第10章-预应力混凝土构件的计算zyz公开课教案课件.ppt

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1、混凝土及砌体结构混凝土及砌体结构混凝土及砌体结构混凝土及砌体结构第第1010章章 预应力混凝土预应力混凝土 构件的计算构件的计算土木工程系土木工程系 张英姿张英姿10.1 10.1 概述概述普通钢筋混凝土不施加顶应力的钢筋混凝土，也简称钢筋混疑土。预应力混凝土施加了预应力的混凝土。10.1 10.1 概述概述 普通混凝土抗裂性很差普通混凝土抗裂性很差 混凝土的极限拉应变很低，只有0.00010.0015，这时钢筋应力仅2030N/mm2,另外提高混凝土的强度也不明显高强材料得不到充分应用高强材料得不到充分应用 裂缝宽度一般应限制在0.20.3mm以内，受拉钢筋应力最高也只能达到150250N/

2、mm2结构自重大使用性能不好结构自重大使用性能不好 普通混凝土结构不能适应现代化建设大跨度和大空间的需要，因为无法采用高强度的材料，势必导致截面尺寸过大和自重过大。普通混凝土构件存在问题普通混凝土构件存在问题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 W.Doehring.Doehring）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。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.Freyssin

3、etE.Freyssinet）利用高强度的钢丝）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（大于和高强度等级的混凝土并施加高的预应力（大于400N/mm400N/mm2 2）制）制造预应力混凝土构件才获得实际意义的成功。造预应力混凝土构件才获得实际意义的成功。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，年推广，以后获得了较大的发展。以后获得了较大的发展。10.1 10.1 概述概述概念：概念：概念：概念：预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土（prestressed concrete）是

4、在混凝土构件）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。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10.1 10.1 概述概述概念：概念：概念：概念：预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土（prestressed concrete）是在混凝土构件）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

5、部抵消外荷载产生的拉应力，因而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。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10.1 10.1 概述概述通过通过人为人为控制预压力控制预压力Np的的大小大小，可使梁截面受拉边缘混凝土，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。力混凝土受弯构件。美国混凝土协会（美国混凝土协会（ACI

6、）对）对预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土预应力混凝土下的定义是：下的定义是：“预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以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土”。10.1 10.1 概述概述 a.a.提高构件的抗裂能力提高构件的抗裂能力。10.1 10.1 概述概述预应力混凝土的优、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，耐疲劳，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。提高抗剪承载力。c.充分利用高强度材料的

7、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，提高扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。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，技术水平要求工序复杂，技术水平要求高。高。预应力与非预应力构件的预应力与非预应力构件的比较比较1、预应力构件在使用阶段可以不开裂、挠度减小；、预应力构件在使用阶段可以不开裂、挠度减小；2、预应力构件混凝土的抗拉能力明显提高，但同时降低了、预应力构件混凝土的抗拉能力明显提高，但同时降低了混凝土抗压能力和钢筋的抗拉能力；混凝土抗压能力和钢筋的抗拉能力；3、

8、预应力构件与非预应力构件相比，构件的承载力基本相、预应力构件与非预应力构件相比，构件的承载力基本相同；同；4、预应力构件虽然使用了高强钢筋和高强混凝土，但造价、预应力构件虽然使用了高强钢筋和高强混凝土，但造价并不是随强度的提高成比例增加，因为预应力混凝土与普通并不是随强度的提高成比例增加，因为预应力混凝土与普通混凝土相比，减小了截面尺寸，减少了材料的用量。混凝土相比，减小了截面尺寸，减少了材料的用量。10.1 10.1 概述概述10.1 10.1 概述概述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，预应力混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

9、土结构构件可分为三种：凝土结构构件可分为三种：全预应力混凝土、有限预应力混凝土和部分预应力混凝土全预应力混凝土、有限预应力混凝土和部分预应力混凝土 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于裂裂缝缝控控制制等等级为一级的构件。级为一级的构件。10.1 10.1 概述概述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，预应力混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

10、三种：凝土结构构件可分为三种：全预应力混凝土、有限预应力混凝土和部分预应力混凝土全预应力混凝土、有限预应力混凝土和部分预应力混凝土 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于裂裂缝缝控控制制等等级为一级的构件。级为一级的构件。10.1 10.1 概述概述预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 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

11、某一规定拉应力值，但在承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得长期荷载作用下，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。受拉的要求设计。相当于裂缝控制等级为二级的构件。10.1 10.1 概述概述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

12、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

13、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。10.1 10.1 概述概述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、

14、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。10.1 10.1 概述概述10.2.1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10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施

15、加预应力的方法及锚夹具 后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应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。力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。二、后张法二、后张法10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具 后张法主要用于以粗钢筋或钢绞线配筋的大型预应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。力构件，如桥梁、屋架、屋面梁、吊车梁等。二、后张法二、后张法10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具三、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

