混凝土结构预应力混凝土构件学习教案

1、会计学1混凝土结构混凝土结构(jigu)预应力混凝土构件预应力混凝土构件第一页，共133页。第第10章章 预应力混凝土的原理及计算预应力混凝土的原理及计算(j sun)规定规定10.1 预应力混凝土的概念一、钢筋(gngjn)混凝土的缺欠跨度为跨度为5.2m的简支梁，截面的简支梁，截面(jimin)尺寸为尺寸为200450mm2，作用均布活荷载标准值，作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第1页/共133页第二页，共133页。跨度增加一倍跨度增加两倍采用高强钢筋L05.2m10.4m

2、20.8m5.2mbh2004504009008001900200450自重gk5kN20kN80kN5kNM67.6kN.m513.96kN.m5948.8kN.m67.6kN.mfy级310级310级310冷拉级580As603mm22106mm212650mm2308mm2Ms50.7kN.m405.6kN.m4867.2kN.m50.7kN.mf=3000L16.4=3170L38.1=2730L88.8=2340L32.2=5 .1610Lss232MPa453MPawmax=0.30.250.75第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 预应力混凝土的概念(

3、ginin)第2页/共133页第三页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第3页/共133页第四页，共133页。二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念2hIeNANppppc2hIMc)2(2hIeNANhIMppppccb第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第4页/共133页第五页，共133页。0pcc)2(2hIeNANhIMppppccbtkpccf0tkpccf由于预加应力由于预加应力spc较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现较大，受拉边缘仍处于受压状

4、态，不会出现(chxin)开裂；开裂；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(chxin)开裂；开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生(chnshng)裂缝，但比钢筋混凝土构件（裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np =0）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。）的开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第5页/共133页第六页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定1

5、0.1 预应力混凝土的概念(ginin)第6页/共133页第七页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第7页/共133页第八页，共133页。预应力坝第8页/共133页第九页，共133页。第9页/共133页第十页，共133页。第10页/共133页第十一页，共133页。施加(shji)预应力的方法先张法先张法第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第11页/共133页第十二页，共133页。第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念

6、(ginin)第12页/共133页第十三页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第13页/共133页第十四页，共133页。后张法后张法第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第14页/共133页第十五页，共133页。后张法后张法第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第15页/共133页第十六页，共133页。第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 预应力混凝土的概念(ginin)第16

7、页/共133页第十七页，共133页。无粘结无粘结(zhn ji)预预应力混凝土应力混凝土锚具的可靠性高强钢丝(n s)的可靠度一定要有非预应力筋第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 预应力混凝土的概念第17页/共133页第十八页，共133页。第18页/共133页第十九页，共133页。第19页/共133页第二十页，共133页。、锚具和夹具、锚具和夹具(jij)10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定1.对锚具的要求(1)安全可靠,具有足够的强度和刚度(2)预应力筋滑移小,减少预应力损失(3)构造简单,便于制

8、作(4)使用方便,省材料,价格低2. 工程中常用的锚具(1)螺丝端杆锚具第20页/共133页第二十一页，共133页。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定第21页/共133页第二十二页，共133页。 10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定(2)锥形锚具第22页/共133页第二十三页，共133页。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定夹片式锚具夹片式锚具第23页/共133页第二十四页，共133页。10

9、.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定第24页/共133页第二十五页，共133页。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定第25页/共133页第二十六页，共133页。第26页/共133页第二十七页，共133页。第27页/共133页第二十八页，共133页。第28页/共133页第二十九页，共133页。第29页/共133页第三十页，共133页。第30页/共133页第三十一页，共133页。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具10.1 预应力混凝土的材料(cil

10、io)及锚夹具一、预应力钢筋一、预应力钢筋 预应力钢筋的强度越高越好。预应力钢筋的强度越高越好。 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋而且在预应力混凝土制作和使用过程中，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，为使得扣除应力损失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，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力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。筋。 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。同时还要求性。同时还要求(yoq

