预应力混凝土预应力混凝土Contents概念1分类2材料3特性（抗震设计、耐久性、应力损失、应力腐蚀等）4预应力混凝土的定力混凝土的定义：根据需要人：根据需要人为地引入某一数地引入某一数值与分布的内与分布的内应力，用以部分或全部抵消外荷力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。力的一种加筋混凝土。为了更好的了解的了更好的了解的这一一概念，而后改概念，而后改为：根据需要人：根据需要人为地引入某一数地引入某一数值反向荷反向荷载，用以部分或全部抵消使用荷，用以部分或全部抵消使用荷载的一种的一种加筋混凝土。加筋混凝土。预应力混凝土的提出 1. 普通混凝土抗裂性很差普通混凝土抗裂性很差 混凝土的极限拉混凝土的极限拉应变应变很低，只有很低，只有0.00010.0015，这这时钢时钢筋筋应应力力仅仅2030N/mm2,另外提高混凝土的另外提高混凝土的强强度也不度也不明明显显 2. 高高强强材料得不到充分材料得不到充分应应用用 裂裂缝宽缝宽度一般度一般应应限制在限制在0.20.3mm以内，受拉以内，受拉钢钢筋筋应应力最高也只能达到力最高也只能达到150250N/mm2 3. 结结构自重大使用性能不好构自重大使用性能不好 如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大，负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大，很不经济、不合理、甚至是不可能的很不经济、不合理、甚至是不可能的 构件中若采用高构件中若采用高强强度度钢钢筋，将使筋，将使使用荷使用荷载载下下钢钢筋的工作筋的工作应应力提高很多，力提高很多， 挠挠度和裂度和裂缝宽缝宽度将度将远远远远超超过过允允许值许值!v 若拉区最大裂若拉区最大裂缝缝控制在控制在0.3mm以内的以内的话话，钢钢筋的拉力筋的拉力仅仅达达150250N/mm2,只只占高占高强强钢钢筋抗拉筋抗拉强强度度设计值设计值（10001300N/mm2）15%20% 不能充分利用高不能充分利用高强强钢钢筋的筋的强强度！度！ 借助于混凝土的抗借助于混凝土的抗压压强强度来度来补偿补偿其抗拉其抗拉强强度的不足，以推度的不足，以推迟迟受拉区混凝土的开裂？受拉区混凝土的开裂？即：在构件受外荷以前，使它先存在着一种即：在构件受外荷以前，使它先存在着一种应应力状力状态态（预预加加应应力），用以减小或抵消外力），用以减小或抵消外荷荷作用作用时产时产生的拉生的拉应应力？力？v实际上预加应力的概念在日常生活和生产实践实际上预加应力的概念在日常生活和生产实践中早有所应用。如：中早有所应用。如：预应力混凝土结构的基本原理预应力混凝土结构的基本原理v 所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土所谓预应力混凝土，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。适程度的混凝土。例如，对混凝土或钢筋混凝例如，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布规律，人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，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，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，就称为预应力给混凝土引入内部应力的结构，就称为预应力混凝土结构。混凝土结构。 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点v 预应预应力混凝土由于事先人力混凝土由于事先人为为地施加了一个地施加了一个预预加力，使其在受加力，使其在受力方面有力方面有许许多和普通混凝土多和普通混凝土结结构不同的特点。但是，正正常配筋构不同的特点。但是，正正常配筋范范围围内，内，预应预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组组成材料的成材料的性能有关，而与是否在受拉性能有关，而与是否在受拉钢钢筋中施加拉筋中施加拉应应力的影响很小。其破力的影响很小。其破坏弯矩坏弯矩值值与同条件下的普通与同条件下的普通钢钢筋混凝土的破坏弯矩筋混凝土的破坏弯矩值值几乎相同。几乎相同。这说这说明明预应预应力混凝土力混凝土结结构并不能构并不能创创造出超越其造出超越其 本身材料本身材料强强度能力度能力之外的奇迹，而只是大大地改善了之外的奇迹，而只是大大地改善了结结构在正常适用构在正常适用阶阶段的工作性段的工作性能。能。 原理分析原理分析v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。