10.预应力混凝土构件计算 混凝土结构设计原理ppt课件

1、10.1 10.1 预应力混凝土结构的概念预应力混凝土结构的概念 一、钢筋混凝土结构的缺欠一、钢筋混凝土结构的缺欠 qk=10kN/m L0 跨度为跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活，作用均布活 荷载标准值荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 跨度增加一倍跨度增加两倍采用高强钢筋 L05.2m10.4m20.8m5.2m bh2004504009008001900200450 自重gk5kN20kN80kN5kN M67.6kN.m513.96kN.m59

2、48.8kN.m67.6kN.m fy级310级310级310冷拉级580 As603mm 2 2106mm 2 12650mm 2 308mm 2 Ms50.7kN.m405.6kN.m4867.2kN.m50.7kN.m f= 300 0 L 16.4= 317 0 L 38.1=273 0 L 88.8= 234 0 L 32.2= 5 .161 0 L ss232MPa453MPa wmax=0.30.250.75 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念 2 h I eN

3、A N ppp pc 2 h I M c ) 2 ( 2 h I eN A N h I M ppp pccb 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 0 pcc ) 2 ( 2 h I eN A N h I M ppp pccb tkpcc f0 tkpcc f 由于预加应力由于预加应力spc较大，受拉较大，受拉 边缘仍处于受压状态，不会边缘仍处于受压状态，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受拉，但拉应力小于混 凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；凝土的抗拉强度，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

4、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的开裂明的开裂明 显推迟，裂缝宽度也显著减小。显推迟，裂缝宽度也显著减小。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 预应力度预应力度：有效预压应力与使用荷载产生的应力之：有效预压应力与使用荷载产生的应力之 比：比： pc/ sc ( =M0/M =N0/N ) 全预应力混凝土（全预应力混凝土（ 1）：当使用荷载作用下，不允许）：当使用荷载作用下，不允许 载面上混凝土出现拉应力的构件。相当于裂

5、缝控制等载面上混凝土出现拉应力的构件。相当于裂缝控制等 级为一级的构件。级为一级的构件。 限值预应力混凝土（限值预应力混凝土（ 11ftk/ sc ）：当使用荷载）：当使用荷载 作用下根据荷载效应组合情况，不同程度地保证混凝作用下根据荷载效应组合情况，不同程度地保证混凝 土不开裂的构件。相当于裂缝控制等级为二级的构件。土不开裂的构件。相当于裂缝控制等级为二级的构件。 部分预应力混凝土（部分预应力混凝土（ 1ftk/ sc 0） ：当使用荷：当使用荷 载作用下，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允载作用下，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允 许值的构件。相当于裂缝控制等级为三级，即允许出许值的

6、构件。相当于裂缝控制等级为三级，即允许出 现裂缝的构件。现裂缝的构件。 钢筋混凝土（钢筋混凝土（ 0） 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 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：预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂，优点：预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂， 提高构件抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重提高构件抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重 的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。此外，结构的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。此外

7、，结构 自重轻，耐久性好，抗剪能力强，疲劳性能好自重轻，耐久性好，抗剪能力强，疲劳性能好 缺陷：构造、施工和计算较钢筋砼构件复杂，且延性缺陷：构造、施工和计算较钢筋砼构件复杂，且延性 也差些。也差些。 宜优先采用预应力混凝土结构物：宜优先采用预应力混凝土结构物： （1要求裂缝控制等级较高的结构；要求裂缝控制等级较高的结构； （2大跨度或受力很大的构件；大跨度或受力很大的构件； （3对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件，对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件， 如工业厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式如工业厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式 构件等。构件等。 第十章 预应力混凝

8、土结构 10.1 预应力混凝土的概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的概念 预应力坝 10.2 10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法 先张法先张法 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法 后张法后张法 第十章 预应力混凝土结构 pc p 锚具下混凝土局部承压问题 无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土 一定要有非预应力筋一定要有非预应力筋 锚具的可靠性锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度高强钢丝的可靠度 10.2 施加预应力的方法 试验单元 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 10.3 10.3 预应力混凝土

9、的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具 一、预应力钢筋一、预应力钢筋 强度高，松弛低；具有一定的塑性；良好的加工性强度高，松弛低；具有一定的塑性；良好的加工性 能；与混凝土之间能较好地粘结，预应力钢筋的强度能；与混凝土之间能较好地粘结，预应力钢筋的强度 越高越好。越高越好。 在预应力砼制作和使用过程中，由于种种原因，预在预应力砼制作和使用过程中，由于种种原因，预 应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为 使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须 使用高强钢筋丝作预应力筋。使用高强钢筋丝作预