11、i)具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求接、镦粗的加工要求(yoqi)。 对钢丝类预应力筋，还要求对钢丝类预应力筋，还要求(yoqi)具有低松弛性和与混凝土良好具有低松弛性和与混凝土良好的粘结性能，通常采用的粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土方法来提高与混凝土粘结强度。粘结强度。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算规定第31页/共133页第三十二页，共133页。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，抗拉强度可达级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。 为解决粗直

12、径钢筋的连接问题为解决粗直径钢筋的连接问题(wnt)，钢筋表面轧制成不带，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。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，这种预应力筋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。的应用已很少。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定第32页/共133页第三十三页，共133页。2、中高强钢丝、中高强钢丝(n s)中高强钢丝中高强钢丝(n s)是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中

13、强钢丝中强钢丝(n s)的为的为8001200MPa，高强钢丝高强钢丝(n s)的强度为的强度为14701860MPa。钢丝钢丝(n s)直径为直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝为增加与混凝土粘结强度，钢丝(n s)表面可采用表面可采用刻痕刻痕或或压波压波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定刻痕钢丝螺旋肋钢丝第33页/共133页第三十四页，共133页。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定消除消除(xioch)应力

14、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(xioch)内应力。消除内应力。消除(xioch)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力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除(xioch)应力前有所提高，塑性也有所改善。应力前有所提高，塑性也有所改善。第34页/共133页第三十五页，共133页。3、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结股高强钢丝扭结(niji)而成的一种高强预应力筋，其中以而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。股钢绞线

15、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，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和股和3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。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。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定无粘结预应力束无粘结预应力束第35页/共133页第三十六页，共133页。4、热处理钢筋、热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质用热轧中碳低合金钢经过调质(dio zh)热处理后制成的高强度钢筋

16、，直径为热处理后制成的高强度钢筋，直径为610mm，抗拉强度为，抗拉强度为1470MPa。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力-应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为0.2%的的条件屈服点条件屈服点作为抗拉强度设计指标。作为抗拉强度设计指标。a0.2%0.2 fu第36页/共133页第三十七页，共133页。预应力钢筋强度标准值和设计值（N/mm2）种 类fptkfpyyf 消除应力钢丝螺旋肋钢丝4914701570

17、167017701250118011101040400刻痕钢丝5、71470157011101040360二股d=10.0d=12.017201220360三股d=10.8d=12.917201220360钢绞线七股d=9.5d=11.1d=12.7d=15.2186018601860186018201720132013201320132012901220360热处理钢筋40Si2Mn(d=6)48Si2Mn(d=8.2)45Si2Cr(d=10)1470104040010.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定第37页/共133页第

18、三十八页，共133页。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有利于减小构件截面尺寸(ch cun)，以适用大跨度的要求；，以适用大跨度的要求；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；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力传递长度与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应

19、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减小锚具垫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板的尺寸(ch cun)；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用台座、模具、夹具的周转率，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，当采用高强钢丝时不低于高强钢丝时不低于C40。10.1 预应力混凝土的材料(cilio)及锚夹具第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定第38页

20、/共133页第三十九页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析一、截面应力计算一、截面应力计算yIeNANppppcyIMc pccyIM)(yIeNANppp第39页/共133页第四十页，共133页。二、截面二、截面(jimin)受受力特点力特点受荷以前受荷以后MaCaNpCMNMap第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析第40页/共133页第四十一页，共133页。预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化来抵抗

21、外弯预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化来抵抗外弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力，而截面混凝土则一直主要承受压力C。钢筋混凝土受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变，而钢筋混凝土受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变，而钢筋拉力钢筋拉力T和压区混凝土的压力和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断增随弯矩增长而不断增大。大。预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性度和混凝土抗压强度高特性(txng)，可以使得高强度，可以使得高

22、强度材料强度高的性能得以发挥。材料强度高的性能得以发挥。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析第41页/共133页第四十二页，共133页。三、平衡三、平衡(pnghng)荷载概念荷载概念)(212xlxgMkg220)(4lxlxeeppkNlge2081取 ppeN )(yIeNANyIMpppg第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析222)(814lxlxNlgpkANpgM)(212xlxgk第42页/共133页第四十三页，共133页。dNdxwpppNdxdNwd

