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1、第一章第一章 预应力混凝土结构预应力混凝土结构（教材第9章）第第1章第章第1节节 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 1.什么是预应力混凝土构件 2.预应力混凝土的实质 3.施加预应力的方法 了解预应力混凝土构件的概念，熟 悉施加预应力的方法。1.1.1 什么是预应力混凝土构件什么是预应力混凝土构件 1、素混凝土构件、素混凝土构件 素混凝土构件-只用混凝土制作的构件。素混凝土梁在荷载作用下，开裂后裂缝迅速发展，并立即引起破坏。素混凝土受弯构件的缺点是：一裂就断（如图a）,承载能力很低。因此，在建筑工程中，不允许使用素混凝土梁。2、钢筋混凝土构件钢筋混凝土构件 在受拉区配置钢筋-钢筋混
2、凝土梁.可知，在梁开裂后钢筋可承担拉力(如图 b)，梁上外荷载可继续增加，直到受拉钢筋应力达到屈服强度，随后截面受压区混凝土被压坏，这时梁才达到破坏状态。所以，钢筋混凝土梁所能承担的破坏荷载远大于同样条件下素混凝土梁。但是，钢筋混凝土构件的缺点是抗裂性能差。抗裂性能差。3、预应力混凝土构件、预应力混凝土构件在外荷载作用之前，先人为给施加压力，在混凝土中形成预压应力的构件（如图c）预应力混凝土构件。为什么加压力？加压的目的：加压的目的：是根据“正负正负相消相消”的原理，在使用前先给构件施加压力，外荷载作用后产生的拉应力，首先要抵消预压应力以后，混凝土才开始受拉。相当于间接地提高了混凝土的抗拉能力
3、。预应力混凝土梁预应力混凝土梁1.1.2 预应力混凝土的实质预应力混凝土的实质 在荷载q 作用之前,给梁先施加一对偏心压力N,如图（a）,此偏心压力N使该梁下边缘产生预压应力,上边缘产生预拉应力。如是一普通钢筋混凝土简支梁,在均布荷载 q 作用下,梁的下边缘产生拉应力,上边缘产生压应力。图（b）在外荷载 q 施加到已有预应力的梁上之后,梁截面上的应力图（c）=（a）+（b）两应力的叠加。预应力混凝土的实质：预应力混凝土的实质：用人为给混凝土加的预压应力，来抵消由荷载产生的拉应力（全部或部分抵消），使混凝土不开裂或晚开裂。构件抗裂能力提高。当梁的下边缘组合应力 时，为压应力,不开裂；0cct虽受
4、拉，但不裂。当,tkcctf+1.1.3 施加预应力的方法施加预应力的方法 在构件上建立预压应力，一般是通过张拉钢筋的方法来实现的。被张拉的钢筋称为 预应力钢筋。施压施压方法有：先张法和后张法。1、先张法、先张法 先张法先张拉预应力钢筋，后浇筑混凝土的施工方法。需要台座和张拉设备（见下图）。先张法施工工艺过程先张法施工工艺过程：将预应力钢筋的一端，用夹具固定在台座的钢梁上，钢筋的另一端则通过张拉夹具、测力器与张拉机械相连（上图）。用设备张拉预应力钢筋，将钢筋张拉到规定应力（为控控制应力制应力)。用夹具将预应力钢筋锚固在钢梁上，再卸去张拉机具（图b）。浇筑混凝土，并进行养护（图C）。待混凝土应力
5、达到规定的强度（达到混凝土强度设计值的75%以上）时，即可将预应力钢筋切断。通过预应力钢筋的弹性回缩挤压混凝土，使构件的混凝土产生预压应力（图d）。PC构件的应力变化情况如图：为钢筋中的预拉应力，：为在混凝土中建立的预压应力。2、后张法、后张法 后张法 先浇筑混凝土构件，后张拉预应力钢筋的施工方法。后张法的张拉工艺设备示意图设备示意图 后张法的施工工艺过程后张法的施工工艺过程：浇筑混凝土构件，并在构件中预留预应力钢筋的孔道。养护混凝土构件，当混凝土达到规定强度（强度设计值的75%以上）后，将预应力钢筋穿入孔道，并在锚固端用锚具将预应力钢筋锚固在构件的端部。在构件的另一端，用张拉机具张拉预应力钢
6、筋。在张拉钢筋的同时，构件的混凝土也受到压力。当张拉到预应力钢筋的控制应力时，用锚具将钢筋锚固在构件上，并拆除张拉机具。先张法的特点：先张法的特点：预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递的。先张法要有专门的张拉台座，基建投资比较大。适宜于预制构件厂制造批量的中、小型预应力混凝土构件，如空心楼板、屋面板等。后张法的特点：后张法的特点：钢筋的预拉应力是靠构件两端的工锚具传递给混凝土的。后张法不需要专门的台座，混凝土构件可在现场制作。可根据构件的受力要求，钢筋可布置成曲线形。但有留孔、灌浆等工序，施工比较复杂。所用的锚具要保留在构件内、耗钢量较大。多用于大型的混凝土构件，如预应力混凝土屋架等。1.1
