10.第十章 预应力混凝土构件1

ק10.1.3 张拉预应力钢筋的方法
1.先张法 （1）定义：在浇筑混凝土之前张拉钢筋的方 法。 （2）工序 就位 张拉 固定 浇筑 2.后张法 （1）定义：在浇筑混凝土结硬之后张拉钢筋 的方法。 （2）工序 浇筑 就位 张拉 固定
§10.1.4 夹具、锚具
1.概念 （1）夹具：构件制成后能够取下重复利用的工 具。 （2）锚具：构件制成后不能够取下的工具。
①一般情况 • 先张法构件
• 后张法构件
σ pcI 、 σ pcI ＇ —— 在受拉区、受压区预应力钢筋合力点处的混凝土法 向压应力。此时，预应力损失值仅考虑混凝土预压前（第一批）的损失。 σ pcI 、 σ pcI ＇ 值不得大于 0.5 f cu ＇ ；当 σ pcI ＇ 为拉应力时，则式 （ 10-13 ）、（ 10-15 ）中的 σ pcI ＇ 应取为零。计算混凝土法向应力 σ pcI 、 σ pcI ＇ 时，可根据构件的制作情况考虑自重的影响；
这种锚具的锚固性能可靠， 锚固力大，张拉操作方便， 但要求钢筋 ( 丝 ) 的长度有 较高的精确度，否则会造成 钢筋 ( 丝 ) 受力不均。
(2)锥形锚具
如图 10.6 所示，这种锚具是用 于锚固多根直径为 5mm 、 7mm 、 8mm 、 12mm 的平行 钢丝束，或者锚固多根直径为 12.7mm 、 15.2mm 的平行钢铰 线束。锚具由锚环和锚塞两部分 组成，锚环在构件混凝土浇灌前 埋置在构件端部，锚塞中间有小 孔作锚固后灌浆用。由双作用千 斤顶张拉钢丝后又将锚塞顶压入 锚圈内，利用钢丝在锚塞与锚圈 之间的摩擦力锚固钢丝。
如图 9.4 所示，主要用于预应力钢筋张拉端。
这种锚具的优点是比较简 单、滑移小和便于再次张 拉；缺点是对预应力钢筋 长度的精度要求高，不能 太长或太短，否则螺纹长 度不够用。需要特别注意 焊接接头的质量，以防止 发生脆断。
2 ）镦头锚具
如图 10.5 所示，这种锚具用于锚固钢 筋束。张拉端采用锚杯， 固定端采用锚板。
在施工阶段的预拉区拉应力过大，甚至开裂；过大的预压应 力还会使构件开裂荷载值与极限荷截值很接近，使构件破坏 前无明显预兆，构件的延性较差
3.张拉控制应力的大小 （1）影响因素： 1）张拉方法 2）钢筋类型
3.张拉控制应力的大小 （1）影响因素： 1）张拉方法 2）钢筋类型 × （2）大小取值
1）最小值：不应小于 0.4 f ptk 2）最大值.
每块后加垫板的 缝隙
锥塞式锚具 ( 钢丝束的钢质锥形锚具等 ) 夹片式锚具 有预压时 无预压时
对于块体拼成的结构，其预应损失尚应计及块体间填缝的预压变形。当采用 混凝土或砂浆为填缝材料时，每条填缝的预压变形值可取 1mm 。
2) 后张法曲线预应力钢筋
对后张法曲线预应力钢筋，当锚具变形和钢筋内缩引起钢筋回缩时，钢筋与孔 道之间产生反向摩擦力，阻止钢筋的回缩。因此，锚固损失在张拉端最大，沿预 应力钢筋向内逐步减小，直至消失。对圆心角 θ ≤30° 的圆弧形（抛物线形）曲 线预应力钢筋的锚固损失可按下式计算
§10.1.7 预应力的损失
1.概念：在预应力混凝土构件施工及使用过程中，预应
力钢筋的张拉应力值由于张拉工艺和材料特性等原因逐渐降 低。这种现象称为预应力损失。
× 2.预应力损失值
对预应力损失的计算，我国规范采用的是将各种因素产生 的预应力损失值分别计算然后叠加的方法。下面对这些预应 力损失分项进行讨论。 （1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失
预应力钢筋张拉完毕后，用锚具锚固在台座或构件上。由于锚具压缩 变形、垫板与构件之间的缝隙被挤紧以及钢筋和楔块在锚具内的滑移 等 因素的影响，将使预应力钢筋产生预应力损失，以符号 σ l 1 表示。计算 这项损失时，只需考虑张拉端，不需考虑锚固端，因为锚固端的锚具变 形在张拉过程中已经完成。
1)直线形预应力钢筋 直线形预应力钢筋 的预应力损失 可按下式计算
钢筋种类
张拉方法 先张法 后张法
消除应力钢丝、钢 0.75 f ptk 0.75 f ptk 绞线
热处理钢筋
0.70 f ptk 0.65 f ptk
（3）下列情况可提高0.05 f ptk
1 ）要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶 段受压区内设置的预应力钢筋； 2 ）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张 拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应 力损失。
反向摩擦影响长度 mm ）可按下式计算 （
式中， r c — 圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径（ m ）； μ— 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数，按表 10.3 取用； κ— 考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，按表 10.3 取用； x — 张拉端至计算截面的距离（ m ）；
3)减小 该预应力 的措施：
表 10.3 摩擦系数
孔道成型方式 预埋金属波纹管 预埋钢管 橡胶管或钢管抽芯成 型 κ 0.0015 0.0010 0.0014 μ 0.25 0.30 0.55
