第10章预应力混凝土构件设计 10.1概述 10.1.1预应力混凝土的原理 钢筋混凝土受拉与受弯等构件,由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低,其极 限拉应变约为0.1×103~0.15×103,即每米只能拉长0.1~0.15mm,所以在使用荷载作 用下,通常是带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件,受拉钢筋的应力只能用 到(20~30)Mm,此时的裂缝宽已达到0.2~0.3m,构件耐久性有所降低,故不宜用于 高湿度或侵蚀性环境中。为了要满足变形和裂缝控制的要求,则需増大构件的截面尺寸 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载的结构成 为不可能或很不经济。如果采用高强度钢筋,在使用荷载作用下,其应力可达(500~ 1000)Wm,此时的裂缝宽度将很大,无法满足使用要求。因而,钢筋混凝土结构中采 用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的。 为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土 可以设法在结构构件受荷载前,用预压的办法来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力, 甚至使其处于受压状态。在构件承受荷载以前预先对混凝土施加压应力的方法有多种, 有配置预应力钢筋,再通过张拉或其他方法建立预加应力的;也有在离心制管中采用膨 胀混凝土生产的自应力混凝土等。本章所讨论的预应力混凝土构件是指常用的张拉预应 力钢筋的预应力混凝土构件 现以图10-1所示预应力混凝土简支梁为例,说明预应力混凝土的概念 LLLLLLLLIKIIIIIIIIIT r(压或拉) da-a(拉) 图10-1预应力混凝土简支梁 (a)预压力作用下;(b)外荷载作用下:(c)预压力和外荷载共同作用下 在荷载作用之前,预先在梁的受拉区施加偏心压力N,使梁下边缘混凝土产生预压 应力为∝,梁上边缘产生预拉应力∝1,见图10-1(a)。当荷载q(包括梁自重)作用时, 如果梁跨中截面下边缘产生拉应力a,梁上边缘产生压应力∝,见图10-1(b)。这样, 在预压力N和荷载q共同作用下,梁的下边缘拉应力将减至a:,梁上边缘应力一般为 压应力,但也有可能为拉应力,见图10-1(c)。如果增大预压力M,则在荷载作用下梁 的下边缘的拉应力还可减小,甚至变成压应力。 261261 第 10 章 预应力混凝土构件设计 10.1 概述 10.1.1 预应力混凝土的原理 钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，其极 限拉应变约为 0.1×10-3～0.15×10-3 ,即每米只能拉长 0.1～0.15mm，所以在使用荷载作 用下，通常是带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用 到(20～30)N/mm 2，此时的裂缝宽已达到 0.2～0.3mm，构件耐久性有所降低，故不宜用于 高湿度或侵蚀性环境中。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载的结构成 为不可能或很不经济。如果采用高强度钢筋，在使用荷载作用下，其应力可达(500～ 1000)N/mm 2，此时的裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。因而，钢筋混凝土结构中采 用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的。 为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土， 可以设法在结构构件受荷载前，用预压的办法来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力， 甚至使其处于受压状态。在构件承受荷载以前预先对混凝土施加压应力的方法有多种， 有配置预应力钢筋，再通过张拉或其他方法建立预加应力的；也有在离心制管中采用膨 胀混凝土生产的自应力混凝土等。本章所讨论的预应力混凝土构件是指常用的张拉预应 力钢筋的预应力混凝土构件。 现以图 10-1 所示预应力混凝土简支梁为例，说明预应力混凝土的概念。 图 10-1 预应力混凝土简支梁 （a）预压力作用下；（b）外荷载作用下；（c）预压力和外荷载共同作用下 在荷载作用之前，预先在梁的受拉区施加偏心压力 N ，使梁下边缘混凝土产生预压 应力为c，梁上边缘产生预拉应力ct，见图 10-1（a）。当荷载 q(包括梁自重)作用时， 如果梁跨中截面下边缘产生拉应力ct，梁上边缘产生压应力c，见图 10-1（b）。这样， 在预压力 N 和荷载 q 共同作用下，梁的下边缘拉应力将减至ct-c，梁上边缘应力一般为 压应力，但也有可能为拉应力，见图 10-1（c）。如果增大预压力 N，则在荷载作用下梁 的下边缘的拉应力还可减小，甚至变成压应力