预应力混凝土结构65.pptx

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1、4/25/20231预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第1页/共143页4/25/20232第第1节

2、节 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念一、钢筋混凝土的缺欠一、钢筋混凝土的缺欠跨度为跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸为的简支梁，截面尺寸为200450mm2，作用均布活，作用均布活荷载标准值荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载，均布恒荷载gk=5kN/m。第2页/共143页4/25/20233第3页/共143页4/25/20234 产生上述问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪费。采用高强

3、钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般Ms=(0.60.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms下 ss=(0.50.7)fy。对于级钢筋，fy=300MPa，ss=150210MPa，裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm。如采用级高强钢筋，fy=580MPa，则 ss=290 406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。第4页/共143页4/25/20235二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念第5页/共143页4/25/20236第6页/共143页4/25/20237由于预加应力由于预加应力

4、pc较大，受拉较大，受拉边缘仍处于受压状态，边缘仍处于受压状态，不会不会出现开裂；出现开裂；受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混凝土的抗拉强度，凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；一般不会出现开裂；受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产生裂缝，但比钢筋混凝土构件（生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np=0）的）的开裂明开裂明显推迟显推迟，裂缝宽度也显著减小裂缝宽度也显著减小。第7页/共143页4/25/20238第8页/共143页4/25/20239第9页/共143页4/25/202310预应力坝第10页/共143页4/

5、25/202311第11页/共143页4/25/202312预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第12

6、页/共143页4/25/202313第第2节节 施加预应力的方法施加预应力的方法一、先张法一、先张法第13页/共143页4/25/202314第14页/共143页4/25/202315第15页/共143页4/25/202316第16页/共143页4/25/202317二、后张法二、后张法第17页/共143页后张法后张法第18页/共143页4/25/202319第19页/共143页4/25/202320第20页/共143页4/25/202321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第21页/共143页4/25/202322第22页/共143页4/25/

7、202323第23页/共143页4/25/202324预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第24页/共

8、143页4/25/202325第第3 3节节 预应力混凝土的基本受力分析预应力混凝土的基本受力分析一、截面应力计算一、截面应力计算第25页/共143页4/25/202326二、截面受力特点二、截面受力特点受荷以前受荷以后第26页/共143页4/25/202327预应力混凝土受弯构件是预应力混凝土受弯构件是依靠内力臂的变化依靠内力臂的变化来抵抗外来抵抗外弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的弯矩的作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力拉力Np，而截面混凝土则一直主要承受压力，而截面混凝土则一直主要承受压力C。钢筋混凝土受弯构件开裂后，钢筋混凝土受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变内力

9、臂基本保持不变，而钢筋拉力而钢筋拉力T和压区混凝土的压力和压区混凝土的压力C随弯矩增长而不断随弯矩增长而不断增大。增大。预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉预应力混凝土的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度和混凝土抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度高的性能得以发挥。强度高的性能得以发挥。第27页/共143页4/25/202328三、平衡荷载概念三、平衡荷载概念取第28页/共143页4/25/202329r当当w=gk时时，曲线预应力筋对混，曲线预应力筋对混凝土产生横向分布压力凝土产生横向分布压力恰好抵恰好抵消消梁均布恒荷载梁均布恒荷载

10、gk。按这种方法设计的预应力混凝按这种方法设计的预应力混凝土结构称为平衡荷载法。土结构称为平衡荷载法。第29页/共143页4/25/202330预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分

11、析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第30页/共143页4/25/202331第第4 4节节 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一、预应力钢筋一、预应力钢筋 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，除应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋（丝

12、）作预应力筋。为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一具有一定的塑性定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。焊接、镦粗的加工要求。对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的和与混凝土良好的粘结性能，通常采用粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝方法来提高与混凝土粘结强度。土粘结强度。第31页/共143页4/25/2023321、冷拉低合金钢筋 通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580

13、MPa。为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。第32页/共143页4/25/2023332、中高强钢丝、中高强钢丝中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。中强钢丝的为中强钢丝的为8001200MPa，高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701860MPa。钢丝直径为钢丝直径为39mm。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕刻痕或或压波压波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。刻痕钢丝

14、螺旋肋钢丝第33页/共143页4/25/202334消除应力钢丝：消除应力钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。塑性也有所改善。第34页/共143页4/25/2023353、钢绞线、钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以其中以7股钢绞线应用最多股