10、应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必 须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，须具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能， 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。 对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性和与混凝 土良好的粘结性能，通常采用土良好的粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方方 法来提高与混凝土粘结强度。法来提高与混凝土粘结强度。 第十章 预应力混凝土结构 1、冷拉低合金钢筋、冷拉低合金钢筋 通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗级

11、热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗 拉强度可达拉强度可达580MPa。 为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成 不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。 但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这 种预应力筋的应用已很少。种预应力筋的应用已很少。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 2 2、中高强钢丝、中高强钢丝 中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得 到。到。 中强钢丝的强度为中强钢

12、丝的强度为8001200MPa8001200MPa，高强钢丝的强度为，高强钢丝的强度为 14701860MPa14701860MPa。 为增加与砼粘结强度，钢丝表面可为增加与砼粘结强度，钢丝表面可刻痕刻痕或或压波压波， 也可制成螺旋肋。也可制成螺旋肋。 消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力， 一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力 钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应 力前有所提高，塑性也有所改善。力前有所提高，塑性也有

13、所改善。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝 3 3、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2 2、3 3、7 7股高强钢丝扭结而成的一股高强钢丝扭结而成的一 种高强预应力筋，其中以种高强预应力筋，其中以7 7股钢绞线应用最多。股钢绞线应用最多。7 7股钢股钢 绞线的公称直径为绞线的公称直径为9.515.2 mm9.515.2 mm，通常用于无粘结预应，通常用于无粘结预应 力筋，强度可高达力筋，强度可高达1860MPa1860MPa。2 2股和股和3 3股钢绞线用途不广，股钢绞线用途不广， 仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。仅用于某

14、些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 无粘结预应力束无粘结预应力束 4 4、热处理钢筋、热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的 高强度钢筋，直径为高强度钢筋，直径为610mm610mm，抗拉强度为，抗拉强度为1470MPa1470MPa。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 除冷拉低合金钢筋外，其除冷拉低合金钢筋外，其 余预应力筋的应力余预应力筋的应力-应变曲线应变曲线 均无明显屈服点，采用残余应均无明显屈服点，采用残余应 变为变为0.2%的条件

15、屈服点作为的条件屈服点作为 抗拉强度设计指标。抗拉强度设计指标。 a 0.2% 0.2 fu 预应力钢筋强度标准值和设计值（N/mm 2） 种 类 fptkfpy y f 消除应力钢丝 螺旋肋钢丝 49 1470 1570 1670 1770 1250 1180 1110 1040 400 刻痕钢丝5、7 1470 1570 1110 1040 360 二股 d=10.0 d=12.0三股 d=10.8 d=12.9钢绞线 七股 d=9.5 d=11.1 d=12.7 d=15.2 1860 1860 1860 1860 1820 1720

16、1320 1320 1320 1320 1290 1220 360 热处理钢筋 40Si2Mn(d=6) 48Si2Mn(d=8.2) 45Si2Cr(d=10)10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土 强度高；收缩、徐变小；快硬、早强强度高；收缩、徐变小；快硬、早强 可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； 有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； 具有较高的弹性模量，有利于提

17、高截面抗弯刚度，具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度， 减少预压时的弹性回缩；减少预压时的弹性回缩； 徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； 与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应 力传递长度；力传递长度； 有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和 减小锚具垫板的尺寸；减小锚具垫板的尺寸； 强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工 速度，提高台座、具夹具的周转率，降低间接费用速度，提高台座、具夹具的

18、周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低 于于C30，当采用高强钢丝时不低于，当采用高强钢丝时不低于C40。 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 (a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端 图 镦头锚具 三、锚具和夹具三、锚具和夹具 图 螺丝端杆锚具 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 夹片式锚具夹片式锚具 10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具 第十章 预应力混凝土结构 第十章 预应力混凝土结构 1

19、0.4 张拉控制应力和预应力损失 10.4 10.4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 p conp con A N , 一、张拉控制应力一、张拉控制应力 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 张拉控制应力限值con 张拉方法 钢筋种类 先张法 后张法 预应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋 0.75 fptk 0.70 fptk 0.75 fptk 0.65 fptk 因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张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，所以表中拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中scon

