第十章預應力混凝土構件預應力混凝土的基本知識預應力混凝土軸心受拉構件的計算預應力混凝土構件的構造要求a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第1頁!一、預應力混凝土的基本知識（一）普通混凝土與預應力混凝土（二）施加預應力的方法（三）預應力混凝土使用的材料和機具（四）拉張控制應力（五）預應力損失及其組合a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第2頁!（一）普通混凝土與預應力混凝土1、普通混凝土的缺點2、預應力混凝土的概念3、預應力混凝土構件的受力特征4、預應力混凝土的優缺點5、預應力混凝土的分類a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第3頁!

鋼筋混凝土受拉與受彎等構件，由于混凝土抗拉強度及極限拉應變值都很低，所以在使用荷載作用下，通常是帶裂縫工作的。對使用上不允許開裂的構件，不能充分利用受拉鋼筋的強度。為了要滿足變形和裂縫控制的要求，則需增大構件的截面尺寸和用鋼量，這將導致自重過大，使鋼筋混凝土結構用于大跨度或承受動力荷載的結構成為不可能或很不經濟。因而，鋼筋混凝土結構中采用高強度鋼筋是不能發揮其作用的。而提高混凝土強度等級對提高構件的抗裂性能和控制裂縫寬度的作用也不大。2、預應力混凝土的概念a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第4頁!（1）提高了構件的抗裂性；（2）預應力的大小可根據需要調整；（3）在使用荷載下，預應力砼構件基本處于彈性工作階段(未裂)；（4）施加預應力對構件的正截面承載力無明顯影響；3、預應力混凝土構件的受力特征a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第5頁!預應力混凝土結構的缺點是：①需要增設施加預應力的設備，制作技術要求較高，施工周期較長；②成本高，材料質量要求高，工序復雜；③延性較普通鋼筋混凝土結構要差些。4、預應力混凝土的優缺點a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第6頁!5、預應力混凝土的分類裂縫控制等級三級——允許出現裂縫的構件，按荷載效應標準組合并考慮長期作用影響計算時，構件的最大裂縫寬度不應超過規定的最大裂縫寬度限值。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第7頁!①全預應力混凝土

全預應力混全凝土是指在使用荷載作用下構件截面上均不允許出現拉應力的預應力混凝土構件。大致相當于裂縫控制等級為一級的構件。②限值預應力混凝土限值預應力混凝土是按在短期荷載作用下，容許混凝土承受某一規定拉應力值，但在長期荷載作用下，混凝土不得受拉要求設計的預應力混凝土構件。相當于裂縫控制等級為二級的構件。5、預應力混凝土的分類③部分預應力混凝土部分預應力混凝土是按在使用荷載作用下，容許出現裂縫，但最大裂寬不超過允許值要求設計的預應力混凝土構件。相當于裂縫控制等級為三級的構件。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第8頁!（二）施加預應力的方法1、先張法2、后張法3、適用范圍和各自的優缺點a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第9頁!先張法就是張拉鋼筋先于混凝土構件澆筑成型的方法。先張法構件中，預應力是靠鋼筋和混凝土之間的黏結力傳遞，但是這種力的傳遞過程，需要經過一段傳遞長度

ltr才能完成。

1、先張法a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第10頁!1、先張法規范規定，先張法構件預應力鋼筋的預應力傳遞長度ltr應按下列公式計算：σpe--放張時預應力鋼筋的有效預應力；

d--預應力鋼筋的公稱直徑；

α--預應力鋼筋的外形系數；

f'tk--與放張時混凝土立方體抗壓強度f'cu相應的軸心抗拉強度標準值。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第11頁!后張法就是在構件澆筑成型后再張拉鋼筋的施工方法。后張法構件中，預應力主要靠鋼筋端部的錨具來傳遞。

2、后張法a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第12頁!（三）預應力混凝土使用的材料和機具1、預應力混凝土結構對鋼筋的要求2、預應力混凝土結構對混凝土的要求3、預應力混凝土的錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第13頁!①強度高預應力混凝土只有采用較高強度的混凝土，才能建立起較高的預壓應力，并可減少構件截面尺寸，減輕結構自重。對先張法構件，采用較高強度的混凝土可以提高粘結強度，對后張法構件，則可承受構件端部強大的預壓力；

②收縮、徐變小這樣可以減少由于收縮、徐變引起的預應力損失；③快硬、早強這樣可以盡早施加預應力，加快臺座、錨具、夾具的周轉率，以利加快施工進度，降低間接費用。

2、預應力混凝土結構對混凝土的要求a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第14頁!1、螺絲桿端錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第15頁!3、墩頭錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第16頁!4、夾具式錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第17頁!