15、钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。粘结强度。无粘结预应力束无粘结预应力束第35页/共143页4/25/2023364、热处理钢筋、热处理钢筋 用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强度钢筋，直径为径为610mm，抗拉强度为抗拉强度为1470MPa。除冷拉低合金钢筋外，其余预除

16、冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力应力筋的应力-应变曲线均无明应变曲线均无明显屈服点，采用残余应变为显屈服点，采用残余应变为0.2%的的条件屈服点条件屈服点作为抗拉强作为抗拉强度设计指标。度设计指标。第36页/共143页4/25/202337第37页/共143页4/25/202338二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时具有较高的弹

17、性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；的弹性回缩；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；板的尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用 一般预应力混凝土构件的混

18、凝土强度等级不低于一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于当采用高强钢丝时不低于C40。第38页/共143页4/25/202339三、三、锚具和夹具锚具和夹具第39页/共143页4/25/202340第40页/共143页4/25/202341 第41页/共143页4/25/202342夹片式锚具夹片式锚具第42页/共143页4/25/202343第43页/共143页4/25/202344第44页/共143页4/25/202345第45页/共143页4/25/202346第46页/共143页4/25/202347第47页/共143页4/25/202348第48页/

19、共143页4/25/202349第49页/共143页4/25/202350预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构

20、件的设计第50页/共143页4/25/202351一、一、张拉控制应力张拉控制应力第第5 5节节 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力 con。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。张拉控制应力 con取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。但 con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。因此，规范规定了张拉控制应力限值 con。第51页/共143页4/25/202352第52页/共143页4/

21、25/202353 因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中 con是以预应力是以预应力筋的标准强度给出的，且筋的标准强度给出的，且 con可不受抗拉强度设计值的限制可不受抗拉强度设计值的限制。在下列情况下在下列情况下，con可提高可提高0.05 fptk：为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；设置的预应力筋；为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损为部分抵消

22、应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。失。为避免为避免 con的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规范规定规定 con不应小于不应小于0.4 fptk。第53页/共143页4/25/202354二、预应力损失二、预应力损失 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，原因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。由于最终

23、稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。关键的问题。过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。利影响。第54页/共143页4/25/202355 由于预应力的通过张拉预应力筋得到，由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：主要有：锚固损失：锚固损失：锚具变

24、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，后张法在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道预应力筋与孔道壁之间的摩擦壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的，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。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。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：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生产生松弛松弛，会引起预应力损失。，会引起预应力损失。温差损失：温差损失：先张法中的先张法中的热养护引起的温

25、差损失。热养护引起的温差损失。弹性压缩损失：弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生束造成的压缩变形而产生分批张拉损失分批张拉损失等。等。第55页/共143页4/25/2023561 1、锚固损失、锚固损失 l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为 l1。对直线预应力筋，对直线预应力筋，第56页/共143页4/25/2023572 2、摩擦损失、摩擦损失 l2 摩

26、擦损失是指在摩擦损失是指在后张法后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉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。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第57页/共143页4/25/202358第58页/共143页4/25/202359取取dx=rdq q，Np=pAp第59页/共143页4/25/202360q q 为张拉端与计算截面曲线部为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（分的切线夹角（rad）设该夹角很小，可近似取张拉设该夹角很小，可近似取张拉端

27、到计算截面的距离端到计算截面的距离 x=rq q，则摩擦损失则摩擦损失 l2为，为，若若第60页/共143页4/25/202361第61页/共143页4/25/202362 对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩a(mm)，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生反向摩擦力反向摩擦力以阻以阻止其内缩。止其内缩。反向摩擦力只在一定的影响长度反向摩擦力只在一定的影响长度lf(m)内发生，内发生，即在距张拉端即在距张拉端lf处，预应力筋的内缩值为零。处，预应力筋的内缩值为零。第62页/共143页4/25/2023

28、63设反向摩擦和正向摩擦相同D D=2 l2内缩值内缩值第63页/共143页4/25/202364设反向摩擦和正向摩擦相同D D=2 l2第64页/共143页4/25/202365一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减少摩擦损失的措施第65页/共143页4/25/2023663 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混凝土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。的凝结硬化。升温时升温时，新浇混凝土尚未结硬新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即

29、钢筋长度不变，因此预应力筋中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高而降低，产生预应力损失的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失 l3。降温时降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘，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，结作用，两者共同回缩，两者共同回缩，已产生预应力损失已产生预应力损失 l3无法恢复无法恢复。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D D t，取钢筋的温，取钢筋的温度膨胀系数为度膨胀系数为110-5/，则有，则有，第66页/共143页4/25/2023674 4、钢筋松弛损失、钢