20、是以预是以预 应力筋的标准强度给出的，且应力筋的标准强度给出的，且scon可不受抗拉强度设计值的可不受抗拉强度设计值的 限制。限制。 在下列情况下，在下列情况下， scon可提高可提高0.05 fptk： 为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受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；压区内设置的预应力筋； 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。应力损失。 为避免为避免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scon不应小于不应小于

21、0.4 fptk。 二、预应力损失二、预应力损失 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质 以及制作方法上原因，预应力筋中应力会从以及制作方法上原因，预应力筋中应力会从 scon逐步减少，并经过相当长的时间才会最逐步减少，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终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力 损失。损失。 由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际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关键的问题。混凝土结构设计和施工中的一个

22、关键的问题。 过高或过低估计预应力损失，都会对结构的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。使用性能产生不利影响。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋 产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有： 锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移。 摩擦损失：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔摩擦损

23、失：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔 道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处道壁之间的摩擦，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。 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。 松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下 会产生松弛，会引起预应力损失。会产生松弛，会引起预应力损失。 温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失。温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失。 弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张弹性压缩损失：混凝土弹性

24、压缩，后张法中后拉束对先张 拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。 1 1、预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的损失、预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的损失sl1sl1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、 垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力 损失记为损失记为sl1sl1。 对直线预应力筋，对直线预应力筋， sl E l a 1 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 锚具变形和钢筋内缩值a（mm） 锚 具 类 别a

25、 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 1 1 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 后张法构件预应力曲线钢筋或折线形钢筋由于锚具变形和预后张法构件预应力曲线钢筋或折线形钢筋由于锚具变形和预 应力筋内缩引起的预应力损失值应力筋内缩引起的预应力损失值l1，应根据预应力曲线钢筋或折，应根据预应力曲线钢筋或折 线钢筋与孔道壁之间反向磨擦影响长度线钢筋与孔道壁之间反向磨擦影响长度lf范围内的预应力钢筋变形范围内的预应力钢筋变形 值等于锚具变形和预应力钢筋内缩值的条件确定。值等于锚具变形和预应力钢筋内缩值的条件确定。 第十章 预应力混凝

26、土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 减小预应力损失减小预应力损失l1l1的措施：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，因每增加一块垫板，少用垫板，因每增加一块垫板，值就增加值就增加1mm1mm； 增加台座长度。因增加台座长度。因l1l1值与台座长度成反比，采用先张法生产值与台座长度成反比，采用先张法生产 的构件，当台座长度为的构件，当台座长度为100100米以上时，米以上时，l1l1可忽略不计。可忽略不计。 2 2、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失s

27、l2sl2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力 筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预 应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。 曲线预应力筋 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 直线预应力筋 NpNp-dF1 dx NpNp-dF2 p d d/2d/2 dx dxNdF p 1 dNdxp p dNpdxdF p 2 取取dx=rdq， Np=spAp ppd AdF dr d p p )()(lnln c

28、on r p 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 21 dFdF dAr pp )( 第十二 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 )(lnln con r p )( con krp e 为张拉端与计算截面曲线部分为张拉端与计算截面曲线部分 的切线夹角的切线夹角adad） 设该夹角很小，可近似取张拉端设该夹角很小，可近似取张拉端 到计算截面的距离到计算截面的距离 xx，则摩，则摩 擦损失擦损失l2l2为，为， )( con2 x l 2 . 0)(x 假假 设设 pl con2 )( con2 1 1 x l e K K：考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦

29、系数；：考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数； X 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；：预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数； 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 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 0.0015 0.0010 0.0015 0.0035 0.25 0.25 0.55 0.09 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

30、根据实测数据确定； 3、无粘结预应力钢绞线的数据适用于由公称直径 12.70mm 或15.20mm钢绞线制成的无粘结预应力钢筋。 对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩 a(mm)，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生反向摩擦力以阻，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生反向摩擦力以阻 止其内缩。止其内缩。 反向摩擦力只在一定的影响长度反向摩擦力只在一定的影响长度lf(m)内发生，即在距张拉端内发生，即在距张拉端 lf处，预应力筋的内缩值为零。处，预应力筋的内缩值为零。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 (m) )

