预应力混凝土构件周勇.pptx

9.1预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念9.1.1 预应力混凝土的原理普通混凝土的缺点：1.预应力混凝土的基本原理 钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土抗拉强度及极限拉应变值都很低，所以在使用荷载作用下，通常是带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件，不能充分利用受拉钢筋的强度。为了要满足变形和裂缝控制的要求，则需增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。第1页/共76页在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐久、在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐久、刚度和抗疲劳性。刚度和抗疲劳性。难以利用高强度钢筋。与wmax对应的 s=200N/mm2。而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上。因而，钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能发挥其作用的。而提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制裂缝宽度的作用也不大。第2页/共76页预应力混凝土的基本原理：预应力混凝土结构就是构件在承受外荷载之前，人为地预先通过张拉钢筋对结构使用阶段产生拉应力的混凝土区域施加压力，构件承受外荷载后，此项预压应力将抵消一部分或全部由外荷载所引起的拉应力；从而推迟裂缝的出现和限制裂缝的开展。第3页/共76页预应力混凝土结构受力示意图第4页/共76页2.预应力混凝土构件的受力特征 提高了构件的抗裂性；预应力的大小可根据需要调整；在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作阶段工作阶段(未裂未裂)。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。第5页/共76页日常生活中有许多应用预应力的例子。第6页/共76页Lanzhou University of Technology3.预应力混凝土的优、缺点 预应力混凝土结构与普通混凝土结构相比,其主要优点主要优点是：提提高高构构件件的的抗抗裂裂度度，改改善善了了构构件件的的受受力力性性能能。因因此此适适用用于对裂缝要求严格的结构于对裂缝要求严格的结构；由由于于采采用用了了高高强强度度混混凝凝土土和和钢钢筋筋，从从而而节节省省材材料料和和减减轻轻结构自重，因此结构自重，因此适用于跨度大或承受重型荷载的构件适用于跨度大或承受重型荷载的构件；提提高高了了构构件件的的刚刚度度，减减少少构构件件的的变变形形，因因此此适适用用于于对对构构件的刚度和变形控制较高的结构构件件的刚度和变形控制较高的结构构件；提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。预应力混凝土结构的缺缺点点是需要增设施加预应力的设备，制作技术要求较高，施工周期较长。第7页/共76页9.1.2 预应力混凝土的分类根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：1.先张法和后张法钢筋张拉先于混凝土浇筑先张法钢筋张拉后于混凝土浇筑后张法部分截面受压有限预应力、部分预应力2.全预应力和部分预应力全截面受压全预应力3.有粘结预应力和无粘结预应力预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起有粘结第8页/共76页 按按照照使使用用荷荷载载下下对对截截面面拉拉应应力力控控制制要要求求的的不不同同，预预应应力力混混凝凝土结构构件可分为三种：土结构构件可分为三种：全预应力混凝土全预应力混凝土 全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。大致相当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 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。部分预应力混凝土部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。相当于裂缝控制等级为三级的构件。第9页/共76页 全预应力混凝土构件具有抗裂性和抗疲劳性好、刚度大等优点，但也存在构件反拱值过大，延性差，预应力钢筋配筋量大，施加预应力工艺复杂、费用高等主要缺点。因此适当降低预应力，做成有限或部分预应力混凝土构件，即克服了上述全预应力的缺点，同时又可以用预应力改善钢筋混凝土构件的受力性能。有限或部分预应力混凝土介于全预应力混凝土和钢筋混凝土之间，有很大的选择范围，设计者可根据结构的功能要求和环境条件，选用不同的预应力值以控制构件在使用条件下的变形和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。第10页/共76页Lanzhou University of Technology9.1.3 张拉预应力筋的方法1.