预应力混凝土构件基本知识.ppt

《预应力混凝土构件基本知识.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预应力混凝土构件基本知识.ppt（67页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第第7章章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件基本知识基本知识第7章 预应力混凝土构件基本知识 1.1 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 1.2 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/mm2 1.3 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。问题引出1.普通混凝土构件存在问题普通混凝土构件

2、存在问题2.预应力混凝土的产生 1.1 1.1 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年德国工程师道伦年德国工程师道伦（W.DoehringW.Doehring）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。）提出的，由于当时钢材的强度不高，故未能获得实际结果。1.2 19281.2 1928年法国工程师费列西奥（年法国工程师费列西奥（E.FreyssinetE.Freyssinet）利用高强度的钢丝和高强度）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（大于等级的混凝土并施加高的预应力（大于400N/MM2400N/MM2）来制造预应力混凝

3、土构）来制造预应力混凝土构件才获得实际意义的成功。件才获得实际意义的成功。1.3 1.3 我国是我国是19541954年开始研究预应力混凝土结构，并与年开始研究预应力混凝土结构，并与19561956年推广，以后获得年推广，以后获得了较大的发展。了较大的发展。预应力的产生7.1 7.1 预应力混凝土构件的基本概念预应力混凝土构件的基本概念基本原理基本原理1、C20普通钢筋混凝土简支梁，在荷载作用下，在梁跨中下边缘产生10N/mm2的拉应力，混凝土梁早已开裂，且裂缝已有相当的开展。一、预应力基本原理及特点分析7.1 预应力混凝土的基本概念2、在预压力作用下，截面下边缘(预压区）跨中产生压应力1=1

4、0N/mm2，形成反拱f 1 11预压区预加应力单独作用下受力预加应力单独作用下受力预拉区f17.1 预应力混凝土的基本概念23、在外荷载作用下，截面下边缘产生拉应力2=9N/mm2，其挠度为f 2 f2荷载单独作用下受力荷载单独作用下受力受压区砼受拉区钢筋7.1 预应力混凝土的基本概念 4、在预压力及外荷载作用，截面下边缘产生应力2-1=1N/mm2,其挠度为f 2 f 1=f 使用阶段的荷载逐渐逐渐增加预应力单独作用截面应力使用荷载单独作用截面应力拉区砼未开裂拉区砼已开裂2 21 12 2-1 1f2-f17.1 预应力混凝土的基本概念 所谓预应力砼构件所谓预应力砼构件就是在构件受荷之前（

5、制作阶段），人为给拉区砼施加预压应力，受荷之后（使用阶段）首先要抵消拉区砼的预压应力，若再加荷拉区砼开裂，直至破坏为止。常见预应力钢筋砼构件有：预应力钢筋砼轴拉构件、预应力钢筋砼受弯构件、预应力混凝土大偏心受压构件、偏心受拉构件，预应力混凝土预制桩等得到广泛的应用。7.1 预应力混凝土的基本概念1.2 预应力混凝土与钢筋混凝土的比较预应力混凝土与钢筋混凝土的比较1.2.1 预应力混凝土结构中，预应力混凝土结构中，混凝土的强度等级要高，钢筋的强混凝土的强度等级要高，钢筋的强 度也要高。度也要高。1.2.2 预应力程度较高预应力混凝土结构，预应力程度较高预应力混凝土结构，性能如同均质弹性材性能如同

6、均质弹性材 料。料。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。而普通钢筋混凝土在使用荷载作用下的性能是非线性的。1.2.3 预应力混凝土结构预应力混凝土结构刚度大，挠度小，裂缝宽度小刚度大，挠度小，裂缝宽度小。1.2.4 一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就没一旦预应力被克服后，预应力混凝土和普通混凝土结构就没有本质上的不同，因而有本质上的不同，因而正截面承载力是一样正截面承载力是一样的；的；1.2.5 预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高预应力混凝土梁的斜截面抗剪强度高于普通混凝土，因而预于普通混凝土，因而预应力混凝土梁的腹板可做得较薄，大大减轻了自重。应力混凝土梁的腹板可

