預應力混凝土構件的計算

1、9預應力混凝土構件的計算預應力混凝土構件的計算91預應力混凝土的基本概念和一般計算規(guī)定預應力混凝土的基本概念和一般計算規(guī)定911概述概述普通鋼筋混凝土構件雖已廣泛應用于土木工程建筑之中，但由于混凝土的極限拉應變很小，僅有(0.1～0.15)103，故在正常使用條件下構件的受拉區(qū)開裂，剛度下降，變形較大，使其適用范圍受到限制。為了控制構件的裂縫和變形，可采取加大構件的截面尺寸，增加鋼筋用量，采用高強混凝土和高強鋼筋等措施。但是如采用增加截

2、面尺寸和用鋼量的方法，一般來講不經(jīng)濟，并且當荷載及跨度較大時不僅不經(jīng)濟而且很笨重；如提高混凝土的強度等級，由于其抗拉強度提高得很小，對提高構件抗裂性和剛度的效果也不明顯；如果提高鋼筋的強度，則鋼筋達到屈服強度時的拉應變很大，約在2103以上，與混凝土的極限拉應變相差懸殊。因此對不允許開裂的構件，使用時受拉鋼筋的應力只能為20～30Nmm2左右。由此可見，在普通鋼筋混凝土結(jié)構中，高強混凝土和高強鋼筋是不能充分發(fā)揮作用的。為了充分利用高強混

3、凝土及高強鋼材，可以在混凝土構件受力前，在其使用時的受拉區(qū)內(nèi)預先施加壓力，使之產(chǎn)生預壓應力，造成人為的應力狀態(tài)。當構件在荷載作用下產(chǎn)生拉應力時，首先要抵消混凝土構件內(nèi)的預壓應力，然后隨著荷載的增加，混凝土構件受拉并隨荷載繼續(xù)增加才出現(xiàn)裂縫，因此可推遲裂縫的出現(xiàn)，減小裂縫的寬度，滿足使用要求。這種在構件受荷前預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應力的結(jié)構稱為“預應力混凝土結(jié)構”。預應力混凝土的構思出現(xiàn)在19世紀末，1886年就有人申請了用張拉鋼筋對混

4、凝土施加預壓力防止混凝土開裂的專利。但那時材料的強度很低，混凝土的徐變性能尚未被人們充分認識，通過張拉鋼筋對混凝土構件施加預壓力不久，由于混凝土的收縮、徐變，使已建立的混凝土預壓應力幾乎完全消失，致使這一新穎的構思未能實現(xiàn)。直到1928年，法國的EFreyssi首先用高強度鋼絲及高強混凝土成功地設計建造了一座水壓機，以后在本世紀三十年代，高強鋼材能夠大量生產(chǎn)時，預應力混凝土才真正為人們所應用。隨著土木工程中混凝土強度等級的不斷提高，高強

5、鋼筋的進一步使用，預應力混凝土目前已廣泛應用于大跨度建筑結(jié)構、公路路面及橋梁、鐵路、海洋、水利、機場、核電站等工程之中。例如，新建的國際會展中心，廣州市九運會的體育場館，日新月異的眾多公路大橋，核電站的反應堆保護殼，上海市的東方明珠電視塔、遍及沿海地區(qū)高層建筑、大跨建筑以及量大面廣的工業(yè)建筑的吊車梁，屋面梁等都采用了現(xiàn)代預應力混凝土技術。現(xiàn)以預應力混凝土簡支梁的受力情況為例，說明預應力的基本原理。如圖91所示，在荷載作用之前，預先在梁的

6、受拉區(qū)施加一對大小相等，方向相反的偏心預壓力N，使梁截面下邊緣混凝土產(chǎn)生預壓應力?c(圖9la)，當外荷載作用時，截面下邊緣將產(chǎn)生拉應力?t(圖9lb)，最后的應力分布為上述兩種情況的疊加，梁的下邊緣應力可能是數(shù)值很小的拉應力。(圖91c)，也可能是壓應力。也就是說，由于預壓應力?c的作用，可部分抵消或全部抵消外荷載所引起的拉應力?t，因而延緩了混凝土構件的開裂或者構件不開裂。圖92為兩根具有相同材料強度、跨度、截面尺寸和配筋量的梁的F

7、—f(荷載—撓度)曲線對比圖。其中一根為普通鋼筋混凝土梁，另一根為預應力混凝土梁。可以看出，預應力梁的開裂荷載FpcI，大于鋼筋混凝土梁的開裂荷載FpcI；同時在使用荷載作用下，前者并未開裂而后者已開裂，且前者的撓度pf小于后者的撓度f；但兩者最終的破壞荷載uF基本相同。預應力鋼筋混凝土結(jié)構與普通鋼筋混凝士結(jié)構相比，其主要優(yōu)點是：(1)不會過早地出現(xiàn)裂縫，抗裂性好。(2)可合理地利用高強鋼材和混凝土，與鋼筋混凝土相比，可節(jié)約鋼材30～5

8、0％，減輕結(jié)構自重達30％左右，且跨度越大越經(jīng)濟。力的大小可分多種類型。圖9—3先張法主要工序示意圖（a）鋼筋就位；（b）張拉鋼筋；（c）臨時固定鋼筋；澆灌混凝土并養(yǎng)護；（d）放松鋼筋，鋼筋回縮；混凝土受預壓圖9—4后張法主要工序示意圖（a）制作構件，預留孔道，穿束；（b）安裝錨具及千斤頂；（c）張拉鋼筋；（d）錨住鋼筋，拆除千斤頂，孔道壓力灌漿3兩種方法的適用范圍先張法與后張法相比較：先張法工藝比較簡單但需要臺座(或鋼模)設施；后張法

9、工藝較復雜，需要對構件安裝永久性的工作錨具，但不需要臺座。前者適用于在預制構件廠批量制造的，方便運輸?shù)闹行⌒蜆嫾?；后者適用于在現(xiàn)場成型的大型構件，在現(xiàn)場分階段張拉的大型構件以至整個結(jié)構。先張法只適用于直線預應力鋼筋；后張法既適用直線預應力鋼筋又適用于曲線預應力鋼筋。在有的結(jié)構中，可同時采用先張法和后張法施工。例如在結(jié)構中采用很多尺寸相同的構件，則用先張法對它們分批制造是經(jīng)濟的；當構件運至現(xiàn)場安裝就位后，采用后張法將它們聯(lián)成整體，形成結(jié)構