1、第第1010章章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件预预 应应 力力 混混 凝凝 土土 结结 构构Prestressed Concrete Structure10.1 预应力混凝土的基本概念与分类10.1.1 预应力混凝土的概念 混凝土的抗拉强度太低混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，或者，导致受拉区混凝土过早开裂，或者裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。混凝土的极混凝土的极限拉应变约为限拉应变约为0.10.1510-3，钢筋弹性模量为钢筋弹性模量为2105N/mm2，则受拉钢筋的应力只能到则受拉钢筋的应力只能到2030N/mm2，不能
2、充分利用其强，不能充分利用其强度；对允许开裂的构件，当受拉钢筋的应力达到度；对允许开裂的构件，当受拉钢筋的应力达到250N/mm2，裂缝宽度已达裂缝宽度已达0.20.3mm。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。高强钢筋的使用，应力达高强钢筋的使用，应力达5001000N/mm2，裂缝宽度将很大，裂缝宽度将很大，无法满足使用要求。无法满足使用要求。预应力混凝土结构：就是在外荷载作用之前，先对混凝土预预应力混凝土结构：就是在外荷载作用之前，先对混
3、凝土预加压力，造成人为的应力状态。它所产生的预压应力能部分加压力，造成人为的应力状态。它所产生的预压应力能部分或全部抵消外荷载所引起的拉应力。这样在外荷载作用下，或全部抵消外荷载所引起的拉应力。这样在外荷载作用下，裂缝就能延缓或不致发生，即使发生了，裂缝的宽度也不会裂缝就能延缓或不致发生，即使发生了，裂缝的宽度也不会开展过宽。开展过宽。epNspcsctNqsct-spc0pcctsstkpcctfss0tkpcctfss由于预加应力由于预加应力s spc较大，受拉较大，受拉边缘仍处于受压状态，边缘仍处于受压状态，不会不会出现开裂；出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混受拉边缘应力虽然
4、受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的）的开裂明开裂明显推迟显推迟，裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。1928年法国杰出的土木工程师年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土。发明了预应力混凝土。预应力坝预应力混凝土结构的优缺点：预应力混凝土结构的优缺点：优点：延缓构件开裂，减小裂缝宽度；优点：延缓构件开裂，减小裂缝宽度；提高抗裂度和刚度；提高抗裂度和刚度；节约钢筋，减轻
5、自重，可建造大跨高层结构。节约钢筋，减轻自重，可建造大跨高层结构。缺点：施工工序多，技术要求高；缺点：施工工序多，技术要求高；需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用高；需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用高；开裂荷载与破坏荷载过于接近，破坏前的延性差。开裂荷载与破坏荷载过于接近，破坏前的延性差。优先采用预应力混凝土的结构：优先采用预应力混凝土的结构：要求裂缝控制等级较高的构件；要求裂缝控制等级较高的构件；大跨度或受力很大的构件；大跨度或受力很大的构件；对构件刚度和变形控制要求较高的结构构件。对构件刚度和变形控制要求较高的结构构件。10.1.2 预应力混凝土的分类截截面面控控制
6、制裂裂缝缝的的程程度度不不同同一级一级严格要求不出现裂缝的构件，要求构件受严格要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝土不产生拉应力拉边缘混凝土不产生拉应力二级二级一般要求不出现裂缝的构件，要求构件受一般要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝土的拉应力不超过混凝土抗拉强度拉边缘混凝土的拉应力不超过混凝土抗拉强度三级三级允许出现裂缝的构件，要求构件正截面最允许出现裂缝的构件，要求构件正截面最大裂缝宽度计算值不超过规定限值。大裂缝宽度计算值不超过规定限值。若按预应力钢筋与混凝土的粘结状况，可分为有粘结预应力若按预应力钢筋与混凝土的粘结状况，可分为有粘结预应力混凝土和无粘结预应力混凝土。混凝土
