《混凝土结构原》PPT课件.ppt

混凝土结构原理及应用混凝土结构原理及应用教学层次：工程硕士教学层次：工程硕士主主 讲：范讲：范 涛涛2005.71成都理工大学环境与土木工程学院混凝土结构原理及应用混凝土结构原理及应用l第一篇第一篇 混凝土结构原理混凝土结构原理1.绪绪 论论2.混凝土和钢筋的材料性能混凝土和钢筋的材料性能3.混凝土结构基本计算原则混凝土结构基本计算原则4.钢筋混凝土基本构件的承载力和变形钢筋混凝土基本构件的承载力和变形5.预应力混凝土结构构件预应力混凝土结构构件l第二篇第二篇 混凝土结构的应用混凝土结构的应用1.混凝土结构的鉴定与加固混凝土结构的鉴定与加固2.钢与混凝土组合结构钢与混凝土组合结构25.预应力混凝土结构预应力混凝土结构l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l第三节第三节 预应力混凝土材料及锚夹具预应力混凝土材料及锚夹具l第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失3第一节第一节 概述概述l一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点1）抗裂度差，使用荷载作用下易开裂；）抗裂度差，使用荷载作用下易开裂；2）难以采用高强度的钢筋；）难以采用高强度的钢筋；3）自重大，对高层和大跨度结构不利。）自重大，对高层和大跨度结构不利。l产生上述生上述问题原因主要是因原因主要是因为混凝土的抗拉混凝土的抗拉强度太低度太低，导致受拉区混凝土致受拉区混凝土过早开裂，截面抗早开裂，截面抗弯弯刚度度显著降低。著降低。4第一节第一节 概述概述l一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点 钢筋混凝土梁筋混凝土梁应用于大跨度用于大跨度结构构时，如，如为增加增加刚度而加大截面尺寸，会度而加大截面尺寸，会导致自重致自重进一步一步增大，增大，形成形成恶性循性循环。如增加如增加钢筋来提高筋来提高刚度，度，则钢材的材的强度得度得不到充分利用，造成浪不到充分利用，造成浪费。采用高采用高强钢筋，按正截面承筋，按正截面承载力要求可减力要求可减少配筋，截面抗弯少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面度基本与配筋面积成比例成比例降低，故降低，故挠度度变形控制形控制难以以满足。足。5第一节第一节 概述概述l二、二、预应力的基本概念力的基本概念 为了避免普通了避免普通钢筋混凝土筋混凝土结构的裂构的裂缝过早出早出现，充分利用高充分利用高强度材料，可以度材料，可以设法在法在结构构件受外荷构构件受外荷载作用前，作用前，预先先对由外荷由外荷载引起的混凝土受拉区施加引起的混凝土受拉区施加压力，以此力，以此产生的生的预压应力来减小或抵消外荷力来减小或抵消外荷载所引起所引起的混凝土拉的混凝土拉应力力，从而，使，从而，使结构构件的拉构构件的拉应力不大，力不大，甚至甚至处于受于受压状状态，也就是可借助于混凝土，也就是可借助于混凝土较高的抗高的抗压能力来弥能力来弥补其抗拉能力的不足。其抗拉能力的不足。这种在种在 构件受荷构件受荷载以前以前预先先对混凝土受拉区施加混凝土受拉区施加压应力力的的结构称构称为“预应力混凝土力混凝土结构构”。6第一节第一节 概述概述l二、二、预应力的基本概念力的基本概念现以以右右图所示所示预应力力简支梁支梁为例，例，说明明预应力混凝土的基力混凝土的基本概念。本概念。7第一节第一节 概述概述l二、二、预应力的基本概念力的基本概念由于由于预加加应力力 pc较大，受拉大，受拉边缘仍仍处于受于受压状状态，不会出，不会出现开裂；开裂；受拉受拉边缘应力力虽然受拉，但拉然受拉，但拉应力小于混力小于混凝土的抗拉凝土的抗拉强度，度，一般不会出一般不会出现开裂；开裂；受拉受拉边缘应力超力超过混凝土的抗拉混凝土的抗拉强度，度，虽然然会会产生裂生裂缝，但比，但比钢筋混凝土构件（筋混凝土构件（Np=0）的的开裂明开裂明显推推迟，裂，裂缝宽度也度也显著减小。著减小。8第一节第一节 概述概述l 预应力的概念和方法在人们日常生活和生产中早已有所预应力的概念和方法在人们日常生活和生产中早已有所应用。传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的应用。传统木器中的木桶、木盆都是利用桶箍将一块块的壁板箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于壁板箍成一个整体。没有桶箍，壁板很容易散开（相当于混凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混混凝土的抗拉强度很低）；桶箍把壁板箍紧（相当于给混凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。凝土施加预应力），就使得壁板之间不容易分离。