7、.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料 1、混凝土、混凝土 要求：高强度要求：高强度。收缩徐变小、快硬早强。原因：只有混凝土的抗压强度较高，才能承受高预压力，使构件获得高的抗裂能力。规范规定：混凝土强度等级不宜低于C40。2、钢筋、钢筋 要求：高强度要求：高强度。良好的塑性、良好的可焊性。钢筋强度高，拉力大，给混凝土作用的压力大，抗裂效果好。还因为钢筋的张拉应力，会由于各种原因发生应力损失，这些损失的总和有时可达 以上。我国目前常用的预应力钢筋有以下几种。（1）钢绞线 （2）预应力钢丝。有：光面、螺旋肋。（3）预应力螺纹钢筋 这些钢筋的强度设计值在这些钢筋的强度设计值在 。HT预应力钢筋品
8、种及强度T2/mmkN2/mmkNsHp、抗拉强度设计值抗拉强度标准值 钢筋品种 符号 钢绞线1110132015701860 钢丝1040132014701860预应力钢筋6509009801230 在后张法构件中，当需要钢丝的数量较多时，常将几根或几十根钢丝按一定的规律平行排列，然后用铁丝扎在一起，称为钢丝束。钢丝排列的方式有好几种，如图所示。1.钢丝钢丝 2.芯子芯子 3.绑扎钢丝绑扎钢丝钢铰线则是把多股平行的碳素钢丝按一个方向铰成的，如图。钢铰线与混凝土的粘结性能好，应力松驰小，而且比钢筋或钢丝束柔软，便于运输及施工。第第1章第章第2节节 预应力混凝土的锚具预应力混凝土的锚具 锚具的作
9、用锚具的作用锚固预应力钢筋。要求要求：足够的刚度、良好的锚固性能（钢筋不滑动）。形式：形式：夹片锥塞式一箍一片、前大后小、越拉越紧。螺杆式钢筋焊接在螺杆一端，另一端螺帽固定。墩头式将一端头墩粗、自锚。1、先张法的锚具、先张法的锚具 用锚具夹住钢筋，用卷扬机张拉，张拉完后用锚具将钢筋临时固定在台座上，如图所示。（）偏心夹具如图b所示，用于将钢丝夹紧，以便进行张拉。锥形夹具如图a所示，用于固定钢丝，钢丝被张拉后，用人工将推销（小锥形夹片）锤入套筒内夹紧钢丝。楔形夹具如图c所示，也用于固定钢丝，钢丝被张拉后，用人工将楔块打入锚板内将钢丝夹紧。采用粗钢筋作为预应力筋时，对于单根钢筋最常用的办法是在钢筋
10、端部，连接一工具式螺杆，螺杆穿过台座的活动钢横梁后，用螺母固定。利用普通千斤顶推动活动钢横梁就可以张拉钢筋，如图所示。2、后张法的锚具、后张法的锚具 钢丝束的张拉：常采用锥形锚具配外夹式双作用千斤顶进行张拉。锥形锚具(图a)由钢锚圈及带齿的园锥体锚塞组成，锚塞中间有小孔，作为锚固后灌浆用。施工时，由双作用千斤顶先张拉钢丝，之后又将锚塞顶压入锚圈内（图b），利用钢丝在锚塞与锚圈之间的磨擦力锚固钢丝。锥形锚具可张拉1224根直径为5 mm的钢丝组成的钢丝束。锚固端锚固端张拉端张拉端返回29页 钢筋束或钢铰线的张拉：可采用图a所示的JM12型锚具。JM12型锚具由锚环和夹片组成，夹片可为36片，用以
11、锚固36根直径为1214 mm的钢筋，或56根7股4 mm的钢铰线。施工时，用JM12型锚具配用穿心式千斤顶进行张拉。单根粗钢筋的张拉：可采用图b所示的螺丝端杆锚具。施工时，将预应力钢筋与螺丝端杆锚具焊接焊接，螺丝端杆锚具的另一端与张拉设备相连，张拉完毕后，通过螺帽和垫板将预应力钢筋锚固在构件上。（a）JM12型锚具型锚具（b）螺丝端杆锚具）螺丝端杆锚具 第第1章第章第3节节 预应力钢筋的张拉控制应力预应力钢筋的张拉控制应力1.3.1 张拉控制应力指张拉钢筋时，预应力钢筋允许的最大拉应力值。用符号 表示。1、确定原则：应尽量高钢筋张拉应力大，则混凝土受到的预压应力 大，构件的抗裂性能越好。但不
