预应力混凝土结构构件计算.doc

./ 第十章 预应力混凝土结构构件计算 §10—1 概 述 一、预应力混凝土的基本概念 通过前几章对钢筋混凝土材料和结构构件的分析计算得知，钢筋混凝土结构与其他材 料的结构相比有许多显著的优点，但由于混凝土存在着抗拉能力差和容易开裂的缺陷，这就在一定范围内限制了钢筋混凝土构件的应用和发展。 ’ 钢筋混凝土构件中，尽管钢筋和混凝土分工合作，充分发挥了两种材料各自的优点， 但在变形方面又出现了矛盾。在正常使用条件下，构件出现裂缝时钢筋土极限拉应变的5～10倍(钢筋拉应变为0．0005～0．0015，混凝土极限拉应变为0．0001-0．00015)，两种材料的变形相差很大。如果要求构件不开裂，则钢筋的应力只有20～30N／mm2，若超过此值混凝土将会出现裂缝，亦即构件在使用荷载作用下，钢筋强度还未被利用之前，混凝土即早已开裂。构件开裂后，刚度将会降低，变形也将随之增大，为满足变形和裂缝的要求，则需要增大截面尺寸或增加钢筋用量，构件自重也相应增大。特别是大跨度和承受荷载较大的结 在钢筋混凝土构件中，采用高强钢筋虽然能提高构件的承载力，但高强钢筋拉应变大，致使裂缝过宽，对于允许出现裂缝的构件，必须限制其裂缝宽度。按允许裂缝宽i。=0．2-0．3mm计算时，钢筋的应力只能达到150～250N／ram。，可见配置高强钢筋不能充分发挥作用。如果用提高混凝土强度等级来增加混凝土的极限拉应变，显然也不能从根本上解决钢筋和混凝土拉应变不相适应的矛盾，亦不能解决混凝土的裂缝问题。 为了解决钢筋混凝土结构的 展。出现了预应力混凝土。即在构件承受荷载之前预先对受拉区的混凝土施加压力，使构件产生压缩变形和预压应力，当荷载作用使构件产生拉应力时，首先要抵消混凝土截面的预压应力，随着荷载的增加逐渐使混凝土受拉并进而出现裂缝，这就推迟了裂缝的出现也相应地减小了裂缝宽度。 通过预应力钢筋或锚固装置，预先在构件两端施加一对大小相等、方向相反的预压力N。 (图10一lb)，在构件截面上产生的预压应力为盯。。，当作用有轴向拉力N(图10一lc)时， (图10— 1d)，若Ot一仃。。≤厂。k，构件不开裂；若盯。一Opc，。k，则构件出现裂缝，但裂缝宽度比普 二、预应力混凝土的特点 预应力混凝土的应用和发展，克服了普通钢 料创造了条件，而且使结构构件在使用上更加趋于完善、合理。预应力混凝土大致具有以 下几方面的特点： ‘ (1)提高构件的抗裂性、耐久性，增加构件的刚度。预应力可以全部或部分地抵消构 钢筋混凝土构件高，从而提高了构件的耐久性和刚度； (2)节约材料、减轻自重、降低造价。高强材料的应用，可以相对减小构件的截面尺 (20--50)％，节约混凝(20～30)％，降低造价 (10～20)％； ’ (3)构件标准化、工厂化生产程度高。生产预应力混凝土构件需要一套专门的制作设 业，缩短施工周期，加快施工进度。 预应力混凝土的缺点是构件制作复杂、施工工序多，对材料的质量和制作技术水平要 用中有待于进一步改进的。 §10一2 预应力的施加方法 预应力混凝土 力(钢筋为拉应力，混凝土为压应力)，这种预应力是通过张拉钢筋实现的。通常，根据 预应力钢筋张拉时间的先后，习惯上把预加应力方法分为先张法和后张法。 一、先张法 ． ． ． 在浇注混凝土之前先张拉预应力钢筋称为先张法： 先张法的施工工序是(图10—2)：在台座上张拉钢筋，当钢筋应力达到规定值，锚固 预应力钢筋，浇注混凝土并养护构件，混凝土结硬达到一定强度(不低于强度设计值的 75％)后， 结力将回弹力传给混凝土，使混凝土截面产生弹性压缩并获得预压应力。先张法旋工工艺 简单、工序少、效率高、质量容易保证，是目前我国生产中小型预应力混凝土构件的主要 方法。 二、后张法 构件成型混凝土结硬后，在构件上张拉钢筋的 后张法的施工工序是(图10—4)：浇注混凝土 (不低于设计强度值的75％)，将钢筋穿入孔道，依 压产生弹性压缩，当钢筋达到规定应力值时，锚固预应力钢筋，钢筋形成的回弹力通过锚具传给混凝土。从而使混凝土获得预压应力。最后在孔道内进行压力灌浆，防止钢筋锈蚀，使钢筋和混凝土更好地粘结成整体。 后张法是在构件上张拉预 后张法在张拉钢筋时混凝土也同时受到压缩，两者是同时建立起预应力的。换句话 拉力。 §10一3 预应力混凝土的材料 一、混凝土 1．对混凝土性能的要求 (1)强度高。为了与高强钢筋相适应，宜采用强度等级较高的混凝土，混凝土的强度