張拉控制應力是指張拉預應力鋼筋時所控制的最大應力值，其值為張拉設備所控制的總的張拉力除以預應力鋼筋面積得到的應力值。

σcon也不能定得過低，它應有下限值。否則預應力鋼筋在經歷各種預應力損失后，對混凝土產生的預壓應力過小，達不到預期的抗裂效果。從充分發揮預應力優點的角度考慮，張拉控制應力宜盡可能地定得高一些，σcon定得高，形成的有效預壓應力高，構件的抗裂性能好，且可以節約鋼材，但如果控制應力過高，會出現一些問題。（四）拉張控制應力a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第18頁!預應力鋼筋的張拉控制應力值σcon不宜超過下表規定的張拉控制應力限值，且不應小于0.4fptk（四）拉張控制應力a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第19頁!先張法構件的σcon值適當高于后張法構件，原因在于先張法的張拉力是由臺座承受，預應力鋼筋受到實足的張拉力，當放松鋼筋時，混凝土受到壓縮，鋼筋隨之縮短，從而使預應力鋼筋中的應力有所降低，而后張法的在拉過程中，構件受壓后立即縮短，所以張拉設備所指示的控制應力是已扣除混凝土彈性壓縮后的鋼筋應力，為了使兩種方法所得預應力保持在相同水平，故后張法的σcon應適當低于先張法。

冷拉熱軋鋼筋塑性較好，有明顯的流幅，以屈服強度作為標準值，故σcon定得高，冷拔低碳鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋屬于無明顯流幅的鋼筋，塑性差，且以極限抗拉強度作為標準值，故σcon定得低。張拉控制應力大小的確定與預應力鋼筋的品種和施加預應力的方法有關。（四）拉張控制應力a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第20頁!式中k——考慮孔道局部偏差對摩擦影響的系數；

x——張拉端至計算截面的孔道長度，可近似取該孔道在縱軸上的投影長度；

μ——預應力鋼筋與孔道壁的摩擦系數；θ——從張拉端至計算截面曲線型孔道部分切線的夾角（以弧度）。1、預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失

σl2當預應力鋼筋與孔道壁之間的法向應力引起的摩擦損失原因孔道位置與設計位置不符引起的摩擦計算方法a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第21頁!減少該項損失的措施：

①對較長的構件可在兩端進行張拉；②采用超張拉，張拉程序可采用。當次張拉至1.1σcon時，預應力鋼筋應力沿EHD分布，當張拉應力降至0.85σcon，由于鋼筋回縮受到孔道反向摩擦力的影響，預應力沿FGHD分布，當再張拉至σcon時，鋼筋應力沿CFGHD分布，可見，超張拉鋼筋中的應力比一次張拉至σcon的應力分布均勻，預應力損失要小一些。

1、預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失

σl2a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第22頁!2、錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1塊體拼成的結構，其預應力損失尚應計算塊體間填縫的預壓變形。當采用混凝土或砂漿為填縫材料時，每條填縫的預壓變形值可取為1mm。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第23頁!為了縮短先張法構件的生產周期，混凝土常采用蒸汽養護辦法。升溫時，新澆的混凝土尚未結硬，預應力筋與臺座之間的溫差△t使鋼筋受熱自由伸長，但兩端的臺座是固定不動的，即距離保持不變，于是鋼筋就松了，鋼筋的應力降低；降溫時，預應力鋼筋與混凝土已粘結成整體，加上兩者的溫度線膨脹系數相近，二者能夠同步回縮，放松鋼筋時因溫度上升鋼筋伸長的部分已不能回縮，因而產生了溫差損失。僅先張法構件有該項損失。

