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第八章 预应力混凝土工程
混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件等，在各种荷载作用下，都存在受拉区。当荷载不是太大时，上述构件中将出现裂缝。
混凝土的极限抗拉应变值εctu大约为0.00015，则钢筋应力在开裂时的值约为:??
σs=Esεs=Esεctu=2×105×0.00015=30N/mm2
混凝土拉应变值为0.0001～0.00015mm，对应的钢筋应力20～30MPa。允许出现裂缝也只限制在0.2～0.3mm，此时对应150～250MPa。
HRB335级钢筋的屈服应力为340MPa，可见出现允许最大裂缝时，钢筋的抗拉强度仍未能发挥。
第一节 概述
钢筋混凝土构件的另一大缺点是不能采用高强度钢筋。
最后一点是：提高混凝土强度等级对构件抗裂性所起的作用也是极其有限的，因为各等级混凝土的极限抗拉应变相差不大；增加构件截面尺寸能提高抗裂性，但所需混凝土多，构件自重大。
联想：普通钢筋混凝土结构抗拉强度低的缺点使混凝土过早开裂，限制自身的发展。能否利用混凝土抗压强度高的特点来帮助抗拉呢？
预应力混凝土就是解决这一问题的有效方法。
一、预应力混凝土的定义
所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉区施加压应力，造成一种人为的应力状态。
　　当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，受拉区混凝土产生拉应力。因此，可推迟混凝土裂缝的出现和开展，以满足使用要求。这种在结构构件承受荷载以前预先对受拉区混凝土施加压应力的结构构件，就称为预应力混凝土构件。
　　如图1所示，一简支梁在承受外荷载之前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的集中力P,则构件各截面的应力分布如图1(a)，下边混凝土纤维的压应力为σpc；
　　仅在使用荷载作用下，梁跨中截面应力分布如图1(b)，跨中截面下边缘混凝土的拉应力为σt；
　　当两种应力状态相互叠加时（如图1(c)所示)，梁跨中下边缘的应力可能是数值很小的拉应力，也可能是压应力，甚至应力为零，视施加压力P和荷载的相对大小而定。
图1　预应力混凝土构件
二、预应力混凝土构件的优缺点
　预应力混凝土构件的抗裂性能远高于普通钢筋混凝土构件，增加了混凝土结构的使用范围；在使用荷载作用下一般不出现裂缝，构件的耐久性好、刚度大、变形也小；能充分利用高强度钢筋和高强度混凝土，减少了钢筋用量，截面小，减轻了构件自重，从而为混凝土结构用于大跨度结构创造了良好的条件；预应力技术的采用，也为装配式结构提供了良好的装配、拼装手段，可通过纵、横方向施加预应力钢筋，把装配式结构连成理想的整体。?
　　其主要缺点是施工设备要求高，施工较复杂，设计计算较繁。
三、预应力混凝土结构的材料
1.混凝土
预应力混凝土结构构件所用的混凝土，应满足下列要求：?
　　（1） 强度高。?
　　（2） 收缩、徐变小。?
　　（3） 快硬、早强。
　　选择混凝土强度等级时，应考虑施工方法（先张或后张）、构件跨度、使用情况（如有无振动荷载）以及钢筋种类等因素。 ?
　　
2.钢材
预应力结构构件所用的钢筋（丝）应满足下列要求?
　　（1） 强度高。
　　（2） 具有一定的塑性。
　　（3） 良好的加工性能。?
　　（4） 与混凝土之间有较好的粘结强度。特别是先张法构件。当采用光面高强钢丝时，表面应经“刻痕”或“压波”等措施处理后方能使用。
二、 预加应力的方法:
1、先张法 先张拉预应力筋，后浇筑混凝土的预应力混凝土生产方法。
2、后张法 先浇筑混凝土后张拉预应力筋的预应力混凝土生产方法。
3、有粘结
预应力筋沿全长均与周围混凝土相粘结。
4、无粘结 预应力筋沿全长与周围混凝土能发生相对滑动
三、应用
1、预应力楼板
桥梁、建筑、轨枕、电杆、桩、压力管道、贮罐、水塔等，而且也扩大应用到高层、高耸、大跨、重载与抗震结构、土木工程、能源工程、海洋工程、海洋运输等许多新的领域。
2、预应力桥面梁板斜拉索桥
3、原子反应堆压力容器
4、大悬臂结构
预应力轨枕
屋面板
1000T预应力箱梁吊装（杭州湾大桥）
杭州五塔双索面预应力混凝土斜拉桥
四、混凝土
——预应力混凝土要求采用高强混凝土
可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；
有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；
强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用
一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于C40。
先张法
后张法
后张法

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