职业教育(结构)07

1、 第7章 预应力混凝土构件基本知识 1.1 普通混凝土抗裂性很差普通混凝土抗裂性很差 混凝土的极限拉应变很低，只有0.00010.0015，这时钢筋应力仅 2030N/mm2,另外提高混凝土的强度也不明显 1.2 高强材料得不到充分应用高强材料得不到充分应用 裂缝宽度一般应限制在0.20.3mm以内，受拉钢筋应力最高也只能达 到150250N/mm2 1.3 结构自重大使用性能不好 普通混凝土结构不能适应现代化建设大跨度和大空间的需要，因为无 法采用高强度的材料，势必导致截面尺寸过大和自重过大。 qk=10kN/m L0 问题引出 1.普通混凝土构件存在问题普通混凝土构件存在问题 2.预应力混

2、凝土的产生 预应力的产生 7.1 7.1 预应力混凝土构件的基本概念预应力混凝土构件的基本概念 基本原理基本原理 1、C20普通钢筋混凝土简支梁，在荷载作用下，在梁跨中下 边缘产生10N/mm2的拉应力，混凝土梁早已开裂，且裂缝 已有相当的开展。 一、预应力基本原理及特点分析 受 压 区 砼 受 拉 区 钢 筋 7.1 预应力混凝土的基本概念 2 、在预压力作用下，截面下边缘(预压区）跨中产生压应力 1=10N/mm2，形成反拱f 1 1 1 预压区 预拉区 f1 7.1 预应力混凝土的基本概念 2 3、在外荷载作用下，截面下边缘产生拉应 力2=9N/mm2，其挠度为f 2 f2 荷载单独作用

3、下受力荷载单独作用下受力 受压区砼 受拉区钢筋 7.1 预应力混凝土的基本概念 4、在预压力及外荷载作用，截面下边缘产生应力2- 1=1N/mm2, 其挠度为f 2 f 1=f 使用阶段的荷载逐渐逐渐增加 预应力单独作 用截面应力 使用荷载单独 作用截面应力拉区砼未开裂 拉区砼已开裂 受 压 区 砼 受 拉 区 钢 筋 f2-f1 7.1 预应力混凝土的基本概念 所谓预应力砼构件所谓预应力砼构件就是在构件受荷之前（制作 阶段），人为给拉区砼施加预压应力，受荷之后 （使用阶段）首先要抵消拉区砼的预压应力，若 再加荷拉区砼开裂，直至破坏为止。 常见预应力钢筋砼构件有：预应力钢筋砼轴拉 构件、预应力

4、钢筋砼受弯构件、预应力混凝土大 偏心受压构件、偏心受拉构件，预应力混凝土预 制桩等得到广泛的应用。 7.1 预应力混凝土的基本概念 1.2 预应力混凝土与钢筋混凝土的比较预应力混凝土与钢筋混凝土的比较 1.2.1 预应力混凝土结构中，预应力混凝土结构中，混凝土的强度等级要高，钢筋的强混凝土的强度等级要高，钢筋的强 度也要高。度也要高。 1.2.2 预应力程度较高预应力混凝土结构，预应力程度较高预应力混凝土结构，性能如同均质弹性材性能如同均质弹性材 料。料。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。 1.2.3 预应力混凝土结构预应力混凝

5、土结构刚度大，挠度小，裂缝宽度小刚度大，挠度小，裂缝宽度小。 1.2.4 一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就 没有本质上的不同，因而没有本质上的不同，因而正截面承载力是一样正截面承载力是一样的；的； 1.2.5 预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高于普通混凝土，因而于普通混凝土，因而 预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。 7.1 预应力混凝土的基本概念 1.3预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点 优点：优点： 1.3.1 裂缝宽度小、刚度大、