7、做得较薄，大大减轻了自重。7.1 预应力混凝土的基本概念1.3预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点 优点：优点：1.3.1 裂缝宽度小、刚度大、挠度小、结构的耐久性好。裂缝宽度小、刚度大、挠度小、结构的耐久性好。1.3.2 抗裂性高，可建造水工建筑、储水结构、抗渗结构。抗裂性高，可建造水工建筑、储水结构、抗渗结构。1.3.3 充分利用高强材料，节约了钢材、减轻了自重，特别在充分利用高强材料，节约了钢材、减轻了自重，特别在大跨度的结构中更为经济。大跨度的结构中更为经济。1.3.4 提高构件的抗剪性能。试验表明，纵向预应力钢筋起着提高构件的抗剪性能。试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构

8、件斜裂缝的出现与开展锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展.1.3.5 提高构件的抗疲劳性能。在预应力结构中，由于钢筋事提高构件的抗疲劳性能。在预应力结构中，由于钢筋事先张拉，在往复移动荷载的作用下，钢筋应力变化幅度不大先张拉，在往复移动荷载的作用下，钢筋应力变化幅度不大10%以下，不会引起钢筋疲劳。以下，不会引起钢筋疲劳。7.1 预应力混凝土的基本概念 1.3.6 提高受压构件的稳定承载力。对于长细比较大的受压构提高受压构件的稳定承载力。对于长细比较大的受压构件，由于预应力钢筋张拉的很紧，不但预应力钢筋本身不会件，由于预应力钢筋张拉的很紧，不但预应力钢筋本身不会压弯，而且可帮助周围混凝土提

9、高抗弯的能力。压弯，而且可帮助周围混凝土提高抗弯的能力。缺点：1.3.7 工艺较复杂，对质量要求高，因而需要配备 一支技术较熟练的专业队伍。1.3.8 需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。1.3.9 预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。7.1 预应力混凝土的基本概念1.4 应用范围:1.4.1 在建筑中可用于建造大型屋面板、屋面梁、承重桁架、吊车梁，建造薄壁空间结构，多层框架和单层大跨度建筑，也可建造墙板、柱子等。1.4.2 桥梁中建造了预应力箱形截面简支梁跨度达240m，斜拉预应力混凝土桥跨度可达400m。1.4.3 特种结构方面可建造预应力混凝土电视塔，石

10、油开采平台、预应力混凝土囤船、预应力压力容器等。7.1 预应力混凝土的基本概念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，预应力管桩施工现场打完预制桩后，预应力管桩施工现场7.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土连续箱梁在未完成受力体系转换时的支架系统至关重要7.1 预应力混凝土的基本概念2.预加应力的方法预加应力的方法 根据预应力筋张拉时间的先后，习惯上把预加应力方法分为先张法、后张法和同先张法、后张法和同张法张法。先、后张法比较 7.1 预应力混凝土的基本概念1.先张法先张法张拉钢筋张拉钢筋浇筑混凝土浇筑混凝土切断钢筋，混凝土预压切断钢筋，混凝土预压预应力由

11、混凝土与钢筋间的粘结力来传递预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递2.后张法后张法预应力由构件两端锚具实现预应力由构件两端锚具实现浇筑混凝土构件浇筑混凝土构件穿预应力钢筋穿预应力钢筋锚固钢筋，孔道灌浆锚固钢筋，孔道灌浆比较先、后张法比较先、后张法7.1 预应力混凝土的基本概念7.2 7.2 预应力混凝土构件的一般规定预应力混凝土构件的一般规定1.预应力混凝土材料性能要求预应力混凝土材料性能要求1.1 钢筋的性能钢筋的性能钢筋的性能钢筋的性能强度高强度高较好的塑性、较好的塑性、可焊性。可焊性。良好的粘结性。良好的粘结性。低松弛。低松弛。预应力钢筋一直预应力钢筋一直处于高强受拉应力处于高强受拉应力超