3)减小 该预应力 的措施：
①采用两端张拉。由图 10.13 （ a ）、（ b ）可见，采用两端张 拉时孔道长度可取构件长度的 1/2 计算，其摩擦损失也减小一半。 ②采用超张拉。其张拉方法为： 。当张拉至 1.1σ con 时，预应力 钢筋中的应力分布曲线为 EHD( 图 10.13(c)) ；当卸荷至 0.85σ con 时， 由于孔道与钢筋之间的反向摩擦，预应力钢筋中的应力沿 FGHD 分布； 再次张拉至 σ con 时，预应力钢筋中应力沿 CGHD 分布。
§10.1.5 预应力混凝土构件的材料
1.混凝土 （1）高强 （2）收缩、徐变小 （3）快硬、早强。 2.钢筋：硬钢（高强度） （1）钢绞线： （2）钢丝：消除预应力钢丝、冷拉钢丝 （3）热处理钢筋
§10.1.6 张拉控制应力
× 1.概念：在张拉钢筋时，所控制达到的最大应力 值，即用张拉设备所控制施加的张拉 力除以预应力 钢筋截面面积所得到的应力，用 σ con 表示。 2.控制原因 （1）太小不合适。 （2）太大也不合适。张拉控制应力过高会造成构件
（3）预应力钢筋与台座之间温差引起的预应力损失
1）预应力损失的原因： 为了缩短生产周期，先张法构件在浇筑混凝土后采用蒸气养护。在 养护的升温阶段钢筋受热伸长，台座长度不变，故钢筋应力值降低，而 此时混凝土尚未硬化。降温时，混凝土已经硬化并与钢筋产生了粘结， 能够一起回缩，由于这两种材料的线膨胀系数相近，原来建立的应力关 系不再发生变化。 2）预应力损失的计算： 预应力钢筋与台座之间的温差为 △ t ，钢筋的线膨胀系数 α=0.00001/ ℃ ，则预应力钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失为
① 直线预留孔道因施工原因发生凹凸和轴线的偏差，使钢筋与孔道 壁产生法向压力而引起摩擦力； ② 曲线预应力钢筋与孔道壁之间的法向压力引起的摩擦力。 2）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 ，按下列公式 计算 ≤0.2 时， 可按下近似公式计算
当
x —— 张拉端至计算截面的孔道长度（ m ），可近似取该段孔道 在纵轴上的投影长度； θ —— 张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（ rad ）； κ—— 考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，按表 10.3 采用； μ—— 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数，按表 10.3 采用。
×（3）预应力的作用： 1）提高开裂性、刚度； 2）对承载力提高作用不大。 （4）优缺点 1）优点： 开裂性好 提高刚度 减轻自重、节约钢材 2）缺点： 施工复杂 构造复杂 计算复杂
（5）适用结构 1）裂缝控制等级高的构件 2）大跨、受力大的构件 3）对刚度、变形要求严格的构件
ק10.1.2 预应力混凝土的分类
根据预加应力对构件截面裂缝控制的不同划分： 1.全预应力构件——相当于一级裂缝控制 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。
2.部分预应力构件——相当于三级裂缝控制 在使用荷载作用下，允许截面上混凝土出现裂缝 的构件。 3.限值预应力构件——相当于二级裂缝控制 在使用荷载作用下，根据荷载效应组合的不同， 不同程度地保证混凝土不开裂的构件。 （1）标准组合下，拉应力小于等于抗拉强度标 准值。 （2）准永久组合下，拉应力小于等于零。
（4）预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失
1）预应力损失的原因： 在高拉应力作用下，随时间的增长，钢筋中将产生塑性变形，在钢筋 长度保持不变的情况下，钢筋的拉应力会随时间的增长而逐渐降低，这 种现象称为钢筋的应力松弛。钢筋应变徐变。 2）预应力损失的计算： ①预应力钢丝、钢绞线 1 ）普通松弛
一次张拉时， ψ =1.0 ；超张拉时 ψ =0.9 。
(3)夹片式锚具
如图 10.7 所示，每套锚具 是由一个锚环和若干个夹片 组成，钢绞线在每个孔道内 通过有牙齿的钢夹片夹住。 可以根据需要，每套锚具锚 固数根直径为 15.2mm 或 12.7mm 的钢绞线。国内常 见的热处理钢筋夹片式锚具 有 JM-12 和 JM-15 等，预应 力钢绞线夹片式锚具有 OVM 、 QM 、 XM 等。
第十章
预应力混凝土构件
§10.1 概述
§10.1.1 预应力混凝土的概念
1.钢筋混凝土构件的不足 混凝土抗拉强度低，代裂缝工作。 （1）开裂性差 （2）刚度低 （3）耐久性差 （4）解决办法——混凝土加预应力 1）张拉钢筋 2）膨胀混凝土
2.预应力混凝土构件 ×（1）定义：在构件受荷载之前，张拉 钢筋，使受拉区混凝土预加压力，以抵消 荷载产生的拉应力。 （2）举例——简支梁
a —— 张拉端锚具变形和钢筋内缩值（ mm ），按表 10.2 取用； l —— 张拉端至锚固端之间的距离（ mm ） ； E s —— 预应力钢筋弹性模量（ N/mm 2 ）。
表 10.2 锚具变形和钢筋内缩值 a （ mm ）
锚具类别 螺帽缝隙 支撑式锚具 ( 钢丝束镦头锚具等 ) a 1 1 5 5 6～8