9第一节第一节 概述概述l现代预应力结构的应用现代预应力结构的应用1）大跨度结构：大跨度桥梁、体育馆、车间和）大跨度结构：大跨度桥梁、体育馆、车间和飞机库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的飞机库等大跨度的建筑屋盖、高层建筑结构的转换层等。转换层等。2）对抗裂右特殊要求的结构：压力容器、应力）对抗裂右特殊要求的结构：压力容器、应力管道、水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的管道、水工或海洋建筑，还有冶金、化工厂的车间。构筑物等。车间。构筑物等。3）某些高耸建筑结构：水塔、烟囱、电视塔等。）某些高耸建筑结构：水塔、烟囱、电视塔等。4）某些大量制造的与之构件：预应力空心板、）某些大量制造的与之构件：预应力空心板、预应力预制桩等。预应力预制桩等。10第一节第一节 概述概述预应力力坝11第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l一、先张法：一、先张法：1）钢筋就位；）钢筋就位；2)张拉钢筋并锚固；张拉钢筋并锚固；3）浇注构件；）浇注构件；4）切）切断钢筋，挤压构件。断钢筋，挤压构件。预应力的建立：依靠钢筋与混凝土之间的粘结力预应力的建立：依靠钢筋与混凝土之间的粘结力12第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法13第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l一、后张法：一、后张法：1）浇筑构件并预留孔道；）浇筑构件并预留孔道；2)张拉钢筋（钢丝束）锚固；张拉钢筋（钢丝束）锚固；3）锚固钢筋；锚固钢筋；4）在孔道内压入水泥砂浆）在孔道内压入水泥砂浆预应力的建立：依靠构件端部的锚具预应力的建立：依靠构件端部的锚具14第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土锚具的可靠性 高强钢丝的可靠度一定要有非预应力筋12.1 预应力混凝土的概念15第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l 先先先先张张法法法法主要主要靠粘结力锚固，不需要专门的锚具；靠粘结力锚固，不需要专门的锚具；同时生产多个构件；同时生产多个构件；主要适用于大批量生主要适用于大批量生产以以钢丝或或d16mm钢筋配筋的中、小型构件，如常筋配筋的中、小型构件，如常见的的预应力混凝土楼板、力混凝土楼板、轨枕、水管、枕、水管、电杆等。杆等。l 后后后后张张法法法法不需要台座，但需要有可靠的不需要台座，但需要有可靠的锚具及具及千斤千斤顶、张拉油拉油泵等等设备。后。后张法主要用于以粗法主要用于以粗钢筋或筋或钢绞线配筋的大型配筋的大型预应力构件，如力构件，如桥梁、梁、屋架、屋面梁、吊屋架、屋面梁、吊车梁等。梁等。16第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l 先先张法构件法构件预应力筋的回力筋的回弹力是通力是通过钢筋与混筋与混凝土凝土间的粘的粘结力力传给混凝土的，混凝土的，因而在构件上无因而在构件上无需任何需任何锚具。具。l 而后而后张法构件法构件则不同，它的不同，它的钢筋回筋回弹力必力必须通通过构件端部的构件端部的锚具才能使混凝土建立起具才能使混凝土建立起预压应力力。因而因而锚具必具必须永永远留在构件上。留在构件上。l 当以相同的当以相同的张拉拉应力力张拉拉钢筋筋时，两种方法，两种方法在混凝土中所建立的在混凝土中所建立的预压应力是不等的，力是不等的，先先先先张张法法法法低，后低，后低，后低，后张张法高。法高。法高。法高。17第二节第二节 施加预应力的方法施加预应力的方法l 在先在先张法构件切断或放松法构件切断或放松预应力力钢筋后，由于筋后，由于预应力力钢筋回筋回弹带动混混凝土凝土缩短，因而短，因而预应力力钢筋本身将筋本身将缩短，短，应力将降低。在后力将降低。在后张法中，法中，混凝混凝土土的的压缩与与张拉拉预应力力钢筋同步筋同步发生，混凝土生，混凝土压缩造成的造成的钢筋回筋回弹随随时得到得到补偿，钢筋筋应力在力在张拉到拉到预定的数定的数值后不会再因混凝土后不会再因混凝土压缩而减小。而减小。所以，所以，先先张法构件混凝土截面上所建立的法构件混凝土截面上所建立的压应力力常比后常比后张法构件低。法构件低。l 张拉拉预应力力钢筋筋时，可以将，可以将预应力筋在构件力筋在构件的一端用的一端用锚具固定，在另一端用机具具固定，在另一端用机具进行行张拉；拉；也可以在两端均安置也可以在两端均安置张拉机具，两端同拉机具，两端同时张拉，拉，称称为两端两端张拉。拉。18第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l一、一、预应力力钢筋筋 预应力力钢筋的筋的强度越高越好。度越高越好。而且在而且在预应力混凝土制作和使用力混凝土制作和使用过程中，由于种种原程中，由于种种原因，因，预应力筋中力筋中预先施加的先施加的张拉拉应力会力会产生生损失，因此，失，因此，为使得扣除使得扣除应力力损失后仍具有失后仍具有较高的高的张拉拉应力，也必力，也必须使用高使用高强钢筋（筋（丝）作）作预应力筋力筋 为避免在超避免在超载情况下情况下发生脆性破断，生脆性破断，预应力筋力筋还必必须具有一定的塑性。