項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性

1、項(xiàng)目四 混凝土結(jié)構(gòu)的適用性和耐久性任務(wù)1：撓度和裂縫寬度驗(yàn)算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)滿足兩種極限狀態(tài)要求，一是承載能力極限狀態(tài)，一是正常使用極限狀態(tài)。這是因?yàn)闃?gòu)件過大的撓度和裂縫會影響結(jié)構(gòu)的正常使用。例如，樓蓋構(gòu)件撓度過大，將造成樓層地面不平，或使用中發(fā)生有感覺的震顫；屋面構(gòu)件撓度過大會妨礙屋面排水；吊車梁撓度過大會影響吊車的正常運(yùn)行，等等。而構(gòu)件裂縫過大時(shí)，會使鋼筋銹蝕，從而降低結(jié)構(gòu)的耐久性，并且裂縫的出現(xiàn)和擴(kuò)展還會降低構(gòu)件的剛度，從而使變形增大，甚至影響正常使用。因此，受彎構(gòu)件除應(yīng)滿足承載力要求外，必要時(shí)還需進(jìn)行變形和裂逢寬度驗(yàn)算，以保證其不超過正常使用極限狀態(tài)，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性能及正常使用。【知

2、識鏈接】1.1 概述1、混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)其使用功能及外觀要求，按下列規(guī)定進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算：1）對需要控制變形的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行變形驗(yàn)算；2）對不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算；3）對允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行受力裂縫寬度驗(yàn)算；4）對舒適度有要求的樓蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行豎向自振頻率驗(yàn)算。2、對于正常使用極限狀態(tài)，鋼筋混凝土構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)分別按荷載的準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用的影響或標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用的影響，采用下列極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行驗(yàn)算：SCS正常使用極限狀態(tài)荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；C結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用要求所規(guī)定的變形、應(yīng)力、裂縫寬度和自振頻率等的限值。在本任務(wù)中，

3、我們主要來學(xué)習(xí)裂縫寬度和變形的驗(yàn)算。3、變形驗(yàn)算對于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，按荷載的準(zhǔn)永久組合，并考慮長期作用的影響計(jì)算。計(jì)算出的最大撓度f不應(yīng)超過規(guī)定的撓度限值，即混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的最大受彎構(gòu)件撓度限值按表1.4.1確定。表1.4.1 受彎構(gòu)件的撓度限值構(gòu)件類型 撓度限值 吊車梁 手動吊車 l0/500電動吊車 l0/600屋蓋、樓蓋及樓梯構(gòu)件 l07ml0/200（l0/250） 7ml09ml0/250（l0/300） l09ml0/300（l0/400） 注：表中l(wèi)0為構(gòu)件的計(jì)算跨度。計(jì)算懸臂構(gòu)件時(shí)，l0按實(shí)際懸臂長度的2倍取用；表中括號內(nèi)的數(shù)值適用于使用對撓度有較高要求的構(gòu)件；如果

4、構(gòu)件制作時(shí)預(yù)先起拱，且使用上也允許，則在驗(yàn)算撓度時(shí)，可將計(jì)算所得的撓度值減去起拱值；構(gòu)件制作時(shí)的起拱值不宜超過構(gòu)件在相應(yīng)的荷載組合作用下的計(jì)算撓度值。 4、裂縫控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件正截面的受力裂縫控制等級分為三級，等級劃分及要求應(yīng)符合下列規(guī)定：一級嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土不應(yīng)產(chǎn)生拉應(yīng)力。即其中，荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土拉應(yīng)力；抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力。二級一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，構(gòu)件受拉邊緣混凝土拉應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。即三級允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，按荷載的準(zhǔn)永久組合，并考慮長期作用影響的計(jì)算。計(jì)算出的最大裂

5、縫寬度Wmax不應(yīng)超過規(guī)定的裂縫寬度限值Wlim，即 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的最大裂縫寬度值按表1.4.2確定。表1.4.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度限值wlim環(huán)境類別 一 二a二b三a、三b 裂縫控制等級 三級 三級 三級 三級最大裂縫寬度限值wlim（mm） 0.3（0.4） 0.20.20.2注：對處于年平均相對濕度小于60%地區(qū)的一類環(huán)境下的受彎構(gòu)件，其最大裂縫寬度限值可采用括號內(nèi)的數(shù)值；在一類環(huán)境下，對鋼筋混凝土屋架、托架及需作疲勞驗(yàn)算的吊車梁，其最大裂縫寬度限值應(yīng)取為0.2mm；對鋼筋混凝土屋面梁和托架，其最大裂縫寬度限值應(yīng)取為0.30mm；對于煙囪、筒倉和

6、處于液體壓力下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其裂縫控制要求應(yīng)符合專門標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定；對處于四、五類環(huán)境下的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其裂縫控制要求應(yīng)符合專門標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定；表中的最大裂縫寬度限值用于驗(yàn)算荷載作用引起的最大裂縫寬度。1.2鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形驗(yàn)算一、鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的截面剛度1、鋼筋混凝土受彎構(gòu)件截面剛度的特點(diǎn)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件變形計(jì)算的實(shí)質(zhì)是剛度驗(yàn)算。在材料力學(xué)中，我們學(xué)習(xí)了受彎構(gòu)件撓度（變形）計(jì)算的方法。例如：簡支梁受均布荷載作用下梁的跨中最大撓度為：；簡支梁跨中一個(gè)集中荷載下的跨中最大撓度為：；懸臂梁受均布荷載作用下的自由端最大撓度為：   ；懸臂梁自由端受集中荷載作用下的

7、自由端最大撓度為：。其中EI為截面彎曲剛度，它是一常量。材料力學(xué)公式不能直接用來計(jì)算鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度。原因是，材料力學(xué)公式是在假想梁為理想的勻質(zhì)彈性體的基礎(chǔ)上建立起來的，而鋼筋混凝土既非勻質(zhì)材料，又非彈性材料（僅在混凝土開裂前呈彈性性質(zhì)），并且由于鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在使用階段一般已開裂，這些裂縫把構(gòu)件的受拉區(qū)混凝土沿梁縱軸線分成許多短段，使受拉區(qū)混凝土成為非連續(xù)體。可見，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件不符合材料力學(xué)的假定，因此撓度計(jì)算公式不能直接應(yīng)用。研究表明，鋼筋混凝土構(gòu)件的截面剛度為一變量，其特點(diǎn)可歸納為：隨彎矩的增大而減小。這意味著，某一根梁的某一截面，當(dāng)荷載變化而導(dǎo)致彎矩不同時(shí)，其彎曲剛度

