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1、预应力损失第1页，本讲稿共33页几个重要的概念 由于受到由于受到施工因素施工因素、材料性能材料性能及及环境条件环境条件的影的影响，预应力筋中的预拉应力在施工和使用过程响，预应力筋中的预拉应力在施工和使用过程中往往会中往往会逐渐减小逐渐减小，从而使混凝土中的预压应，从而使混凝土中的预压应力相应减小，预应力筋中这种预拉应力减小力相应减小，预应力筋中这种预拉应力减小的现象称为预应力损失。的现象称为预应力损失。第2页，本讲稿共33页张拉应力张拉应力（）：预应力筋预应力筋张拉锚固前张拉锚固前张拉钢筋的张拉钢筋的千斤顶所显示千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积的总拉力除以预应力钢筋截面积得到的钢筋应得
2、到的钢筋应力值。力值。第3页，本讲稿共33页张拉应力张拉应力张拉控制应力张拉控制应力初始应力初始应力有效应力有效应力应力损失应力损失第4页，本讲稿共33页 预应力筋预应力筋张拉控制应力张拉控制应力第5页，本讲稿共33页张拉应力张拉应力张拉控制应力张拉控制应力初始应力初始应力有效应力有效应力应力损失应力损失第6页，本讲稿共33页第7页，本讲稿共33页初始应力：初始应力：定义的方式有多种，此将决定预应力损失所包含的类型；普遍采用张拉控制应力 作为初始预应力，此时损失包括弹性缩短和混凝土的收缩及徐变再加上钢筋的徐变等；如采用张拉应力本身作为初始预应力，则还必须减去锚具损失；如将混凝土弹性缩短后的应力
3、做为初始预应力，则混凝土的收缩及徐变和钢筋的松弛是仅有的损失。第8页，本讲稿共33页有效预应力有效预应力 pe 初始应力（锚下张拉控制应力 ）扣除相应应力损失 后预应力钢筋存在的预拉应力。第9页，本讲稿共33页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）所控制的控制的总张拉力总张拉力Np,con除以预应力筋面积除以预应力筋面积Ap得到的应力称为得到的应力称为张拉控制张拉控制应力应力 con。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的
4、最大应力。张拉控制应力张拉控制应力 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。以使预应力筋充分发挥作用。但但 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。弛。因此，规范规定了张拉控制应力限值因此，规范规定了张拉控制应力限值 con。第10页，本讲稿共33页 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，所以表中应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中 con是
5、以预应力筋的标是以预应力筋的标准强度给出的，且准强度给出的，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设置的预应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；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失。为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。为避免为避免 con的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定 con不应小于不应小于0.4 fptk。第11页
6、，本讲稿共33页预应力损失预应力损失 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原因，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，预应预应力筋中应力会从力筋中应力会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的时间才会最终稳定，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。下来，这种应力降低现象称为预应力损失。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。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。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。过高或过低估计
7、预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利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。影响。第12页，本讲稿共33页10.5 张拉控制应力和预应力损失 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，凡是能使预应力筋产生缩短的凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失因素，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壁之间预应力筋与孔道壁之间的摩擦的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点
8、处的摩擦，也会使张拉应，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。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：先张法中的先张法中的热养护引起的温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束造成的混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生压缩变形而产生分批张拉损失分批张拉损失等。等。第13页，本讲稿共3
9、3页1 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、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在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14页，本讲稿共33页注意:锚具损失只考虑张拉端，对于锚固端，由于锚具在张拉过程中已经被挤紧，故不考虑其所引起的预应力损失。对于块体拼成的结构，预应力损失尚应考虑体间填缝的预压变形（混凝土或砂浆填缝，1mm/缝）。尽量少用垫板，每增加一块垫板，内缩值增加1mm。增加台座长度。第15页，本讲稿共33页2 2、摩擦损失、摩擦损