31、(1000 con c p f r aE l 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 设反向摩擦和正向摩擦相同设反向摩擦和正向摩擦相同 Ds =2sl2 f p f c con f p l l E l r l E a )( 2 )( con2 x l x r c l )( con2 内缩值内缩值 (m) )(1000 con c p f r aE l )1 ( 1 f l l x 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 设反向摩擦和正向摩擦相同设反向摩擦和正向摩擦相同 Ds =2sl2 )( con2 x l x r c l )( con2 )1)(

32、2 con fc f l x r l 一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉 减少摩擦损失的措施 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 3 3、预应力钢筋与台座之间温差引起的损失、预应力钢筋与台座之间温差引起的损失sl3sl3 为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽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。升温时，新浇混凝土尚养护加快混凝土的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚 未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固未结硬，钢筋受热膨胀，但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定不动的，亦即钢筋长度不变，因

33、此预应力筋中的应 力随温度的增高而降低，产生预应力损失力随温度的增高而降低，产生预应力损失sl3sl3。降温。降温 时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具时，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，两者共同回缩，已产生预应力损失有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失sl3sl3 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 t D t ，取钢筋的温度膨胀系数为，取钢筋的温度膨胀系数为1 110-5/10-5/，则有：，则有： 101 5 3 tEs l 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失

34、tt 2102101 55 减少减少sl3 损失的措施：损失的措施： （1采用两次升温养护。先在常温下养护，待混凝土强度达采用两次升温养护。先在常温下养护，待混凝土强度达 到一定强度等级，再逐渐升温至规定的养护温度，到一定强度等级，再逐渐升温至规定的养护温度， （2钢模上张拉预应力钢筋，由于预应力钢筋是锚固在钢模钢模上张拉预应力钢筋，由于预应力钢筋是锚固在钢模 上的，升温时两者温度相同，可以不考虑此项损失。上的，升温时两者温度相同，可以不考虑此项损失。 4 4、预应力钢筋应力松驰引起的损失、预应力钢筋应力松驰引起的损失sl4sl4 钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产钢筋在高应力长期作用下具

35、有随时间增长产 生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下，应力生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下，应力 值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。 应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有 关。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 普通预应力钢丝和钢绞线：普通预应力钢丝和钢绞线： con ptk con l f )5 . 0(4 . 0 4 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scon0.7fptk时，时， con ptk con l f )5 .

36、0(125. 0 4 当当0.7fptk 将二将二 者合并考虑。者合并考虑。 规范规范 对混凝土收缩和徐变引起的损失，按下对混凝土收缩和徐变引起的损失，按下 列公式计算：列公式计算： 151 28045 5 cu pc l f 151 28045 5 cu pc l f 先张法先张法 151 28035 5 cu pc l f 151 28035 5 cu pc l f 后张法后张法 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 第十章 预应力混凝土结构 10.5 张拉控制应力和预应力损失 An=Ac +asAs 0 A AA sp 0 A AA sp 先张法先张法 n sp

37、A AA n sp A AA 后张法后张法 A0=Ac+apAp+as As pcpc、 pcpc受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处混凝受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处混凝 土法向压应力。此时，预应力损失值仅考虑砼预压前第一批土法向压应力。此时，预应力损失值仅考虑砼预压前第一批 的损失，其非预应力钢筋中的应力的损失，其非预应力钢筋中的应力l5l5、 l5l5值应取等于零；值应取等于零； l5l5、 l5l5值不得大于值不得大于0.5fcu0.5fcu；当；当 pcpc为拉应力时，则公式中的为拉应力时，则公式中的 pcpc应取等于零。计算砼法向应力应取等于零。计算砼法向应力pcpc、

38、pcpc时可根据构件制时可根据构件制 作情况考虑自重的影响；作情况考虑自重的影响； f fcucu施加预应力时的混凝土立方体抗压强度；施加预应力时的混凝土立方体抗压强度； 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 l 对处于高温度环境相对湿度为100%）下的砼收缩 量将降为零，而徐变量将降低30%50%，对低湿度环 境相对湿度为50%以下下的砼收缩量、徐变量将增 长2030%。因此，对处于高湿度环境的结构如贮水 池、桩等），以上述公式算得的l5、l5值可降 低50%，而对处地干燥环境的结构，l5，l5值应 增加20%30%。 l 当能预先确定构件承受外荷载的时间时，可考虑时

39、 间对砼收缩和徐变损失值的影响，此时可将l5、 l5乘以不大于1的系数，系数可按下列公式计 算： l l 式中 j结构构件从预加应力时起至承受外荷 载的天数 j j 3120 4 减少减少l5l5损失的措施损失的措施 （1 1采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性 砼；砼； （2 2采用级配较好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；采用级配较好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性； （3 3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。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 6.6.螺旋式预