σl3=2△t（N/mm2）3、受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的損失σl3取a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第24頁!鋼筋的應力松弛是指鋼筋在高應力作用下及鋼筋長度不變條件下，其應力隨時間增長而降低的現象。

鋼筋應力松弛有以下特點：

①應力松弛與時間有關。開始快，以后慢，一小時為50%，一天完成80%，；

②應力松弛與鋼材品種有關。冷拉鋼筋、熱處理鋼筋的應力松弛損失比碳素鋼絲、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線要??；③應力松弛與張拉控制應力有關。張拉控制應力σcon高，應力松弛大。

4、鋼筋應力松弛引起的預應力損失σl4a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第25頁!

采用超張拉可使應力松弛損失有所降低。超張拉程序為:因為在較高應力下持荷兩分鐘所產生的松弛損失與在較低應力下經過較長時間才能完成的松弛損失大體相當，所以經過超張拉后再張拉至σcon時，一部分松弛損失已完成。4、鋼筋應力松弛引起的預應力損失σl4a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第26頁!σpc,σpc′——分別為完成批預應力損失后受拉區、受壓區預應力鋼筋合力點處混凝土法向壓應力；fcu′——施加預應力時混凝土的實際立方體抗壓強度。一般fcu′不等于構件混凝土的立方體強度fcu，但要求fcu≥0.75fcu′；ρ，ρ′

——受拉區、受壓區預應力鋼筋和非預應力鋼筋的配筋率。5、混凝土的收縮、徐變引起的預應力損失σl5

先張法構件

后張法構件

Ap,Ap′——分別為受拉區和受壓區預應力鋼筋截面面積，對稱配筋的構件，取ρ，ρ′，此時配筋率應按鋼筋截面面積的一半進行計算；A0,An′——分別為混凝土換算截面積、凈截面面積。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第27頁!當D≤3m，σl6=30MPa當D＞3m，σl6=0。此處D為環形構件的直徑。僅后張法有這項損失。6、螺旋式預應力鋼筋作配筋的環形構件由于混凝土的局部擠壓引起的預應力損失σl6

后張法中，用螺旋式預應力鋼筋作配筋的環形構件：電桿、水池、壓力管道等。由于預應力鋼筋對砼的擠壓，使環形構件的直徑減小，鋼筋松馳，引起l6

l6與環形構件的直徑的有關，直徑越小，l6越大a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第28頁!為了計算方便，《規范》把預應力損失分為兩批，混凝土受預壓前產生的預應力損失為第一批預應力損失σlⅠ，而混凝土受預壓后產生的預應力損失為第二批預應力損失σlⅡ。各階段預應力損失值的組合預應力損失值的組合后張法構件混凝土預壓前（批）的損失σlⅠ

σl1+σl2

混凝土預壓后（第二批）的損失

σlⅡ

σl4+σl5+σl6

7、預應力損失值的組合a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第29頁!（1）混凝土抗拉強度低，帶裂縫工作。不開裂s=20～30N/mm2；達到鋼筋的強度時，早已開裂，裂縫寬度已達0.2~0.3mm，影響耐久功能，剛度，疲勞性；1、普通混凝土的缺點（2）

在防滲、抗腐蝕時易出現問題。一旦裂縫出現，不能有效防滲；裂縫出現后使其不能充分發揮鋼筋保護層的功效（3）

為滿足變形和裂縫要求，增加截面尺寸，自重過大。（4）不能充分利用高強度鋼筋。利用高強度鋼筋，裂縫會更大a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第30頁!