30、筋松弛损失 l4钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。在长度保持不变的条件下在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。种现象称为松弛。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。根据应力松弛的长期试验结果，根据应力松弛的长期试验结果，规范规范取取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 Ncr，在裂缝截面轴力全部由预

31、应力筋承担，即在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即第80页/共143页4/25/2023814、极限轴力：、极限轴力：当预应力筋的应力达到起抗拉强度时，达到极限轴力当预应力筋的应力达到起抗拉强度时，达到极限轴力第81页/共143页4/25/202382第82页/共143页4/25/202383第83页/共143页4/25/202384第84页/共143页4/25/202385预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝

32、土的基本受力分析四、预应力混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析六、预应力混凝土轴心受拉构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第85页/共143页4/25/202386第第7 7节节 受弯构件受力性能分析受弯构件受力性能分析一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件第86页/共143页4/25/202387一、施工阶段一、施工阶段 1、先张法构件、先张法构件第87页/共143页4/25/202388第

33、88页/共143页4/25/2023892、后张法构件、后张法构件第89页/共143页4/25/202390二、使用阶段二、使用阶段 无论是先张法还是后张法，施加外弯矩M后，预应力筋与混凝土是共同变形的。因此在达到混凝土抗拉强度ftk之前，可按弹性材料力学按换算截面惯性矩I0来确定由弯矩产生的截面应力，即拉为正拉为正第90页/共143页4/25/2023911、消压弯矩消压弯矩M0 当外弯矩当外弯矩M产生的截面受拉边缘的拉应力产生的截面受拉边缘的拉应力 c恰好抵消恰好抵消混凝混凝土的预压应力土的预压应力 pc时，这时的弯矩称为时，这时的弯矩称为消压弯矩消压弯矩M0，W0b为换算截面对受拉边缘的

34、弹性抵抗矩为换算截面对受拉边缘的弹性抵抗矩梁底边应力梁底边应力第91页/共143页4/25/2023922、开裂弯矩、开裂弯矩Mcrg gm=0.2566=1.536截面抵抗矩塑性系数截面抵抗矩塑性系数，与与截面形状和截面高度有关截面形状和截面高度有关第92页/共143页4/25/2023932、开裂弯矩、开裂弯矩Mcrg gm=0.2566=1.536截面抵抗矩塑性系数截面抵抗矩塑性系数，与与截面形状和截面高度有关截面形状和截面高度有关第93页/共143页3 3、假想全截面消压状态、假想全截面消压状态预应力混凝土构件的全截面消压状态，相当于钢筋混凝土构件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且

35、对分析使用阶段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。因为在施加弯矩M的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消压状态的受力情况称为假想全截面消压状态。第94页/共143页4/25/2023953 3、假想全截面消压状态、假想全截面消压状态预应力混凝土构件的全截面消压状态，相当于钢筋混凝土构件的起始受力状态，在计算概念上很重要，且对分析使用阶段和极限弯矩的截面应力有很大帮助。因为在施加弯矩M的过程中，预应力混凝土受弯构件不会出现如同轴心受拉构件的全截面消压状态。故将产生全截面消压状态的受力情况称为假想全截面消压状态。第95页/共143页4/25/20239

36、6先张法先张法后张法后张法第96页/共143页4/25/202397先张法先张法后张法后张法第97页/共143页4/25/2023984、开裂后、开裂后=+z第98页/共143页4/25/2023995、极限弯矩、极限弯矩 随着荷载增加，受拉区预应力筋先达到屈服强度，受压边随着荷载增加，受拉区预应力筋先达到屈服强度，受压边缘混凝土达到极限压应变缘混凝土达到极限压应变e ecu，截面达到受弯极限状态，其截，截面达到受弯极限状态，其截面应力分布与钢筋混凝土受弯构件类似，面应力分布与钢筋混凝土受弯构件类似，但有以下几点不同但有以下几点不同之处：之处：受压区预应力筋受压区预应力筋Ap的应力的应力 p第

37、99页/共143页4/25/2023100 相对界限受压区高度相对界限受压区高度x xb 对于对于有有明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋 对于对于无无明显屈服点的钢筋明显屈服点的钢筋第100页/共143页4/25/2023101适用条件适用条件第101页/共143页4/25/2023102ppA0sppA0s yp ypep0Np0先张法三、一般受弯构件预压应力的计算三、一般受弯构件预压应力的计算 一般预应力混凝土受弯构件的截面配筋，还配置一定非预应力钢筋As和As。由于收缩徐变变形使非预应力筋也产生与收缩徐变预应力损失 l5相当的压应力，因此在预压应力 pc计算时，应考虑非预应力筋这部分压力的

