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1、10.1 10.1 预应力混凝土结构的概念预应力混凝土结构的概念一、钢筋混凝土结构的缺欠一、钢筋混凝土结构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。第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念第十章第十章 预应力混凝土结构预应力混凝土结构PrestressedPrestressed Concrete Structure Concrete Structure1第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念2 产生上述问题原因主要是因为产生上述
2、问题原因主要是因为混凝土的抗拉强度太低混凝土的抗拉强度太低，导致受，导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。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，尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环形成恶性循环。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。浪费。采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚采用高强钢筋，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
3、低，故度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制挠度变形控制难以满足。难以满足。裂缝宽度与钢筋应力基本成正比裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般，一般Ms=(0.60.8)My，如配如配筋按正截面承载力计算，筋按正截面承载力计算，Ms下下 ss=(0.50.7)fy。对于对于级钢筋，级钢筋，fy=300MPa，ss=150210MPa，裂缝宽度已达裂缝宽度已达(0.15 0.25)mm。如采用如采用级高强钢筋，级高强钢筋，fy=580MPa，则，则 ss=290 406 MPa，裂裂缝宽度已远远超过容许限值。缝宽度已远远超过容许限值。第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念3二、预应
4、力的基本概念二、预应力的基本概念第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念4由于预加应力由于预加应力 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。第十章 预应力混凝土结构10.1 预应
5、力混凝土的概念5第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类 预应力度预应力度：有效预压应力与使用荷载产生的应力之比：有效预压应力与使用荷载产生的应力之比：pc/sc (=M0/M =N0/N)全预应力混凝土全预应力混凝土（1）：当使用荷载作用下，不允许载面当使用荷载作用下，不允许载面上混凝土出现拉应力的构件。相当于裂缝控制等级为一级的上混凝土出现拉应力的构件。相当于裂缝控制等级为一级的构件。构件。限值预应力混凝土限值预应力混凝土（11ftk/sc）：当使用荷载作用：当使用荷载作用下根据荷载效应组合情况，不同程度地保证混凝土不开裂的下根据荷载效应组
6、合情况，不同程度地保证混凝土不开裂的构件。相当于裂缝控制等级为二级的构件。构件。相当于裂缝控制等级为二级的构件。部分预应力部分预应力混凝土混凝土（1ftk/sc 0）：当使用荷载作用当使用荷载作用下，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。下，允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。相当于裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝的构件。相当于裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝的构件。钢筋混凝土钢筋混凝土（0）6第十章 预应力混凝土结构 在预应力混凝土发展的早期，大多按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全预应力混凝土来设计。其。其 抗抗裂性高、抗疲劳性能好、刚度大、设
7、计计算简单。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（核反应堆压力容器和安高要求的结构，如有防渗漏要求的压力容器（核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。受高频反复荷载易产生疲劳破坏的结构。但但全预应力混凝土也存在着以下的缺点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制，而对抗裂要求过高，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
8、定；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，混凝土处于长反拱过大，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，以致影响结构的正常期高预压应力状态，引起徐变和反拱不断增长，以致影响结构的正常使用；使用；从开裂到破坏的过程很短，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、锚具等要求较高，制作费用高。施加预应力大，对张拉设备、锚具等要求较高，制作费用高。10.1 预应力混凝土的概念7第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念事实上，结构产生的裂缝不仅仅是荷载的原因，温度、收缩徐变以事
9、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。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，而且在经济上也是不合理的。现裂缝，不仅
10、技术很难做到，而且在经济上也是不合理的。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，去后，裂缝还可以闭合裂缝还可以闭合，裂缝的开展是短暂的。因此，从满足结构功，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，作成有限预应力或力，容许混凝土出现拉应力或开裂，作成
11、有限预应力或部分预应力混部分预应力混凝土凝土，可以使设计更加合理和经济。，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节约预应力钢材、有效地、有效地控制反拱控制反拱、提高延性提高延性，部分的开裂产生的刚度降低，也有助于结构内，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、不均匀沉降等）而产生的力的调整，以减小由于约束变形（如温差、不均匀沉降等）而产生的内力。内力。8第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土结构的优缺点：预应力混凝土结构的优缺点：优点：预应力混凝土构件可延缓
12、混凝土构件的开裂，提高构优点：预应力混凝土构件可延缓混凝土构件的开裂，提高构件抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果，克件抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。此外，结构自重轻，耐久性服了钢筋混凝土的主要缺点。此外，结构自重轻，耐久性好，抗剪能力强，疲劳性能好好，抗剪能力强，疲劳性能好缺点：构造、施工和计算较钢筋砼构件复杂，且延性也差些。缺点：构造、施工和计算较钢筋砼构件复杂，且延性也差些。宜优先采用预应力混凝土结构物：宜优先采用预应力混凝土结构物：（1）要求裂缝控制等级较高的结构；）要求裂缝控制等级较高的结构；（2）大跨度或受力很大的构件；）大跨度或
13、受力很大的构件；（3）对对构构件件的的刚刚度度和和变变形形控控制制要要求求较较高高的的结结构构构构件件，如如工工业业厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。厂房中的吊车梁、码头和桥梁中的大跨度梁式构件等。9第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念10第十章 预应力混凝土结构10.1 预应力混凝土的概念11预应力坝1210.2 10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法先张法先张法第十章 预应力混凝土结构10.2 施加预应力的方法13第十章 预应力混凝土结构10.2 施加预应力的方法14后张法后张法第十章 预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土一定要有非预应力筋