16、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传力力，后张法通过构件端部的锚具将力传给构件。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，先先张张法法建建立立的预应力低，后张法建立的预应力高。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筋可可为曲线形，沿主拉应力的迹线布置。为曲线形，沿主拉应力的迹线布置。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具一、一、预应力混凝土结构对机具的

17、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，保证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。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、用料省、锚具应尽可能做到构造简单、制造方便、轻质、用料省、价格低。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10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法

18、及锚夹具2、锚具的种类、锚具的种类 锚具的工作原理可以分为两大类。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。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。大的

19、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。常用的锚具有以下几种。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具锥形锚，又称弗氏锚。锥形锚，又称弗氏锚。包括锚圈和锚塞包括锚圈和锚塞(又称锥又称锥销销)。锥形锚的优点是：。锥形锚的优点是：锚固方便，横截面积小，锚固方便，横截面积小，便于在梁体上分散布置。便于在梁体上分散布置。缺点是锚固时钢筋回缩缺点是锚固时钢筋回缩量大，预应力损失大，量大，预应力损失大，不能重复张拉或接长，不能重复张拉或接长，使钢筋设计长度受到千使钢筋设计长度受到千斤顶行程的限制。但近斤顶行程的限制。但近年在这些方面已有较大年在这些方面

20、已有较大改进。改进。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具镦头锚，又称镦头锚，又称BBRV锚。锚。适用于锚固钢丝束。使用时先将钢丝适用于锚固钢丝束。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，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，将锚圈使钢丝锚固于锚杯上。在固定端，将锚圈(螺帽螺帽)拧在锚杯上即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，即可完成连接，并进行张拉，然后拧上

21、锚圈，再放松千斤顶，即可完成张拉锚固过程。张拉锚固过程。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具镦头锚，又称镦头锚，又称BBRV锚。锚。适用于锚固钢丝束。使用时先将钢丝适用于锚固钢丝束。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，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，将锚圈使钢丝锚固于锚杯上。在固定端，将锚圈(螺帽螺帽)拧在锚杯上即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

22、，即可完成连接，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。张拉锚固过程。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具螺纹锚。螺纹锚。用于锚固高强粗用于锚固高强粗钢筋，其构造很简单，即用钢筋，其构造很简单，即用一锚固螺帽直接拧紧在已张一锚固螺帽直接拧紧在已张拉的高强粗钢筋上的螺纹上。拉的高强粗钢筋上的螺纹上。这种锚具构件简单，施这种锚具构件简单，施工方便，且较为可靠，预应工方便，且较为可靠，预应力损失小。力损失小。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具夹片锚。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夹片锚具有

23、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，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。国内主要夹片锚具为因此夹片锚具的使用随之增多。国内主要夹片锚具为JM、XM、QM、YM及及OVM系列锚具，可锚固由几根至几十根钢绞线组成系列锚具，可锚固由几根至几十根钢绞线组成的钢束。的钢束。10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具10.2 10.2 施加预应

24、力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具10.2 10.2 施加预应力的方法及锚夹具施加预应力的方法及锚夹具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。10.3 10.3 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料 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、刻痕高强光面钢丝、刻痕钢丝、高强钢绞线和热处理钢筋钢丝、高强钢绞线和热处理钢筋。10.3 10.3 预应力

25、混凝土的材料预应力混凝土的材料 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。10.3 10.3 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料预应力混凝土预制桩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，预应力管打完预制桩后，预应力管桩施工现场桩施工现场青岛中银大厦青岛中银大厦 58 层筒中筒结构，层筒中筒结构，建筑面积建筑面积 10 万平米，万平米，高高 241 米米，楼面为无，楼面为无粘结预应力扇形单向粘结预应力扇形单向平板，为国内最高的平板，为国内最高的预应力结构。预应力结构。上海铁路南站上海铁

26、路南站 上海南大门的标志性建筑，亚洲最大的铁路枢纽，世界上首座上海南大门的标志性建筑，亚洲最大的铁路枢纽，世界上首座圆形站屋火车枢纽，总投资圆形站屋火车枢纽，总投资 33.8 亿元。主站房采用钢筋混凝土亿元。主站房采用钢筋混凝土框架结构；中间为框架结构；中间为 112.5m 88.6m 的矩形候车厅，外围为五道的矩形候车厅，外围为五道预应力混凝土圆环形结构。圆环形结构内圈直径为预应力混凝土圆环形结构。圆环形结构内圈直径为 148m。中华世纪坛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

27、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。中华世纪坛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。浙江黄龙体育中心浙江黄龙体育中心黄龙索塔内锚固黄龙索塔内锚固上海市中关村科技大厦上海市中关村科技大厦 31层高层建筑，建筑面积约层高层建筑，建筑面积约为为3万平方米，为了满足建筑功万平方米，为了满足建筑功能的需要，标准层

28、内外筒之间采能的需要，标准层内外筒之间采用了预应力混凝土平板，不设任用了预应力混凝土平板，不设任何梁，预应力板跨度何梁，预应力板跨度7.8m8.9m，板厚，板厚200mm，板内双向配置无，板内双向配置无粘结预应力筋，此工程预应力工粘结预应力筋，此工程预应力工程量为程量为100吨。吨。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