8、會隨之變化。并且，即使在同一荷載作用下的等截面梁中，由于各個(gè)截面的彎矩不同，其彎曲剛度也會不同；隨縱向受拉鋼筋配筋率的減小而減??；荷載長期作用下，由于混凝土徐變的影響，梁的某個(gè)截面的剛度將隨時(shí)間增長而降低。影響受彎構(gòu)件剛度的因素有彎矩、縱筋配筋率與彈性模量、截面形狀和尺寸、混凝土強(qiáng)度等級等，在長期荷載作用下剛度還隨時(shí)間而降低。在上述因素中，梁的截面高度h影響最大。 2、剛度計(jì)算公式剛度分為短期剛度和長期剛度，計(jì)算撓度所用的剛度為長期剛度，長期剛度是以短期剛度為基礎(chǔ)計(jì)算而來的。1）短期剛度Bs鋼筋混凝土受彎構(gòu)件出現(xiàn)裂縫后，在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合作用下的截面彎曲剛度稱為短期剛度，用Bs表示。根據(jù)理

9、論分析和試驗(yàn)研究的結(jié)果，一般鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的短期剛度表達(dá)式為：（1.4.1）式中Es縱向受拉鋼筋的彈性模量；按表1.1.2采用；As縱向受拉鋼筋的截面面積；h0受彎構(gòu)件截面有效高度； 裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)， （1.4.2）當(dāng)計(jì)算出的0.2時(shí)，取0.2；當(dāng)1.0時(shí)，取=1.0；混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值； 按截面的“有效受拉混凝土截面面積” Ate計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率：As/Ate （1.4.3）對于受彎構(gòu)件，Ate按下式計(jì)算（圖1.4.1）： （1.4.4）當(dāng)計(jì)算出的0.01時(shí)，取=0.01。按荷載準(zhǔn)永久組合計(jì)算的鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受拉鋼筋的應(yīng)力： （1.4.5）Mq按荷載準(zhǔn)

10、永久組合計(jì)算的彎矩值； 鋼筋彈性模量Es與混凝土彈性模量Ec的比值，即E=Es/Ec；縱向受拉鋼筋配筋率； 受壓翼緣截面面積與腹板有效截面面積的比值： （1.4.6） 當(dāng)hf0.2h0時(shí)，取hf=0.2h0 。當(dāng)截面受壓區(qū)為矩形時(shí)，f=0。圖1.4.1 有效受拉混凝土面積Ate 計(jì)算圖2）長期剛度B前面已述及，在荷載長期作用下，構(gòu)件截面彎曲剛度將隨時(shí)間增長而降低。而實(shí)際工程中，總是有部份荷載長期作用在構(gòu)件上，因此，計(jì)算撓度時(shí)必須采用考慮荷載效應(yīng)的長期作用影響的剛度，即長期剛度，以B表示。 a）采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí) （1.4.7-1）b）采用荷載準(zhǔn)永久組合時(shí) （1.4.7-2）式中 Mq 按荷載的

11、準(zhǔn)永久組合計(jì)算的彎矩，取計(jì)算區(qū)段內(nèi)的最大彎矩值；Mk 按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的彎矩，取計(jì)算區(qū)段內(nèi)的最大彎矩值； 考慮荷載長期作用對撓度增大的影響系數(shù)，對鋼筋混凝土受彎構(gòu)件：當(dāng)=0時(shí)，取2.0；當(dāng)=時(shí)，取1.6；為中間數(shù)值時(shí)，按線性內(nèi)插法取用。此處為縱向受拉鋼筋的配筋率，；為縱向受壓鋼筋的配筋率，。對于翼緣位于受拉區(qū)的倒T形截面，值應(yīng)增大20%。長期剛度實(shí)質(zhì)上是考慮荷載長期作用部份使剛度降低的因素后，對短期剛度Bs進(jìn)行的修正。二、鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度計(jì)算 1、最小剛度原則如前所述，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件開裂后，其截面彎曲剛度是隨彎矩增大而降低的，因此，較準(zhǔn)確的計(jì)算方法似乎應(yīng)該將構(gòu)件按彎曲剛度大小分

12、段計(jì)算撓度，但這樣計(jì)算無疑會顯得十分繁瑣。為簡化計(jì)算，可取同號彎矩區(qū)段內(nèi)彎矩最大截面的彎曲剛度作為該區(qū)段的彎曲剛度，即：1） 在簡支梁中取最大正彎矩截面的剛度為全梁的彎曲剛度，見圖1.4.2；2） 在外伸梁、連續(xù)梁或框架梁中，則分別取最大正彎矩截面和最大負(fù)彎矩截面的剛度作為相應(yīng)正、負(fù)彎矩區(qū)段的彎曲剛度；當(dāng)計(jì)算跨度內(nèi)的支座截面剛度不大于跨中截面剛度的2倍或不小于跨中截面剛度的1/2時(shí)，該跨也可按等剛度構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，其構(gòu)件剛度可取跨中最大彎矩截面的剛度。很明顯，按這種處理方法所算出的彎曲剛度值最小，所以我們稱這種處理原則為“最小剛度原則”。圖1.4.2梁剛度分布圖2、撓度計(jì)算梁的彎曲剛度確定后，就

13、可以根據(jù)材料力學(xué)公式計(jì)算其撓度。但需注意，公式中的彎曲剛度EI應(yīng)以長期剛度B代替，公式中的荷載應(yīng)按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合取值，即 （1.4.8）式中f按“最小剛度原則”并采用長期剛度計(jì)算的撓度；與荷載形式和支承條件有關(guān)的系數(shù)。例如：簡支梁承受均布荷載作用時(shí)=5/48；簡支梁承受跨中集中荷載作用時(shí)=1/12；懸臂梁承受均布荷截作用時(shí)=1/4；懸臂梁受桿端集中荷截作用時(shí)=1/3。撓度驗(yàn)算是在承載力計(jì)算完成后進(jìn)行的。此時(shí)，構(gòu)件的截面尺寸、跨度、荷載、材料強(qiáng)度以及鋼筋配置情況都是已知的，計(jì)算出的最大撓度f，應(yīng)滿足： ff （1.4.9） 式中f 鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的撓度限值，按表1.4.1采用。 

14、當(dāng)不能滿足式（1.4.9）時(shí)，說明受彎構(gòu)件的彎曲剛度不足，應(yīng)采取措施后重新驗(yàn)算。理論上講，提高混凝土強(qiáng)度等級，增加縱向鋼筋的數(shù)量，選用合理的截面形狀（如形、形等）都能提高梁的彎曲剛度，但其效果并不明顯，最有效的措施是增加梁的截面高度。所以，我們優(yōu)先采用增加梁截面高度的辦法來提高梁的彎曲剛度，當(dāng)設(shè)計(jì)上構(gòu)件截面尺寸不能加大時(shí)，才考慮增加縱向受拉鋼筋截面面積或提高混凝土強(qiáng)度等級；對某些構(gòu)件還可以充分利用縱向受壓鋼筋對長期剛度的有利影響，在構(gòu)件受壓區(qū)配置一定數(shù)量的受壓鋼筋。此外，采用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件也是提高受彎構(gòu)件剛度的有效措施。1.3裂縫寬度驗(yàn)算一、裂縫的產(chǎn)生和開展1、裂縫產(chǎn)生的原因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂

15、縫根據(jù)其產(chǎn)生的原因不同可分為荷載裂縫、溫度裂縫、干縮裂縫、腐蝕裂縫、沉降裂縫等。1） 荷載裂縫結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形過大而產(chǎn)生的裂縫。一般多出現(xiàn)在構(gòu)件的受拉區(qū)域、受剪區(qū)域或振動嚴(yán)重等部位。產(chǎn)生的主要原因是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工錯(cuò)誤、承載能力不足、地基不均勻沉降等等。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需根據(jù)地基情況，靜、動荷載，環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。2）溫度裂縫由大氣溫度變化、周圍環(huán)境高溫的影響和大體積混凝土施工時(shí)產(chǎn)生的水化熱等因素造成，當(dāng)冷縮值大于混凝土極限拉伸值時(shí)混凝土就開裂。3）干縮裂縫這類裂縫一是由于材料缺陷引起的，研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，

16、其絕對體積減小，毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使混凝土產(chǎn)生毛細(xì)收縮，由此引起混凝土干縮，其值大于混凝土極限拉伸值時(shí)引起干縮裂縫。4）沉降裂縫現(xiàn)澆構(gòu)件因地基或砌體過大不均勻沉降，模板剛度不足、支撐間距大、支撐松動、過早拆模等，均可導(dǎo)致產(chǎn)生沉降裂縫。5）腐蝕裂縫由于有害離子Cl- ,SO42- ,Mg2+ 等侵入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕而使混凝土產(chǎn)生的后期膨脹裂縫。后四種裂縫，主要是采取相關(guān)構(gòu)造措施來解決，不需進(jìn)行裂縫寬度計(jì)算。以下所指的裂縫均指由荷載引起的裂縫。2、荷載裂縫的開展我們知道，混凝土的抗拉強(qiáng)度很低。當(dāng)構(gòu)件受拉區(qū)外邊緣混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度時(shí)，由于混凝土的塑性變形，尚不會馬上開裂

17、，但當(dāng)受拉區(qū)外邊緣混凝土在構(gòu)件抗彎最薄弱的截面達(dá)到其極限拉應(yīng)變時(shí)，就會在垂直于拉應(yīng)力方向形成第一批（一條或若干條）裂縫。由于混凝土具有離散性，因而裂縫發(fā)生的部位是隨機(jī)的。在裂縫出現(xiàn)瞬間，裂縫截面處混凝土退出工作，應(yīng)力降低為零，原來的拉應(yīng)力全部由鋼筋承擔(dān)，使鋼筋應(yīng)力突然增大。裂縫出現(xiàn)后，原來處于拉伸狀態(tài)的混凝土便向裂縫兩側(cè)回縮，混凝土與受拉縱向鋼筋之間產(chǎn)生相對滑移而使裂縫不斷開展。見圖1.4.3圖1.4.3裂縫的開展沿裂縫深度，裂縫的寬度是不相同的。鋼筋表面處的裂縫寬度大約只有構(gòu)件混凝土表面裂縫寬度的1/51/3。我們所要驗(yàn)算的裂縫寬度是指受拉鋼筋重心水平處構(gòu)件側(cè)表面上混凝土的裂縫寬度。二、裂縫

18、寬度計(jì)算的方法我們先來分析一下主要有哪些因素影響裂縫寬度，然后根據(jù)主要影響因素導(dǎo)出裂縫寬度的計(jì)算公式。1、影響裂縫寬度的主要因素縱向鋼筋的應(yīng)力。裂縫寬度與鋼筋應(yīng)力近似成線性關(guān)系；縱筋的直徑。當(dāng)構(gòu)件內(nèi)受拉縱筋截面相同時(shí)，采用細(xì)而密的鋼筋，則會增大鋼筋表面積，因而使粘結(jié)力增大，裂縫寬度變?。豢v筋表面形狀。帶肋鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較光面鋼筋大得多，可減小裂度寬度；縱筋配筋率。構(gòu)件受拉區(qū)混凝土截面的縱筋配筋率越大，裂縫寬度越??；保護(hù)層厚度。保護(hù)層越厚，裂縫寬度越大。 2、裂縫寬度計(jì)算公式鋼筋混凝土受彎構(gòu)件按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合或準(zhǔn)永久組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度計(jì)算公式為： （1.4.10） （1.4.11

19、）式中Cs最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離，當(dāng)Cs20mm時(shí)，取Cs=20mm；當(dāng)Cs65mm時(shí)，取Cs=65mm； 受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑，當(dāng)受拉區(qū)縱向鋼筋為一種直徑時(shí)，；受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù)帶肋鋼筋，取=1.0；光面鋼筋，取 =0.7； 受拉區(qū)第 i 種縱向鋼筋的根數(shù)； 受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的公稱直徑。對于直接承受吊車荷載但不需做疲勞驗(yàn)算的吊車梁，因吊車滿載的可能性很小，計(jì)算出的最大裂縫寬度可乘以系數(shù)0.85。裂縫寬度驗(yàn)算是在承載力計(jì)算完成后進(jìn)行的。此時(shí)，構(gòu)件的截面尺寸、跨度、荷載、材料強(qiáng)度以及鋼筋配置情況都是已知的，計(jì)算出的最大裂縫寬度，應(yīng)滿足： （1.4.

20、12）式中鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的最大裂縫寬度限值，按表1.4.2采用。 如果裂縫寬度不滿足規(guī)范要求，那么我們需要采取減小裂縫寬度的措施。3、減小裂縫寬度的措施增大鋼筋截面積；在鋼筋截面面積不變的情況下，采用較小直徑的鋼筋；采用變形鋼筋；提高混凝土強(qiáng)度等級；增大構(gòu)件截面尺寸；減小混凝土保護(hù)層厚度。其中，采用較小直徑的變形鋼筋是減小裂縫寬度最有效的措施。需要注意的是，混凝土保護(hù)層厚度應(yīng)同時(shí)考慮耐久性和減小裂縫寬度的要求。除結(jié)構(gòu)對耐久性沒有要求，而對表面裂縫造成的觀瞻有嚴(yán)格要求外，不得為滿足裂縫控制要求而減小混凝土保護(hù)層厚度。采取了相應(yīng)措施后再重新驗(yàn)算最大裂縫寬度，直到滿足規(guī)范要求。【任務(wù)實(shí)

21、施】工作任務(wù)1：簡支矩形截面梁的截面尺寸bh250mmX600mm，混凝土強(qiáng)度等級為C30，配置418縱向鋼筋（HRB400），8200的箍筋（HPB300），混凝土保護(hù)層c25mm，承受均布荷載，按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的跨中彎矩值Mk120kN·m，按荷載的準(zhǔn)永久組合計(jì)算的跨中彎矩值Mq80kN·m，梁的計(jì)算跨度l06.5m，撓度限值為l0/250。試驗(yàn)算撓度是否符合要求。解： ftk 2.01Nmm2 ，Es 2.0X105Nmm2 ，Ec3.0X104Nmm2， EsEc 2.0X1053.0X1046.67，h0600(25十18/28)二558mmAs1017mm2