7、和无粘结预应力混凝土。有粘结预应力混凝土：预应力钢筋与周围的混凝土有可靠的有粘结预应力混凝土：预应力钢筋与周围的混凝土有可靠的粘结强度，使得预应力钢筋与混凝土在荷载作用下有相同的粘结强度，使得预应力钢筋与混凝土在荷载作用下有相同的变形。变形。无粘结预应力混凝土：预应力钢筋与周围的混凝土没有任何无粘结预应力混凝土：预应力钢筋与周围的混凝土没有任何的粘结强度。预应力钢筋的应力沿构件长度变化不大，若忽的粘结强度。预应力钢筋的应力沿构件长度变化不大，若忽略阻力影响则可以认为是相等的。略阻力影响则可以认为是相等的。无粘结预应力混凝土特点无粘结预应力混凝土特点 无粘结预应力混凝土的预应力钢筋有塑料套管或塑
8、料包膜包无粘结预应力混凝土的预应力钢筋有塑料套管或塑料包膜包裹；制作时不需预留孔道和灌浆；张拉工序简单，施工方便；裹；制作时不需预留孔道和灌浆；张拉工序简单，施工方便；破坏时钢筋应力仅为有粘结预应力钢筋的破坏时钢筋应力仅为有粘结预应力钢筋的7090。为了。为了综合考虑对其结构性能的要求，必须配置一定数量的有粘结综合考虑对其结构性能的要求，必须配置一定数量的有粘结的非预应力钢筋。用于水工建筑物较少。的非预应力钢筋。用于水工建筑物较少。先张法先张法10.2施加预应力的方法、预应力混凝土材料与张拉机具先张法在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法先张法在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法。预
9、应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。优点：用长线台座，批量生产，效率高；施工简单。优点：用长线台座，批量生产，效率高；施工简单。缺点：需要专门台座，基建投资较大；施加的预应力较小，用缺点：需要专门台座，基建投资较大；施加的预应力较小，用于中小构件。于中小构件。后张法后张法在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法称为后张法。在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法称为后张法。预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。优点：不需要专门台座，可现场制作，用于大型构件；优点：不需要专门台座，可现场制作，用于大型构件；缺点：需要留孔，灌
10、浆，施工复杂；锚具要附在构件内，耗钢缺点：需要留孔，灌浆，施工复杂；锚具要附在构件内，耗钢量大。量大。10.2.2 预应力混凝土材料混凝土混凝土1）强度高）强度高。预应力混凝土要求采用高强混凝土，可以施加较大的。预应力混凝土要求采用高强混凝土，可以施加较大的预压应力，有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；预压应力，有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；2）收缩、徐变小）收缩、徐变小，有利于减少收缩、徐变引起的预应力损失；，有利于减少收缩、徐变引起的预应力损失；3）快硬、早强。）快硬、早强。可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具
11、的周转率模具、夹具的周转率 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高，当采用高强钢丝时不低于强钢丝时不低于C40。预应力钢筋具有较高的抗拉强度预应力钢筋具有较高的抗拉强度。为避免在构件发生脆性破坏，预应力筋为避免在构件发生脆性破坏，预应力筋在拉断前具有一定的伸长率。在拉断前具有一定的伸长率。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。通常采用通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土粘结强度。方法来提高与混凝土粘结强度。钢材钢材我国目前常用的预应力钢材主要有：我国目前常用的预应力钢材主要有：钢绞线钢绞线钢丝
12、钢丝钢丝束等钢丝束等1、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用直径钢绞线是用直径56mm的高强钢丝捻制而成的一种高强预应的高强钢丝捻制而成的一种高强预应力筋，其中以力筋，其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，强度可高达，强度可高达1860MPa。无粘结预应力束无粘结预应力束2、钢丝、钢丝束、钢丝、钢丝束分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。分为冷拉钢丝和消除应力钢丝两种。外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种。外形分为光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种。极限抗拉强度标准值可达极限抗拉强度标准值可达1860N/mm2。在后张法构件中，当需要钢