12、载情况下超载情况下发生脆性破断，发生脆性破断，同时还要求具有良好同时还要求具有良好的加工性能，的加工性能，提高与混凝土提高与混凝土粘结强度粘结强度减少预应力减少预应力损失损失7.2 预应力混凝土构件一般规定 1.2预应力钢筋的种类预应力钢筋的种类1.2.1 1.2.1 消除应力钢丝包括光面消除应力钢丝包括光面消除应力钢丝包括光面消除应力钢丝包括光面（P P）、螺旋肋（）、螺旋肋（）、螺旋肋（）、螺旋肋（H H）、三面刻痕）、三面刻痕）、三面刻痕）、三面刻痕（I I）刻痕钢丝刻痕钢丝螺旋肋钢丝螺旋肋钢丝 消除应力钢丝见预应力砼用钢丝消除应力钢丝见预应力砼用钢丝GB/T5223，是用高，是用高碳镇

13、静钢轧制成的盘园，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、冷碳镇静钢轧制成的盘园，经过加温、淬火（铅浴）、酸洗、冷拔、回火矫直等处理工序来消除应力，而成的碳素钢丝可提高拔、回火矫直等处理工序来消除应力，而成的碳素钢丝可提高抗拉强度（光面钢丝抗拉强度（光面钢丝fpy=1250N/mm2，其余，其余fpy1110 N/mm2），这样钢直径），这样钢直径49mm，强度高低、低松弛。，强度高低、低松弛。7.2 预应力混凝土构件一般规定钢绞线钢绞线 由多根冷拉钢丝在绞线机由多根冷拉钢丝在绞线机上咬合并经消除应力回火而上咬合并经消除应力回火而成的总称。成的总称。有有13捻用于先张法。捻用于先张法。17捻是外层钢丝围

14、绕一根捻是外层钢丝围绕一根直径大直径大20%的中心钢丝绞成的中心钢丝绞成后张法中应用广泛。后张法中应用广泛。直径用直径用S表示，外径表示，外径8.615.2mm，fpy=1110 1320 N/mm2，强度高、低松弛、伸、低松弛、伸直性好，比较柔软直性好，比较柔软，盘弯方便，盘弯方便，粘结性好。粘结性好。7.2 预应力混凝土构件一般规定钢丝绳与钢绞线的区别：钢丝绳与钢绞线的区别：在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股，在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股，再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只经过一次扭绞。的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只

15、经过一次扭绞。在性能上，钢丝绳的弹性模量小与钢绞线。在性能上，钢丝绳的弹性模量小与钢绞线。7.2 预应力混凝土构件一般规定1.2.4 1.2.4 冷拉低合金钢和冷拔低碳钢丝冷拉低合金钢和冷拔低碳钢丝 由于强度低，不再列入钢筋砼规范。由于强度低，不再列入钢筋砼规范。规范规定，预应力钢筋宜采用预规范规定，预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、消除应力钢丝、应力钢绞线、消除应力钢丝、也可采用热处理钢筋也可采用热处理钢筋。无粘结预应力钢筋则采用高强钢丝和钢绞。无粘结预应力钢筋则采用高强钢丝和钢绞线。预应力钢筋的发展趋势是高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。线。预应力钢筋的发展趋势是高强度、低松弛、粗直径、耐腐蚀。

16、1.2.3 热处理钢筋热处理钢筋 将合金钢（将合金钢（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）经过调质热处）经过调质热处理而成，达到提高抗拉强度（理而成，达到提高抗拉强度（fPy=1040N/mm2），改善塑性性），改善塑性性能。能。HT表示。表示。这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其=610mm以盘园形式供给省去焊接，有利施工。以盘园形式供给省去焊接，有利施工。7.2 预应力混凝土构件一般规定1.3.1.3.混凝土混凝土混凝土性能混凝土性能高强度高强度 收缩小、徐变小收缩小、徐变小快硬、早强快硬、早强 规范规定：预应力砼结构强度等级