29、，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，concon定得高，形成的有效预压定得高，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：控制应力过高，会出现以下问题：张拉控制应力张拉控制应力10.4 10.4 预应力混凝土构件计算的一般规定预应力混凝土构件计算的一般规定 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

30、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，concon定得高，形成的有效预压定得高，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：控制应力过高，会出现以下问题：张拉控制应力张拉控制应力10.4 10.4 预应力混凝土构件计算的一般规定预应力混凝土构件计算的一般规定 con越高，构件的开裂荷载与极限荷载越接近，

31、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

32、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。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 规范也指出，在下列情况下表规范也指出，在下列情况下表10

33、.1中的数值允许提高中的数值允许提高5：(1)为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂度而设置在为了提高构件制作、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；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、钢筋分批张拉以及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损失。预应力钢筋与台座之间的温差等因素产生的预应力损失。此外规范还规定，预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋、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，不应小于冷拔低碳钢丝的张拉控制应力值，不应小于0.40.4fptk。三、三

34、、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

35、钢筋张拉应力仍然是张拉控制应力。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：包括：锚固损失：锚固损失：锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移 摩擦损失：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

36、之间以及折点处的摩擦，也会使张拉应力造擦，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。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长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生松弛松弛，会引起预应力损失。会引起预应力损失。温差损失：温差损失：先张法中的热养护引起的温差损失先张法中的热养护引起的温差损失 局部挤压损失局部挤压损失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；

37、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。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按下列按下列公式计算公式计算式中式中rc圆弧形曲线预应力钢筋圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径；的曲率半径；预应力钢筋与孔道壁之预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；间的摩擦系数；k考虑管道每米长度局部考虑管道每米长度局部偏差的摩擦系数；偏差的摩擦系数；x张拉端至计算截面的距张拉端至计算截面的距离，符合的规定；离，符合的规定；a

38、锚具变形和钢筋内缩值；锚具变形和钢筋内缩值；Es预应力钢筋的弹性模量。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式中式中rc圆弧形曲线预应力钢筋圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径；的曲率半径；预应力钢筋与孔道壁之预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；间的摩擦系数；k考虑管道每米长度局部考虑管道每米长度局部偏差的摩擦系数；偏差的摩擦系数；x张拉端至计算截面的距张拉端至计算截面的距离，符合的规定；离，符合

39、的规定；a锚具变形和钢筋内缩值；锚具变形和钢筋内缩值；Es预应力钢筋的弹性模量。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 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

40、。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。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

41、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 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

42、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。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

43、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。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3、混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失之间温差引起的损失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

44、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回缩缩，因因而而产生了温差损

45、失。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）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

46、相同，可不考虑此项损失。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

47、con高，应力松弛大。高，应力松弛大。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 con0.8fptk时时，为超张拉系数，一次张拉时，取为超张拉系数，一次张拉时，取=1；超张拉时，取；超张拉时，取=0.9。当当 con0.5fptk时，可不考虑应力松弛损失，即取时，可不考虑应力松弛损失，即取 l4=0。预应力钢筋的应力松弛与钢筋的材料性质有关。

48、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 con0.8fptk时时，为超张拉系数，一次张拉时，取为超张拉系数，一次张拉时，取=1；超张拉时，取；超张拉时，取=0.9。当当 con0.5fptk时，可不考虑应力松弛损失，即取时，可不考虑应力松弛损失，即取 l4=0。热处理钢筋：热处理钢筋：减少此项损失可采用超张拉的方法。减少此项损失可采用超张拉的方法。5、混凝土的收缩徐变引起的预应力损

49、失混凝土的收缩徐变引起的预应力损失l5 混混凝凝土土结结硬硬时时产产生生体体积积收收缩缩，在在预预压压力力作作用用下下，混混凝凝土土会会发发生生徐徐变变，这这都都会会使使构构件件缩缩短短，构构件件中中的的预预应应力力钢钢筋筋跟跟着着回回缩缩，造造成成预预应应力力损损失失。混混凝凝土土收收缩缩、徐徐变变引引起起拉拉区区和和受受压压区区预预应应力力钢钢筋筋的的预预应应力力损损失分别用失分别用l5和和l5表示。表示。在在一一般般情情况况下下，对对先先张张法法、后后张张法法构构件件的的预预应应力损失可按下列公式计算：力损失可按下列公式计算：先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 式中式中pc,pc

50、分别为完成第一批预应力损失分别为完成第一批预应力损失 后后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；fcucu施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般fcucu不等于构件混凝土的立不等于构件混凝土的立方体强度方体强度fcu cu，但要求，但要求 fcu cu 0.75 0.75 fcucu；，受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率。筋的配筋率。先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 式式中中 Ap,Ap分分别别为为受受拉拉区区和和受受压压区区