第十一章 预应力混凝土结构的受力性能

第十一章预应力混凝土结构的受力性能同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林混凝土结构基本原理一、基本概念

1.预应力混凝土的特点加载加载*提高刚度和抗裂度*减轻结构自重*提高梁的抗扭和抗剪承载力，但不提高抗弯承载力*提高梁的抗疲劳承载力保护钢筋免受大气腐蚀一、基本概念

2.先张法和后张法张拉钢筋并在台座上固定浇注混凝土构件混凝土强度达设计强度的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一、基本概念

3.有粘结和无粘结预应力混凝土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，裂缝宽度较小一、基本概念

3.有粘结和无粘结预应力混凝土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一、基本概念

4.全预应力和部分预应力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二、施加预应力的方法

1.张拉预应力筋的方法*直接张拉法：用千斤顶等机械工具直接张拉预应力钢筋*电热法：低电压强电流通过钢筋使其发热伸长，达设计要求时断电*连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池壁上*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力二、施加预应力的方法

2.锚具和夹具*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋，它不留在构件上，剪断预应力筋后夹具的作用即消失*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。二、施加预应力的方法

2.锚具和夹具摩擦型锚具二、施加预应力的方法

2.锚具和夹具墩头锚具二、施施加预预应力力的方方法2.锚锚具和和夹具具粘结型型锚具具：利用构构件端端部预预留锥锥形自自锚孔孔的后后浇混混凝土土锚固固预应应力钢钢筋灌浆口（灌浆锚固）6~8螺旋筋8箍筋3铅丝线圈预应力筋二、施施加预预应力力的方方法2.锚锚具和夹具具承压型锚具具：利用螺帽、、垫板等的的承压作用用将预应力力钢筋锚固固在端部预应力筋垫板螺丝杆端螺母对焊接头三、预应力力混凝土所所用的材料料1.钢钢筋强度高；与与混凝土间间有足够的的粘结力；；良好的加加工性能和和一定的塑塑性要求处于侵蚀介介质中的预预应力混凝凝土构件，，不宜采用用热处理钢钢筋、碳素素钢丝、刻刻痕钢丝、、钢绞线等等作为预应应力钢筋钢筋冷拉钢筋、、热处理钢钢筋、碳素素钢丝、刻刻痕钢丝、、钢绞线、、冷拔低碳碳钢丝注意对直接承受受动荷载的的预应力混混凝土构件件，不得采采用有焊接接接头的冷冷拉钢筋三、预应力力混凝土所所用的材料料2.混混凝土C30一般预应力力混凝土构构件采用热处理理钢筋、碳碳素钢丝、、刻痕钢丝丝、钢绞线线的预应力力混凝土构构件C40四、张拉控控制应力con的确定1.con对结构的影影响ApconApconApconApcon使构件出现现脆性破坏坏con越大，混凝凝土中的预预压应力越越大，但过过大会产生生如下问题题预应力筋过过早进入流流幅，降低低其塑性增加钢筋的的松弛损失失四、张拉控控制应力con的确定2.con的取值ApconApconApconApcon预应力钢筋筋屈服强度度的0.5~0.9冷拉钢筋预应力钢筋筋极限抗拉拉强度的0.4~0.75预应力钢筋筋极限抗拉拉强度的0.4~0.70碳素钢丝、、刻痕钢丝丝、钢绞线线冷拔低碳钢钢丝、热处处理钢筋五、预应力力损失值1.预应力损失失的种类ApconApconApconApcon前期损失或或第一批损损失如锚具变形形、管道摩摩擦、台座座与钢筋的的温差、钢钢筋松弛损损失等发生在预应力传到混凝土之前后期损失或或第二批损损失如混凝土收收缩徐变、、局部挤压压损失等发生在预应力传到混凝土之后五、预应力力损失值1.预应力损失失的种类前期损失或或第一批损损失ApconApconApconApcon后期损失或或第二批损损失预应力损失失值不宜笼笼统地估算算，应予分分项计算，，然后相加加确定总的的损失值但各项预应应力损失值值又不是截截然无关的的。试图求求得各项预预应力损失失的“净值值”是很困困难的。五、预应力力损失值2.管道摩擦损损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后张法中，，张拉钢筋筋时，钢筋筋在孔道中中滑动，就就会产生摩摩擦力主要由两部分组成*孔道偏差差等因素引引起的*曲线型孔孔道而引起起的五、预应力力损失值2.