17、不宜低于规范规定：预应力砼结构强度等级不宜低于C30C30，当，当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力砼结构强度等采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋时预应力砼结构强度等级不宜低于级不宜低于C40C40。7.2 预应力混凝土构件一般规定2.张拉控制应力con2.1 2.1 定义：定义：张拉控制应力张拉控制应力是指预应力钢筋在张拉时，所控是指预应力钢筋在张拉时，所控是指预应力钢筋在张拉时，所控是指预应力钢筋在张拉时，所控制达到的最大应力值。其值为张拉设备（如千斤顶上的油压制达到的最大应力值。其值为张拉设备（如千斤顶上的油压制达到的最大应力值。其值为张拉设备（如千斤顶上的油压制达到的最大应力值。其值为张拉

18、设备（如千斤顶上的油压表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得出的应表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得出的应表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得出的应表）所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得出的应力值，以力值，以力值，以力值，以concon表示。表示。表示。表示。2.2 2.2 张拉控制应力张拉控制应力张拉控制应力张拉控制应力concon对预应力混凝土构件预压效果的影对预应力混凝土构件预压效果的影对预应力混凝土构件预压效果的影对预应力混凝土构件预压效果的影响分析：响分析：响分析：响分析：2.2.1 2.2.1 如果如果如果如果 concon取值过低取值过低取值

19、过低取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对，则预应力钢筋经过各种损失后，对，则预应力钢筋经过各种损失后，对，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因混凝土产生的预压应力过小，预应力混凝土的效果不明显，因此规范规定此规范规定此规范规定此规范规定 concon不应小于不应小于不应小于不应小于0.40.4f f ptk ptk。7.2 预应力混凝土构件一般规定2.2 如果如果con取得太高取得太高，可能出现下列问题：，可能出现下列问题：2.2.2

20、2.2.2 预应力钢筋已超过实际屈服强度而失去回缩能力，预应力钢筋已超过实际屈服强度而失去回缩能力，预应力钢筋已超过实际屈服强度而失去回缩能力，预应力钢筋已超过实际屈服强度而失去回缩能力，或已发生脆断现象。或已发生脆断现象。或已发生脆断现象。或已发生脆断现象。2.2.3 2.2.3 构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件在破坏构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件在破坏构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件在破坏构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件在破坏前无明显预兆，构件的延性较差。前无明显预兆，构件的延性较差。前无明显预兆，构件的延性较差。前无明显预兆，构件的延性较差。构件的反拱过大，或者预拉区产

21、生裂缝影响正常使用。构件的反拱过大，或者预拉区产生裂缝影响正常使用。构件的反拱过大，或者预拉区产生裂缝影响正常使用。构件的反拱过大，或者预拉区产生裂缝影响正常使用。规范规定，在一般情况下，张拉控制应力规范规定，在一般情况下，张拉控制应力规范规定，在一般情况下，张拉控制应力规范规定，在一般情况下，张拉控制应力 concon值不值不值不值不宜超过下表的限值。宜超过下表的限值。宜超过下表的限值。宜超过下表的限值。7.2 预应力混凝土构件一般规定 钢筋的种类张拉方法先张法后张法 预应力消除钢丝、钢绞线 0.75 f ptk 0.75 f ptk 热处理钢筋 0.70 f ptk 0.65 f ptk

22、规范指出，为了提高构件制作、运输及吊装阶段的抗裂性而在受压区设置的预应力钢筋，其允许控制应力提高5%。张拉控制应力限值张拉控制应力限值7.2 预应力混凝土构件一般规定7.3预应力损失预应力损失 定义定义定义定义:由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运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输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力不断输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力不断输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力不断降低