38、影响。第102页/共143页4/25/2023103 一般预应力混凝土受弯构件的截面配筋，还配置一定非预应力钢筋As和As。由于收缩徐变变形使非预应力筋也产生与收缩徐变预应力损失 l5相当的压应力，因此在预压应力 pc计算时，应考虑非预应力筋这部分压力的影响。第103页/共143页4/25/2023104第104页/共143页4/25/2023105预应力混凝土结构预应力混凝土结构-Prestressed Concrete Structure一、预应力混凝土的概念一、预应力混凝土的概念二、施加预应力的方法二、施加预应力的方法三、预应力混凝土的基本受力分析三、预应力混凝土的基本受力分析四、预应力

39、混凝土的材料及锚夹具四、预应力混凝土的材料及锚夹具五、张拉控制应力和预应力损失五、张拉控制应力和预应力损失六、预应力混凝土构件受力性能分析六、预应力混凝土构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析七、受弯构件受力性能分析八、预应力混凝土构件的设计八、预应力混凝土构件的设计第105页/共143页4/25/20231068.1 8.1 预应力混凝土的分类及裂缝控制等级预应力混凝土的分类及裂缝控制等级一、预应力混凝土的分类一、预应力混凝土的分类1、全预应力混凝土、全预应力混凝土 在使用荷载下，截面不出现拉应力。在使用荷载下，截面不出现拉应力。c-pc0对于受弯构件有对于受弯构件有MM02、有限预应力混

40、凝土、有限预应力混凝土 在使用荷载下，截面出现拉应力，但未在使用荷载下，截面出现拉应力，但未达到混凝土的抗折强度。达到混凝土的抗折强度。c-pcg gm ftk对于受弯构件有对于受弯构件有M0M Mcr3、部分预应力混凝土、部分预应力混凝土 使用荷载大于开裂荷载，即使用荷载大于开裂荷载，即 M Mcr构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。构件出现裂缝，但最大裂缝宽度控制在容许范围内。第106页/共143页4/25/2023107 在预应力混凝土发展的早期，大多按全预应力混凝土来设计。抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设计计算简单。适用于对抗裂有很高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器（核

41、反应堆压力容器和安全壳）、储液罐和在严重腐蚀环境下需防止钢材锈蚀的结构，以及承受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构。但全预应力混凝土也存在着以下的缺点：但全预应力混凝土也存在着以下的缺点：对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控对抗裂要求过高，导致预应力筋配筋量往往由抗裂要求控制，而不是由承载力条件确定；制，而不是由承载力条件确定；反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土反拱过大，特别是在恒载小、活荷载大的情况下，混凝土处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以处于长期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以致影响结构的正常使用；致影响结构的正常使用；从开裂到破坏的

42、过程很短，且破坏后延性小；从开裂到破坏的过程很短，且破坏后延性小；施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作施加预应力大，对张拉设备、锚具等有较高的要求，制作费用高。费用高。第107页/共143页4/25/2023108事实上，结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因，温度、收缩徐变以及其他因素产生的变形受到约束时（如沉降、水化热等），都可能使全预应力混凝土构件产生裂缝，有的还比较严重。此外全预应力混凝土构件中，由于局部高压应力会产生横向拉应力、剪力和扭转的产生斜拉应力等也会产生裂缝。因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，因此，要完全靠预应力来保证结构中不出现裂缝，不仅技术很难做到，而且

43、在经济上也是不合理的。不仅技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。第108页/共143页4/25/2023109另一方面，近年来对裂缝控制的研究表明，细微裂缝宽度对结构耐久性并无影响。而且施加预应力的构件，即使出现裂缝，当活荷载移去后，裂缝还可以闭合，裂缝的开展是短暂的。因此，从满足结构功能要求的角度，很多情况不必采用全预应力混凝土。适当降低预压应力，容许混凝土出现拉应力或开裂，作成有限预应力或部分预应力混凝土，可以使设计更加合理和经济。采用有限预应力或部分预应力混凝土可以节约预应力钢材、有效地控制反拱、提高延性，部分的开裂产生的刚度降低，也有助于结构内力的调整，以减小由于约束变形（如温差、不