先张法张拉钢筋 支模、浇混凝土 混凝土达到一定强度剪钢筋 产生预应力张拉钢筋浇注混凝土剪断钢筋第11页/共76页浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉钢筋，锚固 产生预应力 孔道灌浆2.后张法浇注混凝土穿钢筋、张拉、锚固灌浆第12页/共76页 先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度 ltr才能完成。后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部的锚具来传递。v 先张法、后张法有各自适用范围和优、缺点。非预应力钢筋v 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合。第13页/共76页9.1.4 预应力混凝土材料 （1）预应力混凝土结构对混凝土的要求 强度高 预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应力，并可减少构件截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的预压力；收缩、徐变小 这样可以减少由于收缩、徐变引起的预应力损失；快硬、早强 这样可以尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接费用。混凝土：一般要求不应低于C30；采用钢丝，钢铰线，热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40。第14页/共76页（2）预应力混凝土结构对钢筋的要求 高强度 预应力混凝土构件在制作和使用过程中，由于种种原因，会出现各种预应力损失，为了在扣除预应力损失后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值，需采用较高的张拉应力，因此预应力钢筋必须采用高强钢筋（丝）；具有一定的塑性 为防止发生脆性破坏，要求预应方钢筋在拉断时，具有一定的伸长率；良好的加工性能 即要求钢筋有良好的可焊性，以及钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能；与混凝土之间有较好的黏结强度 先张法构件的预应力传递是靠钢筋和混凝土之间的黏结力完成的，因此需要有足够的黏结强度；钢筋的应力松弛要低 钢筋：预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢筋；普通钢筋宜采用HRB400级和HRB335 级钢筋，也可采用HPB235级钢筋。第15页/共76页Lanzhou University of Technology9.1.5 锚具、夹具与预应力设备概述锚、夹具：用于固定钢筋构件制作完后，能取下重复使用夹具用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 锚具不不同同种种类类的的锚锚具具，有有不不同同的的固固定定原原理理。同同时时，固固定定预预应应力力筋筋、锚锚具具不不同同，则则钢钢筋筋的的回回缩缩量量不不同同，锚锚具的尺寸外形对构件的影响也不同。具的尺寸外形对构件的影响也不同。第16页/共76页第17页/共76页第18页/共76页9.1.6 先张法预应力锚固长度主要是先张法:预应力传递长度:ltr锚固长度:la第19页/共76页9.2张拉控制应力与预应力损失张拉控制应力与预应力损失9.2.1 张拉控制应力 con 张拉控制应力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（测力计所指示的）除以预应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，张拉控制应力宜尽可能地定得高一些，con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，但如果控制应力过高，会出现以下问题：第20页/共76页 con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。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。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。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。第21页/共76页 另外，从钢筋类别和施工工艺看，张拉控制应力大小的确定与预应力钢筋的品种和施加预应力的方法有关。冷拉热轧钢筋塑性较好，有明显的流幅，以屈服强度作为标准值，故con定得高，冷拔低碳钢丝、钢绞线、热处理钢筋属于无明显流幅的钢筋，塑性差，且以极限抗拉强度作为标准值，故con 定得低。先张法构件的con值适当高于后张法构件，原因在于先张法的张拉力是由台座承受，预应力钢筋受到张拉力，当放松钢筋时，混凝土受到压缩，钢筋随之缩短，从而使预应力钢筋中的应力有所降低，而后张法的张拉力是由构件承受，构件受压后立即缩短，所以张拉设备所指示的控制应力是已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力，为了使两种方法所得预应力保持在相同水平，故后张法的con应适当低于先张法。