13、丝的数量很多时，钢丝常成束布置，在后张法构件中，当需要钢丝的数量很多时，钢丝常成束布置，称为钢丝束。钢丝束就是将几根或几十根钢丝按一定规律排列，称为钢丝束。钢丝束就是将几根或几十根钢丝按一定规律排列，用钢丝扎在一起。排列方式有单根单圈、单根双圈、单束单圈等用钢丝扎在一起。排列方式有单根单圈、单根双圈、单束单圈等刻痕钢丝螺旋肋钢丝3、无粘结预应力钢筋、无粘结预应力钢筋分为无粘结预应力钢丝束和无粘结预应力钢绞线。它们用的钢丝分为无粘结预应力钢丝束和无粘结预应力钢绞线。它们用的钢丝与有粘结钢筋相同，所不同的是：无粘结预应力钢筋的表面必须与有粘结钢筋相同，所不同的是：无粘结预应力钢筋的表面必须涂刷油脂
14、，应用塑料管或塑料布带作为包裹层加以保护及形成可涂刷油脂，应用塑料管或塑料布带作为包裹层加以保护及形成可相互滑动的无粘结状态。相互滑动的无粘结状态。10.2.3 夹具和锚具夹具夹具：当预应力构件制成后能够取下重复使用的称为夹具；：当预应力构件制成后能够取下重复使用的称为夹具；锚具锚具：留在构件上不再取下的称锚具。：留在构件上不再取下的称锚具。二者均是依靠摩阻、握裹和承压锚固来夹住或锚住钢筋。二者均是依靠摩阻、握裹和承压锚固来夹住或锚住钢筋。对锚具的要求：对锚具的要求：（1）安全可靠，具有足够的强度和刚度；）安全可靠，具有足够的强度和刚度；（2）应使预应力钢筋在锚具内尽可能的不产生滑移；）应使预
15、应力钢筋在锚具内尽可能的不产生滑移；（3）构造简单，便于机械加工制作；）构造简单，便于机械加工制作；（4）使用方便，省材料，价格低。）使用方便，省材料，价格低。先张法夹具先张法夹具梳子板夹具梳子板夹具 螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具后张法锚具后张法锚具优点优点：操作简单，：操作简单，预应力钢筋基本不预应力钢筋基本不发生滑动；发生滑动；缺点缺点：对预应力钢：对预应力钢筋长度的精度要求筋长度的精度要求高，不能太长或太高，不能太长或太短。短。螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具锥形锚具锥形锚具优点优点：锚固多根平行钢丝束或钢绞线束；：锚固多根平行钢丝束或钢绞线束；缺点缺点：滑移大，不易保证每根应力均匀。：滑移大，不易
16、保证每根应力均匀。镦头锚具镦头锚具(a)张拉端 (b)分散式固定端(c)集中式固定端预应力靠镦头的承压力传到锚环，在依靠罗纹上的承压力传预应力靠镦头的承压力传到锚环，在依靠罗纹上的承压力传到螺帽，再经过垫板传到混凝土构件上。到螺帽，再经过垫板传到混凝土构件上。优点：锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便；缺点：对优点：锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便；缺点：对钢筋钢丝束的长度精度要求高。钢筋钢丝束的长度精度要求高。夹具式锚具夹具式锚具预应力靠摩擦力将预拉力传给预应力靠摩擦力将预拉力传给夹片，夹片依靠其斜面上的承夹片，夹片依靠其斜面上的承压力传锚环，再由锚环依靠承压力传锚环，再由锚环依靠承压力
17、传给构件。压力传给构件。10.3 张拉控制应力scon及预应力损失预应力钢筋在进行张拉时，所控制达到的最大应力值。其值为张拉预应力钢筋在进行张拉时，所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备（千斤顶油压表）所指示的设备（千斤顶油压表）所指示的总张拉力总张拉力除以预应力钢筋截面面除以预应力钢筋截面面积而得到的应力值，以积而得到的应力值，以s scon表示表示。它是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。张拉控制应力张拉控制应力s scon取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，抵消部分预应力损失，可以使预应力筋充分发挥
18、作用。越大，抵消部分预应力损失，可以使预应力筋充分发挥作用。但但s scon取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。应力松弛。因此，因此，规范规范规定了张拉控制应力限值规定了张拉控制应力限值s scon。张拉控制应力的大小与施加预应力的方法有关，先张法高于后张张拉控制应力的大小与施加预应力的方法有关，先张法高于后张法。法。先张法在台座上张拉钢筋，预应力钢筋中的拉应力就是张拉先张法在台座上张拉钢筋，预应力钢筋中的拉应力就是张拉控制应力控制应力s scon，施加后混凝土弹性回缩造成预应力筋拉力降低；，施加后混凝土弹性回缩造成预应力筋拉力