40、应力钢筋局部挤压砼引起的损失螺旋式预应力钢筋局部挤压砼引起的损失sl6sl6 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l6 l6的大小与环形构件的直径d成反比，直径减小，损失越大， 故规定： 当d3m时 l6 =30N/mm2 d3m时 l6 =0 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 三、预应力损失的组合三、预应力损失的组合 预应力混凝土构件从预加应力开始即需要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，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，考虑相应阶段所产生的预应应根据计算需

41、要，考虑相应阶段所产生的预应 力损失。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lI； 混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失lII。 根据上述预应力损失发生时间先后关系，根据上述预应力损失发生时间先后关系， 具体组合见表。具体组合见表。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 张拉控制应力和预应力损失 考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，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，产生不利影响，规范规范规定当总损失值规定当总损失值l =lI +lII小于小于 下列数值时，按下列数值取用：下列数值时，按下列数值取用： 先张法构件先张法构件 10

42、0MPa 后张法构件后张法构件 80MPa 四、混凝土弹性压缩引起的损失四、混凝土弹性压缩引起的损失sle 先张法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，先张法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短， 引起预应力筋应力降低。引起预应力筋应力降低。 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共同变形的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失sle 为：为： pcEpc c p le E E a 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

43、损失。 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 10.5 10.5 预应力砼轴心受拉构件受力性能分析预应力砼轴心受拉构件受力性能分析 一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件 Pre-tension 放张前放张前 放张后放张后 完 成 第 二完 成 第 二 批损失批损失 plIconpI AN)( pcIElconpI a I pcIc ppIcpcI AA平衡条件平衡条件 0 )( A N AA A pI pEc plIcon pcI a pcIIc pcIIElIIlconpII a I pcIIElcon a 0 )( A N AA A pII pEc

44、plcon pcII a 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 0 )( A N AA A p pEc plcon pc a pcElconp a 式中式中sl、spc、sp 和和Np0 为概括符号，即按不同的为概括符号，即按不同的 阶段代表相应阶段的预应阶段代表相应阶段的预应 力损失、应力和预应力筋力损失、应力和预应力筋 合力取值即可。合力取值即可。 若考虑非预应力钢筋，则有：若考虑非预应力钢筋，则有： 0 5 )( A N AAA AA pII sEpEc slplcon pcII aa spc0 AAAA EE aa 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构

45、件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 2、后张法构件、后张法构件 Post-tension 如所有钢筋同时张拉，则后张法构件无弹性压缩应力损失如所有钢筋同时张拉，则后张法构件无弹性压缩应力损失 (sle=0)。因此扣除预应力损失后预应力筋承受的拉力直接与混。因此扣除预应力损失后预应力筋承受的拉力直接与混 凝土承受的压力平衡，故由平衡条件，采用概括符号可得混凝凝土承受的压力平衡，故由平衡条件，采用概括符号可得混凝 土的预压应力土的预压应力: n p c plcon pc A N A A )( lconp 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 若考虑非预应力钢筋，则有：若考虑非预应力钢筋，则有：

46、 sc AAA En a n pII sEc slplcon pcII A N AA AA a 5 )( 第十章 预应力混凝土结构 先张法先张法 0 )( A N AA A p pEc plcon pc a pcElconp a plconp AN)( 0 后张法后张法 n p n plcon pc A N A A )( lconp plconp AN)( 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 二、使用阶段二、使用阶段 0 A N c cEp a 预应力筋的应力增量预应力筋的应力增量 pcpcc A N 0

47、cEpcElconp aa先张法 cElconp a后张法 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 1、消压状态、消压状态 0 0 pcpcc A N 当当 时时 00 AN pc 消压轴力消压轴力 lconp 0 先先 pcElconp a 0 后后 消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念，它消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念，它 相当于非预应力构件的起始状态。相当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产生的应力增产生的应力增 量与非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。量与非预应力混凝土