12、能过高 钢筋可能断裂，发生安全事故。反拱过大，上部容易开裂；后张法端部容易压坏。要求：要求：2、的上限的上限张拉控制应力允许值，见表9-1。concon上限下限concon 由表可见：控制应力上限值 与2个因素有关：即：钢筋品种、钢筋抗拉强度标准值。3、对钢丝、钢绞线：对预应力钢筋：抗拉强度标准值。预应力钢丝、钢绞线的ptkf的下限conptkconf4.0的下限强度标准值。预应力螺纹钢筋的抗拉pykfpykconf5.0的下限4、张拉控制应力的取值范围为：对钢丝、钢绞线：5、常规取值 理论上，在上限、下限范围内可随意取值。但考虑“应尽量高”的取值原则，为保证有足够的抗裂能力，一般常取：1.3
13、.2 张拉控制力（张拉设备施加的最大拉力）conconptkf4.0conconconPPAN第第1章第章第4节节 预应力钢筋的预应力损失预应力钢筋的预应力损失 1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 3.预应力钢筋与台座之间温差引起的预应力损失 4.预应力钢筋的应力松驰引起的预应力损失 5.混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失 6.环形构件,由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失 1、建立预应力损失的概念，2、掌握六种预应力损失的计算方法 3、了解减小预应力损失应采取的措施。通过张拉，使预应力钢筋达到控制应力 ，但在构件制造和使用过程中，钢
14、筋的应力会由于各种原因而减小钢筋的应力会由于各种原因而减小，减小减小的这部分预应力，称为预应力损失的这部分预应力，称为预应力损失，用符号 表示。我国我国规范规范将预应力损失归纳为以下六种。将预应力损失归纳为以下六种。conlp：为钢筋的有效应力为钢筋的有效应力 1.4.1 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 张拉预应力钢筋至控制应力 后，把预应力筋锚固在台座上或构件上，由于锚具、垫板、构件之间的缝隙被压紧，以及预应力筋在锚具中滑移，使预应力筋缩短而产生的预应力损失（22页）。按下式计算：张拉端锚具变形和钢筋内缩值，按 表9-2取；张拉端至锚固端之间
15、的距离（mm）；钢筋的弹性模量。减小该项预应力损失的措施措施：1、选择变形小的锚具，尽量减少垫板的块数；2、对于先张法，采用长的台座。con1 lsEal1 l 1.4.2 预应力钢筋与孔道壁的预应力钢筋与孔道壁的摩擦引起的预应力损失摩擦引起的预应力损失 对后张法后张法构件，孔道有两种形式：曲线、直线。张拉预应力钢筋时，由于钢筋与孔道壁产生磨擦力，使预预应力钢筋中的应力减小应力钢筋中的应力减小（如图a、b），这种预应力损失为磨擦损失，用 表示。由图可见：随距张拉端距随距张拉端距离的增大而增大，锚固端该损离的增大而增大，锚固端该损失值最大。失值最大。分析：由平衡条件分析：由平衡条件2l2l2l)
16、()(xAxApPconP 摩擦力2llxxlmax2,可按下列公式计算：从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；从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角;孔道局部偏差系数，按 表9-3取用;磨擦系数，按 表9-3取用。时，公式可简化为当3.0kxx2lk与成孔方式有关、k 对直线孔道：对直线孔道：减小磨擦损失的措施：减小磨擦损失的措施：1、采用两端张拉、采用两端张拉 如图a所示。比较图 a和图 b可以看出，采用两端张拉可使减少一半。（但 增加）（a）（b）conlxk.2Lx5.0max1 l 2、采用超张拉工艺、采用超张拉工艺 超张拉预应力钢筋的工艺为：张拉钢筋 1.1 （维持2分钟、放松）0.85 由于张拉应力提高了10%，预应力筋的应力沿构件长度将比按控制应力张拉时高，其应力分布如图EHD线所示。当钢筋放松时，张拉应力下降，但反向磨擦力会阻止预应力筋弹性回缩。随着距离的增加，反向磨擦力的积累增大，如到H点积累的磨擦力足以阻止预应力筋弹性回缩时，则在Hconconcon 点以右预应力筋截面内的应力将不再降低，而维持原来的高应力。预应力筋中的应力，
