二級注冊建筑師

混凝土結(jié)構(gòu)的基本知識

一、基本概念

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

(一)預(yù)應(yīng)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(shù)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(yù)應(yīng)力技術(shù)可作為大跨度結(jié)構(gòu)分段預(yù)制后的拼裝手段;

(6)預(yù)應(yīng)力技術(shù)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(fù)和加固的主要技術(shù)措施;

(7)擴大了混凝土結(jié)構(gòu)工程的應(yīng)用領(lǐng)域。

(二)預(yù)應(yīng)力混凝土的分類

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

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

二、施加預(yù)應(yīng)力的方法

對混凝土施加預(yù)應(yīng)力，一般是通過張拉鋼筋(此筋稱為預(yù)應(yīng)力鋼筋)，利用鋼筋的回縮來擠壓混凝土，使混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力(同時預(yù)應(yīng)力筋中也存在著預(yù)拉應(yīng)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(shè)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(yù)壓應(yīng)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(shè)計規(guī)定的強度等級時，將鋼筋穿人預(yù)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(yù)壓應(yīng)力。

三、張拉控制應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失

(一)張拉控制應(yīng)力

張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時允許的最大張拉應(yīng)力稱為張拉控制應(yīng)力，記為σcon。

張拉控制應(yīng)力值：不宜超過表4-8中的限值。消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、中強度預(yù)應(yīng)力鋼絲的張拉控制應(yīng)力值不應(yīng)小于0.4fptk;預(yù)應(yīng)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(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼筋;

(2)要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力鋼筋與張拉臺座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。

(二)預(yù)應(yīng)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(yīng)力將逐漸降低，這種降低稱為預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力損失會降低預(yù)應(yīng)力效果(如構(gòu)件的抗裂度和剛度降低)，若損失過大，甚至?xí)鸩坏筋A(yù)應(yīng)力的作用。所以在設(shè)計和施工中應(yīng)盡可能地減少預(yù)應(yīng)力損失。

(2)引起預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(shè)備之間的溫差所引起的損失(σl3);

4)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力損失值的組合

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

四、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算內(nèi)容和其他

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除應(yīng)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(yīng)力驗算外，尚應(yīng)按具體情況對制作、運輸及安裝等施工階段進行驗算。

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

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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