48、构件从零开始加荷产生的应力类似。 plconpp AAN)( 00 先张法先张法 ppcElconpp AAN)( 00 a后张法后张法 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 2、开裂轴力：、开裂轴力： tkpcpcc f A N 0 当 时 000 )(AfNAfN tktkpccr tkEpp fa 0 3、开裂后：、开裂后：NNcr，在裂缝截面轴力全部由预应力筋，在裂缝截面轴力全部由预应力筋 承担，即承担，即 p p A NN 0 相当于钢筋砼构件直接加载产生的钢筋应力。相当于钢筋砼构件直接加载产生的钢筋应力。 将该应力增量代替裂缝宽度计算公式中的钢筋将该应力增量

49、代替裂缝宽度计算公式中的钢筋 应力应力sss后，即可计算预应力构件的裂缝宽度。后，即可计算预应力构件的裂缝宽度。 00 pp p A NNN A N p p A NN 0 0 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 4、极限轴力：、极限轴力： 当预应力筋的应力达到起抗拉强度时，当预应力筋的应力达到起抗拉强度时， 达到极限轴力达到极限轴力 ppyu AfN 第十章 预应力混凝土结构 pII pcc 施加轴力前 pcEpIIp a 0 0 c 消压状态 N0N0 tkEpp fa 0 tkc f 开裂轴力 NcrNcr p pp A NN 0 0 开裂后 NNcr NNcr pyp f 极限轴力 Nu

50、 Nu 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 小小 结：结： （1在施工阶段，先张法与后张法的在施工阶段，先张法与后张法的pcII计算公式的计算公式的 形式基本相同，只是形式基本相同，只是l的具体计算不同，同时先张法的具体计算不同，同时先张法 构件用换算截面面积构件用换算截面面积A0，而后张法构件用净截面面积，而后张法构件用净截面面积 An。 （2使用阶段使用阶段N0、Ncr、Nu的三个计算公式，不论先的三个计算

51、公式，不论先 张法或后张法，公式形式都相同，但计算张法或后张法，公式形式都相同，但计算N0和和Ncr时时 两种方法的两种方法的pcII是不相同的。是不相同的。 （3当材料强度等级和载面尺寸相同时，预应力混凝当材料强度等级和载面尺寸相同时，预应力混凝 土轴心受拉构件与钢筋混凝土受拉构件的承载力相同。土轴心受拉构件与钢筋混凝土受拉构件的承载力相同。 （4预应力砼构件出现裂缝比钢筋砼构件迟得多，故预应力砼构件出现裂缝比钢筋砼构件迟得多，故 构件抗裂度大为提高，但出现裂缝时的构件抗裂度大为提高，但出现裂缝时的Ncr与破坏时与破坏时 Nu比较接近，延性较差。比较接近，延性较差。 （5预应力钢筋从张拉直至

52、构件破坏，始终处于高拉预应力钢筋从张拉直至构件破坏，始终处于高拉 应力状态，而混凝土则在轴向拉力达到应力状态，而混凝土则在轴向拉力达到N0值以前始终值以前始终 处于受压状态，发挥了两种材料各自的性能。处于受压状态，发挥了两种材料各自的性能。 第十章 预应力混凝土结构 先张法构件 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 后张法构件 10.5 轴心受拉构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 一、轴心受拉构件使用阶段的计算一、轴心受拉构件使用阶段的计算 1 1使用阶段承载力计算使用阶段承载力计算 10.6 10.6 预应力砼轴心受拉构件的设计预

53、应力砼轴心受拉构件的设计 NNu=fpyAp+fyA s 式中 N构件的轴向受拉承载力设计值； fpy、fy预应力钢筋及非预应力钢筋抗拉强度设计值； Ap、As预应力钢筋及非预应力钢筋的截面面积。 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 预应力砼构件的抗裂等级划分为三个裂缝控制等级 进行验算 （一级严格要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下 （二级一般要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下 在荷载效应的准永久组合下 式中 ck、cq荷载效应的标准组合、准永久 组合下抗裂验算混 凝土法向应力； 0 A Nk ck 0 A N q cq NNcr=(pcII+ftk)A

54、0 c-pcIIftk c-pcIIftk 2.抗裂度验算及裂缝宽度验算抗裂度验算及裂缝宽度验算 ck-pcII0 cq-pcII0 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 （3三级三级允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合，并考虑裂缝宽度不均匀性和荷载长期在荷载效应的标准组合，并考虑裂缝宽度不均匀性和荷载长期 作用的影响，纵向受拉钢筋截面重心水平计算的最大裂缝宽度为：作用的影响，纵向受拉钢筋截面重心水平计算的最大裂缝宽度为： 式中式中 te纵向受拉钢筋有效配筋率，纵向受拉钢筋有效配筋率， sk 按荷载效应标准组合计算的受拉钢筋的等效应力按荷载效应标准组合计