同具有一定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以要求具有良好的加工性能，以满足足对钢筋筋焊接、接、镦粗的加工要求。粗的加工要求。对钢丝类预应力筋，力筋，还要求具有低松弛性和与混凝土要求具有低松弛性和与混凝土良好的粘良好的粘结性能，通常采用性能，通常采用“刻痕刻痕”或或“压波波”方法来提高方法来提高与混凝土粘与混凝土粘结强度。度。19第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l1、冷拉低合金、冷拉低合金钢筋筋 通常将通常将级热轧钢筋筋经冷拉后作冷拉后作为预应力筋，抗拉力筋，抗拉强度可达度可达580MPa。为解决粗直径解决粗直径钢筋的筋的连接接问题，钢筋表面筋表面轧制成不制成不带纵向肋的精制螺向肋的精制螺纹，可用套筒直接，可用套筒直接连接。接。但随着近年来高但随着近年来高强钢丝和和钢绞线的大量生的大量生产，这种种预应力筋的力筋的应用已很少。用已很少。20第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l 2、中高、中高强钢丝中高中高强钢丝是采用是采用优质碳素碳素钢盘条，条，经过几次冷拔后得到。几次冷拔后得到。中中强钢丝的的为8001200MPa，高高强钢丝的的强度度为14701860MPa。钢丝直径直径为39mm。为增加与混凝土粘增加与混凝土粘结强度，度，钢丝表面表面可采用可采用刻痕刻痕或或压波波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。刻痕刻痕钢丝螺旋肋螺旋肋钢丝21第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l 消除消除应力力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有冷拔后，存在有较大的内大的内应力，一般都需要采用低温回火力，一般都需要采用低温回火处理来消除内理来消除内应力。消除力。消除应力力钢丝的比例的比例极限、条件屈服极限、条件屈服强度和度和弹性模量均比消除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，塑性也有所改善。22第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l3、钢绞线钢绞线是用是用2、3、7股高股高强钢丝扭扭结而成的一种高而成的一种高强预应力筋，其中以力筋，其中以7股股钢绞线应用最多用最多。7股股钢绞线的公称的公称直径直径为9.515.2 mm，通常用于无粘通常用于无粘结预应力筋，力筋，强度可度可高达高达1860MPa。2股和股和3股股钢绞线用途不广，用途不广，仅用于某些用于某些先先张法构件，以提高与混凝土的粘法构件，以提高与混凝土的粘结强度。度。无粘无粘结预应力束力束23第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l4、热处理理钢筋筋用用热轧中碳低合金中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高理后制成的高强度度钢筋，直径筋，直径为610mm，抗拉抗拉强度度为1470MPa。除冷拉低合金除冷拉低合金钢筋外，其余筋外，其余预应力筋的力筋的应力力-应变曲曲线均均无明无明显屈服点，采用残余屈服点，采用残余应变为0.2%的条件屈服点作的条件屈服点作为抗拉抗拉强度度设计指指标。24第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具25第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高力混凝土要求采用高强混凝土混凝土 可以施加可以施加较大的大的预压应力，提高力，提高预应力效率；力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；求；具有具有较高的高的弹性模量，有利于提高截面抗弯性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少度，减少预压时的的弹性回性回缩；徐徐变较小，有利于减少徐小，有利于减少徐变引起的引起的预应力力损失；失；26第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高力混凝土要求采用高强混凝土混凝土 与与钢筋有筋有较大粘大粘结强度，减少先度，减少先张法法预应力筋力筋的的应力力传递长度；度；有利于提高局部承有利于提高局部承压能力，便于后能力，便于后张锚具的布具的布置和减小置和减小锚具具垫板的尺寸；板的尺寸；强度早期度早期发展展较快，可快，可较早施加早施加预应力，加快力，加快施工速度，提高台座、具施工速度，提高台座、具夹具的周具的周转率，降低率，降低间接接费用用 一般一般预应力混凝土构件的混凝土力混凝土构件的混凝土强度等度等级不低不低于于C30，当采用高当采用高强钢丝时不低于不低于C40。