23、xd208leNpNpwdd/2d/2dx208leNNwpp当当w=gk时，曲线预应力筋对混凝土产生时，曲线预应力筋对混凝土产生(chnshng)横向分布压力恰好抵消梁均布恒荷载横向分布压力恰好抵消梁均布恒荷载gk。按这种方法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。按这种方法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定12.3 预应力混凝土的基本(jbn)受力分析220)(4lxlxeep22dxedp第43页/共133页第四十四页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力

24、损失张拉控制应力张拉控制应力(yngl)(yngl)和预应力和预应力(yngl)(yngl)损失损失在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的所控制的总张拉力总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的应力称为得到的应力称为张张拉控制应力拉控制应力 con。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在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 con取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。使

25、预应力筋充分发挥作用。但但 con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。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。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 con。pconpconAN,第44页/共133页第四十五页，共133页。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 fptk0.70 fptk0.75 fptk0.65 fptk第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失第45页/共133页第四十六页，共133页。 因为对预应力筋的

26、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scon是以预应力筋的标准强度给出的，且是以预应力筋的标准强度给出的，且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。在下列情况在下列情况(qngkung)下，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，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；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；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。为部分抵消应力

27、松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。 为避免为避免scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定scon不应小于不应小于0.4 fptk。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 张拉控制应力(yngl)和预应力(yngl)损失第46页/共133页第四十七页，共133页。预应力损失预应力损失 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方法上原因，预应力筋中应力会从scon逐步减少，并逐步减少，并经过相当长的时间才会最终经过相当长的时间

28、才会最终(zu zhn)稳定下来，这稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。种应力降低现象称为预应力损失。 由于最终由于最终(zu zhn)稳定后的应力值才对构件产生实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关键的问题。结构设计和施工中的一个关键的问题。 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。产生不利影响。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 张拉控制应力(yngl)和预应力(yngl)损失第47

29、页/共133页第四十八页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失 由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩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：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道壁之摩擦损失：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的摩擦，也会间的摩擦，

30、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。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。 松弛松弛(sn ch)损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生松弛下会产生松弛(sn ch)，会引起预应力损失。，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拉束造弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，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。成的压缩变形而产生分批张拉损

31、失等。第48页/共133页第四十九页，共133页。1 1、锚固损失、锚固损失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(bin xng)(bin xng)、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、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sl1sl1。对直线预应力筋，对直线预应力筋，slEla1第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)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

32、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第49页/共133页第五十页，共133页。2 2、摩擦损失、摩擦损失sl2sl2 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(ynq)(ynq)预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。直线预应力筋曲线预应力筋第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 张拉控制应力(yngl)和预应力(yngl)损失第50页/共133页第五

33、十一页，共133页。第51页/共133页第五十二页，共133页。dxNdFp1dNdxppdNpdxdFp2取取dx=rd ，Np= pAp ppdAdFdrdpp)()(lnlnconrp第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失21dFdF dArpp)(第52页/共133页第五十三页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失)(lnlnconrp)(conkrpe为张拉端与计算为张拉端与计算(jun)(jun)截面曲线部分的切线夹角（截面曲线部分的切线夹角

34、（adad）设该夹角很小，可近似取张拉端到计算设该夹角很小，可近似取张拉端到计算(jun)(jun)截面的距离截面的距离xx，则摩擦损失，则摩擦损失l2l2为，为，plcon2)(con2xl2 . 0)(x若若)(con11xe第53页/共133页第五十四页，共133页。第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 张拉控制应力(yngl)和预应力(yngl)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0.00150.00100.00150.00350.250.250.550.09注：1、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据

35、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；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。第54页/共133页第五十五页，共133页。 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，使预应力筋有回缩的趋势，从而(cng r)产生反向摩擦力以阻止其内缩。产生反向摩擦力以阻止其内缩。反向摩擦力只在一定的影响反向摩擦力只在一定的影响(yngxing)长度长度lf(m)内

