预应力混凝土构件

1、10 预应力混凝土构件本章目录 10.1 10.1 预应力结构的基本概念及分类预应力结构的基本概念及分类 10.2 10.2 预应力混凝土构件设计的一般规定预应力混凝土构件设计的一般规定 10.3 10.3 预应力各项损失的计算及工程应用预应力各项损失的计算及工程应用 10.4 10.4 预应力筋传递长度及端锚区局压计算预应力筋传递长度及端锚区局压计算 10.5 10.5 轴心受拉构件各阶段应力分析轴心受拉构件各阶段应力分析 10.6 10.6 预应力混凝土轴心受拉构件计算预应力混凝土轴心受拉构件计算 10.7 10.7 预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件 10.8 10.8 预应力混凝

2、土构造要求预应力混凝土构造要求 10.9 10.9 部分预应力混凝土构件和无粘结预应力混凝土部分预应力混凝土构件和无粘结预应力混凝土 目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.1 概 述10.1.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念普通钢筋混凝土结构工程应用存在的问题1）在正常使用条件下构件受拉区裂缝的存在，导致了受拉区混凝土浪费，还使得构件刚度降低，变形较大。2）考虑到结构的耐久性与适用性，必须控制构件的裂缝宽度和变形。 在普通钢筋混凝土结构中，高强混凝土及高强钢材是不能充分利用 目录目录10.110.210.310.410.510.6

3、10.710.810.9预应力混凝土结构的定义在正常受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力以改善其在使用荷载作用下混凝土抗拉性能的结构称为“预应力混凝土结构”。ACI对预应力混凝土的定义为“预应力混凝土是根据需要人为施加某一数值与分布的压应力用以部分或全部抵消荷载应力的一种加筋混凝土。” 预应力混凝土结构的原理加载加载目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9预应力混凝土结构的特点预应力结构的工程应用(1)改善结构的使用性能(2)减小构件截面尺寸，减轻自重(3)充分利用高强度钢材(4)具合良好的裂缝闭合性能(5)提高抗疲劳强度(6)具有良好的经济性（1）大跨度

4、结构（2）对抗裂缝有特殊要求的结构（3）某些高耸结构（5）特殊要求的一般建筑（4）大量制造的预制构件10.1.2（3） 预应力混凝土构件的分类及预加力的方法预应力混凝土构件的分类及预加力的方法根据预应力施加的程度分类 0MM或 0NN各符号含义见教材P215目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9使用荷载下不出现拉应力或裂缝全预应力混凝土构件使用荷载下允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝部分预应力混凝土构件混凝土构件的分类混凝土构件的分类目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9张拉钢筋浇注混凝土构件混凝土强度达设计强

5、度的70%以上时剪断钢筋浇混凝土构件，并在构件中预留孔道在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉锚固灌浆根据预应力的施加方式 先张法 后张法 钢筋在台座上就位目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9有粘结预应力混凝土构件 无粘结预应力混凝土构件有粘结预应力混凝土先张法生产的预应力混凝土构件以及后张法张拉钢筋后在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小或无粘结预应力混凝土后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生产的预应力混凝土构件特点造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢筋根据预应力钢材与混凝土之间是否存在粘结作用目录目录10.110.

6、210.310.410.510.610.710.810.9* *夹具：夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它不留在构件上，剪断预应力筋后夹它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失具的作用即消失* *锚具：锚具：永久地留在构件上，如锚具永久地留在构件上，如锚具失效构件中的预应力将全部消失。失效构件中的预应力将全部消失。10.1.4锚具与夹具螺丝端杆锚螺丝端杆锚目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9锥形锚具锥形锚具镦头锚具镦头锚具 夹片锚具夹片锚具 Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.8

7、10.9强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加工性能和一定的塑性要求处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋为预应力钢筋钢筋类型冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝注意对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋焊接接头的冷拉钢筋10.2 预应力混凝土构件设计的一般规定预应力钢筋钢绞线目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.

8、9混凝土要求高强度、收缩与徐变小、快硬、早强混凝土强度等级不宜低于C40，且不应低于C30 张拉控制应力张拉控制应力pconAN张拉控制应力范围con越大，混凝土中的预压应力越大，但过大会产生如下问题使构件出现脆性破坏预应力筋过早进入流幅，降低其塑性增加钢筋的松弛损失目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9预应力筋强度标准值（N/mm2） Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9由于锚具、垫块本身的变形，其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失plEla1张拉端至锚固端之间的距离预应力钢筋的弹性模量张拉