第22页/共76页张拉控制应力限值 热处理钢筋消除应力钢丝、钢绞线 0.75 fptk 后张法 先张法 钢筋种类 张拉方法 0.75fptk 0.70 fptk0.65 fptk在在考考虑虑提提高高施施工工阶阶段段的的抗抗裂裂性性及及减减少少应应力力松松驰驰、摩摩擦擦、钢钢筋筋分分批批张张拉拉及及台台座座之之间间的的温温差差损损失失时时，可以提高可以提高0.05fptk。第23页/共76页9.2.2 各种预应力损失值钢筋的张拉控制应力，从开始张拉至构件使用；钢筋的张拉控制应力，从开始张拉至构件使用；由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种预由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种预应力降低的现象称为应力降低的现象称为预应力损失预应力损失。引起预应力损失的。引起预应力损失的原因有原因有六大类六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的计算和组合。失的计算和组合。pe=con l最终有效预应力：第24页/共76页Lanzhou University of Technology1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1直线：曲线：第25页/共76页rc 曲线的曲率半径；m,k 预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数及局部 偏差的摩擦系数；x 张拉端至计算截面的距离 x lf；l 张拉端至锚固端距离。lf 反向摩擦影响长度（m）；a张拉端锚具变形和钢筋回缩量；式中：减少此项损失的措施第26页/共76页2.预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失 l2式中 k考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数；x张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取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；从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角（以弧度计）。当第27页/共76页 减少该项损失，可采取以下措施：对较长的构件可在两端进行张拉；对较长的构件可在两端进行张拉；采用超张拉，张拉程序可采用：当第一次张拉至1.1con时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至0.85con，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至con时，钢筋应力沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至con的应力分布均匀，预应力损失要小一些。第28页/共76页Lanzhou University of Technology3.受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失应力损失 l3小钢模生产的构件无此项损失。为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应力筋与台座之间的温差t使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。第29页/共76页减少此项损失 l3的措施有：采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5C10，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，能够一起胀缩而不引起预应力损失;在钢模上张拉预应力钢筋。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。第30页/共76页4.预应力钢筋的应力松弛引起的损失预应力钢筋的应力松弛引起的损失 l4应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑应力松弛现象：指钢筋在高应力状态下，由于钢筋的塑性变形而使应力随时间的增长而降低性变形而使应力随时间的增长而降低的现象。的现象。钢筋长度不变，应力随时间增长而降低。钢筋长度不变，应力随时间增长而降低。钢筋应力松弛有以下特点：钢筋应力松弛有以下特点：应力松弛与时间有关，开始快，以后慢：第应力松弛与时间有关，开始快，以后慢：第1小时完成小时完成50%，24小时完成小时完成80%；应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应力松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、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小；弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、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31页/共76页Lanzhou University of Technology预应力钢丝、钢绞线：普通松驰：=1.0（一次），=0.9（超张拉）热处理钢筋：低松驰：l4=0.05 con(一次），l4=0.035 con（超张拉）当 con 0.5 fptk,l4=0。