1、第八章第八章 預應力混凝土結構的預應力混凝土結構的一般知識一般知識預應力原理在木桶上的應用預應力原理在木桶上的應用(a)木桶；木桶；(b)竹箍分離體圖；竹箍分離體圖；(c)板塊分離體圖板塊分離體圖塊體拼裝式預應力塊體拼裝式預應力一、預應力的概念一、預應力的概念8.1 預應力混凝土的概念預應力原理在木鋸上的應用預應力原理在木鋸上的應用(a)木鋸；木鋸；(b)木鋸各桿件分離圖；木鋸各桿件分離圖；(c)鋸片的受力圖鋸片的受力圖美國混凝土協會美國混凝土協會(ACI)定義：定義：預應力鋼筋混凝土是根據需要人預應力鋼筋混凝土是根據需要人為地引入某一為地引入某一 數值的反向荷載，用以部分或全部抵銷使用荷數值

2、的反向荷載，用以部分或全部抵銷使用荷載的一種加筋混凝土。載的一種加筋混凝土。定義二定義二：在混凝土構件承受外荷載之前，對其受拉區預先施在混凝土構件承受外荷載之前，對其受拉區預先施加壓應力，就成為預應力混凝土。加壓應力，就成為預應力混凝土。一、預應力的基本概念一、預應力的基本概念2hIeNANppppc2hIMc)2(2hIeNANhIMppppccb0pcc)2(2hIeNANhIMppppccbtkpccf0tkpccf由于預加應力由于預加應力 pc較大，受拉較大，受拉邊緣仍處于受壓狀態，邊緣仍處于受壓狀態，不會不會出現開裂；出現開裂；受拉邊緣應力雖然受拉，但拉應力小于混受拉邊緣應力雖然受拉

3、，但拉應力小于混凝土的抗拉強度，凝土的抗拉強度，一般不會出現開裂；一般不會出現開裂；受拉邊緣應力超過混凝土的抗拉強度，雖然會產受拉邊緣應力超過混凝土的抗拉強度，雖然會產生裂縫，但比鋼筋混凝土構件（生裂縫，但比鋼筋混凝土構件（Np =0）的）的開裂明開裂明顯推遲顯推遲，裂縫寬度也顯著減小裂縫寬度也顯著減小。二、施加預應力的方法鋼筋就位鋼筋就位張拉鋼筋張拉鋼筋臨時固定鋼筋臨時固定鋼筋澆筑混凝土澆筑混凝土并養護并養護放松鋼筋放松鋼筋鋼筋回縮鋼筋回縮混凝土受預壓混凝土受預壓1、先張法施工工序、先張法施工工序先張法先張法先張法先張法2、先張法構件預應力的傳遞、先張法構件預應力的傳遞先張法構件是通過預先張

4、法構件是通過預應力筋與砼之間的粘應力筋與砼之間的粘結力傳遞預應力。結力傳遞預應力。3、先張法應用實例、先張法應用實例圖：長線法臺座1、后張法施工工序、后張法施工工序預留鋼筋孔道預留鋼筋孔道澆筑混凝土澆筑混凝土混凝土養護混凝土養護 穿入鋼穿入鋼筋筋張拉鋼筋張拉鋼筋 用錨具錨固鋼筋用錨具錨固鋼筋混凝土受預壓混凝土受預壓后張法構件是依靠其兩端的錨具錨住預應力鋼筋并后張法構件是依靠其兩端的錨具錨住預應力鋼筋并傳遞預應力。傳遞預應力。后張法后張法后張法孔道灌漿的目的：孔道灌漿的目的： (a) 使預應力鋼材處于水泥漿的弱堿環境之中以防止受侵蝕； (b) 使預應力筋與結構混凝土之間產生粘結力； (c) 填充

5、孔道的空間以防止積水和凍水；（5）孔道灌漿施工注意事項：）孔道灌漿施工注意事項：灌漿是預應力生產工藝中最重要的環節之一。灌漿開始用低壓（大約3個大氣壓），然后增加壓力直到灰漿從其他排漿孔流出為止。灌漿必須連續進行，直到從排氣孔中流出的灰漿沒有氣泡并與灌入的灰漿具有同樣的稠度為止。1、預應力鋼筋、預應力鋼筋1、預應力鋼筋的要求：、預應力鋼筋的要求：強度高、塑性好、低松弛強度高、塑性好、低松弛 預應力鋼筋的強度越高越好預應力鋼筋的強度越高越好。 而且在預應力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預而且在預應力混凝土制作和使用過程中，由于種種原因，預應力筋中預先施加的張拉應力會產生損失，因此，為使得