27第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l三、三、锚具和夹具锚具和夹具28第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l镦头锚具镦头锚具29第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l锥形锚具锥形锚具 30第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l夹片式锚具夹片式锚具 31第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l夹片式锚具夹片式锚具 32第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l预应力空心板的生产预应力空心板的生产 33第三节第三节 预应力混凝土的材料及锚夹具预应力混凝土的材料及锚夹具l先张法夹具先张法夹具 34第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l一、一、张拉控制拉控制应力力 con在在张拉拉预应力筋力筋对构件施加构件施加预应力力时，张拉拉设备（千（千斤斤顶油油压表）所控制的表）所控制的总张拉力拉力Np,con除以除以预应力筋面力筋面积Ap得到的得到的应力称力称为张拉控制拉控制应力力 con 。它是它是预应力筋在在构件受荷以前所力筋在在构件受荷以前所经受的最大受的最大应力。力。张拉控制拉控制应力力 con取取值越高，越高，预应力筋力筋对混凝土的混凝土的预压作用越大，可以使作用越大，可以使预应力筋充分力筋充分发挥作用。作用。但但sconscon取取值过高，可能会在高，可能会在张拉拉时引起破断事故，引起破断事故，产生生过大大应力松弛。力松弛。因此，因此，规范范规定了定了张拉控制拉控制应力限力限值 con。35第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l一、一、张拉控制拉控制应力力 con 36第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l一、一、张拉控制拉控制应力力 con 因因为对预应力筋的力筋的张拉拉过程是在施工程是在施工阶段段进行的，行的，同同时张拉拉预应力筋也是力筋也是对它它进行的一次行的一次检验，所以表，所以表中中 con是以是以预应力筋的力筋的标准准强度度给出的，且出的，且 con可不可不受抗拉受抗拉强度度设计值的限制。的限制。在下列情况下，在下列情况下，con可提高可提高0.05 fptk：为提高提高构件在施工构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用段的抗裂性能，而在使用阶段受段受压区内区内设置的置的预应力筋；力筋；为部分抵消部分抵消应力松弛、摩擦、分力松弛、摩擦、分批批张拉和温差拉和温差产生生预应力力损失。失。为避免避免 con的取的取值过低，影响低，影响预应力筋充分力筋充分发挥作用，作用，规范范规定定 con不不应小于小于0.4 fptk。37第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l二、二、预应力力损失失 预应力筋力筋张拉后，由于混凝土和拉后，由于混凝土和钢材的性材的性质以及制作方法上原因，以及制作方法上原因，预应力筋中力筋中应力会从力会从 con逐步减少逐步减少，并并经过相当相当长的的时间才会最才会最终稳定定下来，下来，这种种应力降低力降低现象称象称为预应力力损失。失。由于最由于最终稳定后的定后的应力力值才才对构件构件产生生实际的的预应力效果。因此，力效果。因此，预应力力损失是失是预应力混力混凝土凝土结构构设计和施工中的一个关和施工中的一个关键的的问题。过高或高或过低估低估计预应力力损失，都会失，都会对结构构的使用性能的使用性能产生不利影响。生不利影响。38第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l 由于由于预应力的通力的通过张拉拉预应力筋得到，力筋得到，凡是能凡是能使使预应力筋力筋产生生缩短的因素，都将引起短的因素，都将引起预应力力损失失，主要有：主要有：锚固固损失：失：锚具具变形引起形引起预应力筋的回力筋的回缩、滑移。、滑移。摩擦摩擦损失：失：在在预应力筋力筋张拉拉过程中，后程中，后张法法预应力筋力筋与孔道壁之与孔道壁之间的摩擦的摩擦，先，先张法法预应力筋与力筋与锚具之具之间以以及折点及折点处的摩擦，也会使的摩擦，也会使张拉拉应力造成力造成损失。失。混凝土的收混凝土的收缩和徐和徐变引起的引起的损失。失。松弛松弛损失失：长度不度不变的的预应力筋，在高力筋，在高应力的力的长期作期作用下会用下会产生生松弛松弛，会引起，会引起预应力力损失。