36、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10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 张拉控制应力和预应力损失第55页/共133页第五十六页，共133页。(m) )(1000concpfraEl第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失设反向摩擦和正向设反向摩擦和正向(zhn xin)摩擦相同摩擦相同Ds =2sl2fpfcconfpllElrlEa)(2)(con2xlxrcl)(con2内缩值内缩值第56页/共133页第五十七页，共133页。(m) )(100

37、0concpfraEl)1 (1fllx第10章 预应力混凝土结构(jigu)的原理及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失设反向设反向(fn xin)摩擦和正向摩擦相同摩擦和正向摩擦相同Ds =2sl2)(con2xlxrcl)(con2)1)(2confcflxrl第57页/共133页第五十八页，共133页。一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉减少(jinsho)摩擦损失的措施第10章 预应力混凝土结构的原理及计算(j sun)规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失第58页/共133页第五十九页，共133页。3 3、热养护损失、热养护损失sl3sl3

38、 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(nngji)(nngji)硬化。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sl3sl3。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结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力

39、筋之间已具有粘结作用，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， 10153tEsl第10章 预应力混凝土结构的原理(yunl)及计算规定10.1 张拉控制(kngzh)应力和预应力损失tt210210155第59页/共133页第六十页，共133页。4 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失sl4sl4钢筋在高应力长期作用下具有随时间钢筋在高应力长期作用下具有随时间(shjin)(shjin)增长产生塑性变形

40、的性质。在长度保持不变的条件下，应力值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，应力值随时间(shjin)(shjin)增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。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应力松弛与初始应力水平和作用时间(shjin)(shjin)长短有关。长短有关。根据应力松弛的长期试验结果，规范取根据应力松弛的长期试验结果，规范取普通预应力钢丝和钢绞线普通预应力钢丝和钢绞线：conptkconlf)5 . 0(4 . 04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 con0.7fptk时，时，conptkconlf)5 . 0(125

41、. 04当当0.7fptk Ncr，在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即 00pppANNNANppANN0相当于钢筋混凝土构件直接加载产生的钢筋应力。将该应力增量代替相当于钢筋混凝土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裂缝宽度计算公式中的钢筋应力计算公式中的钢筋应力 ss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。ppANN00第72页/共133页第七十三页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.2 轴心(zhu xn)受拉构件4、极限轴力：、极限轴力： 当预应力筋的应力达到当预应力筋

42、的应力达到(d do)起抗拉强度时，达到起抗拉强度时，达到(d do)极限轴力极限轴力ppyuAfN 第73页/共133页第七十四页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.2 轴心(zhu xn)受拉构件第74页/共133页第七十五页，共133页。第10章 预应力混凝土构件受力性能(xngnng)分析10.2 轴心(zhu xn)受拉构件第75页/共133页第七十六页，共133页。第10章 预应力混凝土构件受力性能(xngnng)分析10.2 轴心(zhu xn)受拉构件第76页/共133页第七十七页，共133页。第10章 预应力混凝土构件受力性能(xngnng

43、)分析10.3 受弯构件(gujin)10.3 受弯构件受力性能(xngnng)分析一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件plconpAN)(0第77页/共133页第七十八页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.3 受弯构件(gujin)10.3 受弯构件受力性能(xngnng)分析一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件000000yIeNANppppcpcElconpaplconpAN)(0第78页/共133页第七十九页，共133页。第10章 预应力混凝土构件受力性能(xngnng)分析10.3 受弯构件(gujin)plconp

44、lconpAAN)()(000)()(ppplconpplconpNyAyAe000000yIeNANppppc第79页/共133页第八十页，共133页。第10章 预应力混凝土构件受力性能(xngnng)分析10.3 受弯构件(gujin)2、后张法构件、后张法构件(gujin)nnpnpnppcyIeNANplconplconpAAN)()(ppnplconpnplconpnNyAyAe)()(第80页/共133页第八十一页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.3 受弯构件(gujin)二、使用二、使用(shyng)阶段阶段 无论是先张法还是后张法，无论是先

