预应力混凝土构件计算教程.pptx

预应力混凝土的产生 1.11.1 最早给混凝土施加预应力的概念是最早给混凝土施加预应力的概念是18881888年年德国德国工程师道伦（工程师道伦（W.DoehringW.Doehring）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。1.2 1.2 19281928年法国年法国工程师费列西奥（工程师费列西奥（E.FreyssinetE.Freyssinet）利用高强度的钢丝和高强度等级）利用高强度的钢丝和高强度等级 的混凝土并施加高的预应力（大于的混凝土并施加高的预应力（大于400N/mm400N/mm2 2）来制造预应力混凝土构件才获）来制造预应力混凝土构件才获 得实际意义的成功。得实际意义的成功。1.3 1.3 我国是我国是19541954年年开始研究预应力混凝土结构，并与开始研究预应力混凝土结构，并与19561956年推广，以后获得了较年推广，以后获得了较 大的发展。大的发展。第1页/共143页一般概念一般概念 预应力混凝土预应力混凝土（prestressed concrete）是在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力。这种预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，因而可减少甚至避免裂缝的出现。预应力混凝土受弯构件预应力混凝土受弯构件第2页/共143页通过人为控制预压力Np的大小，可使梁截面受拉边缘混凝土产生压应力、零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂缝控制要求，从而改变了普通钢筋混凝土构件原有的裂缝状态，成为预应力混凝土受弯构件。美国混凝土协会（ACI）对预应力混凝土预应力混凝土下的定义是：“预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土”。第3页/共143页预应力混凝土的优、缺点预应力混凝土的优、缺点优点：优点：b.增大了构件的刚度增大了构件的刚度，减小挠度，减小挠度，耐久性好，耐疲，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。劳，提高抗剪承载力。c.充分利用高强度材料的性能。预应力筋充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPyd.扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。提高适用能力。缺点：缺点：成本高，材料质量要求高成本高，材料质量要求高，工序复杂，技术工序复杂，技术水平要求高。水平要求高。a.提高构件的抗裂能力。第4页/共143页预应力与非预应力构件的比较预应力与非预应力构件的比较1 1、预应力构件在使用阶段可、预应力构件在使用阶段可以不开裂、挠度减小；以不开裂、挠度减小；2 2、预应力构件混凝土的抗拉、预应力构件混凝土的抗拉能力明显提高，但同时降低能力明显提高，但同时降低了混凝土抗压能力和钢筋的了混凝土抗压能力和钢筋的抗拉能力；抗拉能力；3 3、预应力构件与非预应力构、预应力构件与非预应力构件相比，构件的承载力基本件相比，构件的承载力基本相同；相同；4 4、预应力构件虽然使用了高、预应力构件虽然使用了高强钢筋和高强混凝土，但造强钢筋和高强混凝土，但造价并不是随强度的提高成比价并不是随强度的提高成比例增加，因为预应力混凝土例增加，因为预应力混凝土与普通混凝土相比，减小了与普通混凝土相比，减小了截面尺寸，减少了材料的用截面尺寸，减少了材料的用量。量。第5页/共143页预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 按照使用荷载下对截面拉应力控制要求的不同，预按照使用荷载下对截面拉应力控制要求的不同，预应力混凝土结构构件可分为三种：应力混凝土结构构件可分为三种：全预应力混凝土全预应力混凝土 全全预预应应力力混混全全凝凝土土是是指指在在各各种种荷荷载载组组合合下下构构件件截截面面上上均均不不允允许许出出现现拉拉应应力力的的预预应应力力混混凝凝土土构构件件。大大致致相相当当于裂缝控制等级为一级的构件。于裂缝控制等级为一级的构件。有限预应力混凝土 有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得受拉的要求设计。相当于裂缝控制等级为二级的构件。第6页/共143页部分预应力混凝土部分预应力混凝土 部部分分预预应应力力混混凝凝土土是是按按在在使使用用荷荷载载作作用用下下，容容许许出出现现裂裂缝缝，但但最最大大裂裂宽宽不不超超过过允允许许值值的的要要求求设设计计。