22、 As/bh01017/250 X5580.007290.0136（因?yàn)榻孛鏋榫匦危?.89 X1013N·mm2采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)：（=0時(shí)，2.0）3.534X1013N·mm2采用荷載準(zhǔn)永久組合時(shí)：X1013N·mm2取小值，所以，梁的撓度值滿足規(guī)范要求。工作任務(wù)2：某辦公樓矩形截面簡支樓面梁，計(jì)算跨度l0=6.0m，截面尺寸b ×h =200 × 450 mm，承受恒載標(biāo)準(zhǔn)值gk=16.55kN/m（含自重），活荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk=2.7kN/m，縱向受拉鋼筋為325（HRB400），8200的箍筋（HPB300），混凝土強(qiáng)度等級為C25，

23、c=20mm。已知：=0.033，=162.9N/mm2，=0.885，裂縫寬度限值為0.3mm，試驗(yàn)算裂縫寬度。解：Es=2×105N/mm2，=1.0（1）計(jì)算受力鋼筋為變形鋼筋，且為同一種直徑，故=25/1.0=25mm（2）計(jì)算Cs、Cs20828mm任務(wù)中已給出：=0.033，=162.9N/mm2，=0.885（3）計(jì)算，并判斷裂縫是否符合要求 =0.16mm=0.3mm所以，裂縫寬度滿足要求。工作任務(wù)3：某教學(xué)樓簡支矩形截面梁的截面尺寸bh250mmX500mm，混凝土強(qiáng)度等級為C35，配置420縱向鋼筋（HRB400），10200的箍筋（HPB300），混凝土保護(hù)層c

24、20mm，承受跨中集中荷載，按荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的跨中彎矩值Mk150kN·m，按荷載的準(zhǔn)永久組合計(jì)算的跨中彎矩值Mq110kN·m，梁的計(jì)算跨度l06.0m，撓度限值為l0/250。試驗(yàn)算撓度是否符合要求。工作任務(wù)4：已知條件同工作任務(wù)3。裂縫寬度限值為0.3mm，試驗(yàn)算裂縫寬度是否滿足要求。任務(wù)2：預(yù)應(yīng)力混凝土一、鋼筋混凝土存在的問題鋼筋混凝土是由混凝土和鋼筋兩種物理力學(xué)性能不同的材料所組成的彈塑性材料?；炷量估瓘?qiáng)度及極限拉應(yīng)變值都很低，其抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/91/16?；炷恋臉O限拉應(yīng)變僅為0.1×10-30.15×10-3，即每米只能拉長

25、0.10.15mm，超過后就會出現(xiàn)裂縫。而鋼筋的極限拉應(yīng)變卻要大得多，約為0.01，即每米能拉長10mm，是混凝土的近100倍。由于混凝土的抗拉性能很差，使鋼筋混凝土存在兩個(gè)無法解決的問題：一是裂縫使構(gòu)件剛度降低。但在使用荷載作用下，鋼筋混凝土的受拉、受彎等構(gòu)件通常都是帶裂縫工作的。二是裂縫使構(gòu)件耐久性降低。從保證結(jié)構(gòu)耐久性出發(fā)，必須限制裂縫寬度，而且有的構(gòu)件因?yàn)榄h(huán)境或使用要求是不允許開裂的。為了要滿足變形和裂縫控制的要求，則需增大構(gòu)件的截面尺寸和用鋼量，這將導(dǎo)致自重過大，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度或承受動力荷載的結(jié)構(gòu)成為不可能或很不經(jīng)濟(jì)。從理論上講，提高材料強(qiáng)度可以提高構(gòu)件的承載力，從而達(dá)到

26、節(jié)省材料和減輕構(gòu)件自重的目的。但在普通鋼筋混凝土構(gòu)件中，提高鋼筋強(qiáng)度卻難以收到預(yù)期的效果。這是因?yàn)椋瑢ε渲酶邚?qiáng)度鋼筋的鋼筋混凝土構(gòu)件而言，承載力可能已不是控制條件，起控制作用的因素可能是裂縫寬度或構(gòu)件的撓度。對使用上不允許開裂的構(gòu)件，受拉鋼筋的應(yīng)力只能用到2030N/mm2，不能充分利用其強(qiáng)度。對使用上允許開裂的構(gòu)件，當(dāng)受拉鋼筋應(yīng)力達(dá)到250N/mm2時(shí)，裂縫寬度已達(dá)0.20.3mm，而目前縱向鋼筋普遍使用的是HRB400和HRB500級鋼筋，即屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)400 N/mm2和500 N/mm2。因此，要么裂縫過寬，要么鋼筋不能充分利用。而提高混凝土強(qiáng)度等級對提高構(gòu)件的抗裂性能和控制裂縫寬

27、度的作用是非常有限的。二、預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展早在19世紀(jì)80年代，西歐和北美的學(xué)者就開始預(yù)應(yīng)力混凝土的實(shí)驗(yàn)活動，并取得了一定成果。預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)入實(shí)用階段應(yīng)歸功于法國著名工程師艾弗瑞斯尼特。從50年代起，美國、加拿大、日本、澳大利亞等國也都引進(jìn)西歐技術(shù)，開始推廣預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。我國預(yù)應(yīng)力混凝土是隨著第一個(gè)五年計(jì)劃的開展,于50年代中期開始起步的。從80年代起，隨著高強(qiáng)鋼絲和高強(qiáng)鋼絞線生產(chǎn)的好轉(zhuǎn)，我國開始發(fā)展采用高強(qiáng)鋼材的預(yù)應(yīng)力混凝土，在工藝上采用有粘結(jié)、無粘結(jié)。在房屋建筑中，目前我國層數(shù)最多的預(yù)應(yīng)力工程是廣東國際大廈主樓，總計(jì)63層，采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)體系。面積最大的單體工程是首都國際機(jī)場新

28、航站樓，每層面積8.8萬平方米。除了大跨度建筑結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)還廣泛應(yīng)用于公路路面及橋梁、鐵路、海洋、水利、機(jī)場、核電站等工程之中。【知識鏈接】2.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理1、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理為了避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫過早出現(xiàn)，充分利用高強(qiáng)度鋼筋及高強(qiáng)度混凝土，可以設(shè)法在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受使用荷載前，預(yù)先對受拉區(qū)的混凝土施加壓力，使它產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力來減小或抵消荷載所引起的混凝土拉應(yīng)力，從而將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉應(yīng)力控制在較小范圍，甚至處于受壓狀態(tài)。也就是借助混凝土較高的抗壓能力來彌補(bǔ)其抗拉能力的不足，以推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，從而提高構(gòu)件的抗裂性能和剛度。預(yù)應(yīng)力的概念在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用頗

