預應力混凝土結構的設計要點，預應力混凝土結構設計關鍵要點解析

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應力混凝土結構的設計要點包括：合理布置預應力筋，確保其位置準確以優化結構受力性能；嚴格控制預應力張拉力度和錨固質量，保證預應力有效傳遞；考慮預加應力對構件的影響，提高抗裂性和剛度，減少裂縫出現；采用高強度材料，減少鋼筋用量和構件截面尺寸，降低自重；需關注結構的耐久性，確保在長期使用中保持穩定性和安全性。

預應力混凝土結構設計要點

一、基于原理的設計要點

預應力混凝土結構的設計原理基于彈性力學和混凝土強度理論，在設計過程中，需要考慮以下幾個關鍵因素：

預應力的施加方式：
- 先張法：在混凝土灌注之前，先將由鋼絲、鋼絞線或鋼筋組成的預應力筋張拉到某一規定應力，并用錨具錨于臺座兩端支墩上，接著安裝模板、構造鋼筋和零件，然后灌注混凝土并進行養護。當混凝土達到規定強度后，放松兩端支墩的預應力筋，通過粘結力將預應力筋中的張拉力傳給混凝土而產生預壓應力。先張法以采用長的臺座較為有利。先張法構件是通過預應力鋼筋與混凝土之間的粘結力傳遞預應力，適用于大批制作中小型構件，如預應力混凝土樓板、屋面板、梁等。
- 后張法：先澆筑構件，然后在構件上直接施加預應力。一般做法多是先安置后張預應力筋成孔的套管、構造鋼筋和零件，然后安裝模板和灌注混凝土。預應力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土達到強度后，用千斤頂將預應力筋張拉到要求的應力并錨于梁的兩端，預壓應力通過兩端錨具傳給構件混凝土。為了保護預應力筋不受腐蝕和恢復預應力筋與混凝土之間的粘結力，預應力筋與套管之間的空隙必須用水泥漿灌實。后張法構件是依靠其兩端錨具錨住預應力鋼筋并傳遞預應力的，適用于在施工現場制作大型構件，如預應力屋架、吊車梁、大跨度橋梁等。
預應力大小的確定：通過人為控制預壓力Np的大小可使梁截面受拉邊緣混凝土產生壓應力、零應力或很小的拉應力，以滿足不同的裂縫控制要求，從而改變普通鋼筋混凝土構件原有的裂縫狀態成為預應力混凝土受彎構件。

二、材料選擇要點

預應力鋼筋：
- 強度要高：預應力鋼筋的張拉應力在構件的整個制作和使用過程中會出現各種應力損失，如果所用的鋼筋強度不高，那么張力時所建立應力甚至會損失殆盡。
- 與混凝土有較好的粘結力：特別在先張法中，預應力鋼筋與混凝土之間必須有較高的粘結自錨強度。對一些高強度的光面鋼絲就要經過“刻痕”、“壓波”或“扭結”，使其形成刻痕鋼絲、波形鋼絲及扭結鋼絲，增加粘結力。
- 有足夠的塑性和良好的加工性能：鋼材強度越高，其塑性越低。鋼筋塑性太低時，特別當處于低溫和沖擊荷載條件下，就有可能發生脆性斷裂。良好的加工性能是指焊接性能好，以及采用鐓頭錨板時，鋼筋頭部鐓粗后不影響原有的力學性能等。
混凝土：一般采用高強度混凝土，以更好地與高強度鋼材配合，共同承受荷載，提高結構的強度和剛度等性能。

三、構造設計要點

錨具的設計與選擇：
- 錨塊錨塞型：由錨塊和錨塞兩部分組成，其中錨塊形式有錨板、錨圈、錨筒等，根據所錨鋼筋的根數，錨塞也可分成若干片。錨塊內的孔洞以及錨塞做成楔形或錐形，預應力鋼筋回縮時受到擠壓而被錨住。這種錨具可用于先張法錨固單根鋼絲或鋼絞線（如楔形錨具及錐形錨具），也可用于錨固后張法構件中的鋼絲束（雙層）。
- 螺桿螺帽型：圖8 - 5a用于粗鋼筋，圖8 - 5b用于鋼絲束。后者由錐形螺桿、套筒、螺帽、墊板組成，通過套筒緊緊地將鋼絲束與錐形螺桿擠壓成一體。預應力鋼筋或鋼絲束張拉完畢時，旋緊螺帽使其錨固。常用于后張法構件的張拉端，對于先張法構件或后張法構件的固定端同樣也可應用。
- 墩頭型錨具：有用于預應力鋼筋張拉端和固定端的不同類型，通常為后張法構件的鋼絲束所采用。
預留孔道的設計：
- 定位準確牢固：預留孔道的定位應準確、牢固，澆筑混凝土時不應出現移位或變形。
- 孔道平順通暢：要確保孔道平順通暢，端部的預埋墊板應垂直于孔道中心線。
- 密封良好：成孔用管道應密封良好，接頭應嚴密，不得漏漿。
- 合理設置灌漿孔、排氣兼泌水管和排水孔：灌漿孔的間距，對預埋金屬螺旋預埋管的不宜大于30m；對抽芯成型孔道不宜大于12m。在曲線孔道的曲線波峰位置應設置排氣兼泌水管，必要時在最低點設置排水孔。
- 固定管道的鋼筋馬凳間距合理設置：固定成孔管道的鋼筋馬凳間距，對鋼管不宜大于1.5m；對金屬螺旋管及波紋管不宜大于1.0m；對膠管不宜大于0.5m；對曲線孔道宜適當加密。

四、其他設計要點

預應力筋制作與安裝：
- 下料要求：預應力筋應采用砂輪鋸或切斷機切斷，不得采用電弧切割，以免電弧損傷預應力筋。預應力筋的下料長度應由計算確定，加工尺寸要求嚴格，以確保預加應力均勻一致。
- 防止損傷：
  - 施工過程中應防止電火花損傷預應力筋，對有損傷的預應力筋應予以更換。
  - 先張法預應力施工時應選用非油脂性的模板隔離劑，在鋪設預應力筋時嚴禁隔離劑沾污預應力筋。
  - 在后張法施工中，對于澆筑混凝土前穿入孔道的預應力筋，應有防銹措施。
  - 無粘結預應力筋的護套應完整，局部破損處采用防水塑料膠帶纏繞緊密修補好。
- 定位要求：
  - 無粘結預應力筋的定位應牢固，澆筑混凝土時不應出現移位和變形，端部的預埋墊板應垂直于預應力筋，內埋式固定端墊板不應重疊，錨具與墊塊應貼緊。
  - 預應力筋束形控制點的豎向位置偏差應符合規定。
  - 預應力筋的保護層厚度應符合設計及有關規范的規定。無粘結預應力筋成束布置時，其數量及排列形狀應能保證混凝土密實，并能夠握裹住預應力筋。
預應力筋張拉和放張要點：
- 安裝張拉設備時的要求：直線預應力筋，應使張拉力的作用線與孔道中心線重合；曲線預應力筋，應使張拉力的作用線與孔道中心線末端的切線重合。
- 混凝土強度要求：預應力筋張拉或放張時，混凝土強度應符合設計要求；當設計無具體要求時，不應低于設計的混凝土立方體抗壓強度標準值的75%。
- 遵循張拉力、張拉或放張順序及張拉工藝要求：張拉力及設計計算伸長值、張拉順序均由設計確定，在后張法施工中，確定張拉力應考慮后批張拉對先批張拉預應力筋所產生的結構構件彈性壓縮的影響，如應力影響較大時，可將其統一增加一定值。