14、一定要有非预应力筋锚具的可靠性锚具的可靠性高强钢丝的可靠度高强钢丝的可靠度10.2 施加预应力的方法15161710.3 预应力混凝土的材料及锚夹具10.3 10.3 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 强度高，松弛低；具有一定的塑性；良好的加工性能；与混凝强度高，松弛低；具有一定的塑性；良好的加工性能；与混凝土之间能较好地粘结，预应力钢筋的强度越高越好土之间能较好地粘结，预应力钢筋的强度越高越好。在预应力砼制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预在预应力砼制作和使用过程中，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，为使得扣除
15、应力损失后仍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，具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋也必须使用高强钢筋（丝）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定具有一定的塑性的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、。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。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粘和与混凝土良好的粘结性能，通常采用结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高
16、与混凝土粘结强度。方法来提高与混凝土粘结强度。第十章 预应力混凝土结构181、冷拉低合金钢筋、冷拉低合金钢筋 通常将通常将级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达级热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度可达580MPa。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。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。应用已很少。10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构192 2、中高强钢
17、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。中强钢丝的强度为中强钢丝的强度为8001200MPa，高强钢丝的强度为，高强钢丝的强度为14701860MPa。为增加与砼粘结强度，钢丝表面可为增加与砼粘结强度，钢丝表面可刻痕刻痕或或压波压波，也可制成螺旋肋。，也可制成螺旋肋。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，一般都需要采用钢丝经冷拔后，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。消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度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
18、模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构刻痕钢丝螺旋肋钢丝203 3、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，其股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。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，通常通常用于无粘结预应力筋，强度可高达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。广，仅
19、用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结强度。10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构无粘结预应力束无粘结预应力束214 4、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，直径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，直径为为610mm，抗拉强度为抗拉强度为1470MPa。10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构 除冷拉低合金钢筋外，除冷拉低合金钢筋外，其余预应力筋的应力其余预应力筋的应力-应变应变曲线均无明显屈服点，采用曲线均无明显屈服点，采用残余应变为残余应变为0.2%的的条件屈条件屈服点服点作为抗拉强度设计指
20、标。作为抗拉强度设计指标。2210.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构23二、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强度高；收缩、徐变小；快硬、早强强度高；收缩、徐变小；快硬、早强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，减少预压时的弹具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；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
21、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板的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；尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、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、具夹具的周转率，降低间接费用具夹具的周转率，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，当采用当采用高强钢丝时不低于高强钢丝时不低于C40。10.3 预应力
22、混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构24 三、三、锚具和夹具锚具和夹具10.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构2510.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构夹片式锚具夹片式锚具2610.3 预应力混凝土的材料及锚夹具第十章 预应力混凝土结构272829第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失10.4 10.4 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
23、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应张拉控制应力力 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；产生过大应力松弛；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；对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏；构件的延性较差。对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏；构件的延性较差。一、张拉控制应力
24、一、张拉控制应力30第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力限值scon张拉方法钢筋种类先张法后张法预应力钢丝、钢绞线热处理钢筋0.75 fptk0.70 fptk0.75 fptk0.65 fptk 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，所以表中也是对它进行的一次检验，所以表中 con是以预应力筋的标准强度给出的，是以预应力筋的标准强度给出的，且且 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.