相相当当于于裂缝控制等级为三级的构件。裂缝控制等级为三级的构件。全全预预应应力力混混凝凝土土构构件件具具有有抗抗裂裂性性和和抗抗疲疲劳劳性性好好、刚刚度度大大等等优优点点，但但也也存存在在构构件件反反拱拱值值过过大大，延延性性差差，预预应应力力钢钢筋筋配配筋筋量量大大，施施加加预预应应力力工工艺艺复复杂杂、费费用用高高等等主主要要缺缺点点。因因此此适适当当降降低低预预应应力力，做做成成有有限限或或部部分分预预应应力力混混凝凝土土构构件件，即即克克服服了了上上述述全全预预应应力力的的缺缺点点，同同时时又又可可以以用用预预应应力力改改善善钢筋混凝土构件的受力性能。钢筋混凝土构件的受力性能。有有限限或或部部分分预预应应力力混混凝凝土土介介于于全全预预应应力力混混凝凝土土和和钢钢筋筋混混凝凝土土之之间间，有有很很大大的的选选择择范范围围，设设计计者者可可根根据据结结构构的的功功能能要要求求和和环环境境条条件件，选选用用不不同同的的预预应应力力值值以以控控制制构构件件在在使使用用条条件件下下的的变变形形和和裂裂缝缝，并并在在破破坏坏前前具具有有必必要要的的延延性性，因因而是而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。第7页/共143页预应力混凝土的应用预应力混凝土的应用 预应力混凝土常用于以下一些结构中。预应力混凝土常用于以下一些结构中。一、大跨度结构。如大跨度桥梁、体育馆和车间等。一、大跨度结构。如大跨度桥梁、体育馆和车间等。二、对抗裂有特殊要求的结构。如压力容器、压力管道、二、对抗裂有特殊要求的结构。如压力容器、压力管道、水工或海洋建筑等。水工或海洋建筑等。三、高耸建筑结构。如水塔、烟筒、电视塔等。三、高耸建筑结构。如水塔、烟筒、电视塔等。四、大量制造的预制构件。四、大量制造的预制构件。如常见的预应力空心板、如常见的预应力空心板、预应力预制桩等。预应力预制桩等。第8页/共143页施加预应力的方法施加预应力的方法 先张法主要适用于大批量生产以钢丝或先张法主要适用于大批量生产以钢丝或d16mm钢钢筋配筋的中、小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、筋配筋的中、小型构件，如常见的预应力混凝土楼板、水管、电杆等。水管、电杆等。一、先张法一、先张法第9页/共143页 后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。二、后张法二、后张法第10页/共143页二、后张法二、后张法 后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。应力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。第11页/共143页三、先张法与后张法的异同三、先张法与后张法的异同 1、先先张张法法通通过过钢钢筋筋与与混混凝凝土土之之间间的的粘粘结结力力传力，后张法通过构件端部的锚具将力传给构件。传力，后张法通过构件端部的锚具将力传给构件。2、先张法不需要锚具，后张法需要。、先张法不需要锚具，后张法需要。3、以以相相同同的的张张拉拉应应力力张张拉拉钢钢筋筋时时，先先张张法法建立的预应力低，后张法建立的预应力高。建立的预应力低，后张法建立的预应力高。4、先先张张法法钢钢筋筋一一般般多多为为直直线线型型，后后张张法法钢钢筋可为曲线形，沿主拉应力的迹线布置。筋可为曲线形，沿主拉应力的迹线布置。第12页/共143页一、一、预应力混凝土结构对机具的要求预应力混凝土结构对机具的要求这里的机具主要指锚具。这里的机具主要指锚具。1、对锚具的要求、对锚具的要求 锚具应保证受力可靠，使锚固的钢筋不会发生滑移，锚具应保证受力可靠，使锚固的钢筋不会发生滑移，保证预应力的可靠传递，并便钢筋的预应力损失尽可能小。保证预应力的可靠传递，并便钢筋的预应力损失尽可能小。锚具还应使锚固和放松简易而快速。锚具还应使锚固和放松简易而快速。锚具应尽可能做到构造简单、制造方便、轻质、用料锚具应尽可能做到构造简单、制造方便、轻质、用料省、价格低。省、价格低。预应力混凝土使用的材料和机具预应力混凝土使用的材料和机具第13页/共143页2、锚具的种类 锚具的工作原理可以分为两大类。一类是利用钢筋回缩带动椎形或楔形的锚塞、夹片一起移动，使之挤紧在锚杯的椎形内壁上，同时挤压力也使锚塞或夹片紧紧挤住钢筋，产生极大的摩擦力，甚至是钢筋变形，从而阻止了钢筋的回缩。另一类则是用螺丝、焊接、墩头等方法为钢筋制造一个扩大的端头，在锚板、垫板等的配合下阻止钢筋的回缩。常用的锚具有以下几种。第14页/共143页锥形锚，又称弗氏锚。包括锚圈和锚塞(又称锥销)。锥形锚的优点是：锚固方便，横截面积小，便于在梁体上分散布置。