29、廣。盛水的木桶在使用前要用鐵箍把木板箍緊，就是為了使木塊受到環(huán)向預(yù)壓力，裝水后，只要由水產(chǎn)生的環(huán)向拉力不超過預(yù)壓力，就不會漏水。2、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的受力過程分析現(xiàn)以預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁的受力情況為例來分析，如圖1.4.4所示。1)在荷載作用之前，預(yù)先在梁的受拉區(qū)施加一對大小相等，方向相反的偏心預(yù)壓力F，使梁截面下邊緣混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力 (圖1.4.4（a ）)；2)當(dāng)外荷載作用時(shí)，截面下邊緣將產(chǎn)生拉應(yīng)力 (圖1.4.4（b）)；3)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1.4.4（c）)，也可能是壓應(yīng)力。也就是說，由于預(yù)壓應(yīng)力的作用，可部分抵消或全部抵消外

30、荷載所引起的拉應(yīng)力，因而延緩了混凝土構(gòu)件的開裂或者構(gòu)件不開裂。圖1.4.4預(yù)應(yīng)力梁的受力情況(a)壓力作用下；（b)荷載作用下；(c)預(yù)壓力與荷載共同作用下圖1.4.5 梁的荷載-撓度曲線對比圖圖1.4.5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(荷載撓度) 曲線對比圖。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)力梁的開裂荷載地Fpcr，大于鋼筋混凝土梁的開裂荷載Fcr；同時(shí)在相同的使用荷載作用下，前者并未開裂而后者已開裂，且前者的撓度小于后者的撓度；但兩者最終的破壞荷載基本相同。2.2 預(yù)應(yīng)力的分類1、根據(jù)預(yù)加應(yīng)力值大小對構(gòu)件截面裂縫控制程度的不同，預(yù)應(yīng)力

31、混凝土構(gòu)件分為全預(yù)應(yīng)力混凝土和部份預(yù)應(yīng)力混凝土兩類。1) 全預(yù)應(yīng)力混凝土：在使用荷載作用下，不允許截面上混凝土出現(xiàn)拉應(yīng)力的構(gòu)件，屬嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件；2) 部分預(yù)應(yīng)力混凝土：允許出現(xiàn)裂縫，但最大裂縫寬度不超過允許值的構(gòu)件，屬允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。此外，還有一種所謂限值預(yù)應(yīng)力混凝土或有限預(yù)應(yīng)力混凝土，一般也認(rèn)為屬于部分預(yù)應(yīng)力混凝土，即在使用荷載作用下，根據(jù)荷載效應(yīng)組合情況，不同程度地保證混凝土構(gòu)件不開裂的構(gòu)件，也就是說，按荷載長期組合作用時(shí)構(gòu)件受拉邊緣不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，但按荷載短期組合作用時(shí)構(gòu)件受拉邊緣允許出現(xiàn)不超過規(guī)定值的拉應(yīng)力，這種構(gòu)件屬一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件。可見，部分預(yù)應(yīng)力混凝土介

32、于全預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼筋混凝土兩者之間。2、按照粘結(jié)方式，預(yù)應(yīng)力混凝土分為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。1）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土：指全部或部分通過鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力將鋼筋所受到的拉力轉(zhuǎn)為混凝土的壓力，達(dá)到施加預(yù)加壓應(yīng)力目的的預(yù)應(yīng)力混凝土，如圖1.4.6。施工方法主要有先張法和后張法。2）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土：指配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋是將預(yù)應(yīng)力鋼筋的外表面涂以瀝清、油脂或其他潤滑防銹材料，以減小摩擦力并防銹蝕，并用塑料套管或以紙帶、塑料帶包裹，以防止施工中碰壞涂層，并使之與周圍混凝土隔離，而在張拉時(shí)可沿縱向發(fā)生相對滑移的后張預(yù)應(yīng)力鋼筋。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼

33、筋在施工時(shí)，像普通鋼筋一樣，可直接按配置的位置放入模板中，并澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后即可進(jìn)行張拉，如圖1.4.7。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土不需要預(yù)留孔道，也不必灌漿，因此施工簡便、快速，造價(jià)較低，易于推廣應(yīng)用。目前已在建筑工程中廣泛應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。圖1.4.6 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁鋼筋骨架圖1.4.7 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板鋪筋2.3預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)與鋼筋混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土具有以下特點(diǎn)：1、優(yōu)點(diǎn)1）抗裂性能較好。由于對構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，大大推遲了裂縫的出現(xiàn)，在使用荷載作用下，構(gòu)件可不出現(xiàn)裂縫，或使裂縫推遲出現(xiàn)。2）剛度較大。由于預(yù)應(yīng)力混凝土能延遲裂縫的出現(xiàn)和開展，并且受彎構(gòu)件要產(chǎn)生反拱，因而可

34、以減小受彎構(gòu)件在荷載作用下的撓度。3）耐久性較好。由于預(yù)應(yīng)力混凝土能使構(gòu)件不出現(xiàn)裂縫或減小裂縫寬度，因而可以減少大氣或侵蝕性介質(zhì)對鋼筋的侵蝕，從而延長構(gòu)件的使用期限。4）節(jié)省材料，減小自重。其結(jié)構(gòu)由于必須采用高強(qiáng)度材料，因此可減少鋼筋用量和構(gòu)件截面尺寸，節(jié)省鋼材和混凝土，降低結(jié)構(gòu)自重。既可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的，又可以擴(kuò)大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用范圍，例如可以用于大跨度結(jié)構(gòu)，代替某些鋼結(jié)構(gòu)。5）提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性。當(dāng)受壓構(gòu)件長細(xì)比較大時(shí)，在受到一定的壓力后便容易被壓彎，以致喪失穩(wěn)定而破壞。如果對鋼筋混凝土柱施加預(yù)應(yīng)力，使縱向受力鋼筋張拉得很緊，不但預(yù)應(yīng)力鋼筋本身不容易壓彎，而且可以幫助周圍的混凝土提高

35、抵抗壓彎的能力。另外，還可提高構(gòu)件的抗剪能力。試驗(yàn)表明，縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著構(gòu)件斜裂縫的出現(xiàn)與開展，又由于預(yù)應(yīng)力混凝土梁的曲線鋼筋（束）合力的豎向分力將部分地抵消剪力。亦可提高構(gòu)件的耐疲勞性能。因?yàn)榫哂袕?qiáng)大預(yù)應(yīng)力的鋼筋，在使用階段因加荷或卸荷所引起的應(yīng)力變化幅度相對較小，故此可提高抗疲勞強(qiáng)度，這對承受動荷載的結(jié)構(gòu)來說是很有利的。由于預(yù)應(yīng)力混凝土具有以上優(yōu)點(diǎn)，因而在工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。在工業(yè)與民用建筑中，屋面板、樓板、檁條、吊車梁、柱、墻板、基礎(chǔ)等構(gòu)配件，都可采用預(yù)應(yīng)力混凝土。2、缺點(diǎn)1）工藝較復(fù)雜，對質(zhì)量要求高，因而需要配備一支技術(shù)較熟練的專業(yè)隊(duì)伍。 2）需要有一定的專