45、张法还是后张法，施加外弯矩施加外弯矩M后，预应力筋与混凝土是后，预应力筋与混凝土是共同变形的共同变形的。因此在达到混凝土抗拉强度因此在达到混凝土抗拉强度ftk之前之前，可按弹性材料力学按换，可按弹性材料力学按换算截面惯性矩算截面惯性矩I0来确定由弯矩产生的截面应力，即来确定由弯矩产生的截面应力，即cEpa00yIMc拉为正拉为正第81页/共133页第八十二页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.3 受弯构件(gujin)1、消压弯矩消压弯矩M0000pcbpccyIMbpcbpcWyIM0000 当外弯矩M产生的截面受拉边缘的拉应力sc恰好抵消混凝土的预压(y

46、 y)应力spc时，这时的弯矩称为消压弯矩M0，W0b为换算截面对受拉边缘的弹性抵抗矩为换算截面对受拉边缘的弹性抵抗矩pcbpccyIM00梁底边应力梁底边应力第82页/共133页第八十三页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)受力性能分析10.3 受弯构件(gujin)2、开裂、开裂(ki li)弯矩弯矩Mcr2256. 0bhfMtkcr261bhfWfMtkmetkmcr m=0.2566=1.536截面抵抗矩塑性系数截面抵抗矩塑性系数，与截面形状和截面高度有关与截面形状和截面高度有关01207 . 0hm表 13-1 截面抵抗矩塑性影响系数基本值0对称工形截面或箱形截面

47、翼缘位于受拉区的 T 形截面截面形状矩形截面翼缘位于受压区的 T形截面bf/b2hf/h 为任意值bf/b2hf/h2hf/h Mcr构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。第97页/共133页第九十八页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝(li fng)控制等级抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设计计算简单。适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器（核反应堆压力容器和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环境下（核反应堆压力容器

48、和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环境下需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生疲劳破需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构。坏的结构。但全预应力混凝土也存在着以下的缺点：但全预应力混凝土也存在着以下的缺点： 对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制，而不是由承载力条件确定；制，而不是由承载力条件确定； 反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以致影

49、响结构的正常使用；致影响结构的正常使用； 从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小；从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小； 施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费用施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费用高。高。第98页/共133页第九十九页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类(fn li)及裂缝控制等级因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不仅技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。仅技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。第99页/共133页第一百页，共133

50、页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类及裂缝(li fng)控制等级第100页/共133页第一百零一页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类(fn li)及裂缝控制等级MM0l预应力度预应力度l l1 1：全预应力混凝土：全预应力混凝土l0l0：钢筋：钢筋( (njnjn)n)混凝土混凝土1l01l0：部分预应力混凝土：部分预应力混凝土第101页/共133页第一百零二页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类(fn li)及裂缝控制等级三、裂缝三、裂缝(li

51、 fng)控制等级控制等级规范规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：一级：一级：严格要求不出现裂缝的构件严格要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。二级：二级：一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘拉应力不应大于混凝土抗拉强度的标准值ftk，而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。，而按荷载准永久组合计算时，

52、构件受拉边缘不应产生拉应力。三级：三级：允许出现裂缝的构件允许出现裂缝的构件，按荷载标准组合并考虑荷载长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。，按荷载标准组合并考虑荷载长期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。第102页/共133页第一百零三页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力混凝土的分类(fn li)及裂缝控制等级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

53、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。第103页/共133页第一百零四页，共133页。第10章 预应力混凝土构

54、件(gujin)的设计10.4截面(jimin)形状与高跨比截面截面(jimin)(jimin)形状与跨高比形状与跨高比预应力混凝土受弯构件常用的截面预应力混凝土受弯构件常用的截面(jimin)(jimin)形状有形状有：矩形、工字形、矩形、工字形、T T形、箱形和形、箱形和形等。形等。第104页/共133页第一百零五页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4截面(jimin)形状与高跨比第105页/共133页第一百零六页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4截面(jimin)形状与高跨比第106页/共133页第一百零七页，共133页。

