第九 章 预应力混凝土结构

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承压型锚具（螺丝端杆锚具）：利用螺帽、垫板等承压 作用将预应力钢筋锚固在端部
螺母 预应力筋
板垫
螺丝杆端
对焊接头
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摩擦型锚具（锥形锚具）
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墩头锚具
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JM12型锚具
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QM型锚具及配件
XM型锚具
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OVM型锚具
夹片式扁锚体系
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五、预应力混凝土所用的材料
1.混凝土：要求高强、早强、收缩徐变小。预应力混凝土结 构的混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30。 2.钢筋： 要求： 1）高强、高屈服点。2）良好的塑性性能。3）良好的加工性。 4）与混凝土有良好的粘结力。 选用： 1）钢绞线。2）中强度预应力钢丝。3）消除应力钢丝。4） 预应力螺纹钢筋。
2.预应力混凝土 预应力混凝土结构就是构件在承 受外荷载之前，人为地预先通过张拉 钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混 凝土区域施加压力，这个压应力称为 预应力。构件承受外荷载后，此项预 压应力将抵消一部分或全部由外荷载 所引起的拉应力；从而推迟裂缝的出 现和限制裂缝的开展。
M h N pe p h pc c I 2 A I 2 b c pc
按《部分预应力混凝土 结构设计建议》： M 预应力度： 0 Mk M 0 : 消压弯矩。受拉边缘混 凝土应力为零时的弯矩 。 1全预应力混凝土。 0 1部分预应力混凝土。 0钢筋混凝土。
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2.有粘结与无粘结 无粘结预应力混凝土指的是采用无粘结预应力筋（经涂抹防 锈油脂，以减小摩擦力防止锈蚀，用聚乙烯材料包裹制成的 专预用应力筋）的预应力混凝土。施工时，无粘结预应力筋 可如同非预应力筋一样，按设臵要求铺放在模板内，然后浇 筑混凝土，待混凝土达到设计要求强度后，再张拉锚固。此 时，无粘结预应力筋与混凝土不直接接触，而成无粘结状态。 (1)结构自重轻。由于不需预留孔道，可减少构件截面尺寸， 减轻自重。 (2)施工简便，速度快。它无需预留孔道、穿筋、灌浆等复 杂工序，简化了施工工艺，加快了施工进度。特别适合用于 构造复杂的曲线布筋构件或结构。 无粘结预应力混凝土用于多层和高层建筑中的单向板、以及 井字梁、悬臂梁、框架梁、扁梁等。无粘结预应力混凝土也 适用于桥梁结构中的简支板（梁）、连续梁、预应力拱桥、 桥梁下部结构、灌注桩的桥墩等，也可以应用于旧桥加固工 9 程中。
后张法不需要台座，构件既可在工厂也可 在现场制作；后张法构件只能单一逐个地施加 预应力，工序多，操作也麻烦；而且需设永久 性锚具，成本高；一般用于运输不便的大、中 型构件。
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四、锚具和夹具
*夹具：它不留在构件上，剪断预应 力筋后夹具的作用即消失，能重复 利用
*锚具：永久地留在构件上，如锚具 失效构件中的预应力将全部消失。
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。
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预应力混凝土用钢绞线：由光圆钢丝捻制成的钢绞线。
公称直径：钢绞线外接圆直径的名誉尺寸
ÌÛ ¿º
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预应力混凝土用螺纹钢筋：
热轧成带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面 处，均可用带有匹配形状的内螺纹的连接器或锚具进行连接 或锚固。
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四、张拉控制应力con的确定
张拉控制应力：是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值， 其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到 的应力值。
七、预应力损失及其组合
预应力钢筋的张拉力，从开始张拉至构件使用；由 于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种现象称 为预应力损失。
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 a
l1
l
Es
式中 a：张拉端锚具变形和钢筋回缩值mm；
l：张拉端至锚固端之间的距离mm。(注意先后张法不同） 减少此项损失的措施有： ①选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量 减少垫板数； ②对先张法构件，选择长台座。
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张拉控制应力限值 张拉方法 钢筋种类
先张法
消除应力钢丝、钢绞线 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋 0.75fptk 0.70fptk 0.85fpyk
后张法
0.75fptk 0.70fptk 0.85fpyk
fptk——预应力筋极限强度标准值； fpyk——预应力螺纹钢筋屈服强度标准值。