19、降低；后张法在混凝土构件上张拉钢筋，张拉的同时混凝土被压缩，张后张法在混凝土构件上张拉钢筋，张拉的同时混凝土被压缩，张拉控制应力已经扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。拉控制应力已经扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中s scon是以预应力是以预应力筋的标准强度给出的，且筋的标准强度给出的，且s scon可不受抗拉强度设计值的限制可不受抗拉强度设计值的限制。在下列情况下，在下列情况下，s scon可提高可提高0.05 f
20、ptk：为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内为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筋；设置的预应力筋；为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。失。为避免为避免s scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规范规定规定s scon不应小于不应小于0.4 fptk。10.1.7 预应力损失预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，原因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从s s
21、con逐步减少逐步减少，并经过相当长的，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。关键的问题。过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。利影响。q采取各种因素产生的预应力损失进行采取各种因素产生的预应力损失进行叠加的方法叠加的方法
22、求得总预应求得总预应力损失。力损失。6项预应力损失项预应力损失。由于预应力的通过张拉预应力筋得到，由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：主要有：锚固损失：锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。摩擦损失：摩擦损失：在预应力筋张拉过程中，后张法在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔预应力筋与孔道壁之间的摩擦道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会使张拉应力造成损失。的摩擦，也会使张拉应力造成损失
23、。温差损失：温差损失：先张法中的先张法中的热养护引起的温差损失。热养护引起的温差损失。松弛损失松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生会产生松弛松弛，会引起预应力损失。，会引起预应力损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。混凝土的收缩和徐变引起的损失。螺旋式预应力钢筋对混凝土的局部挤压损失螺旋式预应力钢筋对混凝土的局部挤压损失。1 1、预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失、预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失（简称锚固损失）（简称锚固损失）s sl1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形，锚具、垫板与预应
24、力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形，锚具、垫板与构件之间的缝隙被挤紧，以及钢筋在锚具中的滑移引起的预应力构件之间的缝隙被挤紧，以及钢筋在锚具中的滑移引起的预应力损失记为损失记为s sl1。slEla1sa张拉端锚具变形和钢筋内缩值张拉端锚具变形和钢筋内缩值(mm)；l张拉端与锚固端之间的距离张拉端与锚固端之间的距离(mm)；Es预应力钢筋的弹性模量。预应力钢筋的弹性模量。锚具变形和钢筋内缩值 a（mm）锚 具 类 别a支承式锚具（钢丝束镦头锚具等）：螺帽缝隙每块后加垫板的缝隙11锥塞式锚具（钢丝束的钢质锥形锚具等）5有顶压时5夹片式锚具无顶压时68减小减小s sl1的措施：选择锚具变形小或使
25、预应力钢筋内缩小的锚具、的措施：选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，并尽量少用垫板；增加台座长度。夹具，并尽量少用垫板；增加台座长度。2 2、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失s sl2 摩擦损失是指在摩擦损失是指在后张法后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的触的混凝土或套管混凝土或套管之间存在之间存在摩擦摩擦，引起，引起预应力筋应力预应力筋应力随距随距张拉张拉端距离端距离的的增加而逐渐减少增加而逐渐减少的现象。的现象。摩擦阻力由下述摩擦阻力由下述两个原因两个原因引起，分别计算，然后相加：引