6、扣除應力筋中預先施加的張拉應力會產生損失，因此，為使得扣除應力損失后仍具有較高的張拉應力，應力損失后仍具有較高的張拉應力，也必須使用高強鋼筋（絲）也必須使用高強鋼筋（絲）作預應力筋作預應力筋。 為避免在超載情況下發生脆性破斷，預應力筋還必須為避免在超載情況下發生脆性破斷，預應力筋還必須具有一具有一定的塑性定的塑性。同時還要求具有良好的加工性能，以滿足對鋼筋焊。同時還要求具有良好的加工性能，以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求。接、鐓粗的加工要求。 對鋼絲類預應力筋，還要求具有對鋼絲類預應力筋，還要求具有低松弛性低松弛性和與混凝土良好的和與混凝土良好的粘結性能，通常采用粘結性能，通常采用刻痕刻痕或或

7、壓波壓波方法來提高與混凝土方法來提高與混凝土粘結強度。粘結強度。三、 預應力混凝土的材料及錨夾具2、混凝土、混凝土預應力混凝土要求采用高強混凝土預應力混凝土要求采用高強混凝土1、預應力混凝土的要求：、預應力混凝土的要求：強度高、徐變收縮小、快速早強強度高、徐變收縮小、快速早強可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時的彈性回縮；的彈性回縮；徐變較小，有利于減少徐變

8、引起的預應力損失；徐變較小，有利于減少徐變引起的預應力損失；與鋼筋有較大粘結強度，減少先張法預應力筋的應力傳遞長度；與鋼筋有較大粘結強度，減少先張法預應力筋的應力傳遞長度；有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減有利于提高局部承壓能力，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；小錨具墊板的尺寸；強度早期發展較快，可較早施加預應力，加快施工速強度早期發展較快，可較早施加預應力，加快施工速度，提高臺座、模具、夾具的周轉率，降低間接費用；度，提高臺座、模具、夾具的周轉率，降低間接費用；2、相關規范規定：、相關規范規定： 一般預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于一般預應力混凝土構件的混凝土強度等

9、級不低于C30，當采用高強鋼絲時不低于當采用高強鋼絲時不低于C40。三、錨具和夾具三、錨具和夾具1、什么是錨夾具、什么是錨夾具錨具錨具是預應力混凝土構件錨固預應力筋的裝置，其對在構件是預應力混凝土構件錨固預應力筋的裝置，其對在構件中建立有效的預應力起著至關重要的作用。中建立有效的預應力起著至關重要的作用。先張法中的錨具可以重復使用，也稱為先張法中的錨具可以重復使用，也稱為夾具夾具。后張法中的錨具不能重復使用，永久留在構件上，稱為后張法中的錨具不能重復使用，永久留在構件上，稱為錨具錨具。2、錨具的要求、錨具的要求對錨具的要求是：安全可靠、使用有效、節約鋼材及制安全可靠、使用有效、節約鋼材及制作簡

10、單。作簡單。3、常用的錨夾具錨具按其構造形式和錨固原理可分成三種類型：支承式、錨具按其構造形式和錨固原理可分成三種類型：支承式、楔緊式及粘結力錨具楔緊式及粘結力錨具圖 螺絲端桿錨具（1）支承式錨具）支承式錨具支承式錨具又分為兩種：螺桿螺螺桿螺帽型和鐓頭型；帽型和鐓頭型；A、螺桿螺帽型螺桿螺帽型 在粗鋼筋斷部在粗鋼筋斷部用滾壓法加工螺紋、或焊接上一用滾壓法加工螺紋、或焊接上一根螺絲桿，于張拉后利用螺母對根螺絲桿，于張拉后利用螺母對螺桿的支撐作用將預應力筋錨固螺桿的支撐作用將預應力筋錨固在鋼墊板上在鋼墊板上螺桿螺帽型錨具螺桿螺帽型錨具(a) 張拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端圖 鐓

11、頭錨具B、鐓頭錨 用專門的鐓頭設備把高強鋼絲的端頭鐓粗成球形，將粗鐓頭支承在錨板孔端面形成錨固，如下圖所示。 夾持鋼絞線的弗式錨具（2）楔緊式錨具）楔緊式錨具A、錨塞式錨具 如下圖所示為法國的弗萊西奈式鋼絞線錨具。B、夾片式錨具 將預應力筋用夾片楔緊在錐形錨孔中的錨具成為夾片式錨具，適用于單根和多根預應力束。JM12錨具夾持單根鋼絞線的簡式錨具錨固19根鋼絞線的錨具楔緊式錨具楔緊式錨具（3）粘結力錨具該種錨具可用于錨固數十根鋼絲組成的鋼絲束。將鋼絲端頭彎成弧形，再用高標號的混凝土澆成一個粗頭，張拉后在與構件的空隙中加入墊板，如圖所示。各型錨具及千斤頂各型錨具及千斤頂1、提高了構件的抗裂能力。、

