混凝土結(jié)構(gòu)的基本知識

一、基本概念

預應力混凝土結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)承受外荷載前，預先對構(gòu)件受拉區(qū)混凝土施加一個預壓應力，以抵消或減少結(jié)構(gòu)在荷載作用時產(chǎn)生的拉應力。

(一)預應力混凝土的優(yōu)點

(l)提高了結(jié)構(gòu)的抗裂性能;

(2)可以合理有效地利用高強鋼筋和高強混凝土，從而減少截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，得到較好的技術經(jīng)濟指標;

(3)可以提高構(gòu)件的剛度，減少變形;

(4)可以提高構(gòu)件的抗疲勞性能;

(5)預應力技術可作為大跨度結(jié)構(gòu)分段預制后的拼裝手段;

(6)預應力技術可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形，所以它成為各類結(jié)構(gòu)修復和加固的主要技術措施;

(7)擴大了混凝土結(jié)構(gòu)工程的應用領域。

(二)預應力混凝土的分類

(l)按施加預應力的大小來劃分，可分為：全預應力混凝土、有限預應力混凝土、部分預應力混凝土和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(2)按預應力筋與混凝土之間有無粘結(jié)來劃分，可分為：有粘結(jié)預應力混凝土和無粘結(jié)預應力混凝土結(jié)構(gòu)。

二、施加預應力的方法

對混凝土施加預應力，一般是通過張拉鋼筋(此筋稱為預應力鋼筋)，利用鋼筋的回縮來擠壓混凝土，使混凝土受到預壓應力(同時預應力筋中也存在著預拉應力)。

根據(jù)鋼筋受拉與澆筑混凝土的先后次序，可分為先張法和后張法兩大類。

(1)先張法：首先在臺座上張拉鋼筋，然后澆筑混凝土;待混凝土養(yǎng)護達設計規(guī)定的強度等級時，再切斷鋼筋，鋼筋回縮使混凝土獲得預壓應力。

(2)后張法：首先澆筑構(gòu)件的混凝土;待混凝土養(yǎng)護達設計規(guī)定的強度等級時，將鋼筋穿人預留孔道進行張拉并用錨具將鋼筋錨固在構(gòu)件上，使混凝土獲得預壓應力。

三、張拉控制應力和預應力損失

(一)張拉控制應力

張拉預應力鋼筋時允許的最大張拉應力稱為張拉控制應力，記為σcon。

張拉控制應力值：不宜超過表4-8中的限值。消除應力鋼絲、鋼絞線、中強度預應力鋼絲的張拉控制應力值不應小于0.4fptk;預應力螺紋鋼筋的張拉控制值不宜小于0.5fptk。

當符合下列情況之一時，表4-8中的限值可提高0.05 fptk。

(1)要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設置的預應力鋼筋;

(2)要求部分抵消由于應力松弛、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(chǎn)生的預應力損失。

(二)預應力損失值

(1)鋼筋張拉完畢或經(jīng)歷一段時間后，鋼筋中的張拉應力將逐漸降低，這種降低稱為預應力損失。預應力損失會降低預應力效果(如構(gòu)件的抗裂度和剛度降低)，若損失過大，甚至會起不到預應力的作用。所以在設計和施工中應盡可能地減少預應力損失。

(2)引起預應力損失的因素很多，目前規(guī)范規(guī)定計算的有如下6種預應力損失：

l)張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的損失(σl1);

2)預應力鋼筋與孔道壁之間的摩擦引起的損失(σl2);

3)混凝土加熱養(yǎng)護時，受張拉鋼筋與承受拉力的設備之間的溫差所引起的損失(σl3);

4)預應力鋼筋的應力松弛引起的損失(σl4);

5)混凝土的收縮和徐變引起的損失(σl5);

6)用螺旋式預應力筋作配筋的環(huán)形結(jié)構(gòu)，當直徑d≤3m時，由于混凝土的局部擠壓引起的損失(σl6)。

對計算求得的預應力總損失值，不得小于下列數(shù)值：

先張法構(gòu)件：l00N/mm2后張法構(gòu)件：80N/mm2

(3)預應力損失值的組合

預應力構(gòu)件在各階段的預應力損失值宜按表4-9的規(guī)定進行組合。

四、預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算內(nèi)容和其他

預應力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除應根據(jù)使用條件進行承載力計算及變形、抗裂、裂縫寬度和應力驗算外，尚應按具體情況對制作、運輸及安裝等施工階段進行驗算。

當預應力作為荷載效應考慮時，其設計值在《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB 50010-2010)中的有關章節(jié)計算公式中給出。當預應力效應對結(jié)構(gòu)有利時，對承載能力極限狀態(tài)，預應力分項系數(shù)應取1.0，不利時應取1.2;正常使用極限狀態(tài)，預應力分項系數(shù)應取1.0。

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（責任編輯：中大編輯）

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