6、挠度小、结构的耐久性好。裂缝宽度小、刚度大、挠度小、结构的耐久性好。 1.3.2 抗裂性高，可建造水工建筑、储水结构、抗渗结构。抗裂性高，可建造水工建筑、储水结构、抗渗结构。 1.3.3 充分利用高强材料，节约了钢材、减轻了自重，特别在充分利用高强材料，节约了钢材、减轻了自重，特别在 大跨度的结构中更为经济。大跨度的结构中更为经济。 1.3.4 提高构件的抗剪性能。试验表明，纵向预应力钢筋起提高构件的抗剪性能。试验表明，纵向预应力钢筋起 着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展. 1.3.5 提高构件的抗疲劳性能。在预应力结构中，由于钢筋提高构件的抗

7、疲劳性能。在预应力结构中，由于钢筋 事先张拉，在往复移动荷载的作用下，钢筋应力变化幅度不事先张拉，在往复移动荷载的作用下，钢筋应力变化幅度不 大大10%以下，不会引起钢筋疲劳。以下，不会引起钢筋疲劳。 7.1 预应力混凝土的基本概念 1.3.6 提高受压构件的稳定承载力。对于长细比较大的受压构提高受压构件的稳定承载力。对于长细比较大的受压构 件，由于预应力钢筋张拉的很紧，不但预应力钢筋本身不会件，由于预应力钢筋张拉的很紧，不但预应力钢筋本身不会 压弯，而且可帮助周围混凝土提高抗弯的能力。压弯，而且可帮助周围混凝土提高抗弯的能力。 缺点： 1.3.7 工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备 一支

8、技术 较熟练的专业队伍。 1.3.8 需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。 1.3.9 预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的 工程成本较高。 7.1 预应力混凝土的基本概念 1.4 应用范围: 1.4.1 在建筑中可用于建造大型屋面板、屋面梁、承重桁架、 吊车梁，建造薄壁空间结构，多层框架和单层大跨度建筑， 也可建造墙板、柱子等。 1.4.2 桥梁中建造了预应力箱形截面简支梁跨度达240m，斜 拉预应力混凝土桥跨度可达400m。 1.4.3 特种结构方面可建造预应力混凝土电视塔，石油开采平 台、预应力混凝土囤船、预应力压力容器等。 7.1 预应力混凝土的基本概念 预应力混凝

9、土预制桩预应力混凝土预制桩 预应力空心板预应力空心板 打完预制桩后，预应力管桩施工现场打完预制桩后，预应力管桩施工现场 7.1 预应力混凝土的基本概念 预应力混凝土连续箱梁在未完成受力体系 转换时的支架系统至关重要 7.1 预应力混凝土的基本概念 2. 预加应力的方法预加应力的方法 根据预应力筋张拉时间的先后，习惯上 把预加应力方法分为先张法、后张法和同先张法、后张法和同 张法张法。 先、后张法比较 7.1 预应力混凝土的基本概念 （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 7.1

10、 预应力混凝土的基本概念 2.1.2 传力途径传力途径 2.1.3 特点特点 2.1.1 主要张拉程序主要张拉程序 7.1 预应力混凝土的基本概念 先浇砼，待砼达到设计强先浇砼，待砼达到设计强 度度75%以上，再张拉钢筋以上，再张拉钢筋 （钢筋束）。（钢筋束）。 7.1 预应力混凝土的基本概念 2.2.12.2.1 其主要张拉程序其主要张拉程序：为埋管制孔为埋管制孔浇砼浇砼抽管抽管养护穿养护穿 筋张拉筋张拉锚固锚固灌浆（防止钢筋生锈）。灌浆（防止钢筋生锈）。 2.2.2 2.2.2 传力途径：传力途径： 2.2.3 2.2.3 特点特点 7.1 预应力混凝土的基本概念 2.3 后张法无粘结预应

11、力混凝土后张法无粘结预应力混凝土 2.3.1 张拉程序：张拉程序：预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青油毡等预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青油毡等 润滑防腐材料润滑防腐材料包上塑料护套或套管（预应力钢筋与砼不建包上塑料护套或套管（预应力钢筋与砼不建 立粘结力）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：特点：施工时跟普通砼一样，将钢筋放入设计位置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得到有效预压应力增大，降低造序，由于无粘结力预应力砼得到有效预压应力