失。温差温差损失：失：先先张法中的法中的热养养护引起的温差引起的温差损失。失。弹性性压缩损失：失：混凝土混凝土弹性性压缩，后，后张法中后拉束法中后拉束对先先张拉束造成的拉束造成的压缩变形而形而产生生分批分批张拉拉损失等失等。39第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l1、锚固损失、锚固损失 l1 预应力筋力筋张拉后拉后锚固固时，由于，由于锚具受力后具受力后变形、形、垫板板缝隙的隙的挤紧以及以及钢筋在筋在锚具种具种的内的内缩引起的引起的预应力力损失失记为 l1。对直线预应力对直线预应力筋：筋：40第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周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，引起预应力筋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41第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l减少摩擦损失的措施减少摩擦损失的措施 一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉42第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失l3 3、热养护损失、热养护损失 l3 为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快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。混凝土的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚未结硬，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，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，产生预应力损失高而降低，产生预应力损失 l3。降温时，混凝土达到了降温时，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，已产生预应力损失同回缩，已产生预应力损失 l3无法恢复。无法恢复。设养护升温设养护升温后，预应力筋与台座的温差为后，预应力筋与台座的温差为D t D t，取钢筋的温度膨取钢筋的温度膨胀系数为胀系数为110-5/110-5/，则有，则有，43第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失 l4钢筋在高筋在高应力力长期作用下具有随期作用下具有随时间增增长产生塑性生塑性变形的性形的性质。在。在长度保持不度保持不变的条件下，的条件下，应力力值随随时间增增长而逐而逐渐降低，降低，这种种现象称象称为松弛松弛 普通普通预应力力钢丝和和钢绞线：低松弛低松弛预应力力钢丝和和钢绞线：当当 con0.7fptk时，当当0.7fptk con0.8fptk时，为为超超超超张张拉系数，一次拉系数，一次拉系数，一次拉系数，一次张张拉拉拉拉时时，取，取，取，取=1=1；超超超超张张拉拉拉拉时时，取，取，取，取=0.9=0.9。当当当当 concon0.50.5f fptkptk时时，可不考，可不考，可不考，可不考虑应虑应力松弛力松弛力松弛力松弛损损失，即取失，即取失，即取失，即取 l l4 4=0=0。44第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失5、收缩徐变损失、收缩徐变损失 l5混凝土的收缩和徐变，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，混凝土的收缩和徐变，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。预应力筋随之回缩，引起预应力损失。由于收缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素相同由于收缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素相同时随变化规律相似，规范将二者合并考虑。时随变化规律相似，规范将二者合并考虑。规范对混凝土收缩和徐变引起的损失，按下列公式计算：规范对混凝土收缩和徐变引起的损失，按下列公式计算：先张法先张法后张法后张法45第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 An=Ac+a asAs先先张法法后后张法法A0=Ac+a apAp+a asAs46第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失三、三、预应力力损失的失的组合合 预应力混凝土构件从力混凝土构件从预加加应力开始即需要力开始即需要进行行计算，而算，而预应力力损失是分批失是分批发生的。