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1、第4章 预应力损失第1页，本讲稿共40页第第4 4章章 预应力损失计算预应力损失计算 预应力张拉控制应力预应力张拉控制应力 预应力损失计算预应力损失计算 有效预应力的计算及减小预应力有效预应力的计算及减小预应力 损失的措施损失的措施第2页，本讲稿共40页预应力成功的关键预应力成功的关键预应力损失的控制预应力损失的控制预预应应力力损损失失由由于于钢钢筋筋混混凝凝土土的的非非线线性性性性能能和和施施工工工工艺艺，预预应应力力钢钢筋筋应应力力从从张张拉拉时时的的应应力力（控控制制应应力力）在制作使用过程中不断的降低。在制作使用过程中不断的降低。4.1 张拉控制应力张拉控制应力第3页，本讲稿共40页张
2、拉控制应力张拉控制应力 concon对结构的影响对结构的影响Ap conAp conAp conAp con破坏前预兆少，破坏前预兆少，使构件出现脆性破坏使构件出现脆性破坏 concon越大，混凝土越大，混凝土中的预压应力越大，中的预压应力越大，从发挥预应力的优从发挥预应力的优点出发宜高，点出发宜高，但过但过大会产生如下问题大会产生如下问题预应力筋过早进入流幅，降低其塑性预应力筋过早进入流幅，降低其塑性增加钢筋的松弛损失增加钢筋的松弛损失个别实际强度较低的钢筋可能达到屈服强个别实际强度较低的钢筋可能达到屈服强度度第4页，本讲稿共40页张拉控制应力张拉控制应力 它是预应力筋在构件受荷以前所经受的
3、最大应力。它是预应力筋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 取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用取值越高，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。越大，可以使预应力筋充分发挥作用。但但 取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。大应力松弛。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 。一、张拉控制应力的确定一、张拉控制应力的确定 第5页，本讲稿共40页 混凝土结构设计规范规定，预应力钢筋端部混凝土结构设计规范规定，预应力钢筋端部（锚下）的控制应力（锚下）的控制应力 应符合下列
4、规定：应符合下列规定：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第6页，本讲稿共40页 因为张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对因为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，所以表中它进行的一次检验，所以表中 是以预应力筋的标准强度给出是以预应力筋的标准强度给出的，且的，且 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，可提高可提高0.050.05 f fptkptk：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
5、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 的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规范规定定 不应小于不应小于0.40.4 f fptkptk。第7页，本讲稿共40页 公路桥规规定，预应力钢筋端部（锚下）公路桥规规定，预应力钢筋端部（锚下）的控制应力的控制应力 应符合下列规定：应符合下列规定：对于钢丝、钢绞线对于钢丝、钢绞线 对于精轧螺纹钢筋对于精轧螺纹钢筋 第8页，本讲稿共40页在实际工程中，对于仅需
6、在短时间内保持高应力的钢筋，在实际工程中，对于仅需在短时间内保持高应力的钢筋，可以进行可以进行超张拉，超张拉，但在但在任何情况下任何情况下，钢筋的最大张拉控制应力：，钢筋的最大张拉控制应力：对于钢丝、钢绞线对于钢丝、钢绞线 对于精轧螺纹钢筋对于精轧螺纹钢筋 一、张拉控制应力的确定一、张拉控制应力的确定 第9页，本讲稿共40页预应力损失的种类预应力损失的种类ApconApconApconApcon前期损失或第一批损失如锚具变形、管道摩擦、台座与钢筋的温差、钢筋松弛损失等发生在预应力传到混凝土之前后期损失或第二批损失如混凝土收缩徐变、局部挤压损失等发生在预应力传到混凝土之后二、预应力损失及其计算二
7、、预应力损失及其计算第10页，本讲稿共40页预应力损失的种类预应力损失的种类前期损失或第一批损失ApconApconApconApcon后期损失或第二批损失预应力损失值不宜笼统地估算，应予分项计算，然后相加确定总的损失值但各项预应力损失值又不是截然无关的。试图求得各项预应力损失的“净值”是很困难的。二、预应力损失及其计算二、预应力损失及其计算第11页，本讲稿共40页1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 直线预应力筋直线预应力筋曲线预应力筋曲线预应力筋二、预应力损失及其计算二、预应力损失及其计算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混凝土或套管之间存在张拉钢筋时