44、均匀沉降等）而产生的内力。第109页/共143页4/25/2023110预应力度预应力度l l1：全预应力混凝土：全预应力混凝土l l=0：钢筋混凝土：钢筋混凝土1 l l 0：部分预应力混凝土：部分预应力混凝土第110页/共143页4/25/2023111二、裂缝控制等级二、裂缝控制等级规范规范根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三根据环境条件，对结构构件正截面的裂缝控制分为三个等级：个等级：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，按荷载标准组合计算时，按荷载标准组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。构件受拉边缘不应产生拉应力。二二级级：一一般般要要求求不不出

45、出现现裂裂缝缝的的构构件件，按按荷荷载载标标准准组组合合计计算算时时，构构件件受受拉拉边边缘缘拉拉应应力力不不应应大大于于混混凝凝土土抗抗拉拉强强度度的的标标准准值值ftk，而而按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。按荷载准永久组合计算时，构件受拉边缘不应产生拉应力。三三级级：允允许许出出现现裂裂缝缝的的构构件件，按按荷荷载载标标准准组组合合并并考考虑虑荷荷载载长长期期作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。作用影响计算时，构件的最大裂缝宽度应满足规定的限值。第111页/共143页4/25/2023112第112页/共143页4/25/20231138.2 8.2 截

46、面形状与跨高比截面形状与跨高比预应力混凝土受弯构件常用的截面形状有：预应力混凝土受弯构件常用的截面形状有：矩形、工字形、T形、箱形和形等。第113页/共143页4/25/2023114第114页/共143页4/25/2023115 矩形截面外形简单，模板最省。但核心区域小，自重大，受拉区混凝土对抗弯不起作用，截面有效性差。一般适用于实心板和一些短跨先张预应力混凝土梁。工形截面核心区域大，预应力筋布置的有效范围大，截面材料利用较为有效，自重较小。但应注意腹板应保证一定的厚度，以使构件具有足够的受剪承载力，便于混凝土的浇筑。箱形截面和工形截面具有同样的截面性质，并可抵抗较大的扭转作用，常用于跨度较

47、大的公路桥梁。预应力混凝土受弯构件的挠度变形控制容易满足，因此跨高比可取得较大。但跨高比过大，则反拱和挠度会对预加外力的作用位置以及温度波动比较敏感，对结构的振动影响也更为显著。一般预应力混凝土受弯构件的跨高比可比钢筋混凝土构件增大30%。第115页/共143页4/25/20231168.3 8.3 预应力筋数量的确定预应力筋数量的确定第116页/共143页4/25/2023117按正截面抗裂控制要求按正截面抗裂控制要求预应力总损失估计值预应力总损失估计值 l,t对对先张法先张法可取可取0.2 con对对后张法后张法可取可取0.15 con第117页/共143页4/25/20231188.4

48、8.4 承载力计算承载力计算一、正截面承载力计算一、正截面承载力计算 注意：对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件，应满足注意：对配置无物理屈服点钢筋的预应力混凝土构件，应满足二、斜截面承载力计算二、斜截面承载力计算 试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加试验表明，由于预压应力延缓了斜裂缝的出现和发展，增加的剪压区高度和骨料咬合作用，斜截面受剪承载力比钢筋混凝的剪压区高度和骨料咬合作用，斜截面受剪承载力比钢筋混凝土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况土受弯构件提高。其提高作用类似受压构件的受剪情况。第118页/共143页4/25/2023119 Vp=0.05N0当当

49、N00.3fcA0时，取时，取N0=0.3fcA0；N0为消压轴力。为消压轴力。对于对于N0e0与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁与外弯矩同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁和允出现裂缝的构件，取和允出现裂缝的构件，取Vp=0。对于先张法构件，如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度对于先张法构件，如计算斜截面位置位于预应力筋传递长度ltr范围，应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如范围，应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如图所示，设支座边缘截面至构件短部的距离为图所示，设支座边缘截面至构件短部的距离为la ltr，则在，则在支座截面斜截面受剪承载力计算时，应取支座截面斜截

50、面受剪承载力计算时，应取Vp=0.05N0。第119页/共143页4/25/2023120预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝土受弯构件相同。可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要求也与钢筋混凝土受弯构件相同。求也与钢筋混凝土受弯构件相同。当剪力设计值满足当剪力设计值满足第120页/共143页4/25/20231218.5 8.5 正常使用阶段验算正常使用阶段验算一、抗裂验算一、抗裂验算1、正截面抗裂验算、正截面抗裂验算裂裂缝缝控控制制等等级级为为一一级级，严严格格要要求求不不出出现现裂裂缝缝的的构构件件，在在荷