23、，这降低的部分就叫预应力损失。降低，这降低的部分就叫预应力损失。降低，这降低的部分就叫预应力损失。降低，这降低的部分就叫预应力损失。引起预应力损失的原因及的措施引起预应力损失的原因及的措施引起预应力损失的原因及的措施引起预应力损失的原因及的措施 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 当为直线型预应力钢筋时当为直线型预应力钢筋时 式中式中 a张拉端锚具变形和钢筋回缩值；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。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，尽量减少垫板数；选择变形小或

24、预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；对先张法构件，选择长台座。对先张法构件，选择长台座。7.3 预应力损失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 k考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数：x张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道 在纵轴上的投影长度，预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线的夹角当7.3 预应力损失减少该项损失，可采取以下措施：减少该项损失，可采取以下措施：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

25、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，分布，当张拉应力降至当张拉应力降至0.85con，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至分布，当再张拉至con时，钢筋应力时，钢筋应力沿沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至con的应力分布均匀，预应力损失要小一些。的应力分布均匀，预应力损失要小一些。7.3 预应力损失3.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

26、失引起的损失 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

27、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，因因而而产产生生了了温温差差损损失失。仅仅先先张张法法构构件件有有该该项损失。项损失。l3=2t（N/mm2）7.3 预应力损失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

28、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，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。7.3 预应力损失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l3 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，其应力随时间增长而度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。降低的现象。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

29、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concon高，应力松弛大。高，应力松弛大。7.3 预应力损失采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序为超张拉程序为:因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失与在较低应力下经过较长时间才能完成的松弛损失大体相当，所以经过超张拉后再张拉至con时，一部分松弛损失已完成。5.混凝土的收缩徐变引起的预应力损失混凝土的收缩徐变引起的预应力损失l5 混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的

30、预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。7.3 预应力损失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分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；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不等于不等于构件混凝土的立构件混凝土的立方体强度方体强度fcu cu，但要求，但要求 fcucu0.75 0.75 fcucu；7.3 预应力损失，受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的受拉区、受压区预应力钢筋和非预

31、应力钢筋的 配筋率配筋率。先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 式中式中 Ap,Ap 分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配 筋的构件，取筋的构件，取，此时配筋率应按钢筋截面，此时配筋率应按钢筋截面 面积的一半进行计算；面积的一半进行计算；A A0 0,A An n 分别为混凝土换算截面积、净截面面积。分别为混凝土换算截面积、净截面面积。7.3 预应力损失 后后张张法法构构件件收收缩缩徐徐变变损损失失比比先先张张法法构构件件小小，原原因因是是后后张法构件在施加预应力时，混凝土的张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。收缩已完

32、成一部分。公公式式适适用用于于一一般般相相对对湿湿度度环环境境，高高湿湿度度环环境境下下，l5、l5应降低，反之则增加。应降低，反之则增加。减少此项损失的措施有：减少此项损失的措施有：采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩，加强养护，以减少混凝土的收缩，控制混凝土应力控制混凝土应力pc，要求，要求 以防止发生非线性以防止发生非线性 徐变。徐变。7.3 预应力损失6.用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部用螺旋式

33、预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部 挤压引起的预应力损失挤压引起的预应力损失l6 后后张张法法中中，当当D3m，l6=30MPa，当当D3m，不不考考虑虑该该项项损损失。此处失。此处D为环形构件的直径。为环形构件的直径。（2）预应力损失值的组合）预应力损失值的组合 各阶段预应力损失值的组合各阶段预应力损失值的组合 预应力损失值的组合 先张法构件 后张法构件 混凝土预压前（第一批）的损失l l1+l2+l3+l4 l1+l2 混凝土预压后（第二批）的损失 l l5 l4+l5+l6 规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的损失为第一批损规范把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的

34、损失为第一批损失失l，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失l 。7.3 预应力损失本次课小结：本次课小结：1、预应力混凝土结构是在结构构件受外荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预压应力状态用于减小或抵消外荷载所产生的拉应力，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。2、预加应力的方法常见的有先张法和后张法。3、先张法是通过钢筋与混凝土的粘结力来传递预压应力的，而且要有一定的传递长度，为了使拉区混凝土尽快得到有效预压应力，减少钢筋的回弹，要对端部混凝土采取加强措施，以减小传递长度。4、对于后张法是依靠锚具传递预压应力，为了提高锚具