12、增大，降低造 价，适用于跨度大（价，适用于跨度大（6m)的曲线配筋的梁体的曲线配筋的梁体 无粘结预应力束无粘结预应力束 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 7.1 预应力混凝土的基本概念 2.4.1 张拉工艺张拉工艺：一般是利用膨胀水泥配制混凝土，使一般是利用膨胀水泥配制混凝土，使 它在硬化过程中不但不发生凝缩，反而发生膨胀。在混凝它在硬化过程中不但不发生凝缩，反而发生膨胀。在混凝 土膨胀的时候，配置在体中的预应力筋就被张拉，而混凝土膨胀的时候，配置在体中的预应力筋就被张拉，而混凝 土本身则由于膨胀受到钢筋的限制而同时获得预压应力。土本身则由于膨胀受到钢筋的限

13、制而同时获得预压应力。 2.4.2 传力途径传力途径们把这种依靠混凝土自身膨胀来张们把这种依靠混凝土自身膨胀来张 拉钢筋而产生的预应力。拉钢筋而产生的预应力。 我国目前已采用自应力混凝土大规模生产承插口管道，我国目前已采用自应力混凝土大规模生产承插口管道， 起最大直径已达起最大直径已达1200mm1200mm。 2.4 同张法同张法 7.1 预应力混凝土的基本概念 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

14、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 7.1 预应力混凝土的基本概念 7.2 7.2 预应力混凝土构件的一般规定预应力混凝土构件的一般规定 1.预应力混凝土材料性能要求预应力混凝土材料性能要求 1.1 钢筋的性能钢筋的性能 钢筋的性能钢筋的性能 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

15、应力混凝土构件一般规定 1 .2预应力钢筋的种类预应力钢筋的种类 刻痕钢丝刻痕钢丝 螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝 消除应力钢丝见消除应力钢丝见预应力砼用钢丝预应力砼用钢丝GB/T5223，是用高，是用高 碳镇静钢轧制成的盘园，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、碳镇静钢轧制成的盘园，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、 冷拔、回火矫直等处理工序来消除应力，而成的碳素钢丝可冷拔、回火矫直等处理工序来消除应力，而成的碳素钢丝可 提高抗拉强度（光面钢丝提高抗拉强度（光面钢丝fpy =1250N/mm2，其余，其余fpy1110 N/mm2），这样钢直径），这样钢直径49mm，强度高低、低松弛。，强度高低、低松弛。 7.

16、2 预应力混凝土构件一般规定 1.2.2钢绞线钢绞线 由多根冷拉钢丝在绞线由多根冷拉钢丝在绞线 机上咬合并经消除应力回火机上咬合并经消除应力回火 而成的总称。而成的总称。 有有13捻用于先张法。捻用于先张法。 17捻是外层钢丝围绕一根捻是外层钢丝围绕一根 直径大直径大20%的中心钢丝绞成的中心钢丝绞成 后张法中应用广泛。后张法中应用广泛。 直径用直径用S表示，外径表示，外径 8.615.2mm，fpy=1110 1320 N/mm2 ，强度高、低松弛、伸、低松弛、伸 直性好，比较柔软直性好，比较柔软 ，盘弯方便，盘弯方便， 粘结性好。粘结性好。 7.2 预应力混凝土构件一般规定 钢丝绳与钢绞线

17、的区别：钢丝绳与钢绞线的区别： 在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股，在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股， 再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯 的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只经过一次扭绞。的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只经过一次扭绞。 在性能上，钢丝绳的弹性模量小与钢绞线。在性能上，钢丝绳的弹性模量小与钢绞线。 7.2 预应力混凝土构件一般规定 由于强度低，不再列入钢筋砼规范。由于强度低，不再列入钢筋砼规范。 规范规范规定，预应力钢筋宜采用预规定，预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、消除应力钢丝、 应力钢绞线、消除应力钢丝、 也可采用热处理钢筋也可采用热处理钢筋。无

