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第10章 预应力混凝土结构（第2页）

　　预应力混凝土构件除与普通钢筋混凝土构件一样需要按承载能力和正常使用两种极限状态进行计算外。还需验算施工阶段（制作、运输、安装）混凝土的强度和抗裂性能。因此，设计预应力混凝土构件时，计算内容包括下列几方面：

　　1。使用阶段

　　（1）承载力计算；

　　（2）抗裂、裂缝宽度验算；

　　（3）挠度验算。

　　2。施工阶段

　　（1）混凝土强度验算；

　　（2）抗裂验算。

　　10。2施加预应力的方法、预应力混凝土的材料与张拉机具

　　10。2。1施加预应力的方法

　　在构件上建立预应力的方法有多种，目前一般是通过张拉钢筋来实现的，也就是将张拉钢筋锚固在混凝土构件上，由于钢筋弹性回缩，就使混凝土受到压力。根据张拉钢筋与混凝土浇筑的先后关系，可将建立预应力的方法可分为先张法与后张法两大类。

　　1。先张法——张拉钢筋在浇灌混凝土之前（图10-4）

　　先张法生产有台座法和钢模机组流水法两种，它们是在专门的台座上或钢模上张拉钢筋，张拉后将钢筋用夹具临时固定在台座或钢模的传力架上，这时张拉钢筋所引起的反作用力由台座或钢模承受。然后在张拉好的钢筋周围浇捣混凝土，待混凝土养护结硬达到一定强度后（一般不低于设计的混凝土强度等级的75%，以保证预应力钢筋与混凝土之间具有足够的粘结力），然后从台座或钢模上切断或放松钢筋，简称放张。由于预应力钢筋的弹性回缩，就使得与钢筋粘结在一起的混凝土受到预压力，形成预应力混凝土构件。

　　在先张法构件中，预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递的。

　　先张法需要有专门的张拉台座或钢模机组，基建投资比较大，适宜于专门的预制构件厂制造大批量构件，如房屋的檩条，屋面板，空心楼板，码头的梁、板、桩，薄壳渡槽等。先张法可以用长线台座（台座长50～200m）成批生产，几个或十几个构件的预应力钢筋可一次张拉，生产效率高。先张法施工工序也比较简单，但一般常用于直线配筋，考虑台座的承载力施加的预应力也比较小，同时为了便于运输，所以只用于中小型构件。

　　图10-4先张法示意图

　　1—长线式固定台座；2—预应力钢筋；3—固定端夹具；4—千斤顶张拉钢筋示意；5—张拉端夹具；6—浇灌混凝土、养护；7—放张后预应力混凝土构件

　　先张法构件一般采用细钢丝（光圆钢丝、螺旋肋钢丝或刻痕钢丝）作为预应力钢筋。

　　2。后张法——张拉钢筋在浇灌混凝土之后（图10-5）

　　后张法是先浇筑好混凝土，并在预应力钢筋的设计位置上预留出孔道（直线形或曲线形），等混凝土达到一定强度（不低于设计的混凝土强度等级的75%）后，将预应力钢筋穿入孔道，并利用构件本身作为加力台座进行张拉，一边张拉钢筋，构件一边就被压缩。张拉完毕后，用锚具将钢筋锚固在构件的两端。然后在孔道内进行灌浆，以防止钢筋锈蚀并使预应力钢筋与混凝土更好地结成一个整体。钢筋内的预应力是靠构件两端的锚具传给混凝土的。

　　图10-5后张法示意图

　　1—浇灌混凝土、养护；2—预留孔道；3—灌浆孔（通气孔）；4—预应力钢筋；5—固定端锚具；6—千斤顶张拉钢筋，同时预压构件混凝土；7—张拉端锚具；8—压力灌浆（水泥浆）

　　后张法不需要专门台座，可以在现场制作，因此多用于大型构件。后张法的钢筋可根据构件受力情况布置成曲线形，但增加了留孔、灌浆等工序，施工比较复杂。所用的锚具要附在构件内，耗钢量较大。

　　后张法的预应力钢筋常采用钢绞线、钢丝束等。

　　10。2。2预应力混凝土结构构件的材料

　　在预应力混凝土结构构件中，对预应力钢筋有下列一些要求：

　　（1）强度高。预应力钢筋的张拉应力在构件的整个制作和使用过程中会出现各种应力损失。这些损失的总和有时可达到200nmm2以上，如果所用的钢筋强度不高，那么张拉时所建立的应力甚至会损失殆尽。

　　（2）与混凝土有较好的粘结力。特别是在先张法中，预应力钢筋与混凝土之间必须有较高的粘结自锚强度。对一些高强度的光圆钢丝就要经过“刻痕”、“压波”或“扭结”，使它形成刻痕钢丝、波形钢丝及扭结钢丝，增加粘结力。

　　（3）具有足够的塑性和良好的加工性能。钢材强度越高，其塑性（拉断时的延伸率）就越低。钢筋塑性太低时，特别当处于低温和冲击荷载条件下，就有可能发生脆性断裂。良好的加工性能是指焊接性能好，以及采用镦头锚板时，钢丝头部镦粗后不影响原有的力学性能等。

　　目前我国常用的预应力钢筋有钢丝、钢绞线、钢丝束、螺纹钢筋、钢棒等。

　　钢绞线是将多股平行的碳素钢丝按一个方向扭绞而成（图10-6）。用三根钢丝捻制的钢绞线（1x3），公称直径有6。2～12。9mm。用七根钢丝捻制的钢绞线（1x7），公称直径有9。5～17。8mm。钢绞线的极限抗拉强度标准值可达1960nmm2。钢绞线与混凝土粘结较好，应力松弛小，端部还可以设法镦粗；并且钢绞线比钢筋或钢丝束柔软，以盘卷供应，便于运输及施工。每盘钢绞线由一整根组成，如无特别要求，每盘长度一般大于200m。