缺点是锚固时钢筋回缩量大，预应力损失大，不能重复张拉或接长，使钢筋设计长度受到千斤顶行程的限制。但近年在这些方面已有较大改进。第15页/共143页镦头锚，又称BBRV锚。适用于锚固钢丝束。使用时先将钢丝逐根穿过锚杯的孔，然后用镦头机将钢丝端头墩粗如圆钉帽状，使钢丝锚固于锚杯上。在固定端，将锚圈(螺帽)拧在锚杯上即可将钢丝束锚固于梁端。在张拉端，通过螺纹把千斤顶与锚杯连接，并进行张拉，然后拧上锚圈，再放松千斤顶，即可完成张拉锚固过程。第16页/共143页螺纹锚。用于锚固高强粗钢筋，其构造很简单，即用一锚固螺帽直接拧紧在已张拉的高强粗钢筋上的螺纹上。这种锚具构件简单，施工方便，且较为可靠，预应力损失小。第17页/共143页夹片锚。夹片锚具有各种不同的形式，但都是用来锚固钢绞线的。由于近年来在大跨度预应力混凝土结构中大都采用钢绞线，因此夹片锚具的使用随之增多。国内主要的夹片锚具为JM、XM、QM、YM及OVM系列锚具，可锚固由几根至几十根钢绞线组成的钢束。第18页/共143页第19页/共143页第20页/共143页第21页/共143页第22页/共143页1、预应力混凝土结构对钢筋的要求预应力混凝土结构对钢筋的要求 高强度高强度 具有一定的塑性具有一定的塑性良好的加工性能良好的加工性能 与混凝土之间有较好的黏结强度。与混凝土之间有较好的黏结强度。二、二、预应力混凝土结构对材料的要求预应力混凝土结构对材料的要求第23页/共143页 目前国内常用的预应力钢材有目前国内常用的预应力钢材有高强光面钢丝、刻高强光面钢丝、刻痕钢丝、高强钢绞线和热处理钢筋痕钢丝、高强钢绞线和热处理钢筋。第24页/共143页 2、预应力混凝土结构对混凝土的要求、预应力混凝土结构对混凝土的要求 强度高。强度高。收缩、徐变小。收缩、徐变小。快硬、早强。快硬、早强。第25页/共143页预应力混凝土的工程应用第26页/共143页预应力混凝土预制桩预应力空心板预应力空心板打完预制桩后，预应力管桩施工现场打完预制桩后，预应力管桩施工现场第27页/共143页青岛中银大厦青岛中银大厦 58 层筒中筒结层筒中筒结构，建筑面积构，建筑面积 10 万万平米，高平米，高 241 米米，楼面为无粘结预应楼面为无粘结预应力扇形单向平板，力扇形单向平板，为国内最高的预应为国内最高的预应力结构。力结构。第28页/共143页第29页/共143页上海铁路南站 上海南大门的标志性建筑，亚上海南大门的标志性建筑，亚洲最大的铁路枢纽，世界上首洲最大的铁路枢纽，世界上首座圆形站屋火车枢纽，总投资座圆形站屋火车枢纽，总投资 33.8 33.8 亿元。主站房采用钢筋混亿元。主站房采用钢筋混凝土框架结构；中间为凝土框架结构；中间为 112.5m 112.5m 88.6m 88.6m 的矩形候车厅，外围的矩形候车厅，外围为五道预应力混凝土圆环形结为五道预应力混凝土圆环形结构。圆环形结构内圈直径为构。圆环形结构内圈直径为 148m 148m。第30页/共143页中华世纪坛北京迎接北京迎接2121世纪的标志性建筑，预应力技术用于：世纪的标志性建筑，预应力技术用于：主坛体下三层主坛体下三层1515米跨预应力环板米跨预应力环板;主坛体前主坛体前3333米跨过街桥米跨过街桥;甬道地下剧场甬道地下剧场2222米跨框架。米跨框架。第31页/共143页第32页/共143页浙江黄龙体育中心浙江黄龙体育中心第33页/共143页黄龙索塔内锚固黄龙索塔内锚固第34页/共143页上海市中关村科技大厦 31层高层建筑，建筑面积约为层高层建筑，建筑面积约为3万平方万平方米，为了满足建筑功能的需要，标准层内外米，为了满足建筑功能的需要，标准层内外筒之间采用了预应力混凝土平板，不设任何筒之间采用了预应力混凝土平板，不设任何梁，预应力板跨度梁，预应力板跨度7.8m8.9m，板厚，板厚200mm，板内双向配置无粘结预应力筋，此，板内双向配置无粘结预应力筋，此工程预应力工程量为工程预应力工程量为100吨。吨。第35页/共143页 一、一、张拉控制应力的概念张拉控制应力的概念 con 张拉控制应力张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时所控制的最大是指张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。力钢筋面积得到的应力值。