35、下混凝土的局部抗压强度，防止锚具下混凝土局部压坏，所以必须对锚具下混凝土进行有效计算并采取加强措施。7.3 预应力损失3、由于预应力混凝土是通过张拉钢筋而使混凝土得到较大的由于预应力混凝土是通过张拉钢筋而使混凝土得到较大的预应力，预应力钢筋要经受较大的拉力，混凝土必须承受较预应力，预应力钢筋要经受较大的拉力，混凝土必须承受较大的压力，因而大的压力，因而钢筋和混凝土应当采用较高强度的材料。钢筋和混凝土应当采用较高强度的材料。4 4、张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制张拉钢筋时所达到的应力不得超过规范规定的张拉控制张拉钢筋时所达到的应力

36、不得超过规范规定的张拉控制应力应力应力应力 concon其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不其值应控制在规范规定的范围内，不能过高，也不能过低。能过低。能过低。能过低。5 5、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，、预应力损失是指预应力混凝土构件在制作和使用过程中，预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。预应力钢筋的拉应力和混凝土

37、压应力逐渐降低的现象。预应力钢筋的拉应力和混凝土压应力逐渐降低的现象。预应预应预应预应力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采力损失对构件的刚度、抗裂度均产生不利影响，因此，应采取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定取各种有效措施，以减少各项预应力损失，使之控制在一定范围内。范围内。范围内。范围内。作业：作业：1.什么叫预应力混凝土结构？为什么对构件要施加预应力？

38、2.什么在普通钢筋混凝土中不能有效地利用高强钢材和高强混凝土？而在预应力混凝土结构中必须采用高强钢材和高强混凝土？3.比较普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的区别，它们各自有何优缺点？4.施加预应力的方法有哪几种？它们的主要区别是什么？5.预应力混凝土对材料有哪些要求？6.什么是张拉控制应力？为什么其取值不能过高或过低？与哪些因素有关？7.什么叫预应力损失？引起应力损失的因素及采取措施？预备知识预备知识：先、后张法轴拉构件各阶段的应力分析先、后张法轴拉构件各阶段的应力分析 预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始直至构件破坏，截面中钢筋和混凝土应力的变化分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。每

39、个阶段又包括了若干特征受力过程。1）在施工阶段，构件截面没有开裂，可以把预应力混凝土视作弹性材料，因而可以用材料力学的分析方法对构件截面的应力进行计算，在使用阶段构件开裂前，材料力学的方法仍然适用。此时预应力混凝土构件可看做承受两个力系，一个是由外荷载所产生，另一个是把全部预应力钢筋的合力看作反向作用在构件上的外力所产生。2）抓住施工、使用阶段中的特征受力状态，搞清各个状态已经发生的预应力损失，以及与该状态相应的混凝土强度。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算先张法施工阶段轴拉构件见下表先张法施工阶段轴拉构件见下表张拉并锚固张拉并锚固 刚切断放松钢筋刚切断放松钢筋 完成第二批损失完成第二批损失

40、施施工工阶阶段段 预应力预应力 钢筋的钢筋的 应力应力 混凝土混凝土 的应力的应力 0 0非预应力非预应力钢筋应力钢筋应力 0 0备注备注:先张法构件预应力钢筋的合力通过钢筋和混凝土之间的黏结传递给混凝土和非预应力钢筋。预应力传递过程中，预应力钢筋、混凝土、非预应力钢筋三者协调变形，全截面受力，所以施工阶段计算时采用换算截面面积A0 7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算后后张张法施工法施工阶阶段段轴轴拉构件拉构件 张拉并锚固钢筋张拉并锚固钢筋完成第二批损失完成第二批损失施施工工阶阶段段 预应力钢预应力钢筋应力筋应力混凝土混凝土的应力的应力 非预应力非预应力钢筋应钢筋应力力备注：后张法构件预应力

