第八章预应力混凝土构件设计 81预应力混凝土的基本知识 钢筋混凝土构件的最大缺点是裂性能差。 混凝士开裂,使构件的刚度降低,变形增大 裂缝的存在使构件不适用于高湿度及蚀性环 境 为了满足对变形和裂缝控制的较高要求,可以 加大构件截面尺寸和用钢量,但这不经济。 由于自重太大时,构件所能承受的自重以外的 有效荷载减小,因而特别不适用于大跨度、重荷载 的结构
第八章 预应力混凝土构件设计 8.1 预应力混凝土的基本知识 钢筋混凝土构件的最大缺点是抗裂性能差。 混凝土开裂，使构件的刚度降低，变形增大。 裂缝的存在使构件不适用于高湿度及侵蚀性环 境。 为了满足对变形和裂缝控制的较高要求，可以 加大构件截面尺寸和用钢量，但这不经济。 由于自重太大时，构件所能承受的自重以外的 有效荷载减小，因而特别不适用于大跨度、重荷载 的结构
另外,提高混凝土强度等级和钢筋强度对改善 构件的抗裂和变形性能效果也不大,这是因为采用 高强度等级的混凝土,其抗拉强度提高很少;对于 使用时允许裂缝宽度为02~0,3mm的构件,受拉钢 筋应力只能达到150~250MPa左右。 预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有 在混凝土构件承受外荷载之前,对其受拉区预 先施加压应力。就成为预应力混凝土结构
另外，提高混凝土强度等级和钢筋强度对改善 构件的抗裂和变形性能效果也不大，这是因为采用 高强度等级的混凝土，其抗拉强度提高很少；对于 使用时允许裂缝宽度为0.2～0.3mm的构件，受拉钢 筋应力只能达到150～250MＰa左右。 预应力混凝土是改善构件抗裂性能的有效途径。 在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预 先施加压应力。就成为预应力混凝土结构
将图(b),()迭加得梁跨中截面应力分布如图8-d。显 然,通过人为控制预压力N的大小可使梁截面受拉边缘混 凝士产生压应力零应力或痕小的拉应力,以满足不同的裂 缝控制要求,从而改变了普通钢筋混凝士构件原有的裂缝 状态成为预应力混凝土受弯构件。 (b)(c)(d) :}·目 或或 图8-1预应力混凝土受弯构件
将图(b)，(c)迭加得梁跨中截面应力分布如图8-1d。显 然，通过人为控制预压力Np的大小可使梁截面受拉边缘混 凝土产生压应力,零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂 缝控制要求，从而改变了普通钢筋混凝土构件原有的裂缝 状态成为预应力混凝土受弯构件
82预应力混凝土的分类 根据制作、设计和施工的特点,预应力混凝土可以有 不同的分类。 1先张法与后张法。 先张法是制作预应力混凝土构件时,先 力钠 筋后浇灌混凝士的一种方法。而后张法是先浇灌混凝土 待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种项加应 力方法。 2全预应力和部分预应力 全预应力是在使用荷载作用下构件截面混凝土不 故应力,即为全截面受压。部分预应力在使用荷载作用下 构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂
根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有 不同的分类。 1.先张法与后张法。 先张法是制作预应力混凝土构件时，先张拉预应力钢 筋后浇灌混凝土的一种方法。而后张法是先浇灌混凝土， 待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种项加应 力方法。 2.全预应力和部分预应力 全预应力是在使用荷载作用下构件截面混凝土不出现 故应力，即为全截面受压。部分预应力在使用荷载作用下 构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂。 8.1.2 预应力混凝土的分类
部分预应力又分为A、B两类,A类混凝土正截面的拉应 力不超过规定的容许值,B类在构件预压区混凝土正截面的 拉应力允许超过规定的限值,但当裂缝出现时,其宽度不 超过容许值。 3有粘结预应力与无粘结预应力 有粘结预应力是指沿预应力筋全长其周围 土 粘结、握裹住一起的预应力混凝士构件、先张预应力结构 及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属此类。 无粘结预应力,预应力筋伸缩、滑动自由,不与围 混凝土粘结的预应力混凝土结构、这种结构的预应力筋表 面涂有防锈材料外套防老化的塑料管防止与混凝士粘结 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合