从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力从充分发挥预应力优点的角度考虑，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，宜尽可能地定得高一些，con定得高，形成的有效预压应定得高，形成的有效预压应力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控力高，构件的抗裂性能好，且可以节约钢材，但如果控制应力过高，会出现以下问题：制应力过高，会出现以下问题：张拉控制应力张拉控制应力第36页/共143页 con越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，有时为了减少预应力损失，需对钢筋进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的由于钢材材质的不均匀，可能使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施实际屈服强度，而使钢筋产生较大塑性变形或脆断，使施加的预应力达不到预期效果。加的预应力达不到预期效果。使预应力损失增大使预应力损失增大。con也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢也不能定得过低，它应有下限值。否则预应力钢筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力筋在经历各种预应力损失后，对混凝土产生的预压应力过小，达不到预期的抗裂效果。过小，达不到预期的抗裂效果。第37页/共143页 张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种品种和和施加预应力的施加预应力的方法方法有关，一般不宜超过下表的限值。有关，一般不宜超过下表的限值。二、二、张拉控制应力的限值张拉控制应力的限值第38页/共143页 规范也指出，在下列情况下表10.1中的数值允许提高5：(1)为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂度而设为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂度而设置在使用阶段受压区的预应力钢筋；置在使用阶段受压区的预应力钢筋；(2)为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉为了部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与台座之间的温差等因素产生的预应力以及预应力钢筋与台座之间的温差等因素产生的预应力损失。损失。此外规范还规定，预应力钢丝、钢绞线、热处理此外规范还规定，预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋、冷拔低碳钢丝的张拉控制应力值，不应小于钢筋、冷拔低碳钢丝的张拉控制应力值，不应小于0.40.4fptk。第39页/共143页 三、三、超张拉超张拉 为了减少后张法构件中的某些预应力损失，有时为了减少后张法构件中的某些预应力损失，有时采用采用“超张拉超张拉”工艺。超张拉时，先采用较高的应力工艺。超张拉时，先采用较高的应力（1.051.1）张拉，并保持这一状态）张拉，并保持这一状态2min，然后将预，然后将预应力筋稍稍放松，使张拉应力减小到应力筋稍稍放松，使张拉应力减小到0.85，最后再张，最后再张拉使预应力筋的应力达到。超张拉工艺的张拉程序可拉使预应力筋的应力达到。超张拉工艺的张拉程序可归纳为：归纳为：超张拉只是暂时提高了预应力筋的张拉应力。最超张拉只是暂时提高了预应力筋的张拉应力。最终的钢筋张拉应力仍然是张拉控制应力。终的钢筋张拉应力仍然是张拉控制应力。第40页/共143页第41页/共143页预应力损失预应力损失一、一、预应力损失的内容预应力损失的内容 由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运输、安装、使用等由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力不断降低，这降低的部分就叫预应力各个过程中，使预应力钢筋的应力不断降低，这降低的部分就叫预应力损失。损失。包括：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。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 局部挤压损失第42页/共143页1、锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1 当为当为直线型预应力钢筋直线型预应力钢筋时时 式中式中 a张拉端锚具变形和钢筋回缩值；张拉端锚具变形和钢筋回缩值；l张拉端至锚固端之间的距离。张拉端至锚固端之间的距离。