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hy 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。预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类1.按预应力的大小全部预应力部分预应力2.按施加应力方法先张法预应力后张法预应力自应力预应力3.按预应力筋的粘接状态有粘结预应力无粘结预应力4.按施工方法分为预制法预应力现浇法预应力叠合法预应力预应力混凝土材料预应力混凝土材料v钢筋的性能钢筋的性能强度高强度高较好的塑性、较好的塑性、可焊性。可焊性。 良好的粘结性。良好的粘结性。低松弛。低松弛。 预应力钢筋一直预应力钢筋一直处于高强受拉应力处于高强受拉应力超载情况下超载情况下发生脆性破断，发生脆性破断，同时还要求具有良好同时还要求具有良好的加工性能，的加工性能，提高与混凝土提高与混凝土粘结强度粘结强度减少预应力减少预应力损失损失7.2 预应力混凝土构件一般规定原因：预应力钢筋原因：预应力钢筋高应力状态高应力状态国内常用的预应力钢筋有钢筋、钢丝、钢绞线；国内常用的预应力钢筋有钢筋、钢丝、钢绞线；分为两大类：分为两大类：1无物理屈服点钢筋（丝）无物理屈服点钢筋（丝）（1）钢铰线）钢铰线 由多股（由多股（3或或7股）高强钢丝铰合而成，再经低温股）高强钢丝铰合而成，再经低温回火制成。回火制成。特点：钢铰线比单根钢丝直径大，但具有一定的柔性，施工方便且特点：钢铰线比单根钢丝直径大，但具有一定的柔性，施工方便且不降低强度。不降低强度。（2）消除应力钢丝）消除应力钢丝 经过低温回火处理的钢丝称为消除应力钢经过低温回火处理的钢丝称为消除应力钢丝。丝。解释：高碳钢经过多次冷拔，存在较大的内应力，需采用低温回火解释：高碳钢经过多次冷拔，存在较大的内应力，需采用低温回火来消除内应力。来消除内应力。在外形上分为：光面、刻痕及螺旋肋三种，用在外形上分为：光面、刻痕及螺旋肋三种，用p、I、H表示。表示。（3）热处理钢筋）热处理钢筋用热轧中碳钢经过调质热处理后制成的高强度用热轧中碳钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋。钢筋。 特点：具有强度高、松弛小等特点，以圆盘形式供应，省掉对焊和特点：具有强度高、松弛小等特点，以圆盘形式供应，省掉对焊和整直等工序，施工方便。整直等工序，施工方便。v2有物理屈服点有物理屈服点钢钢筋筋 冷拉低合金冷拉低合金钢钢采用采用热轧钢热轧钢筋筋经经冷拉后得到。冷拉后得到。 特点：特点：钢钢筋筋经经冷拉后屈服冷拉后屈服强强度提高，塑性有所降低。度提高，塑性有所降低。 钢钢筋冷拉后筋冷拉后可以提高抗拉可以提高抗拉强强度，当度，当钢钢筋用于抗筋用于抗压时压时，其，其强强度并不提高。度并不提高。 规规范提倡范提倡优优先采用先采用强强度高、性能好的度高、性能好的预应预应力力钢钢筋（筋（钢丝钢丝、钢铰线钢铰线）。）。注：注：钢钢筋冷拔后筋冷拔后则则同同时时提高抗拉及抗提高抗拉及抗压压强强度。度。补充：钢筋的冷拉与冷拔补充：钢筋的冷拉与冷拔v1.钢筋的冷拉钢筋的冷拉 在常温下将有明显流幅的钢筋拉伸到强化阶段在常温下将有明显流幅的钢筋拉伸到强化阶段k点，然后卸载，点，然后卸载，卸载后钢筋将沿卸载后钢筋将沿k直线恢复到直线恢复到0，钢筋产生残余变形，钢筋产生残余变形00。如果再。如果再张拉，应力应变曲线，将沿张拉，应力应变曲线，将沿0kd变化，转折点高于冷拉前屈服点变化，转折点高于冷拉前屈服点b，但流幅不明显。，但流幅不明显。时效硬化冷拔后，若停留相当时间或高温作用后再张拉，曲线将沿0kk变化，转折点提高到k点。工程应用：一方面提高钢筋的屈服强度，同时钢筋的长度也延长了，从而达到节约钢材的目的。v2钢筋的冷拔钢筋的冷拔 将直径为将直径为68mm的钢筋在常温下通过比的钢筋在常温下通过比自身直径小自身直径小0.51mm的钨金拔丝模冷拔而的钨金拔丝模冷拔而成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提高钢筋的强度高钢筋的强度v规范规定：预应力砼结构强度等级不宜低规范规定：预应力砼结构强度等级不宜低于于C30，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力砼结构强度等级不宜低于预应力砼结构强度等级不宜低于C40。混凝土性能混凝土性能高强度高强度 收缩小、徐变小收缩小、徐变小快硬、早强快硬、早强 7.2 预应力混凝土构件一般规定截面形状和尺寸截面形状和尺寸通常是：通常是：梁高梁高 h = (1/20 1/14) l 0， 也可取非预应力梁高的也可取非预应力梁高的70%左右；左右；梁腹宽梁腹宽 b = (1/10 1/6)h （宜小些）（宜小些）一般情况，截面的宽高比宜小，翼缘和腹板的厚一般情况，截面的宽高比宜小，翼缘和腹板的厚度也不宜大。度也不宜大。