26、起，分别计算，然后相加：1）张拉）张拉曲线预应力钢筋曲线预应力钢筋时，由预应力钢筋和孔道壁之间的法向时，由预应力钢筋和孔道壁之间的法向正压力引起的摩擦阻力；正压力引起的摩擦阻力；2）预留孔道）预留孔道因施工中某些原因发生凹凸因施工中某些原因发生凹凸，偏离设计值，预应力，偏离设计值，预应力钢筋和孔道壁之间将产生法向正压力而引起摩擦阻力。钢筋和孔道壁之间将产生法向正压力而引起摩擦阻力。ssskxconxlee111)(con2考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；x从张拉端至计算截面的孔道长度；从张拉端至计算截面的孔道长度；预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；预应力
27、钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角。从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角。2.0)(x若若)(con2ssxl钢丝束、钢绞线摩擦系数孔道成型方式预埋金属波纹管预埋钢管抽芯成型无粘结预应力钢绞线0.00150.00100.00150.00350.250.250.550.09注：1、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据实测数据确定；2、当采用钢丝束的钢质锥形锚具及类似形式锚具时，尚应考虑锚杯口处的附加摩擦损失，其值可根据实测数据确定；一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉减小减小s sl2的措施：的措施：1、对较长的构件两端进行张拉，计算中孔道长度
28、可按构、对较长的构件两端进行张拉，计算中孔道长度可按构件的一半长度计算，如下图件的一半长度计算，如下图(b)所示。所示。2、采用、采用超张拉超张拉(c)超张拉的程序为：超张拉的程序为：Step1:张拉端张拉端A超张拉超张拉10%，控制应力为，控制应力为1.1s scon，钢筋中的预应，钢筋中的预应力将沿力将沿EHD分布；分布；Step2：张拉端的张拉应力降低至：张拉端的张拉应力降低至0.85s scon，由于孔道与钢筋之，由于孔道与钢筋之间的反向摩擦，预应力沿间的反向摩擦，预应力沿FGHD分布；分布；Step3：张拉端：张拉端A再次张拉至再次张拉至s scon时，钢筋的预应力沿时，钢筋的预应力
29、沿CGHD分分布，预应力分布均匀，预应力损失小。布，预应力分布均匀，预应力损失小。停停2min1.1s scon0.85s scon停停2mins scon3 3、热养护损失、热养护损失s sl3混凝土加热养护时，受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之混凝土加热养护时，受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失。间的温差引起的预应力损失。为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。凝结硬化。升温时升温时，新浇混凝土尚未结硬新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的
30、，亦即钢筋长度不变，因此张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失s sl3。降温时降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，结作用，两者共同回缩，两者共同回缩，已产生预应力损失已产生预应力损失s sl3无法恢复无法恢复。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D D t，取钢筋的温，取钢筋的温度膨胀系数为度膨胀系数为110-5/，则有，则有，10153tEtEEltlEllEssss
31、sslDDDDs)/(2102101255mmNttDD减少减少s sl3的措施：的措施：1、采用两次升温养护，先在常温下养护，待到混凝土强度达到、采用两次升温养护，先在常温下养护，待到混凝土强度达到一定强度等级，在逐渐升温至规定的养护温度；一定强度等级，在逐渐升温至规定的养护温度；2、钢模上张拉预应力钢筋，将钢模与构件一同整体养护。、钢模上张拉预应力钢筋，将钢模与构件一同整体养护。4 4、预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失、预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失s sl4钢筋在高应力长期作用下其塑性变形具有随时间而增长的性质，钢筋在高应力长期作用下其塑性变形具有随时间而增长的性质，在钢筋长度保持