36、門設(shè)備，如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備等。 3）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費(fèi)用較大，對構(gòu)件數(shù)量少的工程成本較高。需要指出，預(yù)應(yīng)力混凝土不能提高構(gòu)件的極限承載能力。也就是說，當(dāng)截面和材料相同時(shí)，預(yù)應(yīng)力混凝土與普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的承載能力基本相同，與受拉區(qū)是否施加預(yù)應(yīng)力無關(guān)。2.4施加預(yù)應(yīng)力的方法按照張拉鋼筋與澆筑混凝土的先后關(guān)系，施加預(yù)應(yīng)力的方法可分為先張法和后張法兩類。1.先張法先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后澆筑混凝土的施工方法，稱為先張法。先張法的張拉臺座設(shè)備，如圖1.4.8所示。 （a）設(shè)備組成（b）實(shí)例（c）圖解圖1.4.8 先張法先張法的主要工藝過程是：穿鋼筋張拉鋼筋澆筑混凝土并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)切斷鋼筋。預(yù)應(yīng)力

37、鋼筋回縮時(shí)擠壓縮凝土，從而使構(gòu)件產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。由于預(yù)應(yīng)力的傳遞主要靠鋼筋和混凝土間的粘結(jié)力，因此，必須待混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定值時(shí)（達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的75以上），方可切斷預(yù)應(yīng)力鋼筋。先張法的主要優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)工藝簡單，工序少，效率高，質(zhì)量易于保證，同時(shí)由于省去了錨具和減少了預(yù)埋件，構(gòu)件成本較低。先張法主要適用于工廠化大量生產(chǎn)，尤其適宜用于長線法生產(chǎn)中、小型構(gòu)件。2.后張法先澆筑混凝土，待混凝土硬化后，在構(gòu)件上直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，這種施工方法稱為后張法，如圖1.4.9。后張法的主要工藝過程是：澆筑混凝土構(gòu)件（在構(gòu)件中預(yù)留孔道，如圖1.4.9（a）并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)穿預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉鋼筋并用錨具錨固往孔道內(nèi)壓力灌漿

38、。鋼筋的回彈力通過錨具作用到構(gòu)件，從而使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。后張法的預(yù)壓應(yīng)力主要通過工作錨傳遞。張拉鋼筋時(shí)，混凝土的強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計(jì)值的75以上。 （a）實(shí)例（b）金屬波紋管（c）圖解圖1.4.9 后張法后張法的優(yōu)點(diǎn)是：預(yù)應(yīng)力鋼筋直接在構(gòu)件上張拉，不需要張拉臺座，因此后張法構(gòu)件既可以在預(yù)制廠生產(chǎn)，也可在施工現(xiàn)場生產(chǎn)。大型構(gòu)件在現(xiàn)場生產(chǎn)可以避免長途搬運(yùn)，故我國大型預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件主要采用后張法。后張法的主要缺點(diǎn)是：生產(chǎn)周期較長；需要利用工作錨錨固鋼筋，鋼材消耗較多，成本較高；工序多，操作較復(fù)雜，造價(jià)一般高于先張法。2.5張拉控制應(yīng)力1、概念：張拉控制應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力鋼筋在進(jìn)行張拉時(shí)所控制達(dá)到的最大

39、應(yīng)力值。其值為張拉設(shè)備（如千斤頂油壓表、系統(tǒng)主機(jī)，見圖1.4.10）所指示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積而得的應(yīng)力值，用表示。（a）張拉應(yīng)力控制現(xiàn)場（b）張拉應(yīng)力控制系統(tǒng)圖解圖1.4.10張拉應(yīng)力控制系統(tǒng)2、張拉控制應(yīng)力的確定由預(yù)應(yīng)力混凝土的原理可知，把張拉控制應(yīng)力取得高些，減去預(yù)應(yīng)力鋼筋的各種預(yù)應(yīng)力損失后，還會有較好的預(yù)壓效果。這不但可以提高構(gòu)件的抗裂性能和減小撓度，而且可以節(jié)約鋼材。因此，值適當(dāng)取高一些是有利的。但必須注意，值并不是取得越高越好。（1）在施工階段會使構(gòu)件的某些部位受到拉力（稱為預(yù)拉力）甚至開裂，對后張法構(gòu)件可能造成端部混凝土局壓破壞。 （2）構(gòu)件出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載值接近極限

40、承載力，使構(gòu)件在破壞前無明顯的預(yù)兆，構(gòu)件的延性較差。（3）為了減少預(yù)應(yīng)力損失，有時(shí)需進(jìn)行超張拉，有可能在超張拉過程中使個(gè)別鋼筋的應(yīng)力超過它的實(shí)際屈服強(qiáng)度，使鋼筋產(chǎn)生較大塑性變形或脆斷。由此可見，確定適當(dāng)?shù)闹?，對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。規(guī)范根據(jù)多年來國內(nèi)外設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力取值范圍如表1.4.3所規(guī)定，其中為預(yù)應(yīng)力鋼筋極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。表1.4.3張拉控制應(yīng)力限值鋼筋種類 張拉控制應(yīng)力限值消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線0.4/0.75中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲0.4/0.70預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋 0.5/0.85 注：下列情況，表中數(shù)值可提高0.05或

41、0.05： 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)力筋； 要求部分抵消由于應(yīng)力松馳、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因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。2.6預(yù)應(yīng)力損失1、什么是預(yù)應(yīng)力損失。由于張拉工藝和材料特性等原因，從張拉鋼筋開始直到構(gòu)件使用的整個(gè)過程中，經(jīng)張拉所建立起來的鋼筋預(yù)應(yīng)力因?yàn)楦鞣N原因?qū)е骂A(yù)應(yīng)力逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力損失會影響預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)壓效果，甚至造成預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的失效，因此，不僅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)正確計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失值，施工中也應(yīng)采取有效措施減少預(yù)應(yīng)力損失值。有效預(yù)應(yīng)力等于張拉控制應(yīng)力減去預(yù)應(yīng)力總損失值。預(yù)應(yīng)力總損失值按各種

42、損失分別計(jì)算并經(jīng)疊加而得，但不得小于：先張法構(gòu)件為100N/mm2，后張法構(gòu)件為80N/mm2。2、預(yù)應(yīng)力損失1）張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失該項(xiàng)損失是由于經(jīng)過張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋被錨固在臺座或構(gòu)件上以后，錨具、墊板與構(gòu)件之間的縫隙被壓緊，以及預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨具中的滑動，造成預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，用表示。它既發(fā)生于先張法構(gòu)件，也發(fā)生于后張法構(gòu)件中。減小該項(xiàng)損失的措施有：1）選擇變形小或預(yù)應(yīng)力筋滑動小的錨具、夾具，并盡量減少墊板的數(shù)量；2）對于先張法張拉工藝，選擇長的臺座。臺座長度超過100m時(shí)，可忽略不計(jì)。2）預(yù)應(yīng)力筋的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力筋的摩擦包括與孔道的摩擦、