41、钢筋的合力靠锚具传递给孔道外侧混凝土和非预应力钢筋，由于施工阶段孔道没有灌浆或灌浆材料强度不够，预应力钢筋和混凝土之间没有黏结，预应力钢筋的预应力合力相当于外力作用在钢筋混凝土净截面上，因此，后张法构件在施工阶段计算时用净截面面积An（AnAc+EsAs）。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算先、后张法使用阶段的荷载见下表先、后张法使用阶段的荷载见下表 消压荷载消压荷载 开裂荷载开裂荷载破坏荷载破坏荷载先张法先张法后张法后张法同上同上同上同上同上同上结结论论1.1.先、后张法消压荷载、开裂荷载表达式相同，但数值不同，因为即使其先、后张法消压荷载、开裂荷载表达式相同，但数值不同，因为即使其它条件

42、相同时，它条件相同时，的表达式不同的表达式不同2.2.预应力混凝土构件提高了构件的抗裂度、减小了裂缝宽度，但预应力混预应力混凝土构件提高了构件的抗裂度、减小了裂缝宽度，但预应力混凝土和普通混凝土的正截面的承载力完全相同凝土和普通混凝土的正截面的承载力完全相同,3.3.计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法计算使用阶段外荷载所引起的截面应力时，无论先张法构件还是后张法构件，预应力钢筋和混凝土之间都已经黏结成整体，因此，都采用构件，预应力钢筋和混凝土之间都已经黏结成整体，因此，都采用A A0 0。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算v先张法和后张法预应力轴心受拉构件计算公式

43、的异同点先张法和后张法预应力轴心受拉构件计算公式的异同点:施工阶段，先张法和后张法计算pc的公式形式类似，不同之处在于先张法采用A0，后张法采用An，由此可以得出，若con，Ap以及截面尺寸、材料强度相同,由于A0An，则后张法建立的有效预压应力要比先张法高一些。另外l计算值也不同。使用阶段，用于计算N0，Ncr ,Nu的公式，其形式对先、后张法构件采说是相同的，截面面积都用A0。直至构件开裂前，先张法预应力钢筋应力比后张法少Epc，所以说后张法构件con相当于先张法构件的 con-Epc。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算7-4 预应力混凝土轴心受拉构件的计算预应力混凝土轴心受拉构件的计算

44、 预应力混凝土轴心受拉构件的计算包括使用阶段和施工阶段的计预应力混凝土轴心受拉构件的计算包括使用阶段和施工阶段的计 算和验算。算和验算。7.4.1 使用阶段使用阶段 1.正截面承载力计算正截面承载力计算 当预应力混凝土轴心受拉构件达到承载能力极限状态时，全部轴心拉当预应力混凝土轴心受拉构件达到承载能力极限状态时，全部轴心拉力由预应力钢筋和普通钢筋承担，此时，预应力钢筋和普通钢筋均已屈服。力由预应力钢筋和普通钢筋承担，此时，预应力钢筋和普通钢筋均已屈服。于是，其正截面受拉承载力应按下式计算：于是，其正截面受拉承载力应按下式计算：式中式中 结构重要性系数；结构重要性系数；N构件的轴心拉力设计值；构

45、件的轴心拉力设计值；f py、fy分别为预应力钢筋与普通钢筋的抗拉强度设计值；分别为预应力钢筋与普通钢筋的抗拉强度设计值；Ap、As分别为预应力钢筋与普通钢筋的截面面积。分别为预应力钢筋与普通钢筋的截面面积。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算2、抗裂度及裂缝宽度验算、抗裂度及裂缝宽度验算 当构件截面上的应力超过预压应力当构件截面上的应力超过预压应力pc与混凝土实际抗拉强度与混凝土实际抗拉强度 ftk之和时，截面将开裂。由于结构的使用功能及所处环境的不同，之和时，截面将开裂。由于结构的使用功能及所处环境的不同，对构件裂缝控制的要求也应不同。因此，对预应力混凝土轴心受对构件裂缝控制的要求也应不同

