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1、1.预应力混凝土结构的基本原理及优缺点,钢筋混凝土结构混凝土抗拉强度低,在使用中存在如下两个问题：一是需要带裂缝工作，裂缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且不能应用于不允许开裂的结构中；二是无法充分利用高强材料的强度（在裂缝宽度范围内g=150-250Mpa）。为了克服混凝土抗拉强度低的（极限抗拉应变小）的缺点，引入预应力混凝土结构。一、预应力混凝土结构的基本原理 所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的混凝土。例如，对混凝土或钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分
2、布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。这种预先给混凝土引入内部应力的结构，就称为预应力混凝土结构。,以预应力混凝土简支梁为例，说明预应力混凝土结构的基本原理。如图111所示，在荷载作用之前，预先在梁的受压区施加偏心压力Ny,使梁下边缘混凝土产生预压应力hyx，梁上边缘产生预拉应力hys:上缘：hys Ny-Ny.e/(bh2/6)下缘：hyx Ny+Ny.e/(bh2/6)当外荷载P作用时，在梁跨中截面下边缘产生拉应力hx，梁上边缘产生压应hs:上缘：hsM/(bh2/6)下缘：hxM/(bh2/6)这样，在预
3、压力Ny和外荷载P共同作用下，梁上、下边缘总应力为上述两项应力的叠加：s=hys+hs x=hyx+hx 由此说明：由于预先给混凝土梁施加了预压应力，使混凝土梁在外荷载P作用下下边缘所产生的拉应力全部（或部分）抵消，因而可避免混凝土出现裂缝（或限制裂缝的大小），混凝土梁可以全截面参加工作。这就相当于改善了梁中混凝土的抗拉性能，而且可以达到充分利用高强钢材性能的目的。这就是预应力混凝土结构的基本原理。,二、预应力混凝土结构的优缺点 预应力混凝土结构具有下列主要优点：1、提高了构件的抗裂度和刚度。2、可以节省材料，减少自重。3、可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。4、结构质量安全可靠。施加预应力
4、时，钢筋(束)与混凝土都同时经受了 一次强度检验。5、预应力可作为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方 法的发展。预应力混凝土结构也存在着一些缺点：1、工艺较复杂，对施工质量要求甚高，因而需要配备一支技术较熟练的 专业队伍。2、需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。先张法需要有张 拉台座；后张法还要耗用数量较多、质量可靠的锚具等。3、预应力反拱度不易控制。它随混疑土徐变的增加而加大，如存梁时 间 过 久再进行安装，就可能使反拱度很大，造成桥面不平顺。,2.加筋混凝土结构的分类,一、预应力度的定义 公路桥规将预应力度定义为由预加应力大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩M的
5、比值，即 式 中：M0消压弯矩，也就是使构件控制截面受拉区边缘混凝土应力恰好为零时的弯矩；M使用荷载(不包括预加力)作用下控制截面的弯矩；预应力度。二、加筋混凝土结构的分类 我国根据国内工程习惯，将加筋混凝土结构按其预应力度分成全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土等三种结构。全预应力混凝土结构 沿预应力筋方向的正截面不出现拉应力，即 1。,部分预应力混凝土结构 沿预应力筋方向正截面出现拉应力或出现 不超过规定宽度的裂缝，即l0。钢筋混凝土结构 不预加应力的混凝土结构，即0。三、部分预应力混凝土构件的分类 为了设计的方便，公路桥规按照使用荷载作用下构件正截面混凝土的应力状态，又将部分预应
6、力混凝土构件分为以下两类：A类：构件正截面混凝土的法向拉应力，不超过下列规定的限值。对于受弯构件：荷载组合 I 时为（为混凝土抗拉标准强度）；荷载组合或组合III时为。（拉受限）B类：构件正截面混凝土的拉应力允许超过A类构件规定的限值。但当出现裂缝 时，其裂 缝宽度不得超过允许限值。（裂受限）,3.预加应力的方法和预应力混凝土结构的材料,一、预加应力的方法先张法：先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法 靠粘结力来传递并保持预加应力；后张法：先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张拉筋束的方法 靠工作锚具来传递和保持预加应力。二、预应力混凝土结构的材料 1.混凝土：强度高原因：对先张法构件可提高钢筋与混凝土之间的粘结力；对后张法构件可提高锚固端的局部承压承载力。公路桥规：预应力混凝土构件的混凝土标号不宜低于30号；当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土标号不宜低于40号。2.钢材：强度高原因：混凝土预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小；考虑到 构件在制作过程中会出现各种应力损失，因此需要采用较高的张拉应 力，这就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。,