第43页/共143页第44页/共143页当为当为曲线型预应力钢筋曲线型预应力钢筋时时,当当其对应的圆心角不大于其对应的圆心角不大于30度度时，预应力损失可按下式计时，预应力损失可按下式计算算：反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度l lf f按下列公式按下列公式计算计算第45页/共143页式中rc圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径；预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；k考虑管道每米长度局部偏差的摩擦系数；x张拉端至计算截面的距离，符合的规定；a锚具变形和钢筋内缩值；Es预应力钢筋的弹性模量。当为当为曲线型预应力钢筋曲线型预应力钢筋时时,当当其对应的圆心角不大于其对应的圆心角不大于30度度时，预应力损失可按下式计时，预应力损失可按下式计算算：反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度l lf f按下列公式按下列公式计算计算第46页/共143页第47页/共143页 当为曲线型预应力钢筋时，由于钢筋回缩受到曲当为曲线型预应力钢筋时，由于钢筋回缩受到曲线型孔道反向摩擦力的影响，线型孔道反向摩擦力的影响，l1要降低要降低,而且构件各截而且构件各截面所产生的损失值不尽相同，离张拉端越远，其值越面所产生的损失值不尽相同，离张拉端越远，其值越小。至离张拉端某一距离小。至离张拉端某一距离lf，预应力损失，预应力损失l1降为零，此降为零，此距离为反向摩擦影响长度。距离为反向摩擦影响长度。减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有：选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；减少垫板数；对先张法构件，选择长台座。对先张法构件，选择长台座。第48页/共143页2、预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失、预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失l2式中式中 k考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数；考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数；x张张拉拉端端至至计计算算截截面面的的孔孔道道长长度度，可可近近似似取取 该孔道在纵轴上的投影长度；该孔道在纵轴上的投影长度；预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数；预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数；从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角的夹角（以弧度计）。（以弧度计）。当第49页/共143页第50页/共143页 减少该项损失，可采取减少该项损失，可采取以下措施：以下措施：对较长的构件可在两端对较长的构件可在两端进行张拉；进行张拉；采用超张拉，张拉程序可采用采用超张拉，张拉程序可采用：当第一次张拉至当第一次张拉至1.1con时，预应力钢筋应力沿时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至分布，当张拉应力降至0.85con，由于钢筋回缩受到孔道，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至分布，当再张拉至con时，钢筋应力沿时，钢筋应力沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至的应力比一次张拉至con的应力分布均匀，预应力损失要的应力分布均匀，预应力损失要小一些。小一些。第51页/共143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摩擦损失的措施第52页/共143页3、混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失间温差引起的损失l3 为为了了缩缩短短先先张张法法构构件件的的生生产产周周期期，混混凝凝土土常常采采用用蒸蒸汽汽养养护护办办法法。