8、，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增加而逐渐减少的现象。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。第12页，本讲稿共40页后张法中，张拉钢筋时，钢筋在孔道中后张法中，张拉钢筋时，钢筋在孔道中滑动，就会产生摩擦力滑动，就会产生摩擦力主要由两部分组成主要由两部分组成*管道偏管道偏差等因素差等因素引起的引起的*弯道影响弯道影响而引起的而引起的1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 第13页，本讲稿共40页1）弯道影响引起的）弯道影响引起的摩擦损失摩擦损失1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 第14页，本讲稿共40页由孔道偏差引起的损失值与预应
9、力和孔道长度成正比2）管道偏差影响引起的摩擦力）管道偏差影响引起的摩擦力1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 第15页，本讲稿共40页总摩擦力钢筋轴向力1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 第16页，本讲稿共40页考虑孔道每米长度局考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数部偏差的摩擦系数预应力钢筋与孔道壁预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数间的摩擦系数1 1、摩擦损失、摩擦损失 l2 第17页，本讲稿共40页第18页，本讲稿共40页采用采用两端张拉两端张拉，以减小弯，以减小弯曲角曲角 及管道长度及管道长度 ，可以减少可以减少 l1张拉端锚固端con张拉端con张拉端con减少摩擦损失的措施减少摩擦损失的措施第19
10、页，本讲稿共40页采用采用超张拉超张拉可以减少可以减少 l1建议的张拉程序为张拉端锚固端con张拉端锚固端1.1con0.85concon对于后张法预应力钢筋，其张拉工艺按下列要求进行：对于后张法预应力钢筋，其张拉工艺按下列要求进行：对于钢绞线束对于钢绞线束 对于钢丝束对于钢丝束 减少摩擦损失的措施减少摩擦损失的措施第20页，本讲稿共40页2 2、锚具变形和钢筋内缩、锚具变形和钢筋内缩损失损失 l1l1 由于锚具、垫块本身的变形，其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失，沿构件通长是均匀分布的。张拉端至锚固端之间的距离预应力钢筋的弹性模量张拉端锚具的变形、钢筋的内缩和接缝压缩值之和第21页
11、，本讲稿共40页第22页，本讲稿共40页应注意的几个问题*此式不适用于曲线配筋的此式不适用于曲线配筋的后张法构件后张法构件锚固前的应力图锚固后的应力图摩擦力l1l1/2lfcon（0）2、锚具变形和钢筋回缩、锚具变形和钢筋回缩损失损失 l1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。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，处，预应力筋的内缩值为零。预应力筋的内缩值为零。第23页，本讲稿共40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
12、缩值内缩值第24页，本讲稿共40页 公路桥规规定：公路桥规规定：后张法后张法预应力混凝土构件应计算由锚具变形、预应力混凝土构件应计算由锚具变形、钢筋回缩等引起反摩阻后的预应力损失。钢筋回缩等引起反摩阻后的预应力损失。当当2、锚具变形和钢筋回缩、锚具变形和钢筋回缩损失损失 l1第25页，本讲稿共40页减小损失的方法减小损失的方法：采用超张拉；采用超张拉；注意选用损失值小的锚具，尤其对于短小构件；注意选用损失值小的锚具，尤其对于短小构件；尽量尽量少用锚垫板。少用锚垫板。2、锚具变形和钢筋回缩、锚具变形和钢筋回缩损失损失 l1第26页，本讲稿共40页温度为t0时的应力为con温度升到t1时由于混凝土
13、未结硬此处的应力为con温度回落到t0时由于混凝土已结硬和钢筋同时回缩，此处的应力为con con混凝土蒸汽养护时,预应力钢筋与台座之间温差引起的损失钢筋的线膨胀系数*采用采用二次升温法二次升温法可减少可减少l3:先在常温下养护先在常温下养护,当混凝土的当混凝土的强度达到强度达到7.510N/mm2时再逐渐升温时再逐渐升温3、温差损失、温差损失 l3第27页，本讲稿共40页钢筋长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，钢筋长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，产生钢筋的应力松弛。产生钢筋的应力松弛。4、钢筋松弛应力损失、钢筋松弛应力损失 l4典型的预应力钢筋松弛曲线典型的预应力