部分预应力又分为A、B两类，A类混凝土正截面的拉应 力不超过规定的容许值，B类在构件预压区混凝土正截面的 拉应力允许超过规定的限值，但当裂缝出现时，其宽度不 超过容许值。 3.有粘结预应力与无粘结预应力 有粘结预应力是指沿预应力筋全长其周围均与混凝土 粘结、握裹住一起的预应力混凝土构件、先张预应力结构 及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属此类。 无粘结预应力，预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围 混凝土粘结的预应力混凝土结构、这种结构的预应力筋表 面涂有防锈材料外套防老化的塑料管防止与混凝土粘结。 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合
813施加预应力的方法 1先张法 通常通过机械张拉钢筋给混凝土施加应力。可采用台 座长线张拉或钢模短线张拉。其基本工序为 (1)在台座(或钢模)上用张拉机具张拉预应为钢筋至控 应力并用夹具临时固定如图8-2a,b; (2)支模并浇灌混凝土如图8-2c; (3)养护混凝土(一般为蒸汽养护至其达设计强度的75% 以上时切断预应力钢筋如图8-2d。 先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力 递预应力的大批制作中小型构件,如预应力混凝士楼板屋面 板梁等
1.先张法 通常通过机械张拉钢筋给混凝土施加预应力。可采用台 座长线张拉或钢模短线张拉。其基本工序为 ⑴在台座(或钢模)上用张拉机具张拉预应力钢筋至控制 应力并用夹具临时固定如图8-2a，b； ⑵支模并浇灌混凝土如图8-2c； ⑶养护混凝土(一般为蒸汽养护)至其达设计强度的75％ 以上时切断预应力钢筋如图8-2d。 先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传 递预应力的大批制作中小型构件，如预应力混凝土楼板屋面 板梁等。 8.1.3 施加预应力的方法
张拉端 固定端 (b)伸长 IIII I (c) 压缩 压缩 (d) …,…:“: m 图8-2先张法构件制作
2后张法 后张法的基本工序: 1)浇注混凝土制作构件时,并预备道,如图8-3a; (2)养护混凝土到规定强度值; (3在孔道中穿筋,并在构件上用张拉机具张拉预应力 钢筋至控制应力,如图8-3b; (4张拉端用锚具锚住预应力钢筋,并在孔道内力灌 浆,如图8-3c; 后张法构件是依靠其两端锚具锚住预应力钢筋并传递 预应力的,因此,这样的锚具是构件的一部分,是永久性 的,不能重复使用。此方法适用于在施工现场制作大型 件,如预应力屋架、吊车梁、大跨度桥梁等
2.后张法 后张法的基本工序： (1)浇注混凝土制作构件时，并预留孔道，如图8-3a； ⑵养护混凝土到规定强度值； ⑶在孔道中穿筋，并在构件上用张拉机具张拉预应力 钢筋至控制应力，如图8-3b； ⑷张拉端用锚具锚住预应力钢筋，并在孔道内力灌 浆，如图8-3c； 后张法构件是依靠其两端锚具锚住预应力钢筋并传递 预应力的，因此，这样的锚具是构件的一部分，是永久性 的，不能重复使用。此方法适用于在施工现场制作大型构 件，如预应力屋架、吊车梁、大跨度桥梁等
灌浆孔 构件 拉伸压缩 锚固 锚具 图8-3后张法构件制作
对于水管、贮水池等原形构件,可以用张拉机将拉 紧的钢丝缠绕在管壁的外围,对其施加预压应力,锚固 后再在其上喷一层水泥浆以保护预应力钢丝。 8.1.4锚具 锚具是预应力混凝士构件锚固预应力筋的装置,它对 在构件中建立有效预应力起着至关重要的作用。先张法构 件中的锚具可重复使用,也称夹具或工作锚;后张法构件 依靠锚具传递预应力,锚具也是构件的组成部分,不能重 复使用。 对锚具的要求是:安全可靠,使用有效、节约钢材及 制作简单。 锚具的种类繁多,按其构造形式及锚固原理,可以分 为三种基本类型
锚具是预应力混凝土构件锚固预应力筋的装置，它对 在构件中建立有效预应力起着至关重要的作用。先张法构 件中的锚具可重复使用，也称夹具或工作锚；后张法构件 依靠锚具传递预应力，锚具也是构件的组成部分，不能重 复使用。 对锚具的要求是：安全可靠，使用有效、节约钢材及 制作简单。 锚具的种类繁多，按其构造形式及锚固原理，可以分 为三种基本类型。 对于水管、贮水池等原形构件，可以用张拉机将拉 紧的钢丝缠绕在管壁的外围，对其施加预压应力，锚固 后再在其上喷一层水泥浆以保护预应力钢丝。 8.1.4 锚 具