v 预预加加应应力的方法力的方法 根据根据预应预应力筋力筋张张拉拉时间时间的先后，的先后，习惯习惯上把上把预预加加应应力方法分力方法分为为v先先张张法法v后后张张法法v同同张张法法先张法施工先张法施工（a)钢筋就位钢筋就位(b)张拉钢张拉钢筋，并临时筋，并临时固定，然后固定，然后浇混凝土浇混凝土（c)养护后，养护后，切断放松钢切断放松钢筋筋1.主要张拉程序：先在台座上按规定设计要求主要张拉程序：先在台座上按规定设计要求 将钢筋张拉到控制将钢筋张拉到控制应力应力并用锚具临时固定并用锚具临时固定浇注浇注 砼砼待砼达到设计强度待砼达到设计强度75%以上切断放松钢筋。以上切断放松钢筋。2.主要张拉程序：先在台座上按规定设计要求主要张拉程序：先在台座上按规定设计要求 将钢筋张拉到控制将钢筋张拉到控制应力应力并用锚具临时固定并用锚具临时固定浇注浇注 砼砼待砼达到设计强度待砼达到设计强度75%以上切断放松钢筋。以上切断放松钢筋。3.特点：施工简单、靠粘结力自锚，不必耗费特制锚具特点：施工简单、靠粘结力自锚，不必耗费特制锚具 ，临时锚具，临时锚具可以重复使用（一般称工具式锚具或夹具），大批量生产时经济，可以重复使用（一般称工具式锚具或夹具），大批量生产时经济，质量稳定。使用于中小型构件工厂化生产。质量稳定。使用于中小型构件工厂化生产。 后张法（有粘结预应力）后张法（有粘结预应力）先浇砼，待砼达到设计强度先浇砼，待砼达到设计强度75%以上，再张拉钢筋（钢筋以上，再张拉钢筋（钢筋束）。束）。7.1 预应力混凝土的基本概念1 1 其主要张拉程序：为埋管制孔其主要张拉程序：为埋管制孔浇砼浇砼抽管抽管养护穿筋张拉养护穿筋张拉锚固锚固灌灌浆（防止钢筋生锈）。浆（防止钢筋生锈）。2 传力途径：依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹，使截面砼获得预压应力。传力途径：依靠锚具阻止钢筋的弹性回弹，使截面砼获得预压应力。3 特点：这种方法设备简单，不需要张拉台座，生产灵活，但需要可靠特点：这种方法设备简单，不需要张拉台座，生产灵活，但需要可靠的锚具及千斤顶，锚具用钢量大，适用大型构件的现场施工。的锚具及千斤顶，锚具用钢量大，适用大型构件的现场施工。这种做法钢筋与砼结为整体称为有粘结力预应力砼。这种做法钢筋与砼结为整体称为有粘结力预应力砼。 有粘结力预应力砼有粘结力预应力砼由于粘结力（阻力）的作用使得预应力钢筋拉应力降低，导致砼得到由于粘结力（阻力）的作用使得预应力钢筋拉应力降低，导致砼得到压应力降低，所以应设法减少这种粘结力。压应力降低，所以应设法减少这种粘结力。后张法无粘结预应力混凝土后张法无粘结预应力混凝土2.3.1 张拉程序：预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青油毡等润滑防腐材张拉程序：预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青油毡等润滑防腐材料料包上塑料护套或套管（预应力钢筋与砼不建立粘结力）包上塑料护套或套管（预应力钢筋与砼不建立粘结力）浇砼养护浇砼养护张拉钢筋张拉钢筋锚固锚固2.3.2 特点：施工时跟普通砼一样，将钢筋放入设计位置可以直接浇特点：施工时跟普通砼一样，将钢筋放入设计位置可以直接浇砼，不必要预留孔洞、穿筋、灌浆，简化施工程序，由于无粘结力预应力砼，不必要预留孔洞、穿筋、灌浆，简化施工程序，由于无粘结力预应力砼得到有效预压应力增大，降低造价，适用于跨度大（砼得到有效预压应力增大，降低造价，适用于跨度大（6m)的曲线配筋的的曲线配筋的梁体梁体无粘结预无粘结预应力束应力束无粘结的钢绞线是用防腐油脂涂在钢绞线表面，并用外塑料护套而成同张法同张法v1.张张拉工拉工艺艺：一般是利用膨：一般是利用膨胀胀水泥配制混凝土，使它水泥配制混凝土，使它在硬化在硬化过过程中不但不程中不但不发发生凝生凝缩缩，反而，反而发发生膨生膨胀胀。在混。在混凝土膨凝土膨胀胀的的时时候，配置在体中的候，配置在体中的预应预应力筋就被力筋就被张张拉，拉，而混凝土本身而混凝土本身则则由于膨由于膨胀胀受到受到钢钢筋的限制而同筋的限制而同时获时获得得预压应预压应力。力。v2 传传力途径：人力途径：人们们把把这这种依靠混凝土自身膨种依靠混凝土自身膨胀胀来来张张拉拉钢钢筋而筋而产产生的生的预应预应力。人力。人们们把把这这种依靠混凝土自身膨种依靠混凝土自身膨胀胀来来张张拉拉钢钢筋而筋而产产生的生的预应预应力叫做自力叫做自应应力，把采用力，把采用这这种方法的种方法的预应预应力混凝土叫做自力混凝土叫做自应应力混凝土。力混凝土。v 我国目前已采用自我国目前已采用自应应力混凝土大力混凝土大规规模生模生产产承插口管道，承插口管道，起最大直径已达起最大直径已达1200mm。1.先张法先张法张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压切断钢筋，混凝土预压预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递2.