55、第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力筋数量(shling)的确定 预应力筋数量(shling)的确定0281ewlNp第107页/共133页第一百零八页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 预应力筋数量(shling)的确定 )(ttpppWeNANWMWeAWMNptp1按正截面按正截面(jimin)抗裂控制要求抗裂控制要求tlconppNA,预应力总损失估计值预应力总损失估计值 l,t对对先张法先张法可取可取0.2 con对对后张法后张法可取可取0.15 con表 14-1 名义容许拉应力为t裂缝控制要求容许拉应力为t严格要求不出现

56、裂缝0一般要求不出现裂缝mftk容许裂缝宽度 0.2mm1.5mftk容许裂缝宽度 0.3mm2.0mftk第108页/共133页第一百零九页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 承载力计算(j sun) 承载力计算一、正截面承载力计算 请自学。注意：对配置无物理屈服点钢筋(gngjn)的预应力混凝土构件，应满足二、斜截面承载力计算二、斜截面承载力计算 试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加的剪压区高度和骨料咬合作用，斜截面受剪承载力比钢筋混凝土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加的剪压

57、区高度和骨料咬合作用，斜截面受剪承载力比钢筋混凝土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况。cruMM ppbpyssbypcsAfAfVVVaasin8 . 0sin8 . 0第109页/共133页第一百一十页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 承载力计算(j sun) Vp =0.05N0当当N00.3fcA0时，取时，取N0=0.3fcA0；N0为消压为消压轴力。轴力。 对于对于N0e0与外弯矩同方向的情况，以及预与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁和允出现裂缝的构件，应力混凝土连续梁和允出现裂缝的构件，取取Vp =0。 对于先张法构件，如

58、计算对于先张法构件，如计算(j sun)斜截面位斜截面位置位于预应力筋传递长度置位于预应力筋传递长度ltr范围，应考虑范围，应考虑计算计算(j sun)斜截面位置处预压应力降低的斜截面位置处预压应力降低的影响。如图所示，设支座边缘截面至构件影响。如图所示，设支座边缘截面至构件短部的距离为短部的距离为la ltr，则在支座截面斜截面，则在支座截面斜截面受剪承载力计算受剪承载力计算(j sun)时，应取时，应取Vp =0.05N0。第110页/共133页第一百一十一页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 承载力计算(j sun) pcVVV可按与钢筋混凝土相同的构造

59、要求配置箍筋。最小配箍率要求也与钢筋混凝土受弯构件相同。可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要求也与钢筋混凝土受弯构件相同。当剪力设计值满足当剪力设计值满足第111页/共133页第一百一十二页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 正常使用(shyng)阶段验算 正常使用阶段验算一、抗裂验算1、正截面抗裂验算裂缝控制等级为一级，严格要求不出现裂缝的构件，在荷载(hzi)短期效应组合弯矩Ms作用下应满足，0pcck0/WMsck裂缝控制等级为二级，一般要求不出现裂缝的构件，在荷载短期效应组合弯矩裂缝控制等级为二级，一般要求不出现裂缝的构件，在荷载短期效

60、应组合弯矩Ms作用下应满足，作用下应满足，tkpcckf在荷载准永久组合计算弯矩在荷载准永久组合计算弯矩Mq作用下应满足，作用下应满足，0pccq0/WMqcq第112页/共133页第一百一十三页，共133页。第10章 预应力混凝土构件(gujin)的设计10.4 正常(zhngchng)使用阶段验算 2、斜截面抗裂验算、斜截面抗裂验算 在剪弯区段，截面上各点同时受正应力在剪弯区段，截面上各点同时受正应力sx和剪应力和剪应力t，因此斜截面抗裂验算应对各点的主拉应力，因此斜截面抗裂验算应对各点的主拉应力stp和主压应力和主压应力scp进行限制，不超过一定的限值。进行限制，不超过一定的限值。 斜裂