預應力混凝土結構就是構件在承受外荷載之前，人為地預先通過張拉鋼筋對結構使用階段產生拉應力的混凝土區域施加壓力，構件承受外荷載后，此項預壓應力將抵消一部分或全部由外荷載所引起的拉應力，從而推遲裂縫的出現和限制裂縫的開展。2、預應力混凝土的概念a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第31頁!預應力混凝土結構的主要優點是：①提高構件的抗裂度，改善了構件的受力性能。因此適用于對裂縫要求嚴格的結構；②充分利用高強度材料的性能，擴大了構件的使用范圍。由于采用了高強度混凝土和鋼筋，從而節省材料和減輕結構自重，因此適用于跨度大或承受重型荷載的構件；③提高了構件的剛度，減少構件的變形，因此適用于對構件的剛度和變形控制較高的結構構件；④提高了結構或構件的耐久性、耐疲勞性和抗震能力。

4、預應力混凝土的優缺點a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第32頁!裂縫控制等級結構構件正截面的裂縫控制等級分為三級。裂縫控制等級的劃分應符合下列規定：

一級——嚴格要求不出現裂縫的構件，按荷載效應標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不應產生拉應力；

二級——一般要求不出現裂縫的構件，按荷載效應標準組合計算時，構件受拉邊緣混凝土拉應力不應大于混凝土軸心抗拉強度標準值；按荷載效應準永久組合計算時，構件受拉邊緣混凝土不宜產生拉應力，當有可靠經驗時可適當放松；

三級——允許出現裂縫的構件，按荷載效應標準組合并考慮長期作用影響計算時，構件的最大裂縫寬度不應超過規定的最大裂縫寬度限值。5、預應力混凝土的分類a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第33頁!根據預加應力值大小對構件截面裂縫控制程度的不同來分類5、預應力混凝土的分類預應力混凝土全預應力混凝土部分預應力混凝土限值預應力混凝土a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第34頁!全預應力混凝土構件具有抗裂性和抗疲勞性好、剛度大等優點，但也存在構件反拱值過大，延性差，預應力鋼筋配筋量大，施加預應力工藝復雜、費用高等主要缺點。因此適當降低預應力，做成限值或部分預應力混凝土構件，即克服了上述全預應力的缺點，同時又可以用預應力改善鋼筋混凝土構件的受力性能。限值或部分預應力混凝土介于全預應力混凝土和鋼筋混凝土之間，有很大的選擇范圍，設計者可根據結構的功能要求和環境條件，選用不同的預應力值以控制構件在使用條件下的變形和裂縫，并在破壞前具有必要的延性，因而是當前預應力混凝土結構的一個主要發展趨勢。5、預應力混凝土的分類a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第35頁!張拉鋼筋支模、澆砼砼達到一定強度放松鋼筋產生預應力橫梁臺座固定端伸長張拉臨時固定鋼筋壓縮壓縮1、先張法a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第36頁!spcspespc傳遞長度ltrt1、先張法預應力鋼筋的傳遞長度ltr鋼筋的內縮受到周圍混凝土的阻止鋼筋受拉混凝土受壓通過粘結力進行傳遞粘結長度增加，鋼筋預拉應力sp及混凝土預壓應力sc增加，粘結長度增加到一定的值時，粘結力和預拉力保持平衡，這一長度外，鋼筋達到穩定的預拉應力，混凝土達到有效的預壓應力，這一長度稱為預應力鋼筋的傳遞長度ltra預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第37頁!2、后張法澆砼，預留孔道達到強度，穿筋張拉鋼筋，錨固拆除張拉設備，孔道灌漿a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第38頁!先張法優點：工序少、工藝簡單、質量易保證。適合于成批中小型預應力構件，生產不耗錨具、成本低。缺點：需成批鋼模，養護池，一次性投資大；適用于直線型面筋，對于曲線布置較困難

3、適用范圍和各自的優缺點后張法優點：后張法直接在構件上張拉，可布置鋼筋的形狀多樣；不需要臺座，比較靈活，適用于現場制作，塊體拼接。缺點：永久性錨具量大；工序復雜，施工周期長。

a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第39頁!①高強度預應力混凝土構件在制作和使用過程中，由于種種原因，會出現各種預應力損失，為了在扣除預應力損失后，仍然能使混凝土建立起較高的預應力值，需采用較高的張拉應力，因此預應力鋼筋必須采用高強鋼筋（絲）；②具有一定的塑性為防止發生脆性破壞，要求預應方鋼筋在拉斷時，具有一定的伸長率；③良好的加工性能即要求鋼筋有良好的可焊性。④與混凝土之間有較好的粘結強度先張法構件的預應力傳遞是靠鋼筋和混凝土之間的粘結力完成的，因此需要有足夠的粘結強度。