后张法后张法预应力由构件两端锚具实现预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆比较先、后张法比较先、后张法抗震设计抗震设计 1 混凝土混凝土结结构植筋的构植筋的锚锚固材料固材料应应采用快硬、采用快硬、 高高强强、 无收无收缩缩、 后期性能后期性能稳稳定的材料，定的材料， 并并应应具有可靠耐具有可靠耐火性能，火性能， 满满足建筑防火足建筑防火规规范的相范的相应应构件耐火极限要求。构件耐火极限要求。 2在弯曲屈服部位或抗震在弯曲屈服部位或抗震结结构出构出现较现较大非大非弹弹性性变变形的部位，形的部位， 植筋植筋锚锚固的使用固的使用应应慎重。慎重。 3 植筋植筋锚锚固区混固区混凝凝土除土除强强度要求外，度要求外， 混凝土有可混凝土有可靠的靠的横向横向约约束是必要条件。束是必要条件。 4 植筋植筋锚锚固固长长度的确定，度的确定， 应应依据可靠的考依据可靠的考虑虑多因多因素影响的素影响的试验试验确定确定钢钢筋筋锚锚固固长长度取度取值值， 如无可靠的如无可靠的试试验验依据依据还还是是应应按按现现行行规规范范规规定定值值采用。采用。耐久性耐久性v1 预应预应力混凝土力混凝土结结构的裂构的裂缝问题缝问题 近些年来，近些年来，钢钢材的材的强强度随着科技的度随着科技的进进步逐步提高，步逐步提高，为发为发展高效混展高效混凝土提供了凝土提供了现实现实基基础础。目前，。目前，预应预应力科学已被广泛力科学已被广泛应应用于土木，水利等工程中。同普通混凝土一用于土木，水利等工程中。同普通混凝土一样样，预应预应力混凝土在力混凝土在长长期的使用期的使用过过程中，其性能也会随着程中，其性能也会随着时间时间的推移而逐的推移而逐渐渐衰退，其衰退，其实质实质就是就是预应预应力混凝土力混凝土结结构的耐久性构的耐久性问题问题。施工技施工技术术等各方面的影响，可能等各方面的影响，可能产产生各种裂生各种裂缝缝，有些裂，有些裂缝缝甚至在投甚至在投入使用前就已入使用前就已经经出出现现。预应预应力混凝土力混凝土结结构常构常见见的裂的裂缝缝有横向裂有横向裂缝缝，纵纵向裂向裂缝缝，腹板斜裂，腹板斜裂缝缝，表，表面面龟龟裂等。裂等。 。耐久性耐久性 1横向裂横向裂缝缝横向裂横向裂缝缝多多发发生在运生在运营营期期间间，超，超载载等各种原因使等各种原因使预应预应力的力的损损失超失超过过设计预设计预想，都可能想，都可能导导致横向裂致横向裂缝缝的的发发生。此外，由于徐生。此外，由于徐变变上拱的上拱的发发生和生和发发展，在梁的上翼展，在梁的上翼缘缘也会也会产产生横向裂生横向裂缝缝，而且随着徐，而且随着徐变变的的发发展，而当展，而当桥桥上荷上荷载较载较大大时时，这这种裂种裂缝缝又会又会又会又会暂时闭暂时闭合。施工合。施工期期间间内出内出现现横向裂横向裂缝缝主要是控制不当，如底座下沉，施加主要是控制不当，如底座下沉，施加预应预应力力滞后，受到冲滞后，受到冲击击等。等。 2纵纵向裂向裂缝缝纵纵向裂向裂缝缝是是预应预应力梁最力梁最严严重的一种裂重的一种裂缝缝。首先，。首先，预应预应力筋力筋张张拉是拉是预预应应力力简简支梁支梁预预制制过过程最程最为为关关键键的一道工序，的一道工序，张张拉力拉力设计值设计值由由计计算算确定。确定。张张拉拉过过大，大，则则可能使梁体上翼可能使梁体上翼缘缘混凝土混凝土产产生生竖竖向裂向裂纹纹，下翼下翼缘产缘产生生。 3腹板斜裂缝腹板斜裂缝 一般来说，设计人员对正截面强度都比较重视，而一般来说，设计人员对正截面强度都比较重视，而往往忽视了斜截面强度或主拉应力在支座附近梁体下往往忽视了斜截面强度或主拉应力在支座附近梁体下部既有弯矩又有剪力，因弯矩产生的拉应力和因剪力部既有弯矩又有剪力，因弯矩产生的拉应力和因剪力产生的剪应力形成斜向的主拉应力，当主拉应力超过产生的剪应力形成斜向的主拉应力，当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，即产生与主拉应力相垂直的斜混凝土的抗拉强度时，即产生与主拉应力相垂直的斜向裂缝。向裂缝。 4表面龟裂表面龟裂 预应力构件在预制时容易产生龟裂，其原因除了由预应力构件在预制时容易产生龟裂，其原因除了由于混凝土配合比不合适，施工和易性控制不严格，个于混凝土配合比不合适，施工和易性控制不严格，个别部位混凝土浇筑不均匀外，还有钢筋保护层偏差大别部位混凝土浇筑不均匀外，还有钢筋保护层偏差大的影响。最常见的是养护过程中升降温过快的影响。最常见的是养护过程中升降温过快应力混凝土结构的应力腐蚀断裂应力混凝土结构的应力腐蚀断裂 金属金属应应力腐力腐蚀蚀断裂基本概念断裂基本概念 应应力腐力腐蚀蚀断裂是指金属断裂是指金属结结构在拉伸构在拉伸应应力和腐力和腐蚀环蚀环境的共同作用下引起的境的共同作用下引起的断裂。两者缺一不可，断裂。两者缺一不可， 相互促相互促进进，但并不是，但并不是简单简单加合。加合。应应力腐力腐蚀蚀断裂是危害最大的腐断裂是危害最大的腐蚀蚀形形态态之一，之一，产产生生这类这类腐腐蚀蚀必必须须同同时时具具备备几个条件：特定几个条件：特定环环境境(包括介包括介质质成分，成分，浓浓度，度，杂质杂质和温度和温度)，足，足够够大的拉伸大的拉伸应应力力(超超过过某极限某极限值值)，特定的合金成分和，特定的合金成分和组组织织(包括晶粒大小，晶粒取向，形包括晶粒大小，晶粒取向，形态态，相，相结结构；各构；各类类缺陷，加工状缺陷，加工状态态等等)，才能，才能产产生生应应力腐力腐蚀蚀断裂。