工程结构之预应力混凝土结构介绍

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定义：是在荷载作用之前对结构构件施加压力，使截面产生预压应力以全部或部分抵消由荷载引起的拉应力的混凝土结构。以预应力混凝土制成的结构，因以张拉钢筋的方法来达到预压应力，所以也称预应力钢筋混凝土结构。
关键词：工程力学  工程结构   建筑材料  
基本原理：预应力混凝土虽然只有几十年的历史，然而人们对预应力原理的应用却由来已久。也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。如中国古代的工匠早就运用预应力的原理来制作木桶。木桶的环向预压应力通过套紧竹箍的方法产生。只要水对桶壁产生的环向拉应力不超过环向预压应力，则桶壁木板之间将始终保持受压的紧密状态，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。木桶就不会开裂和漏水。 混凝土的抗压强度虽高，而抗拉强度却很低，预应力筋可先穿入套管也可以后穿。通过对预期受拉的部位施加预压应力的方法，就能克服混凝土抗拉强度低的弱点，达到利用预压应力建成不开裂的结构。

优缺点
优点：由于采用了高强度钢材和高强度混凝土，预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点，对节约钢材(可节约钢材40%～50%、混凝土20%～40%)、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效，可以使结构设计得更为经济、轻巧与美观。（图为预应力混凝土管桩）
缺点：预应力混凝土构件的生产工艺比钢筋混凝土构件复杂，技术要求高，需要有专门的张拉设备、灌浆机械和生产台座等以及专业的技术操作人员（见预应力工艺）；预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。

预应力筋>>>>>>资料下载
预应力筋的特性：应力－应变曲线和应力松弛。一、应力－应变曲线；二、应力松弛。1、概念：钢筋受到一定的张拉力后，在长度保持不变的条件下，钢筋的应力随着时间的增长而降低的现象，起压力激昂的值就是应力松弛损失。2、应力松弛的特点：初期发展快。钢丝和钢绞线的应力松弛率大于热处理钢筋和精轧螺纹钢筋。初应力大，松弛损失也大。松弛损失率随温度的升高急剧增加。

预应力筋相关图集规范：
DL/T 5176-2003 水电工程预应力锚固设计规范
JG 3007-1993 无粘结预应力筋专用防腐润滑脂
JG 225-2007 预应力混凝土用金属波纹管
JGJ 85-2010 预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程
TB/T 3193-2008 铁路工程预应力筋用锚具、夹具和连接器技术条件
04G415-1 预应力混凝土折线形屋架(预应力筋为钢绞线、跨度18m～30m)

施工工艺 >>>>资料下载
设计与制作 ：预应力混凝土结构的设计，除验算承载能力和使用阶段两个极限状态外，还要计算预应力筋的各项瞬时和长期预应力损失值（见预应力损失），及验算施工阶段，如构件制作、运输、堆放和吊装等工序中构件的强度和抗裂度。

预应力混凝土构件的施工方法
    1.先张法 >>>>先张法施工  
在混凝土灌筑之前，先将由钢丝钢绞线或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应力，并用锚具锚于台座两端支墩上,接着安装模板、构造钢筋和零件,然后灌筑混凝土并进行养护。当混凝土达到规定强度后，放松两端支墩的预应力筋，通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。先张法以采用长的台座较为有利，最长有用到一百多米的，因此有时也称作长线法。（左图:先张法施工现场）

2.后张法 >>>>后张法施工
先灌筑构件，然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件，然后安装模板和灌筑混凝土。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后，用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端，预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力，预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。水泥浆除起防腐作用外，也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。为了方便施工，有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力。（左图:后涨法施工现场）

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