因此，生的。因此，应根据根据计算需要，考算需要，考虑相相应阶段所段所产生的生的预应力力损失。失。混凝土混凝土预压前完成的前完成的损失失 lI；混凝土混凝土预压后完成的后完成的损失失 lII。根据上述根据上述预应力力损失失发生生时间先后关系，具体先后关系，具体组合合见表。表。47第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 考考虑到到预应力力损失失计算的算的误差，在差，在总损失失计算算值过小小时，产生不利影响，生不利影响，规范范规定当定当总损失失值 l=lI+lII小于下列数小于下列数值时，按下列数，按下列数值取用：取用：先先张法构件法构件 100MPa 后后张法构件法构件 80MPa 48第四节第四节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 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 le 先先张法构件放法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受力筋与混凝土一起受压缩短，引起短，引起预应力筋力筋应力降低。力降低。设混凝土混凝土预压应力在力在弹性范性范围，则根据根据钢筋与混凝土共同筋与混凝土共同变形的形的条件，可得混凝土条件，可得混凝土弹性性压缩引起的引起的损失失 le为：对后后张法构件，当一次法构件，当一次张拉所有拉所有预应力筋力筋时，无无弹性性压缩损失。失。49第五节第五节 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l一、轴心受拉构件的应力分析一、轴心受拉构件的应力分析l(一）先张法构件一）先张法构件1.1.施工阶段施工阶段1 1）张拉钢筋完成第一批损失）张拉钢筋完成第一批损失2 2）放松钢筋）放松钢筋3 3）完成第二批损失）完成第二批损失4 4）非预应力钢筋对预应力的影响）非预应力钢筋对预应力的影响2.2.使用阶段使用阶段1 1）加载至混凝土应力为零）加载至混凝土应力为零消压轴力消压轴力2 2）加载至裂缝即将出现）加载至裂缝即将出现3 3）加载至破坏）加载至破坏正截面承载力正截面承载力 50第五节第五节 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 先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析应力分析应力分析应力分析51第五节第五节 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 先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件先张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析应力分析应力分析应力分析52第五节第五节 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l（二）后张法构件（二）后张法构件1.1.施工阶段施工阶段1 1）构件制作养护）构件制作养护2 2）张拉钢筋完成第一批损失）张拉钢筋完成第一批损失3 3）完成第二批损失）完成第二批损失4 4）非预应力钢筋对预应力的影响）非预应力钢筋对预应力的影响2.2.使用阶段使用阶段1 1）加载至混凝土应力为零）加载至混凝土应力为零2 2）加载至裂缝即将出现）加载至裂缝即将出现3 3）加载至破坏）加载至破坏 53第五节第五节 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 后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析应力分析应力分析应力分析54第五节第五节 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 后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件后张法预应力混凝土轴心受拉构件应力分析应力分析应力分析应力分析55第五节第五节 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l二、先张法与后张法构件的比较二、先张法与后张法构件的比较1.1.施工阶段施工阶段2.2.使用阶段使用阶段3.3.正截面承载力正截面承载力l三、预应力构件与非预应力构件的比较三、预应力构件与非预应力构件的比较1.1.高强度材料的利用高强度材料的利用2.2.抗裂度抗裂度3.3.正截面承载力（极限荷载正截面承载力（极限荷载Nu u 56第五节第五节 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l四、轴心受拉构件使用阶段的计算四、轴心受拉构件使用阶段的计算l1.1.