9、端锚具的变形和钢筋的内缩值，见教材表10.110.3 预应力损失10.3.1 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 1l直线预应力钢筋后张曲线或折线预应力钢筋)1)(21fcfconllxrl)/(1000cconsfraEl各符号含义见教材P184目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxd后张法中，张拉钢筋时，钢筋在孔道中滑动，就会产生摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差等因素引起的*曲线型孔道而引起的10.3.2 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

10、筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失 )11 ()(2kdxconle考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，教材表10-2预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数，教材表10-2减小摩擦损失的措施：一是采用超张拉工艺；二是采用两端张拉 ！2l目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9温度为t0时的应力为con温度升到t1时由于混凝土未结硬此处的应力为con温度回落到t0时由于混凝土已结硬和钢筋同时回缩，此处的应力为con con混凝土蒸汽养护时,预应力钢筋与台座之间温差引起的损失)/(210200001. 000001. 0253mmNtttEpl钢筋的线膨胀系数*采用

11、二次升温法可减少l3:先在常温下养护,当混凝土的强度达到7.510N/mm2时再逐渐升温10.3.3 加热养护时钢筋与设备之间温差引起的损失加热养护时钢筋与设备之间温差引起的损失 3l目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%，24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛conptconlbfa)(4采用超张拉时为0.9，不采用时为1.0常数参见教材P186或规范中的相关规定选用10.3.4 预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的预

12、应力损失 4l目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9收缩和徐变两者相互有关，很难精确计算，为了简化两项损失可合并考虑DCfBAcupcl5受拉区或受压区各自预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率受拉区或受压区预应力钢筋在各自合力作用点处混凝土的法向压应力高湿环境中可降低50%干燥环境中应增加2030%系数系数A、B、C、D参见教材参见教材P186中的相关规定中的相关规定10.3.5 温凝土收缩和徐变引起的预应力损失温凝土收缩和徐变引起的预应力损失 5l目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9采用螺旋式预应力筋作为配筋的

13、环形构件，由于预应力筋对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失当d3m时Mpal30610.3.6 环形构件用螺旋式预应力配筋时所引起的损失环形构件用螺旋式预应力配筋时所引起的损失 6l预应力损失的组合先张法构件后张法构件第一批损失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批损失lIIl5l4+l5+l6预应力总损失的下限值先张法构件： ll100N/mm2后张法构件： ll80N/mm210.3.7 预应力损失的组合预应力损失的组合Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.4 预应力筋的传递长度和构件端部锚固区局部预应力筋的传递长度和构件

14、端部锚固区局部受压承载力计算受压承载力计算10.4.1 预应力筋的传递长度预应力筋的传递长度 r tl先张法构件预应力筋的预应力传递长度： dfltkpetr各符号含义见教材P187目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.4.2 构件端部锚固区局部受压承载力计算构件端部锚固区局部受压承载力计算 后张法构件端部后张法构件端部压应力分布图压应力分布图 局部受压区的截面尺寸验算 nlclclAfF35. 1lblAA混凝土局部受压时的强度提高系数 式中各符号的含义见教材p188目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.

15、9局部受压的局部受压的计算底面积计算底面积局部承压承载力计算 yv0.9(2)lclcvcorlnFffA sAlAnlAncorssv22211114ssvcorAds 方格网式配筋方格网式配筋 螺旋式配筋螺旋式配筋 局压承载力局压承载力公式公式（10.23）局部受压区的间接钢筋局部受压区的间接钢筋（a）方格网式（）方格网式（b）螺旋式）螺旋式Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9PPP预应力混凝土构件（使用荷载下不带裂缝）普通混凝土构件（使用荷载下常带裂缝）预应力钢筋开裂前，荷载-位移关系为线性的，预应力钢筋的应力增长较少开裂后，预应力钢筋

16、的应力急增，进入非线性阶段10.5 轴心受拉构件各阶段应力分析受力特征各阶段应力受力示意图（a）截面图（）截面图（b）放松预应力筋（）放松预应力筋（c）完成第二批损失（）完成第二批损失（d）加荷至混凝土应力为零（）加荷至混凝土应力为零（e）裂缝即将出现（）裂缝即将出现（f）破坏）破坏目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.91pconl 钢筋应力：0c混凝土应力：10.5.1 先张法构件1）张拉钢筋施工阶段2）完成第一批预应力损失浇注混凝土但不受力lIconp钢筋应力：0c混凝土应力：431I5 . 0llll目录目录10.110.210.310.410.

