预应力溷凝土构件

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6预应力混凝土构件简介本章主要介绍预应力混凝土的基本概念、预加应力的方法以及预应力混凝土的材料和构造要求。要求掌握预应力混凝土的原理，理解预应力混凝土构件的构造要求及先张法、后张法的张拉程序、传力途径，了解预应力钢筋的种类和对材料性能的要求。本章提要 本章内容6.1预应力混凝土的基本原理6.2预应力混凝土的材料及主要构造要求 6.1预应力混凝土的基本原理一般情况下，普通混凝土构件受拉区裂缝宽度限制在0.2～0.3mm，此时钢筋的应力仅为150～250N/mm2，所以高强度钢筋不能充分利用。所谓预应力混凝土构件就是在构件受荷之前（制作阶段），人为给使用阶段的受拉区混凝土施加预压应力，受荷之后首先要抵消拉区混凝土的预压应力，若再加荷拉区混凝土开裂，直至破坏为止。预应力混凝土受弯构件的工作原理见表6.1。6.1.1基本概念及特点 表6.1预应力混凝土受弯构件工作原理 给拉区混凝土施加预应力的方法，根据张拉钢筋与浇注混凝土的先后顺序分为先张法及后张法。（1）先张法即先张拉钢筋后浇注混凝土。其主要张拉程序为：在台座上按设计要求将钢筋张拉到控制应力→用锚具临时固定→浇注混凝土→待混凝土达到设计强度75%以上切断放松钢筋。其传力途径是依靠钢筋与混凝土的粘结力阻止钢筋的弹性回弹，使截面混凝土获得预压应力，见图6.1。6.1.2预加应力的方法 先张法施工简单，靠粘结力自锚，不必耗费特制锚具，临时锚具可以重复使用（一般称工具式锚具或夹具），大批量生产时经济，质量稳定。适用于中小型构件工厂化生产。 （2）后张法①有粘结预应力混凝土先浇混凝土，待混凝土达到设计强度75%以上，再张拉钢筋（钢筋束）。其主要张拉程序为：埋管制孔→浇混凝土→抽管→养护穿筋张拉→锚固→灌浆（防止钢筋生锈）。其传力途径是依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹，使截面混凝土获得预压应力，如图6.2所示。这种做法使钢筋与混凝土结为整体，称为有粘结预应力混凝土。 有粘结预应力混凝土由于粘结力（阻力）的作用使得预应力钢筋拉应力降低，导致混凝土压应力降低，所以应设法减少这种粘结。这种方法设备简单，不需要张拉台座，生产灵活，适用于大型构件的现场施工。 ②无粘结预应力混凝土其主要张拉程序为预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青等润滑防腐材料→包上塑料纸或套管（预应力钢筋与混凝土不建立粘结力）→浇混凝土养护→张拉钢筋→锚固。施工时跟普通混凝土一样，将钢筋放入设计位置可以直接浇混凝土，不必预留孔洞、穿筋、灌浆，简化施工程序，由于无粘结预应力混凝土有效预压应力增大，降低造价，适用于跨度大的曲线配筋的梁体。 图6.1先张法工艺流程 图6.2后张法主要工艺流程示意图(a)浇注构件混凝土，预留孔道，穿入钢筋束；(b)张拉钢筋并锚固；(c)往孔道内灌浆 6.2预应力混凝土的材料及主要构造要求（1）强度高。（2）较好的塑性、可焊性。（3）良好的粘结性。（4）低松弛。6.2.1钢筋6.2.2.1性能要求 （1）热处理钢筋热处理钢筋（用ΦHT表示）是将合金钢（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）经过调质热处理而成，达到提高抗拉强度（fPy=1040N/mm2），且塑性降低不多。这种钢筋具有强度高（节省钢材）、低松弛的特点，其直径6~10mm，以盘圆形式供给，省去焊接，有利施工。6.2.2.2钢筋的种类 （2）消除应力钢丝包括光面（ΦP）、螺旋肋（ΦH）、三面刻痕（ΦI）消除应力钢丝，是用高碳镇静钢轧制成的盘圆，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、冷拔、回火矫直等处理工序来消除应力而成的，可提高抗拉强度（光面钢丝fPy=1250N/mm2，其余fPy≥1110N/mm2），直径4~9mm，强度高，低松弛。 （3）钢绞线以一根直径较粗的钢丝为芯，并用边丝围绕它进行螺旋状绞捻而成，有1×3捻或1×7捻，直径用ΦS表示，外径8.6~15.2mm，fPy=1110~1320N/mm2，强度高，低松弛，伸直性好，比较柔软，盘弯方便，粘结性好。 用于预应力混凝土结构的混凝土应符合下列要求：（1）高强度。《混凝土规范》规定：预应力混凝土结构强度等级不应低于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力混凝土结构强度等级不宜低于C40。（2）收缩小、徐变小。由于混凝土收缩徐变的结果，使得混凝土得到的有效预压力减少，即预应力损失，所以在结构设计中应采取措施减少混凝土收缩徐变。6.2.2混凝土 （1）预应力钢筋的净距及保护层应满足表6.2(详见P138)的要求。（2）端部加强措施（图6.3）①对单根预应力钢筋，其端部宜设置长度≥150mm且不少于4圈螺旋筋，如图6.3（a）；当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋但不少于4根，长度≥120mm，如图6.3（b）。6.2.3构造要求6.2.3.1先张法构件 ②对多根预应力钢筋，其端部10d范围内应设置3~5片与预应力钢筋垂直的钢筋网。③对钢丝配筋的薄板，在端部100mm范围内应适当加密横向钢筋。 图6.3构件端部配筋构造要求 （1）孔道及排气孔要求见表6.3(详见P138)。（2）端部加强措施为了提高锚具下混凝土的局部抗压强度，防止局部混凝土压碎，应在端部预埋钢板（厚度≥10mm），并应在垫板下设置附加横向钢筋网片（图6.4（a））或螺旋式钢筋（图6.4（b））等措施。（3）长期外露的金属锚具应采取涂刷或砂浆封闭等防锈措施。6.2.3.2后张法（有粘结预应力混凝土） （4）管道压浆要密实，水泥砂浆不宜小于M20，水灰比为0.4~0.45，为减少收缩，可掺入0.001水泥用量的铝粉。 图6.4后弦法端部加强构造图