项目四 预应力混凝土构件(课件)—《建筑结构》同步教学(机工版）

CONTENTS 目 录 预应力混凝土构件概述 预应力混凝土轴心受拉构件计算 预应力损失值计算 预应力混凝土构件的构造要求 41 4.2 4.3 4.4 项目4 预应力混凝土构件 1 学习目标 项目4 预应力混凝土构件 了解预应力混凝土构件对材料的要求。 掌握先张法、后张法的施工工艺及锚具的分类。 熟悉预应力损失的种类、估算方法以及预防措施。 掌握预应力混凝土轴心受拉构件的计算方法。 2 PART 4.1 预应力混凝土构件概述 3 4.1.1 预应力混凝土构件的基本概念 预应力混凝土构件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，然后随着荷载的增加逐渐使混凝土受拉，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。 4 4.1.1 预应力混凝土构件的基本概念 图4-1为轴心受拉构件的受力状态。此轴心受拉构件在荷载作用之前，通过预应力钢筋或锚固装置在构件两端施加一对大小相等、方向相反的预压力Np，此时预压力在构件截面上产生的预压应力为σpc。当轴心受拉构件只作用于轴向拉力N时，截面上产生的拉应力为σt。若把两种应力相互叠加，则此时预应力混凝土轴心受拉构件截面上的实际应力减小为σt-σpc，若σt-σpc≤ftk，构件不开裂；若σt-σpc>ftk，则构件出现裂缝，但裂缝宽度比普通钢筋混凝土构件小得多。故预应力混凝土构件的抗裂度高，裂缝宽度小。 5 4.1.1 预应力混凝土构件的基本概念 图4-1 轴心受拉构件的受力状态 6 4.1.2 预应力混凝土构件的特点 1. 预应力混凝土构件的优点 预应力混凝土构件的主要优点如下： （1）抗裂性能较好。预应力混凝土构件对使用阶段可能开裂的受拉区施加了预压应力，而且预压应力的大小可根据需要人为进行控制，因而可避免普通混凝土构件在正常使用情况下出现裂缝或裂缝过宽的现象，改善了结构的使用性能，提高了结构的耐久性。 （2）刚度较大。预应力混凝土构件由于施加了预应力，截面抗裂度提高，因而构件的刚度增大，所以可以减小构件变形。 7 4.1.2 预应力混凝土构件的特点 （3）充分利用高强度材料。预应力混凝土构件在承受外荷载作用之前，其预应力钢筋就有一定的拉应力存在，同时混凝土受到较高的预压应力。外荷载作用之后，预应力钢筋应力进一步增加，因而在预应力混凝土构件中高强度钢筋和高强度混凝土都能够被充分利用。同时高强度材料的采用可以减小截面尺寸，节省材料，减轻结构自重。 （4）提高构件的抗剪能力。试验表明，纵向预应力钢筋有着锚栓的作用，阻碍了构件斜裂缝的出现与开展。此外，由于预应力混凝土梁中曲线钢筋合力的竖向分力将部分抵消剪力，因而提高了构件的抗剪能力。 8 4.1.2 预应力混凝土构件的特点 2. 预应力混凝土构件的缺点 预应力混凝土构件虽然具有很多优点，但也存在着一些缺点，如设计计算比较复杂、施工工艺复杂、对质量要求较高、需要有专门的施工设备和技术条件、造价较高等。上述缺点正在不断地被克服，这将使预应力混凝土构件的发展前景更加广阔。 9 4.1.3 预应力的施加方法 预应力混凝土的主要特征是在构件承受荷载之前，钢筋和混凝土已建立起较大的预应力（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。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。 10 4.1.3 预应力的施加方法 1. 先张法 在浇筑混凝土之前先张拉预应力钢筋的方法称为先张法。 先张法的施工工序为：在台座上张拉钢筋，当钢筋应力达到规定值时锚固预应力钢筋，浇筑混凝土并养护构件，混凝土结硬达到一定强度（不低于强度设计值的75%）后切断钢筋，由于钢筋回缩，混凝土产生预压应力，如图4-2所示。先张法的施工工艺简单、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。 11 4.1.3 预应力的施加方法 图4-2 先张法的施工工序 12 4.1.3 预应力的施加方法 在先张法构件中，预应力是通过构件端部的钢筋与混凝土之间的黏结力建立起来的，并且在一定长度内传递完成。通常假定预应力在此范围内按直线分布，预应力钢筋的应力从端部为零增大到σpc，这段长度称为传递长度ltr，其值为 (4-1) 式中，σpe为放张时预应力钢