43、與張拉端的摩擦、在轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦三種。與孔道的摩擦引起的摩擦損失，使預(yù)應(yīng)力隨距張拉端的距離的增加而減小，即離張拉端越遠(yuǎn)損失越大。當(dāng)孔道為曲線時(shí)，摩擦損失會更大。只發(fā)生在后張法構(gòu)件中。減少摩擦損失的措施有：1）采用兩端張拉；2）采用“超張拉”工藝。開始張拉并使張拉應(yīng)力達(dá)到1.05，并保持約2分鐘，然后再將張拉應(yīng)力減小到。3）混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失當(dāng)先張法構(gòu)件進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，隨著鋼筋溫度升高，其長度也增加（由于新澆混凝土尚未結(jié)硬，不能約束鋼筋長度的增長），而臺座長度固定不變，因此張拉后的鋼筋變松，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力降低。降溫時(shí)混凝土和鋼筋已粘結(jié)成整體，

44、二者一起回縮，鋼筋的應(yīng)力不能恢復(fù)到原來的張拉應(yīng)力值。這種預(yù)應(yīng)力損失只發(fā)生在采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的先張法構(gòu)件中。減少溫差損失的措施有：1)蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)采用兩次升溫養(yǎng)護(hù)，即第一次升溫至20，恒溫養(yǎng)護(hù)至混凝土強(qiáng)度達(dá)到710N/mm2 時(shí)，再第二次升溫至規(guī)定養(yǎng)護(hù)溫度。2)在鋼模上張拉，將構(gòu)件和鋼模一起養(yǎng)護(hù)。此時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋和臺座間不存在溫差，故0。4）預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松馳引起的預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松馳引起的預(yù)應(yīng)力損失實(shí)際上是鋼筋的應(yīng)力松馳和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失的統(tǒng)稱。所謂應(yīng)力松弛，是指鋼筋在高應(yīng)力作用下，當(dāng)長度保持不變時(shí)，應(yīng)力隨時(shí)間增長而逐漸減小的現(xiàn)象。而徐變則是指鋼筋在長期不變應(yīng)力作用下，應(yīng)變隨時(shí)間增長

45、而逐漸增大的現(xiàn)象。一般說來，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件最初幾天松馳是主要的。在最初的小時(shí)內(nèi)大約完成總松馳值的50，24小時(shí)內(nèi)可以完成80，以后逐漸減小。到后一階段，當(dāng)大部分預(yù)應(yīng)力損失出現(xiàn)后，則以鋼筋的徐變?yōu)橹?。既發(fā)生在先張法構(gòu)件中，也發(fā)生在后張法構(gòu)件中。減少的措施有：1)采用應(yīng)力松馳損失較小的鋼筋作預(yù)應(yīng)力鋼筋；2)采用“超張拉”工藝。5）混凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失收縮徐變損失是由于混凝土的收縮和徐變使構(gòu)件長度縮短，被張緊的鋼筋將會產(chǎn)生回縮而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失。此項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失是各項(xiàng)損失中最大的一項(xiàng)，在直線預(yù)應(yīng)力配筋構(gòu)件中約占總損失的50，在曲線預(yù)應(yīng)力配筋構(gòu)件中約占30左右。收縮徐變損失既發(fā)生在先張法構(gòu)

46、件中，也發(fā)生在后張法構(gòu)件中。減少此項(xiàng)損失的措施有：1)設(shè)計(jì)時(shí)盡量使混凝土壓應(yīng)力不要過高；2)采用高強(qiáng)度等級水泥，以減少水泥用量，同時(shí)嚴(yán)格控制水灰比；3)采用級配良好的骨料，增加骨料用量，同時(shí)加強(qiáng)振搗，提高混凝土密實(shí)性；4)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，使水泥水化作用充分，減少混凝土的收縮。有條件時(shí)宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。6）用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失該損失是由于構(gòu)件環(huán)形配筋時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋將混凝土局部壓陷，使構(gòu)件直徑減小而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。該損失只存在于直徑d3m的構(gòu)件，d3m時(shí)。只發(fā)生在后張法構(gòu)件中。2.7預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造措施一、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中鋼筋的布置1、預(yù)應(yīng)力鋼筋1

47、）布置形式預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置形式有兩種：直線布置和曲線布置（圖1.4.6至圖1.4.9）。直線布置主要用于跨度和荷載較小的情況，如預(yù)應(yīng)力混凝土板就是采用這種布置形式。直線布置的主要優(yōu)點(diǎn)是施工簡單，既可用于先張法構(gòu)件，又可用于后張法構(gòu)件。曲線布置多用于跨度和荷載較大的構(gòu)件，如預(yù)應(yīng)力混凝土梁就多采用這種布置形式。曲線布置一般用于后張法構(gòu)件。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋采用曲線布置時(shí)，其預(yù)應(yīng)力鋼絲束、鋼絞線束的曲率半徑不宜小于4m；對折線配筋的構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力鋼筋彎折處的曲率半徑可適當(dāng)減小。2）間距及孔道尺寸d為預(yù)應(yīng)力筋直徑d為孔道直徑圖1.4.11先張法預(yù)應(yīng)力筋間距要求圖1.4.12 后

48、張法孔道間距要求先張法構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絲的凈距（見圖1.4.11），應(yīng)根據(jù)澆灌混凝土、施加預(yù)應(yīng)力、鋼筋錨固等要求確定。預(yù)應(yīng)力鋼筋的凈距不宜小于其公稱直徑或等效直徑的2.5倍和混凝土粗骨料最大粒徑的1.25倍，且符合下列規(guī)定：預(yù)應(yīng)力鋼絲，不應(yīng)小于15mm；3股鋼絞線，不應(yīng)小于20mm；7股鋼絞線，不應(yīng)小于25mm。當(dāng)混凝土振搗密實(shí)必具有可靠保證時(shí)，凈距可放寬為最大粗骨料粒徑的1.0倍。后張法構(gòu)件中，現(xiàn)澆混凝土梁中預(yù)留孔道間的豎直方向的凈間距不應(yīng)小于1.0d（d為孔道外徑），水平凈間距不宜小于1.5d，且不應(yīng)小于粗骨料粒徑的1.25倍；從孔道外壁至構(gòu)件邊緣的凈間距，梁底不宜小于50mm，梁側(cè)不

49、宜小于40mm，見圖1.4.12。裂縫控制等級為三級的梁，梁底、梁側(cè)分別不宜小于60mm和50mm。預(yù)留孔道的內(nèi)徑宜比預(yù)應(yīng)力束外徑及需穿過孔道的連接器外徑大615mm，且孔道的截面積宜為穿入預(yù)應(yīng)力束截面積的3-4倍。凡制作時(shí)需預(yù)先起拱的構(gòu)件，預(yù)留孔道宜隨構(gòu)件同時(shí)起拱。3）混凝土保護(hù)層預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層厚度同鋼筋混凝土構(gòu)件。處于一類環(huán)境且由工廠生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑d，且板不小于15mm，梁不小于20mm。4）非預(yù)應(yīng)力鋼筋（1）縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋包括受力鋼筋和非受力鋼筋。當(dāng)通過對一部份縱向鋼筋施加預(yù)應(yīng)力已能使構(gòu)件符合裂縫控制要求時(shí)，承載力計(jì)算