使用阶段的承载力使用阶段的承载力N轴向拉力设计值；轴向拉力设计值；fy y、fpy py 非预应力及预应力钢筋强度设计值。非预应力及预应力钢筋强度设计值。l2.2.使用阶段裂缝控制验算使用阶段裂缝控制验算（1 1）抗裂度验算抗裂度验算l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l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 57第五节第五节 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l（2 2）裂缝宽度验算）裂缝宽度验算 58第五节第五节 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l五、轴心受拉构件施工阶段的验算五、轴心受拉构件施工阶段的验算l1.1.放松预应力钢筋时混凝土预压应力的验算放松预应力钢筋时混凝土预压应力的验算cc cc 相应施工阶段混凝土的压应力；相应施工阶段混凝土的压应力；f ck ck 与施工阶段混凝土立方体抗压强度与施工阶段混凝土立方体抗压强度fcucu相应的抗相应的抗 压强度标准值。压强度标准值。先张法构件：先张法构件：后张法构件：后张法构件：59第五节第五节 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l五、轴心受拉构件施工阶段的验算五、轴心受拉构件施工阶段的验算2.2.后张法构件中锚头承压区局部受压承载力的验算后张法构件中锚头承压区局部受压承载力的验算（1 1）局部受压的破坏形态及破坏机理）局部受压的破坏形态及破坏机理（2 2）局部受压承载力的验算）局部受压承载力的验算v v间接钢筋的体积配筋率间接钢筋的体积配筋率方格网配筋：方格网配筋：螺旋配筋：螺旋配筋：（3 3）局部受压区的截面限制条件）局部受压区的截面限制条件 60第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l 在轴心受拉构件中，预应力及非预应力钢筋是在轴心受拉构件中，预应力及非预应力钢筋是对称布置对称布置的，在轴向预压力或轴向拉力作用下，截面混凝土中应力的，在轴向预压力或轴向拉力作用下，截面混凝土中应力均为均匀分布。均为均匀分布。l 在预应力受弯构件中，预应力钢筋主要布置在受拉一边，在预应力受弯构件中，预应力钢筋主要布置在受拉一边，预压力对截面来说是一个预压力对截面来说是一个偏心压力偏心压力，并在混凝土中产生预，并在混凝土中产生预压应力及预拉应力压应力及预拉应力(或全截面受压或全截面受压)，而在荷载的弯矩作用，而在荷载的弯矩作用下，截面混凝土上下部的应力分别为压应力及拉应力，最下，截面混凝土上下部的应力分别为压应力及拉应力，最终，截面混凝土应力仍呈不均匀分布状况。因此，预应力终，截面混凝土应力仍呈不均匀分布状况。因此，预应力受弯构件截面的应力图形与计算公式亦均与轴心受拉构件受弯构件截面的应力图形与计算公式亦均与轴心受拉构件不同。不同。61第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l 在偏心压力作用下，在预在偏心压力作用下，在预拉区拉区(一般为上缘一般为上缘)可能发生裂可能发生裂缝。为控制此类裂缝，有时尚缝。为控制此类裂缝，有时尚需在预拉区需在预拉区(使用阶段受压区使用阶段受压区)配置预应力钢筋配置预应力钢筋Ap p。l 此外，为了减少张拉工作此外，为了减少张拉工作量或构造原因，还常在梁上、量或构造原因，还常在梁上、下缘配置非预应力钢筋下缘配置非预应力钢筋As s及及As s。预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件截面内钢筋布置截面内钢筋布置62第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l一、各阶段应力分析一、各阶段应力分析(一一)钢筋应力钢筋应力 与预应力混凝土轴心受拉构件类似，在预应力混凝与预应力混凝土轴心受拉构件类似，在预应力混凝土受弯构件中，非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点土受弯构件中，非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点也是混凝土应力为零时。也是混凝土应力为零时。预应力钢筋与混凝土协调变形的起点：先张法为切预应力钢筋与混凝土协调变形的起点：先张法为切断预应力钢筋的时刻断预应力钢筋的时刻(混凝土起点应力为零混凝土起点应力为零)；后张法为；后张法为完成第二批预应力损失的时刻完成第二批预应力损失的时刻(该起点混凝土应力为该起点混凝土应力为pcpc)。但必须注意，计算钢筋应力时所用的混凝土应但必须注意，计算钢筋应力时所用的混凝土应力力pcpc 应是与该钢筋应是与该钢筋(预应力钢筋或非预应力钢筋预应力钢筋或非预应力钢筋)在同在同一水平处之值，因为沿截面高度混凝土应力分布不均匀。