32、不变的条件下在钢筋长度保持不变的条件下，钢筋应力值随时间增长而逐渐，钢筋应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为降低，这种现象称为松弛松弛。另一方面，在钢筋应力保持不变的。另一方面，在钢筋应力保持不变的的条件下，应变随时间的增长而逐渐增大，这种现象称为的条件下，应变随时间的增长而逐渐增大，这种现象称为徐变。徐变。钢筋的松弛和徐变均将引起预应力钢筋中的应力的损失。钢筋的松弛和徐变均将引起预应力钢筋中的应力的损失。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。根据应力松弛的长期试验结果，根据应力松弛的长期试验结果，规范规范取取级松弛级松弛：普通预应力钢丝和钢绞
33、线普通预应力钢丝和钢绞线conptkconlfsss)5.0(4.04一次张拉一次张拉 11超张拉超张拉 0.90.9为超张拉系数为超张拉系数 级松弛：级松弛：低松弛预应力钢丝和钢绞线低松弛预应力钢丝和钢绞线当当s scon0.7fptk时，时，conptkconlfsss)5.0(125.04当当0.7fptk 3m时，时，s sl6=0DEDDDEEssssls2)2(610.1.8 预应力损失值的组合预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所损失是分批发生的。因此，应根
34、据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。产生的预应力损失。混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失s slI；混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失s slII。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。各阶段预应力损失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）损失slIsl1+sl2+sl3+sl4sl1+sl2混凝土预压后（第二批）损失slIIsl5sl4+sl5+sl6考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，生不利影响
35、，规范规范规定当总损失值规定当总损失值s sl=s slI+s slII小于下列数小于下列数值时，按下列数值取用：值时，按下列数值取用：先张法构件先张法构件 100N/mm2后张法构件后张法构件 80N/mm2混凝土弹性压缩引起的损失混凝土弹性压缩引起的损失s sle先张法构件放张时先张法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。应力筋应力降低。设混凝土预压应力在弹性范围，则根据钢筋与混凝土共同变形设混凝土预压应力在弹性范围，则根据钢筋与混凝土共同变形的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失s sle为
36、：为：pcEpccpleEEsss对后张法构件，当一次张拉对后张法构件，当一次张拉所有预应力筋时，无弹性压所有预应力筋时，无弹性压缩损失。缩损失。10.1.9 先张法构件预应力钢筋的传递长度先张法预应力混凝土构件预压应力是靠构件两端一定距离内钢先张法预应力混凝土构件预压应力是靠构件两端一定距离内钢筋和混凝土之间的粘结力来传递的，传递必须通过一定的传递筋和混凝土之间的粘结力来传递的，传递必须通过一定的传递长度才能完成。长度才能完成。端部端部a处是自由端，预应力钢筋的预拉应力为零，端面以内，处是自由端，预应力钢筋的预拉应力为零，端面以内，钢筋的内缩受到周围混凝土的阻止，使得钢筋受力，即预拉钢筋的内
37、缩受到周围混凝土的阻止，使得钢筋受力，即预拉应力应力s sp，周围混凝土受压，周围混凝土受压s sc。随离端部距离。随离端部距离x的增大，的增大，s sp和和s sc将增大，当将增大，当x达到达到ltr（图中（图中ab的长度）时，的长度）时，ltr长度内的粘结力长度内的粘结力与预拉力与预拉力s sp Ap平衡。平衡。ltr以外，即以外，即b截面起，预应力钢筋内建截面起，预应力钢筋内建立起稳定的预拉应力立起稳定的预拉应力s spe，混凝土建立有效的预压应力，混凝土建立有效的预压应力s spc。ltr称为先张法构件预应力钢筋的传递长度，称为先张法构件预应力钢筋的传递长度，ab段称为先张法段称为先张