55、算的受拉钢筋的等效应力 deq纵向受拉钢筋的等效直径；纵向受拉钢筋的等效直径； maxmax )08. 09 . 1 (W d c E W te eq s sk cr a te ps te A AA sp pk sk AA NN 0 iii ii eq dvn dn d 2 第十章 预应力混凝土结构 结构构件的裂缝控制等级和最大裂缝宽度限制 (mm) 钢筋混凝土结构预应力混凝土结构环境 类别裂缝控制等级最大裂缝宽度限制裂缝控制等级最大裂缝宽度限制 一三0.3三0.2 二三0.2二 三三0.2一 环境分类 混凝土结构的使用环境类别 环境类别说 明 一工业与民用建筑室内环境；无侵蚀性介质、无高温高

56、湿影响、不与 土壤直接接触的环境 a室内潮湿环境；露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 二 b寒冷及严寒地区的露天环境；与无侵蚀性水及土壤直接接触的环境 三沿海环境；使用除冰盐的环境；海面大气区 四海水潮汐区；浪溅区；海水下环境；水位变动区 五受人为和自然的化学侵蚀性物质影响的环境 表中四、五类环境为港口工程和工业防腐设计用，详细说明及耐久性设计要求按港 口工程技术规范 （混凝土和钢筋混凝土） JTJ228、229及 工业建筑防腐蚀设计规范GBJ46 的规定进行。 10.6 轴心受拉构件的设计 第十章 预应力混凝土结构 10.6 轴心受拉构件的设计 二、二、 轴心受拉构件施工阶段的验算轴

57、心受拉构件施工阶段的验算 1施工阶段应力验算施工阶段应力验算 张拉或放松预应力钢筋时，按施工阶段荷载张拉或放松预应力钢筋时，按施工阶段荷载 标准值组合计算得到的截面上混凝土的压应力标准值组合计算得到的截面上混凝土的压应力scc应满应满 足下列要求：足下列要求： ckcc f 8 . 0 先张法先张法 0 )( A Ap lcon cc 后张法后张法 n pcon cc A A 第十章 预应力混凝土结构 2 2、施工阶段局部承压计算、施工阶段局部承压计算 10.6 轴心受拉构件的设计 第十章 预应力混凝土结构 ln 35. 1AfF clcl pconl AF2 . 1 Aln扣除孔道面积的混凝

58、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。 l b l A A cc砼强度影响系数；砼强度影响系数； ll砼局压时强度提高系数；砼局压时强度提高系数； AlAl砼局部受压面积；砼局部受压面积；AA局部受压的计算底面局部受压的计算底面 积；积； 为避免出现孔道愈大，为避免出现孔道愈大，ll值愈高的不合理现象，在计算值愈高的不合理现象，在计算 ll时，时，AlAl和和AA均不扣除孔道面积。均不扣除孔道面积。 10.6 轴心受拉构件的设计 第十章 预应力混凝土结构

59、10.6 轴心受拉构件的设计 局部受压的计算底面积局部受压的计算底面积Ab ，可根据局部受压面积，可根据局部受压面积Al与计与计 算底面积同心、对称的原则按图取值。算底面积同心、对称的原则按图取值。 第十章 预应力混凝土结构 局部受压承载力计算局部受压承载力计算 sA lAnlAn cor ss v 222111 当采用方格网时，当采用方格网时， sd A cor ss v 1 4 当采用螺旋配筋时，当采用螺旋配筋时， l cor cor A A 10.6 轴心受拉构件的设计 aa为间接钢筋对砼约束的折减系数，为间接钢筋对砼约束的折减系数，C50C50时时a1.0a1.0， C80C80时时a

60、8.5a8.5 ln )2(9 . 0AffF ycorvclcl a 作业：作业：P281 10-2 第十章 预应力混凝土结构 一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件 0 00 y I eN A N ppp pc pcElconp a plconp AN)( 10.7 10.7 预应力砼受弯构件受力性能分析预应力砼受弯构件受力性能分析 yt yb ep0 lconp 0 放张前 pc y0 pcElconp a 放张后 先张法受弯构件施工阶段应力分析 10.7 预应力砼受弯构件受力性能分析 第十章 预应力混凝土结构 No Image plconplconp AAN)()( p