升升温温时时，新新浇浇的的混混凝凝土土尚尚未未结结硬硬，预预应应力力筋筋与与台台座座之之间间的的温温差差t使使钢钢筋筋受受热热自自由由伸伸长长，但但两两端端的的台台座座是是固固定定不不动动的的，即即距距离离保保持持不不变变，于于是是钢钢筋筋就就松松了了，钢钢筋筋的的应应力力降降低低；降降温温时时，预预应应力力钢钢筋筋与与混混凝凝土土已已黏黏结结成成整整体体，加加上上两两者者的的温温度度线线膨膨胀胀系系数数相相近近，二二者者能能够够同同步步回回缩缩，放放松松钢钢筋筋时时因因温温度度上上升升钢钢筋筋伸伸长长的的部部分分已已不不能能回缩，因而产生了温差损失。回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。仅先张法构件有该项损失。l3=2t （N/mm2）第53页/共143页减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有：采用二次升温养护。采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强先在常温下养护至混凝土强度等级达到度等级达到C7.5C10，再逐渐升温至规定的养护温度，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失不引起预应力损失;在钢模上张拉预应力钢筋。在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起由于钢模和构件一起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。第54页/共143页4、钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋应力松弛引起的预应力损失l4 钢钢筋筋的的应应力力松松弛弛是是指指钢钢筋筋在在高高应应力力作作用用下下及及钢钢筋筋长长度不变条件下，其度不变条件下，其应力应力随时间增长而随时间增长而降低降低的现象。的现象。钢筋应力松弛有以下钢筋应力松弛有以下特点特点：应力松弛与时间有关，开始快，以后慢；应力松弛与时间有关，开始快，以后慢；应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小；碳钢丝、钢绞线要小；张拉控制应力张拉控制应力con高，应力松弛大。高，应力松弛大。第55页/共143页 预应力钢筋的应力松弛与钢筋的材料性质有关。预应力钢筋的应力松弛与钢筋的材料性质有关。对于普通松弛预应力钢丝、钢绞线：对于普通松弛预应力钢丝、钢绞线：普通预应力钢丝和钢绞线普通预应力钢丝和钢绞线：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，当当0.7fptk h f ，第二类第二类，按下式计算：，按下式计算：第117页/共143页第118页/共143页已知截面类型后，即可以分别利用两种类型的计算已知截面类型后，即可以分别利用两种类型的计算公式进行截面设计。公式进行截面设计。利利用用正正截截面面承承载载力力公公式式，要要求求在在已已知知M的的条条件件下下，确确定定As,A s,Ap,A p。当当不不配配A p时时，可可按按构构造造确确定定As,A s，利利用用基基本本公公式式求求x和和Ap；当当配配置置A p时时，可可先先不不考考虑虑A p，并并按按构构造造确确定定As及及A s，估估算算Ap，再再按按A p=(0.15 0.25)Ap，再由公式计算再由公式计算pu，进而进而计算计算Ap和和A p。第119页/共143页 受弯构件由于预应力的存在，阻滞了斜裂缝受弯构件由于预应力的存在，阻滞了斜裂缝的出现和开展，增加了混凝土剪压区的高度和骨的出现和开展，增加了混凝土剪压区的高度和骨料咬合力，提高了斜截面抗剪强度料咬合力，提高了斜截面抗剪强度Vp。V Vcs+VpVp=0.05Np0Np0 计算截面上混凝土的法向预应力为零时，预应力钢筋和非预应力钢筋的合力。Np0=App0+App0 Asl5 Asl52.斜截面承载力计算斜截面承载力计算第120页/共143页当当 Np0 0.3fcA0 取取 Np0=0.3fcA0过大的压力可能降低抗剪强度过大的压力可能降低抗剪强度。一般在公式中，一般在公式中，Vp、Vw、Vwp均已确定，按剪力均已确定，按剪力设计值求得：设计值求得：当构件同时配有箍筋和弯筋时：当构件同时配有箍筋和弯筋时：V Vcs+VP+0.8 fyAsbsin s+0.8 fpyApbsin p第121页/共143页3.正截面裂缝控制验算正截面裂缝控制验算一级一级 ck pc 0 二级二级 ck pc ft k cq pc 0三级三级 wmax wlim第122页/共143页主要措施是限制主拉应力和主压应力。主要措施是限制主拉应力和主压应力。4.