46、。因此，对预应力混凝土轴心受拉构件，应根据所处环境和使用要求，选用相应的裂缝控制等级，并按拉构件，应根据所处环境和使用要求，选用相应的裂缝控制等级，并按下列规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算下列规定进行受拉边缘应力或正截面裂缝宽度验算。对严格要求不出现裂缝的构件（一级构件）对严格要求不出现裂缝的构件（一级构件）对一般要求不出现裂缝的构件（二级构件）对一般要求不出现裂缝的构件（二级构件）7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 荷载效应的标准组合、准永久组合下构件抗裂验算边缘的混凝土法向应力；式中：在荷载效应的标准组合下满足：在荷载效应的准永久组合下满足：7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算

47、式中 混凝土法向应力为零时，全部预应力钢筋和非预应力钢筋的合力。对允许出现裂缝的构件（三级构件）式中，有效受拉混凝土截面面积 ,对先张法构件取构件截面面积，对后张法构件取扣除孔道后的构件截面面积。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 7.4.2 7.4.2 施工阶段验算施工阶段验算 预预应应力力混混凝凝土土构构件件在在放放张张预预应应力力钢钢筋筋（先先张张法法）或或张张拉拉预预应应力力钢钢筋筋完完毕毕（后后张张法法）时时，混混凝凝土土受受到到的的预预压压应应力力最最大大，而而这这时时混混凝凝土土的的强强度度通通常常仅仅达达到到设设计计强强度度的的7575，构构件件承承载载力力和和后后张张法法构

48、构件件端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。端部锚固区局部受压承载力是否足够，应予验算。1.1.张拉（或放张）预应力钢筋时，构件承载力验算：张拉（或放张）预应力钢筋时，构件承载力验算：式中 放松预应力钢筋或张拉完毕时混凝土所受的 预压应力；放张预应力钢筋或张拉完毕时混凝土的轴心抗压强度设计值。7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 后张法构件按不考虑损失计算 ，即 2.后张法构件端部锚固区局部受压验算：后张法构件端部由于锚具下垫板面积很小而承受很大的局部压力，该压力要经过一段距离才能扩散至整个截面锚固区混凝土处于三向应力状态，即 。靠近垫板处 为压应力，距离端部较远处为拉应力，当横向拉应力

49、超过混凝土、的抗拉强度时，端部锚固区将出现纵向裂缝，并导致局部承压破坏。先张法构件按第一批损失出现后计算 ，即7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 因此需进行锚具下混凝土的抗裂度和强度的验算。锚固区抗裂度主要取决于垫板与构件的端部尺寸，端部截面局部承压强度则通过配置间接钢筋来满足。Fl 局部受压面上作用的局部压力设计值；端部受压截面尺寸验算端部受压截面尺寸验算：局部受压区截面尺寸应符合下列要求。A Aln 混凝土局部受压净面积，应在中扣孔道、凹槽部分面积；c 混凝土强度的影响系数；l 混凝土局部受压承载力强度的提高系数；Al 混凝土局部承压面积。当有垫板时；可考虑预压力沿锚具垫圈边缘在垫板中按

50、450扩散后传至混凝土的受压面积；7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算fc 张拉时混凝土的轴心抗压强度设计值。Ab 局部受压时的计算底面积，按与局部承压面积“同心、对称”原则确定。局部受压承载力计算局部受压承载力计算式中 cor 配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数，Acor 钢筋网或螺旋筋以内的混凝土核芯面积，重心应与 Al的重心重合，且满足 ApAcorAl；7.4 预应力混凝土轴心受拉构件计算 v v 间接钢筋的体积配筋率，要求间接钢筋的体积配筋率，要求0.50.5。当为方格网配筋时当为方格网配筋时 当为螺旋式配筋时当为螺旋式配筋时 式中式中 l l1 1，l l2 2 钢筋网两个方向长