断裂。总总之，之，应应力腐力腐蚀蚀是与是与环环境因素，力学因素和境因素，力学因素和冶金因素密切相关。冶金因素密切相关。 金属在无裂金属在无裂纹纹，无缺陷的情况下，无缺陷的情况下，应应力腐力腐蚀蚀断裂可分断裂可分为为三个三个阶阶段。段。萌生萌生阶阶段，即由于腐段，即由于腐蚀蚀引起的裂引起的裂纹纹或或蚀蚀坑坑阶阶段，也就是段，也就是导导致致应应力集中的力集中的裂裂纹纹源的孕育源的孕育阶阶段。接着段。接着为为裂裂纹发纹发展展阶阶段，即有裂段，即有裂纹纹源源 或或蚀蚀坑达到极限坑达到极限应应力力单单位面位面积积所能承受的最大荷所能承受的最大荷载为载为止的止的这这一一阶阶段。最后段。最后是失是失稳稳断裂断裂阶阶段。前一段。前一阶阶段受段受应应力影响很小，力影响很小，时间长时间长，约约占断裂占断裂时间时间的的90，后两，后两阶阶段段时间时间短，短，为总为总断裂的断裂的10。在有裂。在有裂纹纹 的情的情况况下，下，应应力腐力腐蚀蚀断裂断裂过过程只有裂程只有裂纹扩纹扩展展阶阶段和失段和失稳稳快速断裂两个快速断裂两个阶阶段。段。应力混凝土结构应力腐蚀的条件应力混凝土结构应力腐蚀的条件v (1)足足够够大的拉大的拉应应力力v根据金属腐根据金属腐蚀蚀学基本原理，金属材料在没有腐学基本原理，金属材料在没有腐蚀蚀的条件下，的条件下，对对于于光滑构件，只有当材料拉光滑构件，只有当材料拉应应力低于抗拉力低于抗拉强强度度时时才会才会发发生断裂。但生断裂。但在在应应力腐力腐蚀蚀条件下，同条件下，同样样材料在拉材料在拉应应力腐力腐蚀蚀条件下，同条件下，同样样在拉在拉应应力低于抗拉力低于抗拉强强度度时时，就会引起，就会引起应应力腐力腐蚀蚀裂裂纹纹的的产产生和生和发发展。展。v预应预应力混凝土力混凝土结结构中拉构中拉应应力可能是冷加工力可能是冷加工焊焊接或机械束接或机械束缚缚引起的引起的残余残余应应力，也可能是使用条件下的外加的，引起的力，也可能是使用条件下的外加的，引起的应应力腐力腐蚀蚀的拉的拉应应力力值值一般低于材料的屈服极限。一般低于材料的屈服极限。预应预应力筋力筋张张拉后在自身截面上拉后在自身截面上会建立一定拉会建立一定拉应应力，力，该该拉拉应应力大于其力大于其发发生生应应力腐力腐蚀蚀的的门槛应门槛应力。力。v (2)侵侵蚀蚀性介性介质质的存在的存在v尤其是腐尤其是腐蚀蚀介介质质，对产对产生生应应力腐力腐蚀蚀断裂十分必要，只有在一定合断裂十分必要，只有在一定合金和一定金和一定环环境的境的组组合情况下才能合情况下才能发发生生这类这类腐腐蚀蚀断裂。断裂。预应预应力混凝力混凝土土结结构中的高构中的高强强度度钢丝钢丝，钢绞线钢绞线属于低碳属于低碳钢钢，其在，其在NaOH水溶液，水溶液，醋酸水溶液，氨，碳酸醋酸水溶液，氨，碳酸盐盐和中碳和中碳盐盐溶液，海洋大气，工溶液，海洋大气，工业业大气，大气，浓浓硝酸，硝酸和硫酸混合酸介硝酸，硝酸和硫酸混合酸介质质中，有中，有发发生生应应力腐力腐蚀蚀断裂的可能断裂的可能v (3)金属的应力腐蚀敏感性金属的应力腐蚀敏感性v合金和含有合金和含有杂质杂质的金属比的金属比纯纯金属容易金属容易产产生生应应力腐力腐蚀蚀。预应预应力力钢钢筋筋含有多种化学成分，因此属于含有多种化学成分，因此属于应应力腐力腐蚀蚀敏感型金属。敏感型金属。v。v(4)预应预应力力钢钢筋表面存在局部缺陷筋表面存在局部缺陷v 预应预应力筋在拉力筋在拉应应力作用下，裂力作用下，裂缝缝一般是在引起局部腐一般是在引起局部腐蚀蚀的介的介质质中生核。中生核。钢丝钢丝，钢绞线钢绞线所有可能的缺陷及涂所有可能的缺陷及涂层层保保护护膜上的膜上的亚亚微微观观裂裂缝缝均可能是裂均可能是裂纹纹生核的地方，它生核的地方，它们显们显著的提高著的提高预应预应力筋在力筋在应应力力作用下的腐作用下的腐蚀倾蚀倾向。裂向。裂纹纹生核后，在裂生核后，在裂纹纹或或蚀蚀坑内部便出坑内部便出现现了了闭闭塞塞电电池腐池腐蚀蚀，并且裂，并且裂纹纹内部各内部各处处的介的介质浓质浓度也会有很大差度也会有很大差别别。腐。腐蚀蚀介介质质的的这这种不均匀性会种不均匀性会导导致裂致裂纹纹内部各内部各处处有不同的阴极极化曲有不同的阴极极化曲线线，从而使裂，从而使裂纹继续纹继续向向纵纵深深发发展。展。提提高混凝土高混凝土结结构耐久性的几点措施构耐久性的几点措施v 1. 预应预应力力结结构的裂构的裂缝缝控制控制v(1)改善混凝土材料的性能改善混凝土材料的性能v选选用干用干缩较缩较小的水泥品种，合理小的水泥品种，合理调调整混凝土的配合比，采用低水整混凝土的配合比，采用低水灰比，降低砂率，采用中粗砂，参合适量的外加灰比，降低砂率，采用中粗砂，参合适量的外加剂剂，如高效减水，如高效减水剂剂，减低收，减低收缩剂缩剂，膨，膨胀剂胀剂等。等。v(2)加加强强混凝土混凝土浇捣浇捣的控制和加的控制和加强强混凝土的养混凝土的养护护v在振在振捣过捣过程中既要确保混凝土的密程中既要确保混凝土的密实实，又要避免，又要避免过过度振度振捣捣。