10、失 l2 摩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触的张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦（混凝土或套管之间存在摩擦（孔道不直、尺寸偏差、孔壁粗糙等孔道不直、尺寸偏差、孔壁粗糙等），），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。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。直线预应力筋曲线预应力筋第16页，本讲稿共33页第二部分摩擦阻力：第二部分摩擦阻力：张拉钢筋时，由于曲线布筋，预应力钢筋和孔道壁之间产生附加法向应力引起摩擦阻力。竖向力平衡竖向力平衡为钢筋与孔道的摩擦系数法向力法向力第17页，本讲稿共33页第一部分摩
11、擦阻力：第一部分摩擦阻力：预留孔道因施工原因发生凸凹，张拉钢筋将产生法向应力引起预应力损失。设孔道的偏离系数平均值为kP=Nsin(1/2kdx)+(N-dN)sin(1/2kdx)P=Npkdx第18页，本讲稿共33页q q 为张拉端与计算截面曲为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角线部分的切线夹角（rad）设该夹角很小，可近似设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的取张拉端到计算截面的距离距离 x=rq q，第19页，本讲稿共33页取取dx=rdq q，Np=pAp第20页，本讲稿共33页第21页，本讲稿共33页则摩擦损失则摩擦损失 l2为：为：若若第22页，本讲稿共33页第23页，本讲稿共
12、33页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，预应处，预应力筋的内缩值为零。力筋的内缩值为零。对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩锚具变形和钢筋内缩a(mm)，使使预应力筋有回缩的趋势，从而产生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止其内缩。以阻止其内缩。第24页，本讲稿共33页设反向摩擦和正向摩擦相同设反向摩擦和正向摩擦相同D D=2 l2内缩值内缩值x=rq q 第25页，本讲稿共33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26页
13、，本讲稿共33页3 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的凝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。混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之结硬化。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预应力损失。间温差引起预应力损失。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，但张拉预应力筋的，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，产生预应力损失的增高而降低，
14、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结作，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，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。第27页，本讲稿共33页 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t，取，取钢筋的温度膨胀系数为钢筋的温度膨胀系数为110-5/，则有，则有，减少此项损失的措施：减少此项损失的措施：l采用两次升温，先常温养护至混凝土强度达到一定等级，采用两次升温，先常温养护至混凝土强度达到一定等级，然后再升温。然后再升温。l钢模上张拉。钢模上张拉。第2
15、8页，本讲稿共33页4 4、钢筋松弛损失、钢筋松弛损失 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。在长在长度保持不变的条件下度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。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，规范取根据应力松弛的长期试验结果，规范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
16、.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。第29页，本讲稿共33页5 5、收缩徐变损失、收缩徐变损失 l5混凝土的混凝土的收缩收缩和和徐变徐变，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，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时随变化规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
17、变化规律相似，规范将二者合并考虑。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第30页，本讲稿共33页An=Ac+a asAs先张法先张法后张法后张法A0=Ac+a apAp+a asAs第31页，本讲稿共33页三、预应力损失的组合三、预应力损失的组合预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失
18、。应力损失。混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失 lI；混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失 lII。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。第32页，本讲稿共33页考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，规范规定当总损失值利影响，规范规定当总损失值 l=lI+lII小于下列数值时，按小于下列数值时，按下列数值取用，下列数值取用，先张法构件先张法构件 100MPa后张法构件后张法构件 80MPa混凝土弹性压缩引起的损失混凝土弹性压缩引起的损失 le先张法构件放张时先张法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。应力降低。设混凝土预压应力在弹性范围，则根据钢筋与混凝土共同变形的条件，设混凝土预压应力在弹性范围，则根据钢筋与混凝土共同变形的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失可得混凝土弹性压缩引起的损失 le为，为，对后张法构件，当一次张拉所有预对后张法构件，当一次张拉所有预应力筋时，无弹性压缩损失。应力筋时，无弹性压缩损失。第33页，本讲稿共33页