管道摩擦损损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxr由孔道偏差引起的损失值与预应力和孔道长度成正比负号表示示dP1和Px方向相反反五、预应应力损失失值2.管道摩擦擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx五、预应应力损失失值2.管道摩擦擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx五、预应应力损失失值2.管道摩擦擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx考虑孔道道每米长长度局部部偏差的的摩擦系系数，教教材表10-2预应力钢钢筋与孔孔道壁间间的摩擦擦系数，，教材表表10-2五、预应应力损失失值2.管道摩擦擦损失l2PPxPx-dPx预应力筋轴线张拉端锚固端xdxd采用超张张拉可以以减少l2建议的张拉程序为01.1con停2分钟0.85con停2分钟con五、预应应力损失失值3.锚锚具变形形和钢筋筋回缩损失l1由于锚具具、垫块块本身的的变形，，其间裂裂缝的压压紧及钢钢筋在锚锚具中的的滑移引引起的损损失张拉端至至锚固端端之间的的距离预应力钢钢筋的弹弹性模量量张拉端锚锚具的变变形和钢钢筋的内内缩值，，见教材材表10-3五、预应应力损失失值3.锚锚具变形形和钢筋筋回缩损失l1应注意的几几个问题题*由块体体拼装的的结构，，尚应考考虑填逢逢间的预预压变形形。当采采用混凝凝土或砂砂浆为填填逢材料料时，每每条缝的的预压变变形值为为1mm*先张法法构件，当当台座长长度超过过100m时，可忽忽略l1*后张法构件，l1只考虑张拉拉端，因因锚固端端锚具在在张拉过过程中已已被压紧紧五、预应应力损失失值3.锚锚具变形形和钢筋筋回缩损失l1应注意的几几个问题题*此式不不适用于曲曲线配筋筋的后张张法构件件（具体体算法可可参考相相关文件件）锚固前的应力图锚固后的应力图摩擦力l1l1/2lfcon（0）五、预应应力损失失值4.温温差应力力损失l3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混凝土蒸蒸汽养护护时,预预应力钢钢筋与台台座之间间温差引引起的损损失钢筋的线线膨胀系系数*采用二次次升温法法可减少少l3:先在常温温下养护护,当混混凝土的的强度达达到7.5~10N/mm2时再逐渐渐升温五、预应应力损失失值5.应应力松弛弛损失l4钢筋在高高应力作作用下，，长度不不变而应应力随时时间逐渐渐降低的的现象称称为应力力松弛钢筋张拉拉后1小小时内约约完成总总松弛的的50%，24小时内内完成总总松弛的的80%，以后后逐渐收收敛采用超张张拉时为为0.9，不采采用时为为1.0常数参见见规范的的相关内内容五、预应应力损失失值5.应应力松弛弛损失l4采用超张张拉可以以减少l4建议的张拉程序为0(1.05~1.16)con停2~5分分钟0con在高应力力下，本本需1小小时才能能完成的的损失，，在2~5分钟钟内就完完成了大大部分五、预应应力损失失值6.混混凝土收收缩徐变变损失l5收缩和徐徐变两者者相互有有关，很很难精确确计算，，为了简简化两项项损失可可合并考考虑受拉区或或受压区区各自预预应力钢钢筋和非非预应力力钢筋的的配筋率率受拉区或或受压区区预应力力钢筋在在各自合合力作用用点处混混凝土的的法向压压应力高湿环境境中可降降低50%干燥环境境中应增增加20~30%系数A、B、、C、D参见教材材中的相相关规定定五、预应应力损失失值6.钢钢筋挤压压混凝土土损失l6采用螺旋旋式预应应力筋作作为配筋筋的环形形构件，，由于预预应力筋筋对混凝凝土的局局部挤压压使构件件直径减减小所引引起的损损失当d3m时五、预应力损损失值7.预应力力损失的组合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预应力总损失失的下限值先张法构件：l100N/mm2后张法构件：l80N/mm2六、轴心受拉拉构件的分析析1.受力特特征PPP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-位位移关系为线线性的，预应应力钢筋的应应力增长较少少开裂后，预应力钢钢筋的应力急急增，进入非非线性阶段六、轴心受拉拉构件的分析析1.先张法法构件各阶段段的应力分析析施工阶段----张拉钢钢筋六、轴心受拉拉构件的分析析1.先张法法构件各阶段段的应力分析析施工阶段----完成第第一批预应力力损失浇注混凝土但不受力六、轴心受拉拉构件的分析析1.先张法法构件各阶段段的应力分析析施工阶段----放松钢钢筋pcI六、轴心受拉拉构件的分析析1.先张法法构件各阶段段的应力分析析施工阶段----完成第第二批损失pcII混凝土中的有有效预压应力力六、轴心受拉拉构件的分析析1.先张法法构件各阶段段的应力分析析加载阶段----加载至至混凝土中的的应力为0c=0Np0六