一水平处之值，因为沿截面高度混凝土应力分布不均匀。63第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l一、各阶段应力分析一、各阶段应力分析(一一)钢筋应力钢筋应力例如，第一批损失例如，第一批损失(lI I、lI I)完成后，受拉区预完成后，受拉区预应力钢筋应力钢筋Ap p，的应力为：的应力为：先张法先张法 后张法后张法 分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混分别加荷至受拉区和受压区预应力钢筋各自合力点处混凝土法向应力等于零时，受拉区和受压区的预应力钢筋凝土法向应力等于零时，受拉区和受压区的预应力钢筋Ap p和和Ap p的应力为：的应力为：先张法先张法 后张法后张法 64第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念(二二)混凝土预应力混凝土预应力 仿照轴心受拉构件，计算预应力混凝土受弯构件中仿照轴心受拉构件，计算预应力混凝土受弯构件中由预加力产生的混凝土法向应力由预加力产生的混凝土法向应力pcpc时，可看作将一个时，可看作将一个偏心压力偏心压力N p p 作用于构件截面上，然后按材料力学公式作用于构件截面上，然后按材料力学公式计算。计算时，先张法用构件的换算截面计算。计算时，先张法用构件的换算截面(面积面积A0 0，惯惯性矩性矩I0 0)，而后张法用构件的净截面而后张法用构件的净截面(An n ，In n)。计算公式计算公式如下：如下：先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 65第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念上两式中上两式中 A A0 0构件的换算截面面积：包括扣除孔道、凹槽等削弱构件的换算截面面积：包括扣除孔道、凹槽等削弱部分以外的混凝土全部截面面积以及全部纵向预应力钢筋部分以外的混凝土全部截面面积以及全部纵向预应力钢筋和非预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积；对由和非预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积；对由不同混凝土强度等级组成的截面，应根据混凝土弹性模量不同混凝土强度等级组成的截面，应根据混凝土弹性模量比值换算成同一混凝土强度等级的截面面积；比值换算成同一混凝土强度等级的截面面积；A An构件的净截面面积：换算截面面积减去全部纵向预构件的净截面面积：换算截面面积减去全部纵向预应力钢筋换算成混凝土的截面面积；应力钢筋换算成混凝土的截面面积；I0 、In 换算截面惯性矩、净截面惯性矩；换算截面惯性矩、净截面惯性矩；ep0、epn换算截面重心、净截面重心至预应力钢筋及换算截面重心、净截面重心至预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的距离，即非预应力钢筋合力点的距离，即Np的偏心距；的偏心距；y0、yn换算截面重心、净截面重心至所计算纤维处的换算截面重心、净截面重心至所计算纤维处的距离；距离；66第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念Np预应力钢筋及非预应力钢筋的合力；预应力钢筋及非预应力钢筋的合力；M2由预加力由预加力Np在后张法预应力混凝土超静定结构中在后张法预应力混凝土超静定结构中产生的次弯矩。产生的次弯矩。l在计算公式中，右边第二、第三项与第一项的应力方向相同在计算公式中，右边第二、第三项与第一项的应力方向相同时取加号，相反时取减号。时取加号，相反时取减号。67第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l1 1预应力钢筋及非预应力钢筋的合力预应力钢筋及非预应力钢筋的合力Np。(如下图如下图)图图 预应力钢筋及非预应力钢筋合力位置预应力钢筋及非预应力钢筋合力位置 (a)a)先张法构件；先张法构件；(b)b)后张法构件后张法构件 1 1换算截面重心轴；换算截面重心轴；22净截面重心轴净截面重心轴无论先、后张法，偏心压力无论先、后张法，偏心压力Np均按下式计算：均按下式计算：68第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一般概念预应力混凝土受弯构件一般概念l 2 2预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的偏心距宜预应力钢筋及非预应力钢筋合力点的偏心距宜按下列公式计算：按下列公式计算：先张法构件：先张法构件：后张法构件：后张法构件：式中式中 l 相应阶段的预应力损失值；相应阶段的预应力损失值；E 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值；69第六节第六节 预应力混凝土受弯构件一