加。加强强喷喷水保湿养水保湿养护护，大面，大面积积混凝土暴露部位要覆盖上草袋，混凝土暴露部位要覆盖上草袋，对对于一些于一些重要的构件可以在其表面，重要的构件可以在其表面，喷喷盖一盖一层层防水薄膜。防水薄膜。v(3)结结构构设计时设计时，应应减少收减少收缩缩和温度和温度变变形的影响以及加大抵抗形的影响以及加大抵抗变变形的能力。适当加形的能力。适当加强强梁的腰部梁的腰部钢钢筋量以及增加板面筋量以及增加板面钢钢筋，以分散筋，以分散裂裂缝缝的作用和控制裂的作用和控制裂缝缝的的发发展，必要展，必要时设时设置后置后浇带浇带，分片，分片间间隔施隔施工。工。v(4)加加强强预应预应力混凝土构件的底模支撑力混凝土构件的底模支撑v做好支撑的地基土做好支撑的地基土处处理，以减小基理，以减小基础础的沉降量，支撑与其他非的沉降量，支撑与其他非预预应应力构件支撑的力构件支撑的联联系，在拆除系，在拆除侧侧模模时时要要db从事，防止从事，防止预应预应力构力构件底模支撑松件底模支撑松动动，禁止使用木支撑。，禁止使用木支撑。v2.提高混凝土的保提高混凝土的保护质护质量量v(1)设计时设计时适当加厚保适当加厚保护层护层厚度厚度v要防止要防止钢钢筋筋锈蚀锈蚀，设计时设计时可根据可根据规规范要求，适当加厚混凝土保范要求，适当加厚混凝土保护护层层厚度厚度(保保护层护层不宜太厚，否不宜太厚，否v则则构件有效高度减小，受力构件有效高度减小，受力时时将加大裂将加大裂缝宽缝宽度度)。v(2)在混凝土表面制在混凝土表面制备备防防护护涂涂层层v在混凝土表面制在混凝土表面制备备表面防表面防护护涂涂层层是防止混凝土腐是防止混凝土腐蚀蚀的有效方法，的有效方法，一般在混凝土完全养一般在混凝土完全养护护完完毕毕或或对对旧混凝土旧混凝土结结构的疏松空隙构的疏松空隙进进行表行表面面预处预处理后再理后再进进行，形成一行，形成一层层抗渗和耐久的防腐隔离抗渗和耐久的防腐隔离层层，能有效，能有效阻止腐阻止腐蚀蚀介介质质在混凝土使用在混凝土使用过过程中侵入，成程中侵入，成为为阻止腐阻止腐蚀蚀介介质进质进入入混凝土的一道防混凝土的一道防线线，同，同时时也起到美化也起到美化环环境的作用。混凝土表面涂境的作用。混凝土表面涂层层按作用机理分按作用机理分为为封封闭闭型和隔离型两大型和隔离型两大类类，工程，工程应应用用时时往往将封往往将封闭闭和隔离作用和隔离作用联联合起来使用，以加合起来使用，以加强强防防护护效果。混凝土表面涂效果。混凝土表面涂层层已越来越受到重已越来越受到重视视并在世界各国并在世界各国获获得普遍使用，除了有大量得普遍使用，除了有大量应应用用实实例和例和较长应较长应用用历历史外，又以法史外，又以法规规形式制定很多形式制定很多标标准，准，对对混凝土混凝土所所处处腐腐蚀环蚀环境分境分类类，涂，涂层设计层设计，施工工，施工工艺艺，涂，涂层层性能性能检测检测，甚至，甚至涂涂层层使用寿命等都使用寿命等都进进行行严严格的格的规规定。定。v防止预应力筋应力腐蚀断裂防止预应力筋应力腐蚀断裂v(1)减少腐蚀方面采取措施。首先，要选用质量好的预应力钢筋减少腐蚀方面采取措施。首先，要选用质量好的预应力钢筋材料，尽量避免预应力筋中含有对应力腐蚀敏感的金属材料。材料，尽量避免预应力筋中含有对应力腐蚀敏感的金属材料。v(2)设计时金属设备结构时要力求合理，尽量减小应力集中和避设计时金属设备结构时要力求合理，尽量减小应力集中和避免积存腐蚀介质；减少介质的腐蚀性，在介质中添加缓蚀剂，采免积存腐蚀介质；减少介质的腐蚀性，在介质中添加缓蚀剂，采用保护层和阴极保护可以防止或抑制金属的应力腐蚀。用保护层和阴极保护可以防止或抑制金属的应力腐蚀。预应力损失预应力损失v预应力结构中预应力筋的拉应力是一个不断变预应力结构中预应力筋的拉应力是一个不断变化的值。在预应力结构的施工及使用过程中，化的值。在预应力结构的施工及使用过程中，由于张拉工艺、材料特性以及环境条件的影响由于张拉工艺、材料特性以及环境条件的影响等原因，预应力筋中的拉应力是不断降低的。等原因，预应力筋中的拉应力是不断降低的。这种预应力筋应力的降低，即为预应力损失。这种预应力筋应力的降低，即为预应力损失。v满足设计需要的预应力筋中的拉应力，应满足设计需要的预应力筋中的拉应力，应是张拉控制应力扣除预应力损失后的有效预应是张拉控制应力扣除预应力损失后的有效预应力。因此，一方面需要预先确定预应力筋张拉力。因此，一方面需要预先确定预应力筋张拉时的初始应力时的初始应力(一般称为张拉控制应力一般称为张拉控制应力)，另一，另一方而要准确估算预应力损失值。方而要准确估算预应力损失值。1.锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1 v 当为直线型预应力钢筋时当为直线型预应力钢筋时v 式中式中 a张拉端锚具变形和钢筋回缩值；张拉端锚具变形和钢筋回缩值； v l张拉端至锚固端之间的距离。张拉端至锚固端之间的距离。