25、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；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，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。31二、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原预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，因，预应力筋中应力会从预应力筋中应力
26、会从 con逐步减少逐步减少，并经过相当长的时间才，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。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。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。第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失32第十章 预应力混凝
27、土结构10.4 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
28、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。331 1、预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的损失、预应力钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的损失 l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具
29、受力后变形、垫板缝隙的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挤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，第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失34 后张法构件预应力曲线钢筋或折线形钢筋由于锚具变形和预应力筋后张法构件预应力曲线钢筋或折线形钢筋由于锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失值内缩引起的预应力损失值l1，应根据预应力曲线钢筋或折线钢筋与孔道应根据预应力曲线钢筋或折线钢筋与孔道壁之间反向磨擦影响长度壁之间反向磨擦影响长度lf范围内的预应力钢筋变形值等于锚具变形和范围内
30、的预应力钢筋变形值等于锚具变形和预应力钢筋内缩值的条件确定。预应力钢筋内缩值的条件确定。第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失减小预应力损失减小预应力损失l1的措施：的措施：选选择择锚锚具具变变形形小小或或使使预预应应力力钢钢筋筋内内缩缩小小的的锚锚具具、夹夹具具，并并尽尽量量少少用用垫板，垫板，因每增加一块垫板，因每增加一块垫板，值就增加值就增加1mm1mm；增增加加台台座座长长度度。因因l1值值与与台台座座长长度度成成反反比比，采采用用先先张张法法生生产产的的构构件，当台座长度为件，当台座长度为100100米以上时，米以上时，l1可忽略不计。可忽略不计。352 2、预应
31、力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失、预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 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，引起预应力筋应力随距张拉端距离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。增加而逐渐减少的现象。曲线预应力筋第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失直线预应力筋36取取dx=rdq q，Np=pAp第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失37第十二 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失q q
32、 为张拉端与计算截面曲线部分为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（的切线夹角（rad）设该夹角很小，可近似取张拉端设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离到计算截面的距离 x=rq q ，则摩则摩擦损失擦损失 l2为，为，若若K K：考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；：考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；X X：从张拉端至计算截面的孔道长度；：从张拉端至计算截面的孔道长度；：预应力：预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；钢筋与孔道壁之间的摩擦系数；38第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失钢丝束、钢绞线摩擦系数孔道成型方式km预埋金属波纹管预埋钢管抽芯成型无粘结预应力钢绞
33、线0.00150.00100.00150.00350.250.250.550.09注：1、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据实测数据确定；2、当采用钢丝束的钢质锥形锚具及类似形式锚具时，尚应考虑锚杯口处的附加摩擦损失，其值可根据实测数据确定；3、无粘结预应力钢绞线的数据适用于由公称直径 12.70mm或15.20mm钢绞线制成的无粘结预应力钢筋。39 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