因为，应力不高，其徐变不明显。第32页/共76页利用超张拉工序可以减少 l4超张拉工序：第一种：从 01.03 con第二种：从 01.05 con(持荷2min)con原理：原理：超张拉的持荷超张拉的持荷2min，已将部分松已将部分松 弛在弛在钢筋锚固前完成，所以可达到减少钢筋锚固前完成，所以可达到减少 l4的目的。的目的。第33页/共76页5.混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 l5收缩、徐变将引起构件缩短，所以 钢筋回缩，引起 l5。此时预应力损失值的大小，与纵筋含钢率、混凝土预压应力的大小 pc及混凝土抗压强度f cu有关。先张法：第34页/共76页 、受拉区、受压区预应力筋和非预应力筋受拉区、受压区预应力筋和非预应力筋的含钢率；的含钢率；pc、pc 产产生生第第一一批批预预应应力力损损失失后后，受受拉拉区区、受受压压区区预预应应力力钢钢筋筋在在各各自自合合力力点点处处混混凝凝土的法向压应力。土的法向压应力。后张法：第35页/共76页 先张法构件 后张法构件 式中 Ap，Ap分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配筋的构件，取=，此时配筋率应按钢筋截面面积的一半进行计算；A0，An分别为混凝土换算截面积、净截面面积。第36页/共76页 后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因是后张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。以上公式适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，l5，l5应降低，反之则增加。减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有：采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩，加强养护，以减少混凝土的收缩，控控制制混混凝凝土土应应力力pc，要要求求 ,以以防防止止发发生生非非线线性性徐徐变。变。第37页/共76页Lanzhou University of Technology6.混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6仅仅后后张张法法有有这这项项损损失失。后后张张法法中中，用用螺螺旋旋式式预预应应力力钢钢筋筋作作配配筋筋的的环环形形构构件件：电电杆杆、水水池池、压压力力管管道道等等，直直接接在在混混凝凝土土上上进进行行预预应应力力钢钢筋筋的的张张拉拉。这这时时钢钢筋筋对对构构件件产产生生外外壁壁的的径径向向压压力力，使使混混凝凝土土局局部部挤挤压压，构构件件的的直直径径局局部部减减小小，带带来来一一圈圈内内钢钢筋筋周周长长的的减减小小，因因而而钢钢筋筋松松驰驰，引引起起 l6。d 3m，l6=0 d 3m，取 l6=30N/mm2 第38页/共76页9.2.3 预应力损失值的组合总损失：l =lI+lII先张法：l 100N/mm2后张法：l 80N/mm2混凝土预压前 lI=l1+l2+l3+l4 混凝土预压后 lII=l5先张法构件：混凝土预压前 lI=l1+l2 混凝土预压后 lII=l4+l5+l6后张法构件：为了计算方便，规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失l，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失l。第39页/共76页第40页/共76页第41页/共76页9.3后张法构件端部锚固区的局部承压验算后张法构件端部锚固区的局部承压验算1 局部承压的破坏形态和破坏机理后张法构件端部由于锚具下垫板面积很小而承受很大的局部压力，该压力要经过一段距离才能扩散至整个截面锚固区混凝土处于三向应力状态，即 。靠近垫板处 为压应力，距离端部较远处为拉应力，当横向拉应力超过混凝土的抗拉强度时，端部锚固区将出现纵向裂缝，并导致局部承压破坏。第42页/共76页Lanzhou University of Technology2 端部受压截面尺寸验算 防止局压传递段劈裂防止局压传递段劈裂(抗裂抗裂)局部受压区局部受压区的截面尺寸要求的截面尺寸要求：Fl 1.35 c l fc Aln9.21因此需进行锚具下混凝土的抗裂度和强度的验算。锚固区抗裂度主要取决于垫板与构件的端部尺寸，端部截面局部承压强度则通过配置间接钢筋来满足。第43页/共76页Al 局部受压面积；Ab 局压时计算底面积，按同心、对称原则确定。式式中中:Fl 局局部部受受压压面面上上作作用用的的局局部部压压力力设设计计值值 Fl=1.2 conAp；Aln 局局部部受受压压净净面面积积，从从锚锚具具边边45线线沿沿垫垫板板扩扩散散至至构构件件表表面面，并并减减去去孔孔道道凹凹槽槽部部分分的面积；的面积；l 混混凝凝土土局局压压强强度度提提高高系系数数，“套套箍箍”作用；作用；第44页/共76页为防止构件端部的局压破坏，配方格网式或螺为防止构件端部的局压破坏，配方格网式或螺旋式间接钢筋。旋式间接钢筋。9.233 局部受压承载力计算第45页/共76页 v 间接钢筋的体积配筋率，要求0.5。