v 减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有：v 选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数； v 对先张法构件，选择长台座。对先张法构件，选择长台座。2.预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失 l2式中 k考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数： x张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道 在纵轴上的投影长度， 预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数， 从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角当减少该项损失，可采取以下措施减少该项损失，可采取以下措施 对较长的构件可在两端对较长的构件可在两端进行张拉；进行张拉；采用超张拉，张拉程序可采用采用超张拉，张拉程序可采用： 当第一次张拉至当第一次张拉至1.1con时，预应力钢筋应力沿时，预应力钢筋应力沿EHD分布，分布，当张拉应力降至当张拉应力降至0.85con，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至分布，当再张拉至con时，钢筋应力时，钢筋应力沿沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至con的应力分布均匀，预应力损失要小一些。的应力分布均匀，预应力损失要小一些。 3.混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差 引起的损引起的损失失 l3 为为了了缩缩短短先先张张法法构构件件的的生生产产周周期期，混混凝凝土土常常采采用用蒸蒸汽汽养养护护办办法法。升升温温时时，新新浇浇的的混混凝凝土土尚尚未未结结硬硬，预预应应力力筋筋与与台台座座之之间间的的温温差差t使使钢钢筋筋受受热热自自由由伸伸长长，但但两两端端的的台台座座是是固固定定不不动动的的，即即距距离离保保持持不不变变，于于是是钢钢筋筋就就松松了了，钢钢筋筋的的应应力力降降低低；降降温温时时，预预应应力力钢钢筋筋与与混混凝凝土土已已黏黏结结成成整整体体，加加上上两两者者的的温温度度线线膨膨胀胀系系数数相相近近，二二者者能能够够同同步步回回缩缩，放放松松钢钢筋筋时时因因温温度度上上升升钢钢筋筋伸伸长长的的部部分分已已不不能能回回缩缩，因因而而产产生生了了温温差差损损失失。仅仅先先张张法法构构件件有有该该项损失。项损失。 l3=2t （N/mm2）7.3 预应力损失对应措施对应措施v采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5C10，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失; v 在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护，在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。 4钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失l4v钢钢筋的筋的应应力松弛是指力松弛是指钢钢筋在高筋在高应应力作用下及力作用下及钢钢筋筋长长度不度不变变条件下，条件下，其其应应力随力随时间时间增增长长而降低的而降低的现现象。象。 v钢钢筋筋应应力松弛有以下特点：力松弛有以下特点： v应应力松弛与力松弛与时间时间有关，开始快，以后慢；有关，开始快，以后慢； v应应力松弛与力松弛与钢钢材品种有关。冷拉材品种有关。冷拉钢钢筋、筋、热处热处理理钢钢筋的筋的应应力松弛力松弛损损失比碳素失比碳素钢丝钢丝、冷拔低碳、冷拔低碳钢丝钢丝、钢绞线钢绞线要小；要小；v张张拉控制拉控制应应力力con高，高，应应力松弛大。力松弛大。 v采用超采用超张张拉可使拉可使应应力松弛力松弛损损失有所降低。超失有所降低。超张张拉程序拉程序为为:v 因因为为在在较较高高应应力下持荷两分力下持荷两分钟钟所所产产生的松弛生的松弛损损失与在失与在较较低低应应力力下下经过较长时间经过较长时间才能完成的松弛才能完成的松弛损损失大体相当，所以失大体相当，所以经过经过超超张张拉拉后再后再张张拉至拉至con时时，一部分松弛，一部分松弛损损失已完成。失已完成。5. 混凝土的收缩徐变引起的预应力损失混凝土的收缩徐变引起的预应力损失l5 v混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。成预应力损失。 