斜截面抗裂验算斜截面抗裂验算v 限制主拉应力限制主拉应力严格不裂严格不裂 tp 0.85ftk 一般不裂一般不裂 tp 0.95ftk v 限制主压应力 cp 0.6fck 第123页/共143页v传递长度和锚固区长度：先张法的预应力是靠钢筋和混凝土之间的先张法的预应力是靠钢筋和混凝土之间的粘结作用传递的，因此需要一定的范围才能建粘结作用传递的，因此需要一定的范围才能建立，在验算时应考虑这些因素的影响。立，在验算时应考虑这些因素的影响。tp 和和 cp 均可利用材料力学的公式求解。均可利用材料力学的公式求解。式中：式中：第124页/共143页 预应力受弯构件由于预应力的作用产生反拱预应力受弯构件由于预应力的作用产生反拱(向上的挠曲变形向上的挠曲变形)，在使用荷载作用下产生的变，在使用荷载作用下产生的变形要抵消一部分反拱，所以预应力构件的变形将形要抵消一部分反拱，所以预应力构件的变形将比普通混凝土构件小一些。比普通混凝土构件小一些。5.预应力混凝土受弯构件使用阶段的变形验算预应力混凝土受弯构件使用阶段的变形验算第125页/共143页v 预应力作用产生的反拱：预应力作用产生的反拱：考虑预应力长期作用的影响：考虑预应力长期作用的影响：E c=0.5Ec式中 Np0 完成全部预应力损失后的预应力合力的大小。第126页/共143页v 荷载作用下的挠度计算：按最小刚度原则，由结构力学的方法求：按最小刚度原则，由结构力学的方法求：EI 截面抗弯刚度，钢筋混凝土结构中用截面抗弯刚度，钢筋混凝土结构中用B表示表示。B为按荷载效应标准组合计算，并考虑荷载长期效应为按荷载效应标准组合计算，并考虑荷载长期效应 组合影响的受弯构件刚度。组合影响的受弯构件刚度。第127页/共143页式中：式中：Bs为荷载效应的标准组合下受弯构件的刚度。为荷载效应的标准组合下受弯构件的刚度。预应力混凝土受弯构件的短期刚度预应力混凝土受弯构件的短期刚度Bs可按下式计算：可按下式计算：要求不出现裂缝的构件：要求不出现裂缝的构件：允许出现裂缝的构件：允许出现裂缝的构件：第128页/共143页v 变形验算公式：变形验算公式：afl afpl afmax 其中：其中：第129页/共143页6.施工阶段验算验算施工阶段验算验算第130页/共143页对预拉区不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件，对预拉区不允许出现裂缝的构件或预压时全截面受压的构件，在预加力、自重及施工荷载在预加力、自重及施工荷载(必要时应考虑动力系数必要时应考虑动力系数)作用下，其作用下，其截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定：截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定：截面边缘的混凝土法向应力可按下列公式计算：截面边缘的混凝土法向应力可按下列公式计算：第131页/共143页对施工阶段预拉区允许出现裂缝而在预拉区不配置纵向对施工阶段预拉区允许出现裂缝而在预拉区不配置纵向预应力钢筋的构件，除应进行承载能力极限状态验算外，其预应力钢筋的构件，除应进行承载能力极限状态验算外，其截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定：截面边缘的混凝土法向应力应符合下列规定：注：后张法预应力混凝土受弯构件的端部局部受压计算内容注：后张法预应力混凝土受弯构件的端部局部受压计算内容与轴心受拉构件相同，不赘述。与轴心受拉构件相同，不赘述。第132页/共143页预应力混凝土构件的构造要求预应力混凝土构件的构造要求 1 1 一般构造要求一般构造要求1)截面截面类型及尺寸型及尺寸 截面截面类型型轴心受拉构件心受拉构件 受弯构件受弯构件 正方形或矩形截面正方形或矩形截面 荷荷载或跨度或跨度较小小 矩形截面矩形截面 荷荷载或跨度或跨度较大大T形、形、I形截面形截面 受弯构件受弯构件 截面高度截面高度h(1/201/14)l0 T形、形、I形截面形截面 翼翼缘高度高度 (1/101/6)h翼翼缘宽度度 (1/31/2)h腹板腹板宽度度 (1/151/8)h第133页/共143页2)纵向向预应力力钢筋和非筋和非预应力力钢筋筋 为防止防止预应力混凝土受弯构件在力混凝土受弯构件在张拉、运拉、运输及吊装及吊装时在其在其预拉区拉区产生裂生裂缝，当跨度当跨度较小小时 当跨度当跨度较大大时 在在预应力力混混凝凝土土构构件件中中，除除配配置置预应力力钢筋筋之之外外，通通常常还需需配配置置一一定数量的定数量的纵向非向非预应力力钢筋，以提高构件的承筋，以提高构件的承载力和抗裂性能。力和抗裂性能。第134页/共143页2先张法构件先张法构件 多根相同直径钢丝并筋配筋：多根相同直径钢丝并筋配筋：并筋的等效直径，对双并筋应取为单筋直径的1.4倍，对三并筋应取为单筋直径的1.7倍。并筋的保护层厚度、锚固长度、预应力传递长度及正常使用极限状态验算均应按等效直径考虑。