当为方格网配筋时 当为螺旋式配筋时 式中 l1，l2 钢筋网两个方向长度，l1 l2；n1，As1 l1方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积；n2，As2 l2方向的钢筋根数和单根钢筋的截面面积；s 方格网或螺旋筋的间距；Ass1螺旋式单根间接钢筋的截面面积；dcor螺旋钢筋范围以内的混凝土直径。第46页/共76页Lanzhou University of Technology局部受压配筋第47页/共76页第48页/共76页第49页/共76页9.4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1、分析要点 预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始直至构件破坏，截面中钢筋和混凝土应力的变化分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。每个阶段又包括了若干特征受力过程。1）在施工阶段，构件截面没有开裂，可以把预应力混凝土视作弹性材料，因而可以用材料力学的分析方法对构件截面的应力进行计算，在使用阶段构件开裂前，材料力学的方法仍然适用。此时预应力混凝土构件可看做承受两个力系，一个是由外荷载所产生，另一个是把全部预应力钢筋的合力看作反向作用在构件上的外力所产生。2）抓住施工、使用阶段中的特征受力状态，搞清各个状态已经发生的预应力损失，以及与该状态相应的混凝土强度。第50页/共76页施工阶段的两个典型受力状态是：先张法构件放松预应力钢筋时，后张法构件完成第一批损失后；先、后张法构件完成第二批预应力损失后。使用阶段的三个典型受力状态是：消压状态，即加荷至混凝土受到的预压应力为零（pc）；开裂状态，即外加荷载增至Ncr使混凝土即将开裂；破坏状态，即预应力钢筋和非预应力钢筋应力达到屈服时的状态 3）掌握施工阶段预应力的传递途径，搞清换算截面面积A0及净截面面积An的意义及应用。第51页/共76页 施工阶段：先张法构件预应力钢筋的合力通过钢筋和混凝土之间的粘结传递给混凝土和非预应力钢筋。预应力传递过程中，预应力钢筋、混凝土、非预应力钢筋三者协调变形，全截面受力，所以施工阶段计算时采用换算截面面积A0（A0Ac+Es As+E Ap，Es和E分别为非预应力钢筋、预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比），后张法构件预应力钢筋的合力靠锚具传递给孔道外侧混凝土和非预应力钢筋，由于施工阶段孔道没有灌浆或灌浆材料强度不够，预应力钢筋和混凝土之间没有粘结，预应力钢筋的预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上，因此，后张法构件在施工阶段计算时用净截面面积An（AnAc+Es As）。使用阶段：当计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法构件，预应力钢筋和混凝土之间都已经粘结成整体，因此，都采用A0。第52页/共76页1）使用阶段计算承载力计算正截面：轴拉构件、受弯构件斜截面：受弯构件裂缝控制验算一级：严格不裂二级：一般不裂三级：允许开裂裂缝宽度验算抗裂度验算2、计算内容：指构件制作、运输、吊装等施工阶段承载力、指构件制作、运输、吊装等施工阶段承载力、抗裂或裂缝宽度验算。抗裂或裂缝宽度验算。2）施工阶段验算第53页/共76页9.4.1 轴心受拉构件各阶段的应力分析9.4.1.1 9.4.1.1 先张法轴心受拉构件各阶段的应力分析(a)放张前(b)放张后(c)完成第二批损失1.施工阶段第54页/共76页Lanzhou University of Technology放松预应力筋之前：pe=con lI pc=0 s=0放松预应力筋之后：peI=con lI E pcI sI=E pcI(压)pc=pcI(压)第55页/共76页由截面平衡条件：peI Ap=pcI Ac+sI As(con lI E pcI)Ap=pcI Ac+sI As式中：A0 换算截面面积，A0=Ac+E As+E Ap。扣除孔道、钢筋等截面面积后截面上的混凝土截面面积。完成第一批损失之后：9.27第56页/共76页完成第二批损失之后：预应力筋：peII=con l E pcII 非预应力筋：sII=E pcII+l5混凝土：pc=pcII同理，由截面平衡条件得：9.29a第57页/共76页2.使用阶段受力过程的三个特征点：N No(c=0)Ncr(c=ftk)Nu(p=fpy)(a)施加轴力前(b)消压状态(c)开裂轴力(d)极限轴力NuN0N0Ncr NcrNu（+）（）第58页/共76页v 加载至混凝土应力为零：c=0 so=l5 po=con l 式中 No 消压轴力，抵消截面上混凝土有效预 压应力所需的轴向力。No=poAp soAs=(con l)Ap l5As=pcIIA0 9.32第59页/共76页v 加载至构件截面即将开裂：式中 Ncr 开裂轴力，预应力轴心受拉构 件即将开裂时所能承受的轴向力。(预应力的存在可以提高抗裂度)c=ftk s=E ftk l5 pcr=con l+Eftk 截面平衡：Np,cr=ftkAc+sAs+p ApNcr=(ftk+pcII)A0 9.33第60页/共76页v 加载至构件破坏：c=0 s=fy p=fpy 式中：Nu 极限承载力。