38、法构件的自锚区。构件的自锚区。dfltkpetrs放张时预应力钢筋的有效预应力值放张时预应力钢筋的有效预应力值预应力钢丝、钢绞线的公称直径；预应力钢丝、钢绞线的公称直径；预应力钢筋的外形系数；预应力钢筋的外形系数；与放张时混凝土立方体强度与放张时混凝土立方体强度 相应的抗拉强度标准值。相应的抗拉强度标准值。pesdtkf cuf 10.1.10 后张法构件端部锚固区的局部受压承载力计算从端部局部受压的面积从端部局部受压的面积Al扩大到全截面均匀受压的区段，扩大到全截面均匀受压的区段，称为预应力混凝土构件的锚固区。即下图中的称为预应力混凝土构件的锚固区。即下图中的ABCD后张法构件张拉预应力时，
39、锚具下有较大的局部压应力，后张法构件张拉预应力时，锚具下有较大的局部压应力，要经过一段距离才能扩散的较大的混凝土受力面积上。要经过一段距离才能扩散的较大的混凝土受力面积上。在锚固区内的混凝土处于复杂的三向应力状态，除正压应力外在锚固区内的混凝土处于复杂的三向应力状态，除正压应力外s sx外，还存在横向应力外，还存在横向应力s sy和和s sz，。，。在锚具垫板附近，横向应力在锚具垫板附近，横向应力s sy和和s sz为压应力，而距构件端部一定为压应力，而距构件端部一定距离后，距离后，横向应力横向应力s sy和和s sz为则为则拉拉应力应力。当拉应力超过当拉应力超过ft时，将出现纵向裂缝，导致局
40、部受压破坏。时，将出现纵向裂缝，导致局部受压破坏。为提高局部抗压承载力，需在局部受压区内配置横向钢筋网或螺为提高局部抗压承载力，需在局部受压区内配置横向钢筋网或螺旋钢筋等间接钢筋。旋钢筋等间接钢筋。但当局部压应力过大，间接钢筋配置过多时，会产生过大的局部但当局部压应力过大，间接钢筋配置过多时，会产生过大的局部下陷变形，使预应力失效。下陷变形，使预应力失效。规范规范规定局部受压面积应满足规定局部受压面积应满足Fl 为局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值；为局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值；Al为为混凝土局部受压面积；混凝土局部受压面积；Ab为局部受压的计算底面积，可根据为局部受压
41、的计算底面积，可根据局部受压面积与计算底面积同心、对称的原则按图取值。局部受压面积与计算底面积同心、对称的原则按图取值。b bc混凝土强度影响系数混凝土强度影响系数，b bl混凝土局部受压时的强度影混凝土局部受压时的强度影响系数。响系数。Aln扣除孔道面积的混凝土局部受压净面积，可按沿锚具扣除孔道面积的混凝土局部受压净面积，可按沿锚具边缘在垫板中以边缘在垫板中以 45角扩散后传到混凝土的受压面积计算；角扩散后传到混凝土的受压面积计算；ln35.1AfFclclbblblAAb局部受压承载力计算公式局部受压承载力计算公式ln)2(9.0AffFycorvclclbbbsAlAnlAncorssv
42、222111当采用方格网时，当采用方格网时，sdAcorssv14当采用螺旋配筋时当采用螺旋配筋时，lcorcorAAb局部受压承载力计算局部受压承载力计算在锚固区段内配置焊接钢筋网或螺旋式钢筋提高局部抗压强度。在锚固区段内配置焊接钢筋网或螺旋式钢筋提高局部抗压强度。b bcor为配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数。为配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数。为间接钢筋对混凝土约束的折减系数。为间接钢筋对混凝土约束的折减系数。v间接钢筋的体积配筋率。间接钢筋的体积配筋率。10.2 预应力混凝土轴心受拉构件的计算10.2.1 轴心受拉构件各阶段的应力分析施工阶段施工阶段使用阶段使用阶段混凝土混凝土
43、和钢筋和钢筋应力的应力的变化变化若干特征受力过程若干特征受力过程Ap，As，混凝土的应力，混凝土的应力若干特征受力过程若干特征受力过程Ap，As，混凝土的应力，混凝土的应力一、先张法构件一、先张法构件Pre-tension1、施工阶段、施工阶段1）张拉预应力钢筋）张拉预应力钢筋张拉张拉s sconAps sconAp0ss2）混凝土受到预压应力之前，完成第一批预应力损失）混凝土受到预压应力之前，完成第一批预应力损失放张前放张前放张前放张前lconpesssIs scons sl I 0pcs0ss3）放松预应力钢筋）放松预应力钢筋放张瞬间放张瞬间放张后放张后pcIcsspcIElIconpeI
44、sssspcIEsIssppeIssIcpcIAAAsss平衡条件平衡条件0)(ANAANAAAApIpEnPIsEpEcplIconpcIsss4）混凝土受到预压应力，完成第二批预应力损失）混凝土受到预压应力，完成第二批预应力损失完 成 第 二完 成 第 二批损失批损失pcIIcsspcElconpcpcIElpcIElIconpessssssssss)(5lpcEsssspIN完成第一批损失后，预应力钢筋的总预拉力完成第一批损失后，预应力钢筋的总预拉力ppesscpcAAAsss平衡条件平衡条件055)(AANAAAAAslpIIpEsEcslplconpcIIssssspN完成全部损失后