当预应力钢绞线、热处理钢筋采用并筋方式时，应有可靠的构造措施。先张法预应力钢筋之间的净间距先张法预应力钢筋之间的净间距 ：不应小于其公称直径或等效直径的1.5倍，且应符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于15mm；对三股钢绞线，不应小于20mm；对七股钢绞线，不应小于25mm。第135页/共143页对先张法预应力钢筋端部周围的混凝土应采取加强措施，以对先张法预应力钢筋端部周围的混凝土应采取加强措施，以防止放松预应力钢筋时，端部产生劈裂缝。防止放松预应力钢筋时，端部产生劈裂缝。（1）对单根配置的预应力钢筋，其端部宜设置长度不小于150mm且不少于4圈的螺旋筋；当有可靠经验时，亦可利用支座垫板上的插筋代替螺旋筋，但插筋数量不应少于4根，其长度不宜小于120mm；（2）对分散布置的多根预应力钢筋，在构件端部10d（为预应力钢筋的公称直径）范围内应设置35片与预应力钢筋垂直的钢筋网；（3）对采用预应力钢丝配筋的薄板，在板端100mm范围内应适当加密横向钢筋。第136页/共143页槽形板类构件槽形板类构件，应在构件端部100mm范围内沿构件板面设置附加横向钢筋，其数量不应少于2根。预制肋形板预制肋形板，宜设置加强其整体性和横向刚度的横肋。端横肋的受力钢筋应弯入纵肋内。当采用先张长线法生产有端横肋的预应力混凝土肋形板时，应在设计和制作上采取防止放张预应力时端横肋产生裂缝的有效措施。直线配筋的先张法构件直线配筋的先张法构件,当构件端部与下部支承结构焊接时,应考虑混凝土收缩、徐变及温度变化所产生的不利影响，宜在构件端部可能产生裂缝的部位设置足够的非预应力纵向构造钢筋。第137页/共143页3 3后张法构件后张法构件 后张法预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道后张法预应力钢丝束、钢绞线束的预留孔道应符合下列规定：对预制构件，孔道之间的水平净间距不宜小于50mm；孔道至构件边缘的净间距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直径的一半；在框架梁中，预留孔道在竖直方向的净间距不应小于孔道外径,水平方向的净间距不应小于1.5倍孔道外径；从孔壁算起的混凝土保护层厚度，梁底不宜小于50mm，梁侧不宜小于40mm；预留孔道的内径应比预应力钢丝束或钢绞线束外径及需穿过孔道的连接器外径大1015mm；在构件两端及跨中应设置灌浆孔或排气孔，其孔距不宜大于12m；凡制作时需要预先起拱的构件，预留孔道宜随构件同时起拱。第138页/共143页后张法预应力混凝土构件的端部锚固区应配置间接钢筋后张法预应力混凝土构件的端部锚固区应配置间接钢筋，除进行局部受压承载力计算外，其体积配筋率不应小于0.5%。为了防止沿孔道产生劈裂，在局部受压间接钢筋配置区以外，在构件端部长度不小于3但不大于1.2、高度为2的附加配筋区范围内，应均匀配置附加箍筋或网片，其体积配筋率不应小于0.5%（下图）。防止沿孔道劈裂的配筋范围防止沿孔道劈裂的配筋范围1局部受压间接钢筋配置区；局部受压间接钢筋配置区；2附加配筋区；附加配筋区；3构件端面构件端面第139页/共143页后张法预应力混凝土构件端部钢筋布置后张法预应力混凝土构件端部钢筋布置规定：（1）宜将一部分预应力钢筋在靠近支座处弯起，弯起的预应力钢筋宜沿构件端部均匀布置；（2）当构件端部预应力钢筋需集中布置在截面下部或集中布置在上部和下部时，应在构件端部0.2范围内设置附加竖向焊接钢筋网、封闭式箍筋或其它形式的构造钢筋；（3）附加竖向钢筋宜采用带肋钢筋。当端部截面上部和下部均有预应力钢筋时，附加竖向钢筋的总截面面积应按上部和下部的预应力合力分别计算的数值叠加后采用。构件端部尺寸应考虑锚具的布置、张拉设备的尺寸和局部受压的要求，必要时应适当加大。第140页/共143页当构件在端部有局部凹进时，应增设折线构造钢筋折线构造钢筋或其它有效的构造钢筋。端部凹进处构造配筋端部凹进处构造配筋1折线构造钢筋；折线构造钢筋；2竖向构造钢筋竖向构造钢筋第141页/共143页后张法预应力混凝土构件中，曲线预应力钢丝束、曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲率半径钢绞线束的曲率半径不宜小于4m；对折线配筋的构件，在预应力钢筋弯折处的曲率半径可适当减小。在后张法预应力混凝土构件的预拉区和预压区中，应设置纵向非预应力构造钢筋纵向非预应力构造钢筋；在预应力钢筋弯折处，应加密箍筋或沿弯折处内侧设置钢筋网片。锚具处和张拉设备支撑处，设置钢垫板和间接钢筋及附加钢筋对外露金属锚具，应采取可靠的防锈措施。第142页/共143页感谢您的观看！第143页/共143页