消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值不应小于0.4fptk； 预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于0.5fpyk。 当符合下列情况之一时，上述张拉控制应力限值可相应提高0.05fptk或0.05fpyk； 1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设臵的预应力筋； 2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之 34 间的温差等因素产生的预应力损失。
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二、预类应力混凝土分类
1.全预应力和部分预应力混凝土
《混凝土结构设计规范》： 全预应力：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 件受拉边缘混凝土不应产生拉应力。 全预应力混凝土的特点是： (1)抗裂性能好。由于全预应力混凝土结构所施加的预应力大，混凝土不开裂， 因而其抗裂性能好，构件刚度大，常用于对抗裂或抗腐蚀性能要求较高的结构， 如贮液罐、核电站安全壳等。 (2)抗疲劳性能好。预应力钢筋从张拉完毕直至使用阶段整个过程中，其应力值 的变化幅度小，因而在重复荷载作用下抗疲劳性能好，如吊车梁等。 (3)反拱值一般过大。由于预加应力较高，而恒载小，活荷载较大的结构中经常 发生影响正常使用。 (4)延性较差，费用高。由于全预应力混凝土结构构件的开裂荷载与极限荷载较 为接近，导致延性较差，对抗震不利。
浇注混凝土构件
在构件中预留孔道 中穿钢筋并张拉
混凝土强度达设计 强度的75%以上时 剪断钢筋
锚固灌浆
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先张法、后张法各有优缺点： 先张法生产工序少，工艺简单，施工质量容 易保证，不需在构件上设永久性锚具，生产成 本低，在长线台座上，一次可生产多个构件。 先张法主要适合于工厂内生产中、小型构件。
h N p N pe p h ( ) I 2 A I 2 M
b
3
Np
4
5
3.预应力混凝土优缺点 1）提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。2）提高了构 件的刚度，减少构件的变形。3）由于采用了高强度混凝土和 钢筋，从而节省材料和减轻结构自重。4）需要增设施加预应 力的设备，制作技术要求较高，施工周期较长，计算较繁。5） 延性较差。 4.预应力混凝土主要应用范围 1）对裂缝控制等级严格的结构。2）对构件的刚度和变形控制 较高的结构构件。3）跨度大或承受重型荷载的构件。如水池、 油罐、吊车梁、屋架、桥梁、大跨度梁板等。
w 裂缝宽度， max cr
sq
Es
(1.9c s 0.08
d eq
te
)
wlim 0.2 0.3mm 时， sq 150 300N/mm 2
不能充分利用受拉钢筋的强度，因而，钢筋混凝土结构 中采用高强度钢筋是不能发挥其作用的 。为了要满足变形和 裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量，这将 导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷 2 载的结构成为不可能或很不经济。
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三、预应力混凝土施工方法
预应力是通过张拉钢筋来实现的。张拉钢筋：机械及电热法
后张法：先浇筑混凝土，后张拉钢筋。 先张法：先张拉钢筋，后浇筑混凝土。 预应力靠锚具来实现，称为工作锚具。 预应力靠钢筋和混凝土之间的粘结力来 相同张拉力时，后张法建立的预压应力 实现。 高于先张法。
张拉钢筋并在 台座上固定 浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
第九章
预应力混凝土构件
预应力混凝土轴心受拉构件的计算
预应力混凝土受弯构件的计算 预应力混凝土构土
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第九章 预应力混凝土构件
9.1概述 一、预应力混凝土的概念
1. 普通混凝土 要求混凝土不开裂时， s tu (0.1 0.15) 103 , s E s s 20 30N/mm 2
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2.预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失 σl2
1 l 2 con 1 kx e 当 x 0.3时
l 2 con (kx )
式中 k——考虑孔道每米长度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（以弧度计）。
1.影响con的因素 从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力宜尽 可能地定得高一些，σcon定得高，形成的有效预压应力高， 构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高， 会出现以下问题： ①σcon越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在 破坏前无明显预兆，构件的延性较差。 ②在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后 张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。 ③有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢 材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服 强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力 31 达不到预期效果。 ④使预应力损失增大 。