(预应力的存在不能提高正截面承载力)由截面平衡条件：Nu=fpyAp+fyAs 9.34第61页/共76页v 预应力钢筋锚固后：(完成 lI)c=pcI sI=E pcI p=con lI 9.4.1.2 9.4.1.2 后张法轴心受拉构件各阶段的应力分析式中:An 构件的净截面面积，An=A0 EAp=Ac+EAs 截面平衡：p Ap=pc1Ac+s As9.36第62页/共76页v 完成第二批损失后：c=pcII sII=E pcII+l5 (压)peII=con l截面平衡：peII Ap=pcIIAc+sII As9.38第63页/共76页v 消压(加载到混凝土应力为零)c=0 s=E pcII+l5 E pcII=l5 (压)po=con l +E pcII 截面平衡：No=poAp As s=pcIIAo9.39第64页/共76页v 构件即将开裂 c=ftk scr=Eftk l5 (拉)pcr=con l +E pcII+Eftk 截面平衡：Ncr=pcrAp+scr As+Acftk Ncr=(pcII+ftk)Ao9.40第65页/共76页v 构件加载达到极限承载力：c=0 s=fy p=fpy 先张法、后张法轴心受力构件各阶段先张法、后张法轴心受力构件各阶段的应力状态及公式的表达有什的应力状态及公式的表达有什么共同点和差异。么共同点和差异。Nu=fpyAp+fy As9.41想一想：第66页/共76页v先张法和后张法预应力轴心受拉构件计算公式的异同点:施工阶段，先张法和后张法计算pc的公式形式类似，不同之处在于先张法采用A0，后张法采用An，由此可以得出，若con，Ap以及截面尺寸、材料强度相同,由于A0An，则后张法建立的有效预压应力要比先张法高一些。另外l计算值也不同。使用阶段，用于计算N0，Ncr，Nu的公式，其形式对先、后张法构件来说是相同的，截面面积都用A0。直至构件开裂前，先张法预应力钢筋应力比后张法少Epc，所以说后张法构件con相当于先张法构件的 con-Epc。第67页/共76页v预应力混凝土构件与钢筋混凝土构件相比较：预应力混凝土构件与普通钢筋混凝土构件在施工阶段，二者钢筋和混凝土两种材料所处的应力状态不同，普通钢筋混凝土构件中，钢筋和混凝土均处于零应力状态，而预应力混凝土构件中，钢筋和混凝土均有初应力，其中钢筋处于拉应力状态，混凝土处于受压状态，一旦预压应力被抵消，预应力混凝土和普通钢筋混凝土之间没有本质的不同。预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构件迟得多，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接近。预应力混凝土构件与条件相同的未加预应力的钢筋混凝土构件承载能力相同，故预加应力能推迟裂缝出现，但不能提高承载能力。第68页/共76页9.4.2 轴心受拉构件使用阶段的验算r0 结构重要性系数；N 轴力设计值。上式主要用来求Ap和As，一般按构造先设As，再求Ap。1.使用阶段的承载力计算r0N Nu=fyAs+fpy Ap9.42第69页/共76页2.使用阶段的抗裂度验算即：在荷载效应标准组合下，不出现拉应力。pcII 扣除全部预应力损失后的混凝土预压应力。扣除全部预应力损失后的混凝土预压应力。v 严格要求不出现裂缝的构件(一级)sc pcII 0 sc 按荷载效应标准组合求得的混凝土的法向应力。按荷载效应标准组合求得的混凝土的法向应力。第70页/共76页v 一般要求不出现裂缝的构件(二级)上两式表明：在荷载效应标准组合下，允许出现拉应力，但有一定限值；在荷载效应准永久组合下，不允许出现拉应力。lc 在荷载效应准永久组合下的混凝土法向应力。在荷载效应准永久组合下的混凝土法向应力。荷载效应准永久组合下：lc pcII 09.47荷载效应标准组合下：sc pcII ftk9.46第71页/共76页v 允许开裂，但要限制裂缝宽度(三级)cr 构件受力特征系数，对轴拉构件取2.2；式中:sk纵向受拉钢筋的等效应力，即wmax wlim9.48第72页/共76页9.4.3 轴心受拉构件施工阶段的验算先张法：放松预应力钢筋时构件承载力验算。后张法：张拉钢筋时构件承载力验算，端部后张法：张拉钢筋时构件承载力验算，端部 锚固区局部受压验算。锚固区局部受压验算。预应力混凝土构件在放张预应力钢筋（先张法）或张拉预应力钢筋完毕（后张法）时，混凝土受到的预压应力最大，而这时混凝土的强度通常仅达到设计强度的75，构件承载力和后张法构件端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。第73页/共76页1.承载力验算式中式中:f ck 放松放松(张拉张拉)预应力钢筋时预应力钢筋时,混凝土立方体抗混凝土立方体抗 压强度相应的轴心抗压强度标准值，压强度相应的轴心抗压强度标准值，用用线线 性内插性内插法求得；法求得；cc 放松放松(张拉张拉)钢筋时混凝土的最大法向压力钢筋时混凝土的最大法向压力。在施工阶段：要求：f cu 0.75 fcu cc 0.8 f ck9.492.锚固端局部承压验算第74页/共76页u 预应力混凝土受弯构件的应力分析与预应力混凝土轴心受拉构件并无原则区别，也分为施工阶段和使用阶段。在施工阶段和使用阶段混凝土开裂前都用材料力学的分析方法。主要不同点在于轴心受拉构件预应力钢筋一般对称布置，混凝土受到的预压应力是全截面均匀受压；而对于预应力混凝土受弯构件，预应力钢筋一般布置在截面受拉区，截面受偏心预压力，因此，其截面应力分布不均匀。u 预应力混凝土受弯构件的设计计算也分为使用阶段和施工阶段两部分内容。使用阶段计算内容包括：正截面承载力计算、斜截面抗剪计算、抗裂及裂缝宽度计算、变形计算。施工阶段包括：制作阶段的强度计算及后张法局部承压验算。9.5预应力混凝土受弯构件的计算预应力混凝土受弯构件的计算第75页/共76页感谢您的观看！第76页/共76页