18、粘结预应力钢筋则采用高强钢丝和钢绞。无粘结预应力钢筋则采用高强钢丝和钢绞 线。预应力钢筋的发展趋势是高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。线。预应力钢筋的发展趋势是高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。 1.2.3 热处理钢筋热处理钢筋 将合金钢（将合金钢（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）经过调质热处）经过调质热处 理而成，达到提高抗拉强度（理而成，达到提高抗拉强度（fPy =1040N/mm2），改善塑性性），改善塑性性 能。能。HT表示。表示。 这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其 =610mm以盘园形式供给省去焊接，有利施工。以盘园

19、形式供给省去焊接，有利施工。 7.2 预应力混凝土构件一般规定 1.3.1.3.混凝土混凝土 混凝土性能混凝土性能 7.2 预应力混凝土构件一般规定 2. 张拉控制应力con 张拉控制应力张拉控制应力 7.2 预应力混凝土构件一般规定 2.2 如果如果con取得太高取得太高，可能出现下列问题：，可能出现下列问题： 7.2 预应力混凝土构件一般规定 钢筋的种类张拉方法 先张法后张法 预应力消除钢丝、 钢绞线 0.75 f ptk 0.75 f ptk 热处理钢筋 0.70 f ptk 0.65 f ptk 规范指出，为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂性 而在受压区设置的预应力钢筋，其允许控制

20、应力提高5%。 张拉控制应力限值张拉控制应力限值 7.2 预应力混凝土构件一般规定 7.3预应力损失预应力损失 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 当为直线型预应力钢筋时当为直线型预应力钢筋时 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； 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。 减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有： 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； 对先张法构件，选择长台座。对先张法构件，选择长台座。 sl E l a 1 7.3 预

21、应力损失 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 2 1 1 lcon kx e 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 0.2kx 2 () lcon kx 7.3 预应力损失 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： conconcon min2m

22、in2 85. 01 . 10 荷载荷载 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。 7.3 预应力损失 3.混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的

23、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 引起的损失引起的损失 l3 为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养 护办法。护办法。升温时升温时，新浇的混凝土尚，新浇的混凝土尚未结硬，预应力筋与台座之未结硬，预应力筋与台座之 间的温差间的温差t使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动 的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；降降 温时温时，预应力钢筋与混凝土已黏结成整体，加上两者的温度线，预应力钢筋与混凝土已黏

24、结成整体，加上两者的温度线 膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢 筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构仅先张法构 件有该项损失。件有该项损失。 l3=2t （N/mm2） 7.3 预应力损失 减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有： 采用二次升温养护。采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强先在常温下养护至混凝土强 度等级达到度等级达到C7.5C10，再逐渐升温至规定的养护温度，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

25、这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而 不引起预应力损失不引起预应力损失; 在钢模上张拉预应力钢筋。在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起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。加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。 7.3 预应力损失 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l3 钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长 度不变条件下，其应力随时间增长而度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。降低的现象。 钢筋应力松弛有以下钢筋应力松弛有以下特点：特点： 应力松弛与时间

26、有关，开始快，以后慢；应力松弛与时间有关，开始快，以后慢； 应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应 力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小；碳钢丝、钢绞线要小； 张拉控制应力张拉控制应力con con高，应力松弛大。 高，应力松弛大。 7.3 预应力损失 采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序为超张拉程序为: : concon 0) 1 . 105. 1 (0 min2持荷 因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失与在较 低应力下经过较长时间才能完成的松弛

27、损失大体相当，所以 经过超张拉后再张拉至con时，一部分松弛损失已完成。 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 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，造成预应力损失。 7.3 预应力损失 先张法构件先张法构件 151 /28045 151 /28045 55 cupc l cupc l ff 后张法构件后张法构件 151 /28035 151 /28035 55 cupc l cupc l ff 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

28、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； fcu cu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fcu cu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fcu cu ，但要求 ，但要求 fcu cu0.75 0.75 fcu cu ； 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 00 A AA A AA spsp 后张法构件后张法构件 n sp n sp A AA A AA 式中