45、，预应力钢筋的总预拉力完成全部损失后，预应力钢筋的总预拉力plconpANsspcs预应力混凝土中所建立的预应力混凝土中所建立的“有效预压应力有效预压应力”2、使用阶段、使用阶段1）加载至混凝土应力为零）加载至混凝土应力为零消压状态消压状态由于混凝土预先受到预压应力由于混凝土预先受到预压应力s spc，因此轴向拉力，因此轴向拉力N产生的拉产生的拉应力应力s sc，需先抵消需先抵消s spc ，才能使混凝土进入受拉。，才能使混凝土进入受拉。0pcslconpcEpepsssss0混凝土应力混凝土应力预应力钢筋应力预应力钢筋应力非预应力筋应力非预应力筋应力55lpcElpcEpcEssssssss
46、s由力的平衡条件由力的平衡条件slpslplconslppANAAAAN55500ssssss05AANslpIIpcIIss由由得得05AANpcIIslpIIssspcEpeIIpsss00c消压状态消压状态N0N0所以所以00ANpcsN0混凝土应力为零时的轴向拉力。混凝土应力为零时的轴向拉力。2）加载至裂缝即将出现时）加载至裂缝即将出现时消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念，它相当，它相当于非预应力构件的起始状态。于非预应力构件的起始状态。从消压状态开始，以后荷载增量（从消压状态开始，以后荷载增量（N-N0）产生的应力增量与）产生
47、的应力增量与非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。当轴向拉力超过当轴向拉力超过N0后，混凝土开始受拉。当荷载加至后，混凝土开始受拉。当荷载加至Ncr，即混凝土拉应力达到其抗拉强度标准值即混凝土拉应力达到其抗拉强度标准值ftk时，混凝土即将出时，混凝土即将出现裂缝。现裂缝。tkEppcrfss0tkcfs开裂轴力开裂轴力NcrNcrtkcfs混凝土应力混凝土应力非预应力筋应力非预应力筋应力5ltkEsfss由力的平衡条件由力的平衡条件00055)()()()()(AfAfAfAAAAAAfAfAfAAfAANtkpctkpctkcsEpEsl
48、plconctksltkEptkEplconctkssppcrcrsssssssssstkElcontkEppcrffssss0预应力钢筋应力预应力钢筋应力3）加载至破坏时）加载至破坏时ssppyuAfAfNpypfs极限轴力极限轴力NuNu二、后张法构件二、后张法构件Post-tension1、施工阶段、施工阶段1）浇筑混凝土，养护直至钢筋张拉前，截面中不产生任何）浇筑混凝土，养护直至钢筋张拉前，截面中不产生任何应力应力2）张拉预应力钢筋）张拉预应力钢筋预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力2lconpesss非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力pcEsss混凝土的预压应力混凝土的预压应力
49、pcs混凝土的预压应力混凝土的预压应力 由由力的平衡力的平衡求得求得pcssscpcppeAAAsssspcEcpcplconAAAssss)(2nplconsEcplconpcAAAAA)()(22sssss3）混凝土预压之前，完成第一批预应力损失）混凝土预压之前，完成第一批预应力损失预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力lIconllconpeIssssss12非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力pcIEIsss混凝土的预压应力混凝土的预压应力pcIs混凝土的预压应力混凝土的预压应力 由由力的平衡力的平衡求得求得pcIsssIcpcIppeIAAAsssspcIEcpcIplIconAA
50、Assss)(npInplIconsEcplIconpcIANAAAAA)()(sssss4）混凝土受到预压之后，完成第二批预应力损失）混凝土受到预压之后，完成第二批预应力损失预应力钢筋的拉应力预应力钢筋的拉应力lconllIconpessssss非预应力钢筋的压应力非预应力钢筋的压应力5lpcEssss混凝土的预压应力混凝土的预压应力pcs混凝土的预压应力混凝土的预压应力 由由力的平衡力的平衡求得求得pcssscpcppeAAAsssslpcEcpcplconAAA)()(5sssssnpnslplconsEcslplconpcANAAAAAAA55)()(sssssss2、使用阶段、使用阶