14、钢筋松弛曲线第28页，本讲稿共40页 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。在长度在长度保持不变的条件下保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。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0.7fptk con0
15、.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。4、钢筋松弛应力损失、钢筋松弛应力损失 l4第29页，本讲稿共40页 公路桥规，按下列规定计算：公路桥规，按下列规定计算：对于精轧螺纹钢筋对于精轧螺纹钢筋 一次张拉一次张拉 超张拉超张拉 对于预应力钢丝、钢绞线对于预应力钢丝、钢绞线 对碳素钢丝、钢绞线，当对碳素钢丝、钢绞线，当 时，应力松弛损失值为零。时，应力松弛损失值为零。4、钢筋松弛应力损失、钢筋松弛应力损失 l4第30页，本讲
16、稿共40页减小的措施：减小的措施：采用超张拉采用超张拉 采用低松弛的预应力钢筋采用低松弛的预应力钢筋 4、钢筋松弛应力损失、钢筋松弛应力损失 l4第31页，本讲稿共40页 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，预，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。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律相似，规范将二者合并考虑。变化规律相似，规范将二者合并考虑。混凝土结构设计规范，按下列公式计算：混凝土结构设计规范，按下列公
17、式计算：先张法先张法后张法后张法5、混凝土收缩和徐变应力损失、混凝土收缩和徐变应力损失 l5第32页，本讲稿共40页An=Ac+a asAs先张法先张法后张法后张法A0=Ac+a apAp+a asAs第33页，本讲稿共40页公路桥规，按下列公式计算：公路桥规，按下列公式计算：5、混凝土收缩和徐变应力损失、混凝土收缩和徐变应力损失 l5 （2 2）受压区配置预应力钢筋）受压区配置预应力钢筋 和非预应力钢筋和非预应力钢筋 的构件，的构件，由混凝土收缩、徐变引起构件受压区预应力钢筋的预应力由混凝土收缩、徐变引起构件受压区预应力钢筋的预应力损失损失 为：为：（1 1）受拉区预应力钢筋的预应力损失为：
18、）受拉区预应力钢筋的预应力损失为：第34页，本讲稿共40页减小减小 的措施：的措施：采用高强混凝土，提高施工养护质量；采用高强混凝土，提高施工养护质量；延长混凝土的受力时间，控制加载龄期。延长混凝土的受力时间，控制加载龄期。注意：注意：混凝土收缩、徐变应力损失，与钢筋的松弛应力损混凝土收缩、徐变应力损失，与钢筋的松弛应力损失等是相互影响的，目前采用分开单独计算的方法不够失等是相互影响的，目前采用分开单独计算的方法不够完善。完善。第35页，本讲稿共40页 当当 时，时，当当 时，时，6、环形结构螺旋式预应力筋、环形结构螺旋式预应力筋 对混凝土的局部挤压引起的应力损失对混凝土的局部挤压引起的应力损
19、失 l6第36页，本讲稿共40页 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。产生的预应力损失。混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失 l lI I；混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失 l lIIII。混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范三、钢筋的有效预应力计算三、钢筋的有效预应力计算 第37页，本讲稿共40页预应力钢筋的有效预应力预应力钢筋的有效预应力 为预应力钢筋控制应力为预应力钢筋控制
20、应力 扣扣除相应阶段的应力损失除相应阶段的应力损失 后实际存余的应力值。后实际存余的应力值。公路桥规公路桥规 预应力损失值的组合预应力损失值的组合 预应力损失值的组合预应力损失值的组合 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 传力锚固时的损失传力锚固时的损失（第一批）（第一批）传力锚固后的损失传力锚固后的损失（第二批）（第二批）三、钢筋的有效预应力计算三、钢筋的有效预应力计算 第38页，本讲稿共40页 在预加应力阶段，预应力筋中的有效预应力为：在预加应力阶段，预应力筋中的有效预应力为：三、钢筋的有效预应力计算三、钢筋的有效预应力计算 在在使使用用阶阶段段，预预应应力力筋筋中中的的有有效效预预应应力力，即即永永存存预预应应力为：力为：第39页，本讲稿共40页 先张法预应力混凝土构件：先张法预应力混凝土构件：三、钢筋的有效预应力计算三、钢筋的有效预应力计算 预预应应力力损损失失的的计计算算值值与与实实际际值值之之间间的的误误差差，规规范范规规定定了了总总预预应应力力损损失失的的最最小小值值，当当计计算算所所得得的的总总预预应应力力损损失失值值小小于于下列数值时，应按下列数值取用：下列数值时，应按下列数值取用：后张法预应力混凝土构件：后张法预应力混凝土构件：第40页，本讲稿共40页