29、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 后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因原因是后是后 张法构件在施加预应力时，混凝土的张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。收缩已完成一部分。 公式适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，公式

30、适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，l5、 l5应降低，反之则增加。应降低，反之则增加。 减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有： 采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比； 采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性； 加强养护，以减少混凝土的收缩，加强养护，以减少混凝土的收缩， 控制混凝土应力控制混凝土应力pc，要求，要求 以防止发生非线性以防止发生非线性 徐变。徐变。 cupc f 5 . 0 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用螺旋式预应力钢

31、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挤压引起的预应力损失l6 后张法中，当后张法中，当D3m，l6=30MPa，当，当D3m，不考虑该项损，不考虑该项损 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

32、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 本次课小结：本次课小结： 1、 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。 2、 预加应力的方法常见的有先张法和后张法。 3、 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。 4、 对于后张法是

33、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。 7.3 预应力损失 3、由于预应力混凝土是通过张拉钢筋而使混凝土得到较大的由于预应力混凝土是通过张拉钢筋而使混凝土得到较大的 预应力，预应力钢筋要经受较大的拉力，混凝土必须承受较预应力，预应力钢筋要经受较大的拉力，混凝土必须承受较 大的压力，因而大的压力，因而钢筋和混凝土应当采用较高强度的材料。钢筋和混凝土应当采用较高强度的材料。 作业：作业： 1.什么叫预应力混凝土结构？为什么对构件要施加预应力？ 2.什么在普通钢筋混凝土中不能有效地利用高强钢材和高强混

34、凝土？ 而在预应力混凝土结构中必须采用高强钢材和高强混凝土？ 3.比较普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的区别，它们 各自有何优缺点？ 4.施加预应力的方法有哪几种？它们的主要区别是什么？ 5.预应力混凝土对材料有哪些要求？ 6.什么是张拉控制应力？为什么其取值不能过高或过低？与哪些因 素有关？ 7.什么叫预应力损失？引起应力损失的因素及采取措施？ 预备知识预备知识： 先、后张法轴拉构件各阶段的应力分析先、后张法轴拉构件各阶段的应力分析 预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始直至构件破坏，截面中 钢筋和混凝土应力的变化分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。每个阶 段又包括了若干特征受力过程。

35、 1）在施工阶段，构件截面没有开裂，可以把预应力混凝土视作 弹性材料，因而可以用材料力学的分析方法对构件截面的应力进行计 算，在使用阶段构件开裂前，材料力学的方法仍然适用。此时预应力 混凝土构件可看做承受两个力系，一个是由外荷载所产生，另一个是 把全部预应力钢筋的合力看作反向作用在构件上的外力所产生。 2）抓住施工、使用阶段中的特征受力状态，搞清各个状态已经 发生的预应力损失，以及与该状态相应的混凝土强度。 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 先张法施工阶段轴拉构件见下表先张法施工阶段轴拉构件见下表 张拉并锚固张拉并锚固 刚切断放松钢筋刚切断放松钢筋 完成第二批损失完成第二批损失 施施 工工

36、 阶阶 段段 预应力预应力 钢筋的钢筋的 应力应力 混凝土混凝土 的应力的应力 0 0 非预应力非预应力 钢筋应力钢筋应力 0 0 备注备注: : 先张法构件预应力钢筋的合力通过钢筋和混凝土之间 的黏结传递给混凝土和非预应力钢筋。预应力传递过程中，预应力 钢筋、混凝土、非预应力钢筋三者协调变形，全截面受力，所以 施工阶段计算时采用换算截面面积A0 1 lcon pcElcon pcElcon 0 A AP lcon pc 0 5 A AA SlPlcon pc pcEs )( 5lpcEs C S E E E pEnpEsEc AAAAAA 0 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 后张法施工

