混凝土結構的基本知識

一、基本概念

預應力混凝土結構，是在結構承受外荷載前，預先對構件受拉區混凝土施加一個預壓應力，以抵消或減少結構在荷載作用時產生的拉應力。

(一)預應力混凝土的優點

(l)提高了結構的抗裂性能;

(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，減輕結構自重，得到較好的技術經濟指標;

(3)可以提高構件的剛度，減少變形;

(4)可以提高構件的抗疲勞性能;

(5)預應力技術可作為大跨度結構分段預制后的拼裝手段;

(6)預應力技術可以調整結構的內力和變形，所以它成為各類結構修復和加固的主要技術措施;

(7)擴大了混凝土結構工程的應用領域。

(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構。

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

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;待混凝土養護達設計規定的強度等級時，再切斷鋼筋，鋼筋回縮使混凝土獲得預壓應力。

(2)后張法：首先澆筑構件的混凝土;待混凝土養護達設計規定的強度等級時，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)要求提高構件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區內設置的預應力鋼筋;

(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生的預應力損失。

(二)預應力損失值

(1)鋼筋張拉完畢或經歷一段時間后，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，目前規范規定計算的有如下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形結構，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，不得小于下列數值：

先張法構件：l00N/mm2后張法構件：80N/mm2

(3)預應力損失值的組合

預應力構件在各階段的預應力損失值宜按表4-9的規定進行組合。

四、預應力混凝土結構構件計算內容和其他

預應力混凝土結構構件，除應根據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《混凝土結構設計規范》(GB 50010-2010)中的有關章節計算公式中給出。當預應力效應對結構有利時，對承載能力極限狀態，預應力分項系數應取1.0，不利時應取1.2;正常使用極限狀態，預應力分項系數應取1.0。

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（責任編輯：中大編輯）