34、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。第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失40第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失设反向摩擦和正向摩擦相同设反向摩擦和正向摩擦相同Ds=2sl2内缩值内缩值41第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失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 l242一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十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失433
35、3、预应力钢筋与台座之间温差引起的损失、预应力钢筋与台座之间温差引起的损失 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。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，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的增高而降低，产生预应力损失中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，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，土达到了一定的
36、强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同两者共同回缩，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，取钢筋的温度取钢筋的温度膨胀系数为膨胀系数为110-5/，则有：，则有：第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失减少减少 l3 损失的措施：损失的措施：（1）采用两次升温养护。）采用两次升温养护。先在常温下养护，待混凝土强度达到先在常温下养护，待混凝土强度达到一定强度等级，再逐渐升温至规定的养护温度，一定强度等级，再逐渐升温至规定的养护温度，（2）钢模上张拉预应力钢筋，）钢模
37、上张拉预应力钢筋，由于预应力钢筋是锚固在钢模上由于预应力钢筋是锚固在钢模上的，升温时两者温度相同，可以不考虑此项损失。的，升温时两者温度相同，可以不考虑此项损失。444 4、预应力钢筋应力松驰引起的损失、预应力钢筋应力松驰引起的损失 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。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，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。低，这种现象称为松弛。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
38、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 3m d3m时时 l6 =0=0 50第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失三、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应力损失。段所产生的预应力损失。混凝土预压前完成
39、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。51第十章 预应力混凝土结构10.4 张拉控制应力和预应力损失 考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，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，产生不利影响，规范规范规定当总损失值规定当总损失值 l=lI+lII小于下列小于下列数值时，按下列数值取用：数值时，按下列数值取用：先张法构件先张法构件 100MPa 后张法构件后张法构件 80MPa四、混凝土弹性压缩引起的损失四、
40、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，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。应力筋应力降低。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的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失 le为：为：对后张法构件，当一次张拉对后张法构件，当一次张拉所有预应力筋时，无弹性压所有预应力筋时，无弹性压缩损失。缩损失。52第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析10.5 10.5 预应力砼轴心受拉构件受力性能分析预应力砼轴
41、心受拉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 Pre-tension放张前放张前放张后放张后完完成成第第二二批损失批损失平衡条件平衡条件53第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析 式中式中 l、pc、p 和和Np0为为概括符号概括符号，即按不同的阶，即按不同的阶段代表相应阶段的预应力段代表相应阶段的预应力损失、应力和预应力筋合损失、应力和预应力筋合力取值即可。力取值即可。若考虑非预应力钢筋，则有若考虑非预应力钢筋，则有：54第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析55第十章 预应力混凝土结构2、后张法构件、后张法构件 Post
