f1σ1σ1预压区预加应力单独作用下受力预拉区f1。
23、在外荷载作用下，截面下边缘产生拉应力σ2=9N/mm2，其挠度为f2f2荷载单独作用下受力受压区－砼受拉区－钢筋。
4、在预压力及外荷载作用，截面下边缘产生应力б2-σ1=1N/mm2,其挠度为f2–f1=f使用阶段的荷载逐渐逐渐增加预应力单独作用截面应力使用荷载单独作用截面应力拉区砼未开裂拉区砼已开裂б2б1б2-б1f2-f1。
所谓预应力砼构件就是在构件受荷之前（制作阶段），人为给拉区砼施加预压应力，受荷之后（使用阶段）首先要抵消拉区砼的预压应力，若再加荷拉区砼开裂，直至破坏为止。
2.预应力程度较高预应力混凝土结构，性能如同均质弹性材料。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。
4.一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就没有本质上的不同，因而正截面承载力是一样的。
5.预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高于普通混凝土，因而预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。
试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展.5.提高构件的抗疲劳性能。
在预应力结构中，由于钢筋事先张拉，在往复移动荷载的作用下，钢筋应力变化幅度不大10%以下，不会引起钢筋疲劳。
6.提高受压构件的稳定承载力。对于长细比较大的受压构件，由于预应力钢筋张拉的很紧，不但预应力钢筋本身不会压弯，而且可帮助周围混凝土提高抗弯的能力。缺点。
1.在建筑中可用于建造大型屋面板、屋面梁、承重桁架、吊车梁，建造薄壁空间结构，多层框架和单层大跨度建筑，也可建造墙板、柱子等。
3.特种结构方面可建造预应力混凝土电视塔，石油开采平台、预应力混凝土囤船、预应力压力容器等。
五、预加应力的方法根据预应力筋张拉时间的先后，习惯上把预加应力方法分为先张法、后张法和同张法。
3）特点：施工简单、靠粘结力自锚，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。
1）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。
3）特点：这种方法设备简单，不需要张拉台座，生产灵活，但需要可靠的锚具及千斤顶，锚具用钢量大，适用大型构件的现场施工。
有粘结力预应力砼由于粘结力（阻力）的作用使得预应力钢筋拉应力降低，导致砼得到压应力降低，所以应设法减少这种粘结力。
3.后张法无粘结预应力混凝土1）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2）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。
在混凝土膨胀的时候，配置在体中的预应力筋就被张拉，而混凝土本身则由于膨胀受到钢筋的限制而同时获得预压应力。
人们把这种依靠混凝土自身膨胀来张拉钢筋而产生的预应力叫做自应力，把采用这种方法的预应力混凝土叫做自应力混凝土。
预应力钢筋一直处于高强受拉应力超载情况下发生脆性破断，同时还要求具有良好的加工性能，提高与混凝土粘结强度减少预应力损失。
1.消除应力钢丝包括光面（ΦP）、螺旋肋（ΦH）、三面刻痕（ΦI）刻痕钢丝螺旋肋钢丝消除应力钢丝见《预应力砼用钢丝》GB/T5223，是用高碳镇静钢轧制成的盘园，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、冷拔、回火矫直等处理工序来消除应力，而成的碳素钢丝可提高抗拉强度（光面钢丝fpy=1250N/mm2，其余fpy≥1110N/mm2），这样钢直径4~9mm，强度高低、低松弛。
直径用ΦS表示，外径8.6~15.2mm，fpy=1110~1320N/mm2，强度高、低松弛、伸直性好，比较柔软，盘弯方便，粘结性好。
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。
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。
2..混凝土混凝土性能高强度收缩小、徐变小快硬、早强《规范》规定：预应力砼结构强度等级不宜低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力砼结构强度等级不宜低于C40。
（1）定义：张拉控制应力是指预应力钢筋在张拉时，所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备（如千斤顶上的油压表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得出的应力值，以σcon表示。
（2）张拉控制应力σcon对预应力混凝土构件预压效果的影响分析：1）如果σcon取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因此《规范》规定σcon不应小于0.4fptk。
③构件的反拱过大，或者预拉区产生裂缝影响正常使用。《规范》规定，在一般情况下，张拉控制应力σcon值不宜超过下表的限值。
张拉方法钢筋的种类后张法先张法0.75fptk0.75fptk预应力消除钢丝、钢绞线0.65fptk0.70fptk热处理钢筋规范指出，为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂性而在受压区设置的预应力钢筋，其允许控制应力提高5%。
三、预应力损失1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。
2引起预应力损失的原因及的措施1）.锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1当为直线型预应力钢筋时式中a——张拉端锚具变形和钢筋回缩值。
2）.预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2式中k——考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数：x——张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道在纵轴上的投影长度，μ——预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，θ——从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角当。
②采用超张拉，张拉程序可采用：当第一次张拉至1.1σcon时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至0.85σcon，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至σcon时，钢筋应力沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至σcon的应力分布均匀，预应力损失要小一些。
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。
①采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5～C10，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;。
②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σl3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。
②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。
5）.混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σl5混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。
先张法构件后张法构件式中σpc,σpc′——分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力。
先张法构件后张法构件式中Ap,Ap′——分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配筋的构件，取ρ，ρ′，此时配筋率应按钢筋截面面积的一半进行计算。
后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因是后张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。
6）.用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失σl6后张法中，当D≤3m，σl6=30MPa，当D＞3m，不考虑该项损失。此处D为环形构件的直径。
（2）预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合预应力损失值的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）的损失σlⅠσl1+σl2+σl3+σl4σl1+σl2混凝土预压后（第二批）的损失σlⅡσl5σl4+σl5+σl6《规范》把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的损失为第一批损失σlⅠ，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失σlⅡ。
1、预应力混凝土结构是在结构构件受外荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预压应力状态用于减小或抵消外荷载所产生的拉应力，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。
3、先张法是通过钢筋与混凝土的粘结力来传递预压应力的，而且要有一定的传递长度，为了使拉区混凝土尽快得到有效预压应力，减少钢筋的回弹，要对端部混凝土采取加强措施，以减小传递长度。
4、对于后张法是依靠锚具传递预压应力，为了提高锚具下混凝土的局部抗压强度，防止锚具下混凝土局部压坏，所以必须对锚具下混凝土进行有效计算并采取加强措施。
3、由于预应力混凝土是通过张拉钢筋而使混凝土得到较大的预应力，预应力钢筋要经受较大的拉力，混凝土必须承受较大的压力，因而钢筋和混凝土应当采用较高强度的材料。
4、张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制应力σcon其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不能过低。
5、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。
预应力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定范围内。
2.什么在普通钢筋混凝土中不能有效地利用高强钢材和高强混凝土？而在预应力混凝土结构中必须采用高强钢材和高强混凝土？。
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