12、提高了構件的抗裂能力。2、增大了構件的剛度。、增大了構件的剛度。3、充分利用了高強度材料。、充分利用了高強度材料。4、擴大了構件的應用范圍。、擴大了構件的應用范圍。5、工序多、施工復雜、需要張拉和錨具等、工序多、施工復雜、需要張拉和錨具等設備設備四、 預應力混凝土的特點1、柱網最大的預應力工程深圳車港工程桁架柱網：1625m 桁架跨度：45m2、最大預應力鋼桁架工程北京西客站五、 預應力混凝土的發展3、層數最多的預應力工程（63層）廣州國際大廈4、高度最高的預應力工程青島中銀大廈 241m高，58層5、面積最大的單體預應力工程是首都國際機場新航站樓工程8.8萬m2/層，總計：35萬m2在張拉預

13、應力筋對構件施加預應力時，張拉設備（千斤頂油在張拉預應力筋對構件施加預應力時，張拉設備（千斤頂油壓表）所控制的壓表）所控制的總張拉力總張拉力Np,con除以預應力筋面積除以預應力筋面積Ap得到的應得到的應力稱為力稱為張拉控制應力張拉控制應力 con。它是預應力筋在在構件受荷以前所經受的最大應力。它是預應力筋在在構件受荷以前所經受的最大應力。張拉控制應力張拉控制應力 con取值越高，預應力筋對混凝土的預壓作用取值越高，預應力筋對混凝土的預壓作用越大，可以使預應力筋充分發揮作用。越大，可以使預應力筋充分發揮作用。但但 con取值過高，可能會在張拉時引起破斷事故，產生過大取值過高，可能會在張拉時引起

14、破斷事故，產生過大應力松弛。應力松弛。因此，因此，規范規范規定了張拉控制應力限值規定了張拉控制應力限值 con。pconpconAN,8.2 張拉控制應力和預應力損失張拉控制應力限值con張拉方法鋼筋種類先張法后張法預應力鋼絲、鋼絞線熱處理鋼筋0.75 fptk0.70 fptk0.75 fptk0.65 fptk二、預應力損失二、預應力損失預應力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質以及制作方法上預應力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質以及制作方法上原因，原因，預應力筋中應力會從預應力筋中應力會從 con逐步減少逐步減少，并經過相當長的，并經過相當長的時間才會最終穩定下來，這種應力降低現象稱為預應力

15、損失。時間才會最終穩定下來，這種應力降低現象稱為預應力損失。由于最終穩定后的應力值才對構件產生實際的預應力效果。由于最終穩定后的應力值才對構件產生實際的預應力效果。因此，預應力損失是預應力混凝土結構設計和施工中的一個因此，預應力損失是預應力混凝土結構設計和施工中的一個關鍵的問題。關鍵的問題。過高或過低估計預應力損失，都會對結構的使用性能產生不過高或過低估計預應力損失，都會對結構的使用性能產生不利影響。利影響。 由于預應力的通過張拉預應力筋得到，由于預應力的通過張拉預應力筋得到，凡是能使預應力筋產生縮凡是能使預應力筋產生縮短的因素，都將引起預應力損失短的因素，都將引起預應力損失，主要有：主要有：

16、 錨固損失：錨固損失：錨具變形引起預應力筋的回縮、滑移錨具變形引起預應力筋的回縮、滑移摩擦損失：摩擦損失：在預應力筋張拉過程中，后張法在預應力筋張拉過程中，后張法預應力筋與孔道壁之預應力筋與孔道壁之間的摩擦間的摩擦，先張法預應力筋與錨具之間以及折點處的摩擦，也會，先張法預應力筋與錨具之間以及折點處的摩擦，也會使張拉應力造成損失。使張拉應力造成損失。混凝土的收縮和徐變引起的損失混凝土的收縮和徐變引起的損失松弛損失松弛損失：長度不變的預應力筋，在高應力的長期作用下會產生：長度不變的預應力筋，在高應力的長期作用下會產生松弛松弛，會引起預應力損失。，會引起預應力損失。溫差損失：溫差損失：先張法中的先張

17、法中的熱養護引起的溫差損失熱養護引起的溫差損失彈性壓縮損失：彈性壓縮損失：混凝土彈性壓縮，后張法中后拉束對先張拉束造混凝土彈性壓縮，后張法中后拉束對先張拉束造成的壓縮變形而產生成的壓縮變形而產生分批張拉損失分批張拉損失等。等。三、預應力損失的組合三、預應力損失的組合預應力混凝土構件從預加應力開始即需要進行計算，而預應力預應力混凝土構件從預加應力開始即需要進行計算，而預應力損失是分批發生的。因此，應根據計算需要，考慮相應階段所損失是分批發生的。因此，應根據計算需要，考慮相應階段所產生的預應力損失。產生的預應力損失?；炷令A壓前完成的損失混凝土預壓前完成的損失 lI；混凝土預壓后完成的損失混凝土預壓后完成的損失 lII。根據上述預應力損失發生時間先后關系，具體組合