第二篇预应力混凝土结构 第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料 12.1概述 钢筋混凝土构件由于混凝土的抗拉强度低，而采用钢筋来代替混凝土承受拉力。但是 混凝士的极限拉应变也很小，每米仅能伸长(0.10-015)mm,若混凝土伸长值超过该极限 值就要出现裂缝。如果要求构件在使用时混凝士不开裂，则钢筋的拉应力只能达到(20-30 MPa:即使允许开裂，为了保证构件的耐久性，常需将裂缝宽度限制在(0.2~0.25)mm以 内，此时钢筋拉应力也只能达到(150-250)MPa,可见高强度钢筋是无法在钢筋混凝土结 构中充分发挥其抗拉强度的。 由上可知，钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题 一是需要带裂缝工作，由于裂 缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的场合 二是无法充分利用高强材料。当荷载增加时，靠增加钢筋混凝士构件的截面尺寸或增加钢筋 用量的方法来控制构件的裂缝和变形是不经济的，因为这必然使构件自重（恒载）增加，特 别是对于桥梁结构，随若跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。这使得钢筋混凝土结构 在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就必须克 服混凝士抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混满 土结构。 12.1.1预应力混凝土结构的其本原理 所调预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值 和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。例如，对混凝土或 钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立 种人为的应力状态，这种应力的大小利 分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用 下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。这种由配置预应力钢筋再通过张拉或其他 方法建立预应力的结构，就称为预应力混凝土结构 现以图121所示的简支梁为例。讲一步说明预应力混凝土结构的基本原理」 设混凝土梁跨径为L,截面为bXh,承受均布荷载q(含自重在内)，其跨中最大弯矩 为M=gL8,此时跨中截面上、下缘的应图12-1c]为 上缘：G=6M/b(压应力) 下缘：O4=-6M/bM(拉应力) 假如预先在离该梁下缘h仍（即偏心距e=h6)处，设置高强钢丝束，并在梁的两端对 拉错固[图12-1a)],使钢束中产生拉力N,其弹性回缩的压力将作用于梁端混凝土截面与 束同高的水平处[图12-1b,回缩力的大小亦为N,。如令N。-3h,则同样可求得N作用 下，梁上、下缘所产生的应力川图12-1d1为 N。N。·e3M13Mh 上缘：访6研5方看0 下缘-+8（压应》 12-1 12-1 第二篇 预应力混凝土结构 第 12 章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料 12.1 概 述 钢筋混凝土构件由于混凝土的抗拉强度低，而采用钢筋来代替混凝土承受拉力。但是， 混凝土的极限拉应变也很小，每米仅能伸长（0.10~0.15）mm，若混凝土伸长值超过该极限 值就要出现裂缝。如果要求构件在使用时混凝土不开裂，则钢筋的拉应力只能达到（20~30） MPa；即使允许开裂，为了保证构件的耐久性，常需将裂缝宽度限制在（0.2~0.25）mm 以 内，此时钢筋拉应力也只能达到（150~250）MPa，可见高强度钢筋是无法在钢筋混凝土结 构中充分发挥其抗拉强度的。 由上可知，钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题：一是需要带裂缝工作，由于裂 缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的场合； 二是无法充分利用高强材料。当荷载增加时，靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸或增加钢筋 用量的方法来控制构件的裂缝和变形是不经济的，因为这必然使构件自重（恒载）增加，特 别是对于桥梁结构，随着跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。这使得钢筋混凝土结构 在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就必须克 服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混凝 土结构。 12.1.1 预应力混凝土结构的基本原理 所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值 和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。例如，对混凝土或 钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和 分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用 下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。这种由配置预应力钢筋再通过张拉或其他 方法建立预应力的结构，就称为预应力混凝土结构。 现以图 12-1 所示的简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基本原理。 设混凝土梁跨径为 L，截面为 b×h，承受均布荷载 q（含自重在内），其跨中最大弯矩 为 M＝qL2 /8，此时跨中截面上、下缘的应力[图 12-1c)]为 2 2 6 6 cu cb M bh M bh   = = − 上缘： （压应力） 下缘： （拉应力） 假如预先在离该梁下缘 h/3（即偏心距 e＝h/6）处，设置高强钢丝束，并在梁的两端对 拉锚固[图 12-1a) ]，使钢束中产生拉力 Np，其弹性回缩的压力将作用于梁端混凝土截面与钢 束同高的水平处[图 12-1b)]，回缩力的大小亦为 Np，。如令 Np=3M/h，则同样可求得 Np 作用 下，梁上、下缘所产生的应力[图 12-1d)]为 2 2 2 2 2 3 1 3 0 6 6 6 6 6 p p cpu p p cpb N N e M M h bh bh bh bh h N N e M bh bh bh    = − = −   =  = + = 上缘： 下缘： （压应力）