37、阶段轴拉构件后张法施工阶段轴拉构件 张拉并锚固钢筋张拉并锚固钢筋完成第二批损失完成第二批损失 施施 工工 阶阶 段段 预应力钢预应力钢 筋应力筋应力 混凝土混凝土 的应力的应力 非预应力非预应力 钢筋应钢筋应 力力 备注：后张法构件预应力钢筋的合力靠锚具传递给孔道外侧混凝土和非预应力钢筋， 由于施工阶段孔道没有灌浆或灌浆材料强度不够，预应力钢筋和混凝土之间没有黏结， 预应力钢筋的预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上，因此，后张法构件在 施工阶段计算时用净截面面积An（AnAc+Es As）。 n SlPlcon pc A AA 5 n Plcon pc A A pcEs 1lcon l

38、con )( 5lpcEs 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 00 AN pc 0 AfN tkpccr pypysu fAfAN pc 先、后张法使用阶段的荷载见下表先、后张法使用阶段的荷载见下表 消压荷载消压荷载 开裂荷载开裂荷载破坏荷载破坏荷载 先张法先张法 后张法后张法 同上同上同上同上同上同上 结结 论论 1.1.先、后张法消压荷载、开裂荷载表达式相同，但数值不同，因为即使其先、后张法消压荷载、开裂荷载表达式相同，但数值不同，因为即使其 它条件相同时，它条件相同时， 的表达式不同的表达式不同 2.2.预应力混凝土构件提高了构件的抗裂度、减小了裂缝宽度，但预应力混预应力混凝土构件提

39、高了构件的抗裂度、减小了裂缝宽度，但预应力混 凝土和普通混凝土的正截面的承载力完全相同凝土和普通混凝土的正截面的承载力完全相同, , 3.3.计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法 构件，预应力钢筋和混凝土之间都已经黏结成整体，因此，都采用构件，预应力钢筋和混凝土之间都已经黏结成整体，因此，都采用A A0 0。 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 v先张法和后张法预应力轴心受拉构件计算公式的异同点先张法和后张法预应力轴心受拉构件计算公式的异同点: : 施工阶段，先张法和后张法计算pc的公式形式类似，不同 之

40、处在于先张法采用A0，后张法采用An，由此可以得出，若con， Ap以及截面尺寸、材料强度相同,由于A0An，则后张法建立的有效 预压应力要比先张法高一些。另外l计算值也不同。 使用阶段，用于计算N0，Ncr ,Nu的公式，其形式对先、后张 法构件采说是相同的，截面面积都用A0。 直至构件开裂前，先张法预应力钢筋应力比后张法少Epc， 所以说后张法构件con相当于先张法构件的 con-Epc。 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 7-4 预应力混凝土轴心受拉构件的计算预应力混凝土轴心受拉构件的计算 预应力混凝土轴心受拉构件的计算包括使用阶段和施工阶段的计预应力混凝土轴心受拉构件的计算包括使用

41、阶段和施工阶段的计 算和验算。算和验算。 7.4.1 使用阶段使用阶段 1. 正截面承载力计算正截面承载力计算 当预应力混凝土轴心受拉构件达到承载能力极限状态时，全部轴心拉当预应力混凝土轴心受拉构件达到承载能力极限状态时，全部轴心拉 力由预应力钢筋和普通钢筋承担，此时，预应力钢筋和普通钢筋均已屈服。力由预应力钢筋和普通钢筋承担，此时，预应力钢筋和普通钢筋均已屈服。 于是，其正截面受拉承载力应按下式计算：于是，其正截面受拉承载力应按下式计算： 式中式中 结构重要性系数；结构重要性系数； N构件的轴心拉力设计值；构件的轴心拉力设计值； f py、fy分别为预应力钢筋与普通钢筋的抗拉强度设计值；分别

42、为预应力钢筋与普通钢筋的抗拉强度设计值； Ap、As分别为预应力钢筋与普通钢筋的截面面积。分别为预应力钢筋与普通钢筋的截面面积。 0 0yspyp Nf Af A 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 2、抗裂度及裂缝宽度验算、抗裂度及裂缝宽度验算 当构件截面上的应力超过预压应力当构件截面上的应力超过预压应力pc与混凝土实际抗拉强度与混凝土实际抗拉强度 ftk之和时，截面将开裂。由于结构的使用功能及所处环境的不同，之和时，截面将开裂。由于结构的使用功能及所处环境的不同， 对构件裂缝控制的要求也应不同。因此，对预应力混凝土轴心受对构件裂缝控制的要求也应不同。因此，对预应力混凝土轴心受 拉构件，应