42、-tension 如所有钢筋同时张拉，则如所有钢筋同时张拉，则后张法构件无弹性压缩应力损失后张法构件无弹性压缩应力损失(le=0)。因此扣除预应力损失后预应力筋承受的拉力直接与混凝因此扣除预应力损失后预应力筋承受的拉力直接与混凝土承受的压力平衡土承受的压力平衡，故由平衡条件，采用概括符号可得混凝土，故由平衡条件，采用概括符号可得混凝土的预压应力的预压应力:10.5 轴心受拉构件受力性能分析若考虑非预应力钢筋，则有若考虑非预应力钢筋，则有：56第十章 预应力混凝土结构先张法先张法后张法后张法 有无弹性压缩损失有无弹性压缩损失 le是先张法与后张法计算公式的差异所在是先张法与后张法计算公式的差异所
43、在 假定两张拉方法的假定两张拉方法的 con和和 l 相同，则相同，则Np0和和Np的数值相等，但的数值相等，但先先张法构件有弹性压缩损失，而后张法构件无弹性压缩损失张法构件有弹性压缩损失，而后张法构件无弹性压缩损失，故，故得到的得到的 pc不等，先张法小于后张法。不等，先张法小于后张法。预应力筋预应力筋中应力也不相等，先张法的预应力筋应力除需扣除中应力也不相等，先张法的预应力筋应力除需扣除 l外，还要扣除弹性压缩损失，而后张法构件则仅需扣除外，还要扣除弹性压缩损失，而后张法构件则仅需扣除 l。10.5 轴心受拉构件受力性能分析57第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析58
44、第十章 预应力混凝土结构二、使用阶段二、使用阶段虽然虽然先张法先张法和和后张法后张法在施工阶段的应力计算有所差别，但混在施工阶段的应力计算有所差别，但混凝土中建立起预压应力凝土中建立起预压应力 pc后开始施加外荷载，后开始施加外荷载，两者的受力过两者的受力过程是相同的程是相同的。由于混凝土预先受到预压应力由于混凝土预先受到预压应力 pc，因此轴向拉力，因此轴向拉力N产生的拉产生的拉应力应力 c，需先抵消需先抵消 pc，才能使混凝土进入受拉。，才能使混凝土进入受拉。故在达到混凝土抗拉强度故在达到混凝土抗拉强度ftk之前，可按弹性材料力学用换算之前，可按弹性材料力学用换算截面方法确定的截面拉应力，
45、即截面方法确定的截面拉应力，即预应力筋的应力增量预应力筋的应力增量先张法后张法10.5 轴心受拉构件受力性能分析59第十章 预应力混凝土结构1、消压状态、消压状态当当 时时消压轴力消压轴力先先后后 消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念消压状态是预应力混凝土构件计算中的一个重要概念，它，它相当于非预应力构件的起始状态。相当于非预应力构件的起始状态。从消压状态开始，以后荷载增量（从消压状态开始，以后荷载增量（N-N0）产生的应力增）产生的应力增量与非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。量与非预应力混凝土构件从零开始加荷产生的应力类似。先张法先张法后张法后张法10.5 轴心受拉构件
46、受力性能分析60第十章 预应力混凝土结构2、开裂轴力：、开裂轴力：当 时3、开裂后、开裂后：NNcr，在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即在裂缝截面轴力全部由预应力筋承担，即相当于钢筋砼构件直接加载产生的钢筋应力。相当于钢筋砼构件直接加载产生的钢筋应力。将该应力增量代替将该应力增量代替裂缝宽度裂缝宽度计算公式中的钢筋计算公式中的钢筋应力应力 ss后，即可计算预应力构件的裂缝宽度。后，即可计算预应力构件的裂缝宽度。10.5 轴心受拉构件受力性能分析4、极限轴力：、极限轴力：当预应力筋的应力达到起抗拉强度时，达到极当预应力筋的应力达到起抗拉强度时，达到极限轴力限轴力61第十章 预应力混凝土结构10
47、.5 轴心受拉构件受力性能分析62第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析63第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析64第十章 预应力混凝土结构10.5 轴心受拉构件受力性能分析小小 结：结：（1）在施工阶段，先张法与后张法的）在施工阶段，先张法与后张法的pcII计算公式的形式基本相同，计算公式的形式基本相同，只是只是l的具体计算不同，同时先张法构件用换算截面面积的具体计算不同，同时先张法构件用换算截面面积A0，而后张而后张法构件用净截面面积法构件用净截面面积An。（2）使用阶段）使用阶段N0、Ncr、Nu的三个计算公式，不论先张法或后张法，的三个计算公式
48、，不论先张法或后张法，公式形式都相同，但计算公式形式都相同，但计算N0和和Ncr时两种方法的时两种方法的pcII是不相同的。是不相同的。（3）当材料强度等级和载面尺寸相同时，预应力混凝土轴心受拉构件）当材料强度等级和载面尺寸相同时，预应力混凝土轴心受拉构件与钢筋混凝土受拉构件的承载力相同。与钢筋混凝土受拉构件的承载力相同。（4）预应力砼构件出现裂缝比钢筋砼构件迟得多，故构件抗裂度大为）预应力砼构件出现裂缝比钢筋砼构件迟得多，故构件抗裂度大为提高，但出现裂缝时的提高，但出现裂缝时的Ncr与破坏时与破坏时Nu比较接近，延性较差。比较接近，延性较差。（5）预应力钢筋从张拉直至构件破坏，始终处于高拉应
49、力状态，而混）预应力钢筋从张拉直至构件破坏，始终处于高拉应力状态，而混凝土则在轴向拉力达到凝土则在轴向拉力达到N0值以前始终处于受压状态，发挥了两种材料值以前始终处于受压状态，发挥了两种材料各自的性能各自的性能。65第十章 预应力混凝土结构先张法构件10.5 轴心受拉构件受力性能分析66第十章 预应力混凝土结构后张法构件10.5 轴心受拉构件受力性能分析67第十章 预应力混凝土结构10.6 轴心受拉构件的设计一、轴心受拉构件使用阶段的计算一、轴心受拉构件使用阶段的计算 1使用阶段承载力计算使用阶段承载力计算 10.6 10.6 预应力砼轴心受拉构件的设计预应力砼轴心受拉构件的设计NNu=fpy
50、Ap+fyAs式中 N构件的轴向受拉承载力设计值；fpy、fy预应力钢筋及非预应力钢筋抗拉强度设计值；Ap、As预应力钢筋及非预应力钢筋的截面面积。68第十章 预应力混凝土结构10.6 轴心受拉构件的设计 预应力砼构件的抗裂等级划分为三个裂缝控制等级进行验算预应力砼构件的抗裂等级划分为三个裂缝控制等级进行验算 （）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 在荷载效应的标准组合下在荷载效应的标准组合下 （）（）二级二级一般要求不出现裂缝的构件一般要求不出现裂缝的构件 在荷载效应的标准组合下在荷载效应的标准组合下 在荷载效应的准永久组合下在荷载效应的准永久组合下 式中式中 ck