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第六节 预应力混凝土结构的基本知识
一、基本概念
预应力混凝土结构，是在结构承受外荷载前，预先对构件受拉区混凝土施加一个预压应力，以抵消或减少结构在荷载作用时产生的拉应力。
(一)预应力混凝土的优点
(1)提高了结构的抗裂性能;
(2)可以合理有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而减少截面尺寸，减轻结构自重，得到较好的技术经济指标;
(3)可以提高构件的刚度，减少变形;
(4)可以提高构件的抗疲劳性能;
(5)预应力技术可作为大跨度结构分段预制后的拼装手段;
(6)预应力技术可以调整结构的内力和变形，所以它成为各类结构修复和加固的主要技术措施;
( 7 )扩大了混凝土结构工程的应用领域。
(二)预应力混凝土的分类
(l)按施加预应力的大小来划分，可分为：全预应力混凝土、有限预应力混凝土、部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土结构。
(2)按预应力筋与混凝土之间有无粘结来划分，可分为：有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土结构。
二、施加预应力的方法
对混凝土施加预应力，一般是通过张拉钢筋(此筋称为预应力钢筋)，利用钢筋的回缩来挤压混凝土，使混凝土受到预压应力(同时预应力筋中也存在着预拉应力)。
根据钢筋受拉与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法和后张法两大类。
( 1 )先张法：首先在台座上张拉钢筋，然后浇筑混凝土;待混凝土养护达设计规定的强度等级时，再切断钢筋，钢筋回缩使混凝土获得预压应力。
( 2 )后张法：首先浇筑构件的混凝土;待混凝土养护达设计规定的强度等级时，将钢筋穿人预留孔道进行张拉并用锚具将钢筋锚固在构件上，使混凝土获得预压应力。
三、张拉控制应力和预应力损失
(一)张拉控制应力
张拉预应力钢筋时允许的最大张拉应力称为张拉控制应力，记为σcon。
张拉控制应力值：不宜超过表 4 -8 中的限值，σcon≥0.4fptk。
当符合下列情况之一时，表 4 -15 中的限值可提高 0 . 05 fptk 。
(1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内设置的预应力钢筋;
(2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。
(二)预应力损失值
( 1 )钢筋张拉完毕或经历一段时间后，钢筋中的张拉应力将逐渐降低，这种降低称为预应力损失。预应力损失会降低预应力效果(如构件的抗裂度和刚度降低)，若损失过大，甚至会起不到预应力的作用。所以在设计和施工中应尽可能地减少预应力损失。
( 2 )引起预应力损失的因素很多，目前规范规定计算的有如下 6 种预应力损失：
1 )张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的损失(σl1 ) ;
2 )预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失(σl2) ;
3 )混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间的温差所引起的损失(σl3) ;
4 )预应力钢筋的应力松弛引起的损失(σl4) ;
5 )混凝土的收缩和徐变引起的损失(σl5) ;
6 )用螺旋式预应力筋作配筋的环形结构，当直径 d 镇 3m 时，由于混凝土的局部挤压引起的损失(σl6)。
对计算求得的预应力总损失值，不得小于下列数值：
先张法构件： 100N / mm2
后张法构件： 80N / mm2
( 3 )预应力损失值的组合
预应力构件在各阶段的预应力损失值宜按表 4 -9 的规定进行组合。
四、预应力混凝土结构构件计算内容和其他
预应力混凝土结构构件，除应根据使用条件进行承载力计算及变形、抗裂、裂缝宽度和应力验算外，尚应按具体情况对制作、运输及安装等施工阶段进行验算。
当预应力作为荷载效应考虑时，其设计值在 《 混凝土结构设计规范 》 ( GB 50010-2002 )中的有关章节计算公式中给出。当预应力效应对结构有利时，对承载能力极限状态，预应力分项系数应取 1 . 0 ，不利时应取 1 . 2 ;正常使用极限状态，预应力分项系数应取 1 . 0 。