43、根据所处环境和使用要求，选用相应的裂缝控制等级，并拉构件，应根据所处环境和使用要求，选用相应的裂缝控制等级，并 按下列规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算按下列规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算。 对严格要求不出现裂缝的构件（一级构件）对严格要求不出现裂缝的构件（一级构件） 0 scp c 对一般要求不出现裂缝的构件（二级构件）对一般要求不出现裂缝的构件（二级构件） 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 0 lcpc scpctk f lcsc 、 荷载效应的标准组合、准永久组合下 构件抗裂验算边缘的混凝土法向应力； 0 0 s s c l lc N A N A 式中： 在荷载效应的

44、标准组合下满足： 在荷载效应的准永久组合下满足： 0 0 s sc l lc N A N A 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 maxlim 1.90.08 eq sk cr cte d c E 0sp sk ps NN AA 式中 混凝土法向应力为零时，全部预应力钢筋和非预 应力钢筋的合力。 0p N sp te te AA A 对允许出现裂缝的构件（三级构件） 式中，有效受拉混凝土截面面积 ,对先张法构件取构件截面面 积，对后张法构件取扣除孔道后的构件截面面积。 te A 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 7.4.2 7.4.2 施工阶段验算施工阶段验算 预应力混凝土构件在放张预应

45、力钢筋（先张法）或张拉预应预应力混凝土构件在放张预应力钢筋（先张法）或张拉预应 力钢筋完毕（后张法）时，混凝土受到的预压应力最大，而这时混力钢筋完毕（后张法）时，混凝土受到的预压应力最大，而这时混 凝土的强度通常仅达到设计强度的凝土的强度通常仅达到设计强度的7575，构件承载力和后张法构件，构件承载力和后张法构件 端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。 1. 1. 张拉（或放张）预应力钢筋时，构件承载力验算：张拉（或放张）预应力钢筋时，构件承载力验算： te A 0.8 ccc f 式中 放松预应力钢筋或张拉完毕时混凝土所受的 预 压应力； c

46、c 放张预应力钢筋或张拉完毕时混凝土的轴心抗压强 度设计值。 c f 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 1 0 () conlp cc A A 后张法构件按不考虑损失计算 ，即 2. 后张法构件端部锚固区局部受压验算： 后张法构件端部由于锚具下垫板面积很小而承受很大的局部压 力，该压力要经过一段距离才能扩散至整个截面锚固区混凝土处 于三向应力状态，即 。靠近垫板处 为压应 力，距离端部较远处为拉应力，当横向拉应力超过混凝土、的抗拉 强度时，端部锚固区将出现纵向裂缝，并导致局部承压破坏。 conp cc n A A , yz , xyz 先张法构件按第一批损失 出现后计算 ，即 cc cc

47、7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 因此需进行锚具下混凝土的抗裂度和强度的验算。锚固区抗裂度 主要取决于垫板与构件的端部尺寸，端部截面局部承压强度则通过配 置间接钢筋来满足。 n 1.35 lclcl Ff A Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值； 端部受压截面尺寸验算端部受压截面尺寸验算： 局部受压区截面尺寸应符合下列要求。 A Aln 混凝土局部受压净面积，应在中扣孔道、凹槽部分面积； c 混凝土强度的影响系数； l 混凝土局部受压承载力强度的提高系数； Al 混凝土局部承压面积。当有垫板时；可考虑预压力沿锚具垫 圈边缘在垫板中按450扩散后传至混凝土的受压面积； 7.4 预应力混凝