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 式中式中 pc, pc分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；筋合力点处混凝土法向压应力；fcucu施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般fcucu不等于不等于构件混凝土的立构件混凝土的立方体强度方体强度fcucu ，但要求，但要求 fcucu0.75 0.75 fcucu； 7.3 预应力损失， 受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的 配筋率配筋率。 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 式中式中 Ap ,Ap 分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配 筋的构件，取筋的构件，取，此时配筋率应按钢筋截面，此时配筋率应按钢筋截面 面积的一半进行计算；面积的一半进行计算； A A0 0 , ,A An n 分别为混凝土换算截面积、净截面面积。分别为混凝土换算截面积、净截面面积。 7.3 预应力损失6. 用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失引起的预应力损失l6 后后张张法法中中，当当D3m，l6=30MPa，当当D3m，不不考考虑虑该该项项损损失。此处失。此处D为环形构件的直径。为环形构件的直径。 （2）预应力损失值的组合）预应力损失值的组合 各阶段预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合 预应力损失值的组合 先张法构件 后张法构件 混凝土预压前（第一批）的损失l l1+l2+l3+l4 l1 +l2 混凝土预压后（第二批）的损失 l l5 l4+l5+l6 规范规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的损失为第一批损把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的损失为第一批损失失l，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失l 。7.3 预应力损失小结小结v1、 预应力混凝土结构是在结构构件受外荷载作用前，预应力混凝土结构是在结构构件受外荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预压应力状态用先人为地对它施加压力，由此产生的预压应力状态用于减小或抵消外荷载所产生的拉应力，达到推迟受拉于减小或抵消外荷载所产生的拉应力，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。区混凝土开裂的目的。v2、 预加应力的方法常见的有先张法和后张法。预加应力的方法常见的有先张法和后张法。v3、 先张法是通过钢筋与混凝土的粘结力来传递预压先张法是通过钢筋与混凝土的粘结力来传递预压应力的，而且要有一定的传递长度，为了使拉区混凝应力的，而且要有一定的传递长度，为了使拉区混凝土尽快得到有效预压应力，减少钢筋的回弹，要对端土尽快得到有效预压应力，减少钢筋的回弹，要对端部混凝土采取加强措施，以减小传递长度。部混凝土采取加强措施，以减小传递长度。v4、 对于后张法是依靠锚具传递预压应力，为了提高对于后张法是依靠锚具传递预压应力，为了提高锚具下混凝土的局部抗压强度，防止锚具下混凝土局锚具下混凝土的局部抗压强度，防止锚具下混凝土局部压坏，所以必须对锚具下混凝土进行有效计算并采部压坏，所以必须对锚具下混凝土进行有效计算并采取加强措施。取加强措施。3、由于、由于预应预应力混凝土是通力混凝土是通过张过张拉拉钢钢筋而使混凝土得到筋而使混凝土得到较较大的大的预应预应力，力，预应预应力力钢钢筋要筋要经经受受较较大的拉力，混凝土必大的拉力，混凝土必须须承受承受较较大的大的压压力，因而力，因而钢钢筋和混凝土筋和混凝土应应当采用当采用较较高高强强度的材料。度的材料。 4、张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制、张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制应力应力con其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不能过低。也不能过低。5、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。预预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。预应力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制应采取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定范围内。在一定范围内。