50、所需的其余縱向鋼筋可采用非預(yù)應(yīng)力鋼筋。非預(yù)應(yīng)力受力鋼筋宜采用HRB335、HRB400和HRB500級鋼筋；箍筋宜采用HRB335、HRB400和HRB500級鋼筋，也可采用HPB300級鋼筋。為了防止受彎構(gòu)件制作、運(yùn)輸、堆放和吊裝時(shí)，在預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫或減小裂縫寬度，可在構(gòu)件預(yù)拉區(qū)配置一定數(shù)量的縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋。后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)拉區(qū)和預(yù)壓區(qū)中應(yīng)設(shè)置縱向非預(yù)應(yīng)力構(gòu)造鋼筋。這些非預(yù)應(yīng)力鋼筋一般布置在預(yù)應(yīng)力鋼筋的外側(cè)（圖1.4.13）。在無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件中，應(yīng)配置一定數(shù)量的縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋，以克服純無粘結(jié)受彎構(gòu)件只出現(xiàn)一條或少數(shù)幾條裂縫使混凝土壓應(yīng)變集中而引起脆性破壞的缺

51、點(diǎn)，還利于分散裂縫，改善受彎構(gòu)件的變形性能和提高正截面抗彎強(qiáng)度。圖1.4.13 后張法構(gòu)件縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋（2）箍筋預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的箍筋設(shè)置的構(gòu)造要求與普通鋼筋混凝土構(gòu)件基本相同。（3）附加鋼筋網(wǎng)片后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力鋼筋彎折處，應(yīng)加密箍筋或沿彎折處內(nèi)側(cè)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片。二、構(gòu)件端部加強(qiáng)措施1、先張法構(gòu)件為了防止切斷預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，構(gòu)件端部混凝土出現(xiàn)劈裂裂縫，應(yīng)對預(yù)應(yīng)力鋼筋端部周圍的混凝土采取下列局部加強(qiáng)措施：1） 對單根預(yù)應(yīng)力鋼筋，其端部宜設(shè)置長度不小于150mm且不小于4圈的螺旋筋（圖1.4.14（a）。當(dāng)有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)，亦可利用支座墊板上的插筋代替螺旋筋，但插筋數(shù)量不應(yīng)小于4根，其長

52、度不宜小于120mm， 預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)放置在插筋之間（圖1.4.14（b）。2）對分散布置的多根預(yù)應(yīng)力鋼筋，在構(gòu)件端部10d（d為預(yù)應(yīng)力鋼筋的公稱直徑）范圍內(nèi)，應(yīng)設(shè)置35片與預(yù)應(yīng)力鋼筋垂直的鋼筋網(wǎng)（圖1.4.14（c）。3）對采用預(yù)應(yīng)力鋼絲配筋的薄板，在板端100mm范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)加密板橫向鋼筋（圖1.4.14（d）。（a）端部螺旋筋（b）端部插筋（c）端部鋼筋網(wǎng)（d）端部橫向鋼筋圖1.4.14預(yù)應(yīng)力鋼筋端部加強(qiáng)措施2、后張法構(gòu)件1）采用普通墊板時(shí)，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行局部受壓承載力計(jì)算，并配置間接鋼筋，其體積配筋率不應(yīng)小于0.5%，墊板的剛性擴(kuò)散角應(yīng)取45°。2）局部受壓承載力計(jì)算時(shí)，局部壓力

53、設(shè)計(jì)值對有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件取1.2倍張拉控制力，對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土取1.2倍張拉控制力和fptkAp中的較大值。3）當(dāng)構(gòu)件在端部有局部凹進(jìn)時(shí)，為防止在施加預(yù)應(yīng)力過程中，端部轉(zhuǎn)折處產(chǎn)生裂縫，應(yīng)增設(shè)折線構(gòu)造鋼筋（圖1.4.15）或其他有效的構(gòu)造鋼筋。1折線構(gòu)造鋼筋；2豎向構(gòu)造鋼筋圖1.4.15構(gòu)件端部有局部凹進(jìn)時(shí)的構(gòu)造措施4）為了防止端部裂縫，在局部受壓間接鋼筋配置區(qū)以外，在構(gòu)件端部長度不小于截面重心上部或下部預(yù)應(yīng)力筋的合力點(diǎn)至鄰近邊緣的距離e的3倍、但不大于構(gòu)件端部截面高度h的1.2倍的附加配筋區(qū)范圍內(nèi)，應(yīng)均勻配置附加防劈裂箍筋或網(wǎng)片。1局部受壓間接鋼筋配置區(qū)；2附加防劈裂配筋區(qū)；3附加防

54、端面裂縫配筋區(qū)圖1.4.16防止端部裂縫的配筋范圍5）在預(yù)應(yīng)力鋼筋錨具下及張拉設(shè)備的支承處，應(yīng)設(shè)置預(yù)埋鋼墊板，并設(shè)置間接鋼筋和附加構(gòu)造鋼筋。三、外露金屬錨具后張法預(yù)應(yīng)力混凝土外露金屬錨具，應(yīng)采取可靠的防腐及防火措施，并應(yīng)符合下列規(guī)定：1、 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋外露錨具應(yīng)采用注有足量防腐油脂的塑料帽封閉錨具端頭，并應(yīng)采用無收縮砂漿或細(xì)石混凝土封閉。2、 采用混凝土封閉時(shí)，其強(qiáng)度等級宜與構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級一致，且不應(yīng)低于C30。封錨混凝土與構(gòu)件混凝土應(yīng)可靠粘結(jié)，如錨具在封閉前應(yīng)將周圍混凝土界面鑿毛并沖洗干凈，且宜配置1-2片鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)應(yīng)與構(gòu)件混凝土拉結(jié)。3、 采用無收縮砂漿或混凝土封閉保護(hù)時(shí)，其錨具

55、及預(yù)應(yīng)力筋端部的保護(hù)層厚度不應(yīng)小于：一類環(huán)境20mm，二a、二b類環(huán)境時(shí)50 mm，三a、三b類環(huán)境時(shí)80 mm?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010規(guī)定，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所用混凝土，其強(qiáng)度等級不宜低于C40，不應(yīng)低于C30。【任務(wù)實(shí)施】工作任務(wù)1：分析先張法和后張法分別會產(chǎn)生哪些預(yù)應(yīng)力損失？工作任務(wù)2：工地上采用后張法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件施工時(shí)，其端部可以采取哪些措施來保證不發(fā)生局部損壞？任務(wù)3：混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)能在自然和人為環(huán)境的化學(xué)和物理作用下，滿足在規(guī)定的設(shè)計(jì)工作壽命期內(nèi)不出現(xiàn)無法接受的承載力減小、使用功能降低和不能接受的外觀破損等的耐久性要求。結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和維修、適用條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在規(guī)定期限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力。對于一般建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工作壽命為