17、510.610.710.810.93）放松钢筋pcIElIconp钢筋应力：0)(AAplIconcpI混凝土应力：pcIpEAAA) 1(0csEEEppcIElIconppcIAAA)()(4）完成第二批损失pcII混凝土中的有效预压应力pcIIElIIlIconp钢筋应力：550()()conlplsconlplspccEsEpAAAAAAAA 混 凝 土 有 效 预 应 力 ：54II5 . 0lllcpcslpcEppcElconAAA)()(5目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.91）消压状态-加载至混凝土中的应力为0c=0Np0使用阶段

18、slPlconpAAN5000ANpcp消压轴力： 或2）即将开裂状态ftNcr目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.90c混凝土应力：pypf钢筋应力：Nu3）构件破坏状态syPpyuAfAfN开裂荷载 tkpEsEcslplconctksltkEptkElconcrfAAAAAAfAfAfN)()()()(55或0AfNtkpccr)(注意：预应力并不能提高构件的极限承载力目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.91）穿钢筋0p钢筋应力：0c混凝土应力：10.5.2 后张法构件施工阶段公式各符号含义相见教材P19

19、2目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.93）完成第二批损失混凝土中的有效预压应力pcII654llllII使用阶段1）消压状态-加载至混凝土中的应力为0Np0目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.92）即将开裂状态Ncrft3）构件破坏状态Nu0c混凝土应力：pypf钢筋应力：syPpyuAfAfN目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.5.3 先张法与后张法计算公式之比较钢筋应力混凝土应力轴向拉力Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.

20、710.810.910.6 轴心受拉构件计算计算内容 使用阶段承载力计算 使用阶段承载力计算与裂缝控制验算 施工阶段承载力计算 后张法构件端部局部承压承载力验算10.6.1 使用阶段承载力计算！构件破坏时，全部荷载有钢筋承担，正截面承载能力可按下式计算： syppyAfAfN轴向拉力设计值 目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.6.2 使用阶段裂缝控制计算1）一级：严格要求不出现受力裂缝的构件 0ANkck2）二级：一般要求不出现受力裂缝的构件 在荷载标准组合下，受拉边缘应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值，即： ktcpkcf目录目录10.110

21、.210.310.410.510.610.710.810.90cPckc在荷载标准组合下受拉边缘不出现拉应力3）三级：允许出现裂缝的构件 limmaxww按荷载的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度 最大裂缝宽度限值对环境类别为二a 类的预应力混凝土构件： 一般情况：tkcpqcf 0ANqcq荷载准永久组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力 按荷载效应准永久组合计算的轴向拉力 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值Wlim（mm） 其中目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.6.3 施工阶段验算.ckccf80各符号含义见教材P18410

22、.6.4 端部锚固区局部受压承载能力验算 包括局部受压区的截面尺寸验算和局部受压承载力计算，同学们结合教材P195的例题仔细研读Back目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7 预应力混凝土受弯构件的计算10.7.1 受弯构件应力分析施工阶段（已产生第一批预应力损失）先张法后张法plconplconpIAAN)()(ppplconpplconpNyAyAe000)()(0000yIeNANppppcpcElconppcEsnnpnpnppcyIeNANplconplconpAAN)()(ppnplconpnplconpnNyAyAe)()(lco

23、nppcEs各公式的符号含义可参见教材P198目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9施工阶段（已完成第二批预应力损失）先张法后张法slslplconplconpAAAAN55)()(psslsslpplconpplconpNyAyAyAyAe0505000)()(0000yIeNANppppcpcElconp5lpcEsslslplconplconpAAAAN55)()(pnsslnsslnpplconnpplconpnNyAyAyAyAe55)()(lconp5lpcEsnnpnpnppcyIeNAN各公式的符号含义可参见教材P198目录目录10.1

24、10.210.310.410.510.610.710.810.9使用阶段（消压状态）截面下边缘应力为零时 000WMpc00WMpc或 消压弯矩 换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩 使用阶段（即将开裂状态）即将开裂状态 0WfMtkpccr)(开裂弯矩换算截面抵抗矩塑性影响系数 mh).(12070！其他符号详见教材目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.9承载能力极限状态构件的应力状态和计算方法与普通混凝土受弯构件类似 正常工作状态正常工作状态 承载力极限状态承载力极限状态 目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7.2 使用阶段正截面承载力计算除了考虑预应力筋的抗拉作用之外，其他方面计算与普通混凝土类似，此处不赘述。10.7.3 使用阶段斜截面承载力计算ppypbsysbpcsfAfAVVVsin8 . 0sin8 . 00050ppNV.各公式的符号含义可参见教材P19810.7.4 使用阶段正截面裂缝控制验算预应力混凝土受弯构件正截面裂缝控制验算与预应力混凝土轴心受拉构件类似 ，具体计算可参见教材或规范目录目录10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7.5 使用阶段斜截面裂缝控制验算预应力混凝土受弯构件应分别对截面