1、預應力混凝土結構對鋼筋的要求a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第40頁!3、預應力混凝土的錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第41頁!2、錐形錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第42頁!4、夾具式錨具a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第43頁!5、波紋管

金屬波紋管是用鍍鋅或不鍍鋅薄鋼帶用卷管機經壓波、螺旋折疊咬口制成，具有重量輕，剛度好、彎折方便、連接簡單、摩擦系數小與混凝土粘結性好等優點，是后張預應力筋孔道成型用的理想材料。

塑料波紋管用于后張預應力混凝土結構，用作預應力筋的孔道成型。具有如下特點：（1）具有良好的耐腐蝕性，提高預應力筋的防腐保護；（2）具有良好的物理性能，不導電，可防止雜散電流腐蝕，密封性能好，不生銹，荷載下，不滲透，強度高，剛度大，抗沖擊性好，不怕踩壓；（3）減少張拉過程中的預應力的摩擦損失。a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第44頁!但如果控制應力過高，會出現以下問題：

①σcon越高，構件的開裂荷載與極限荷載越接近，使構件在破壞前無明顯預兆，構件的延性較差。

②在施工階段會使構件的某些部位受到拉力甚至開裂，對后張法構件有可能造成端部混凝土局部受壓破壞。

③有時為了減少預應力損失，需對鋼筋進行超張拉，由于鋼材材質的不均勻，可能使個別鋼筋的應力超過它的實際屈服強度，而使鋼筋產生較大塑性變形或脆斷，使施加的預應力達不到預期效果。

（四）拉張控制應力a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第45頁!當符合下列情況之一時，表中的張拉控制應力限值可提高0.05fptk：

1、要求提高構件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區內設置的預應力鋼筋；

2、要求部分抵消由于應力松馳、摩擦、鋼筋分批張拉以及預應力鋼筋與張拉臺座之間的溫差等因素產生的預應力損失。（四）拉張控制應力a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第46頁!（五）預應力損失及其組合1、預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失σl22、錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1

3、受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的損失σl3

4、鋼筋應力松弛引起的預應力損失σl45、混凝土的收縮、徐變引起的預應力損失σl5

6、螺旋式預應力鋼筋作配筋的環形構件由于混凝土的局部擠壓引起的預應力損失σl67、預應力損失值的組合a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第47頁!1、預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失

σl2當a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第48頁!直線曲線（圓弧形）a–––回縮量l–––張拉端～錨固端距離2、錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1lf

–––反向摩擦影響長度(m)；rc

–––曲線的曲率半徑,k–––摩擦系數；x

–––張拉端至計算截面的距離xlfa預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第49頁!注：臺座超過100m，l1可忽略不計，每條填縫預壓變形值為1mm。2、錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失σl1減少此項損失的措施有：①選擇變形小或預應力鋼筋內縮小的錨具，盡量減少墊板數；

②對先張法構件，選擇長臺座。

a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第50頁!減少此項損失的措施有：①采用二次升溫養護。先在常溫下養護至混凝土強度等級達到C7.5～C10，再逐漸升溫至規定的養護溫度，這時可認為鋼筋與混凝土已結成整體，能夠一起脹縮而不引起預應力損失;②在鋼模上張拉預應力鋼筋。由于鋼模和構件一起加熱養護，升溫時兩者溫度相同，可不考慮此項損失。

3、受張拉的鋼筋與承受拉力的設備之間溫差引起的損失σl3a預應力混凝土的基本知識共56頁，您現在瀏覽的是第51頁!鋼種一次張拉超張拉冷拉熱軋鋼筋.熱處理鋼筋0.05con碳素鋼絲.鋼鉸線冷拔低碳鋼絲0.035con=1.0=0.90.085con0.065con當4、鋼筋應力松弛引起的預應力損失σl4σl