預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算

1、9預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的計(jì)算91預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念和一般計(jì)算規(guī)定預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念和一般計(jì)算規(guī)定911概述概述普通鋼筋混凝土構(gòu)件雖已廣泛應(yīng)用于土木工程建筑之中，但由于混凝土的極限拉應(yīng)變很小，僅有(0.1～0.15)103，故在正常使用條件下構(gòu)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(gòu)件的裂縫和變形，可采取加大構(gòu)件的截面尺寸，增加鋼筋用量，采用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)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(jì)，并且當(dāng)荷載及跨度較大時(shí)不僅不經(jīng)濟(jì)而且很笨重；如提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，由于其抗拉強(qiáng)度提高得很小，對(duì)提高構(gòu)件抗裂性和剛度的效果也不明顯；如果提高鋼筋的強(qiáng)度，則鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)的拉應(yīng)變很大，約在2103以上，與混凝土的極限拉應(yīng)變相差懸殊。因此對(duì)不允許開裂的構(gòu)件，使用時(shí)受拉鋼筋的應(yīng)力只能為20～30Nmm2左右。由此可見，在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋是不能充分發(fā)揮作用的。為了充分利用高強(qiáng)混

3、凝土及高強(qiáng)鋼材，可以在混凝土構(gòu)件受力前，在其使用時(shí)的受拉區(qū)內(nèi)預(yù)先施加壓力，使之產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，造成人為的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消混凝土構(gòu)件內(nèi)的預(yù)壓應(yīng)力，然后隨著荷載的增加，混凝土構(gòu)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(gòu)件受荷前預(yù)先對(duì)混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)稱為“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。預(yù)應(yīng)力混凝土的構(gòu)思出現(xiàn)在19世紀(jì)末，1886年就有人申請(qǐng)了用張拉鋼筋對(duì)混

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

5、鋼筋的進(jìn)一步使用，預(yù)應(yīng)力混凝土目前已廣泛應(yīng)用于大跨度建筑結(jié)構(gòu)、公路路面及橋梁、鐵路、海洋、水利、機(jī)場、核電站等工程之中。例如，新建的國際會(huì)展中心，廣州市九運(yùn)會(huì)的體育場館，日新月異的眾多公路大橋，核電站的反應(yīng)堆保護(hù)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(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)?，F(xiàn)以預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的受力情況為例，說明預(yù)應(yīng)力的基本原理。如圖91所示，在荷載作用之前，預(yù)先在梁的

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

7、—f(荷載—撓度)曲線對(duì)比圖。其中一根為普通鋼筋混凝土梁，另一根為預(yù)應(yīng)力混凝土梁?？梢钥闯觯A(yù)應(yīng)力梁的開裂荷載FpcI，大于鋼筋混凝土梁的開裂荷載FpcI；同時(shí)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)不會(huì)過早地出現(xiàn)裂縫，抗裂性好。(2)可合理地利用高強(qiáng)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(gòu)自重達(dá)30％左右，且跨度越大越經(jīng)濟(jì)。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(shí)固定鋼筋；澆灌混凝土并養(yǎng)護(hù)；（d）放松鋼筋，鋼筋回縮；混凝土受預(yù)壓圖9—4后張法主要工序示意圖（a）制作構(gòu)件，預(yù)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(tái)座(或鋼模)設(shè)施；后張法

9、工藝較復(fù)雜，需要對(duì)構(gòu)件安裝永久性的工作錨具，但不需要臺(tái)座。前者適用于在預(yù)制構(gòu)件廠批量制造的，方便運(yùn)輸?shù)闹行⌒蜆?gòu)件；后者適用于在現(xiàn)場成型的大型構(gòu)件，在現(xiàn)場分階段張拉的大型構(gòu)件以至整個(gè)結(jié)構(gòu)。先張法只適用于直線預(yù)應(yīng)力鋼筋；后張法既適用直線預(yù)應(yīng)力鋼筋又適用于曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋。在有的結(jié)構(gòu)中，可同時(shí)采用先張法和后張法施工。例如在結(jié)構(gòu)中采用很多尺寸相同的構(gòu)件，則用先張法對(duì)它們分批制造是經(jīng)濟(jì)的；當(dāng)構(gòu)件運(yùn)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(gòu)