48、土轴心受拉构件计算 cor cor l A A fc 张拉时混凝土的轴心抗压强度设计值。 b l l A A Ab 局部受压时的计算底面积，按与局部承压面积“同心、 对称”原则确定。 局部受压承载力计算局部受压承载力计算 n 2 lclcvcoryl FffA 式中 cor 配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数， Acor 钢筋网或螺旋筋以内的混凝土核芯面积，重心应与 Al的重心重合，且满足 ApAcorAl； 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 v v 间接钢筋的体积配筋率，要求 间接钢筋的体积配筋率，要求0.50.5。 当为方格网配筋时当为方格网配筋时 当为螺旋式配筋时当为螺旋式配筋时

49、式中式中 l l1 1，l l2 2 钢筋网两个方向长度， 钢筋网两个方向长度， l l1 1 l l2 2 ； n n1 1，A As1 s1 l l1 1方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积； 方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积； n n2 2，A As2 s2 l l2 2方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积； 方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积； s s 方格网或螺旋筋的间距；方格网或螺旋筋的间距； A Ass1 ss1螺旋式单根间接钢筋的截面面积； 螺旋式单根间接钢筋的截面面积； d dcor cor螺旋钢筋范围以内的混凝土直径。 螺旋钢筋范围以内的混凝土直径。 11 122 2ss v

50、 cor n A ln A l As 1 4 ss v cor A ds 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 7.5预应力混凝土构件的一般构造要求预应力混凝土构件的一般构造要求 1.1.钢筋的净距及保护层钢筋的净距及保护层 种类种类 要求要求 钢丝及热处理钢筋钢丝及热处理钢筋钢绞线钢绞线 1 13 31 17 7 钢筋净距钢筋净距15mm15mm15mm15mm20mm20mm25mm25mm 备注备注（1 1）钢筋保护层厚度同普通梁。（）钢筋保护层厚度同普通梁。（2 2）除满足上述净距）除满足上述净距 要求外，预应力钢筋净距不应小于其公称直径要求外，预应力钢筋净距不应小于其公称直径d d或

51、等效直径或等效直径 d de eq q的的1.51.5倍，双并倍，双并d de eq q=1.4=1.4d d、三并、三并d de eq q=1.7=1.7d d 。 7.5 预应力混凝土构件的一般构造要求 2.后张法（有粘结力预应力砼）孔道及排气孔要求后张法（有粘结力预应力砼）孔道及排气孔要求 孔道间水平净距孔道间水平净距 50mm 孔道至构件孔道至构件 边净距边净距 30mm 且且孔径孔径/2 孔道内径孔道内径 预应钢筋束外径预应钢筋束外径 （10 15）mm 排气孔距排气孔距 或灌浆孔或灌浆孔 12m 7.5 预应力混凝土构件的一般构造要求 在框架梁中，预留孔道在在框架梁中，预留孔道在

52、竖直方向的净距不应小于孔道外径，竖直方向的净距不应小于孔道外径， 水平方向的净距不应小于水平方向的净距不应小于1.5倍孔道倍孔道 外径，从孔壁算起的混凝土保护层外径，从孔壁算起的混凝土保护层 厚度，梁底不宜小于厚度，梁底不宜小于50 mm， 梁侧不宜小于梁侧不宜小于40 mm 。 3. 3. 先张法端部加强措施由于先张法端部加强措施由于 先张法是在构件端部钢筋弹性先张法是在构件端部钢筋弹性 回弹与砼产生相对滑动趋势回弹与砼产生相对滑动趋势 （产生相对滑动趋势的长度（产生相对滑动趋势的长度 叫传递长度），通过在端部叫传递长度），通过在端部 粘结力的积累阻止其回弹，粘结力的积累阻止其回弹， 为了尽快阻止其回弹，其目的为了尽快阻止其回弹，其目的 是减少传递长度所以端部要是减少传递长度所以端部要 采取加强措施。采取加强措施。 7.5 预应力混凝土构件的一般构造要求 1 1） 对单根预应力钢筋，其端部宜设置长度对单根预应力钢筋，其端部宜设置长度150mm150mm且不且不 少于少于4 4