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1、10.1.110.1.1一般概念n 预应力预应力的概念的概念第1页/共118页10.1.1一般概念n 预应力预应力的概念的概念n 预应力预应力混凝土的定义混凝土的定义p美国混凝土协会（ACI）对预应力混凝土下的定义是：“预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土”。第2页/共118页10.1.1一般概念n 预应力预应力混凝土的发展混凝土的发展p1888年，美国工程师杰克逊(PHJackson)首次将预应力技术应用于混凝土结构；p1908年，美国的斯坦纳(CRSteiner)提出收缩徐变发生后，再张拉预应力筋；美国的狄尔(REDill)采
2、用带有涂层的预应力筋来避免混凝土与预应力筋间的粘结，但没有解决根本预应力损失问题；p1928年，法国工程师弗莱西奈(EFreyssinet)成功研制出预应力混凝土，指出预应力混凝土必须使用高强钢筋和高强混凝土，预应力混凝土进入实用阶段；p1979年，东南大学吕志涛教授参与设计的上海色织四厂，主体工程设计采用大跨度双跨部分预应力混凝土框架结构是我国最早使用的预应力技术。第3页/共118页wmax=0.3mmMk (kN.m)As (mm2)fy (N/mm2)M (kN.m)gk/qk (kN/m)bh (mm2)L0 (m)设计参数10.1.1一般概念n 普通钢筋混凝土的不足普通钢筋混凝土的不
3、足C30L00.2550.70584.39(3B16)HRB335/30067.605.0/10.02004505.2基本条件0.33405.602109.25(7B20)HRB335/300513.7620.0/10.040090010.4跨度增加1倍0.544867.2011529.23(9B40)HRB335/3005948.8080.0/10.0800190020.8跨度增加2倍0.7550.70584.39热处理钢筋/104067.605.0/10.02004505.2采用高强钢筋p不同设计参数条件下，简支梁的裂缝宽度比较第4页/共118页10.1.1一般概念n 预应力混凝土的基本原
4、理预应力混凝土的基本原理p受弯构件+=n第一种概念：预加应力能使混凝土在使用状态下成为弹性材料；n第二种概念：预加应力能使高强钢筋和高强混凝土结合并发挥各自的潜力；n第三种概念：预加应力实现荷载平衡。第5页/共118页10.1.2 预应力混凝土的分类n 先张法与后张法先张法与后张法n 全预应力和部分预应力全预应力和部分预应力n 有粘结预应力与无粘结预应力有粘结预应力与无粘结预应力n 线预加应力或环预加应力线预加应力或环预加应力n 体内预应力与体外预应力体内预应力与体外预应力n 电热法电热法n 现浇、预制、组合式预应力混凝土结构现浇、预制、组合式预应力混凝土结构第6页/共118页10.1.2 预
5、应力混凝土的分类n 无粘结预应力无粘结预应力无粘结预应力平板的曲线式铺筋第7页/共118页1010.1 1.2 2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类n 无粘结预应力无粘结预应力无粘结预应力平板的钢筋锚固第8页/共118页1010.1 1.2 2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类n 体外预应力体外预应力无粘结预应力钢筋第9页/共118页1010.1 1.2 2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类n 电热法电热法大同煤矿贮煤仓第10页/共118页10.1.3 施加预应力的方法n 先张法先张法第11页/共118页10.1.3 施加预应力的方法n 先张法施工过程演示先张法施工过程演示n 后张
6、法施工过程演示后张法施工过程演示先张法的基本工序后张法的基本工序 第12页/共118页10.1.4 锚具n锚具的定义锚具的定义p锚具是锚具是后张法后张法中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝中为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上的永久性锚固装置。土上的永久性锚固装置。n锚具的性能要求锚具的性能要求p定义锚具效率系数定义锚具效率系数ha等于或大于等于或大于0.95p预应力筋总应变预应力筋总应变eapu等于或大于等于或大于2.0%n夹具夹具p是是先张法先张法中为保持预应力筋的拉力并将其固定在台座上的中为保持预应力筋的拉力并将其固定在台座上的临时性锚固装置；或后张法中夹持预应力筋的临时性锚固临时
7、性锚固装置；或后张法中夹持预应力筋的临时性锚固装置。装置。n夹具的性能要求夹具的性能要求p自锚性、自锁性、松锚性、重复使用性、防锈性。自锚性、自锁性、松锚性、重复使用性、防锈性。第13页/共118页10.1.4 锚具n 锚具的分类锚具的分类n 夹具的分类夹具的分类第14页/共118页10.1.4 锚具n 锚具和夹具图例锚具和夹具图例DM型镦头锚具螺母锚具pJM12锚具演示pOVM锚具演示第15页/共118页10.1.4 锚具n 锚具和夹具图例锚具和夹具图例QM型锚具 灌浆孔 锚垫板 锚板 预留孔道用的螺旋管螺旋筋第16页/共118页10.1.5 预应力混凝土的材料n 钢筋钢筋预应力钢筋强度设计
8、值（N/mm2）预应力钢绞线刻痕钢丝光面螺旋肋种种 类类符符 号号fptkfpyf py钢绞线钢绞线13S18601320390172012201570111017186013203901220消除应消除应力钢丝力钢丝光面光面螺旋肋螺旋肋PH177012504101670118015701110刻痕刻痕I15701110410热处理热处理钢筋钢筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr第17页/共118页10.1.5 预应力混凝土的材料n 混凝土混凝土p预应力混凝土结构中，混凝土强度等级越高，能够承受的预应力混凝土结构中，混凝土强度等级越高，能够承受的预压应力也越高
9、；预压应力也越高；p采用高强度等级的混凝土与高强钢筋相配合，可以获得较采用高强度等级的混凝土与高强钢筋相配合，可以获得较经济的构件截面尺寸；经济的构件截面尺寸；p高强度等级的混凝土与钢筋的粘结力也高，这一点对依靠高强度等级的混凝土与钢筋的粘结力也高，这一点对依靠粘结传递预应力的先张法构件尤为重要。粘结传递预应力的先张法构件尤为重要。p混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范规定规定n预应力混凝土结构的混凝土强度等级预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于不应低于C30；n当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级凝土强度等级不宜低于
10、不宜低于C40。第18页/共118页10.1.6 预应力混凝土的特点n 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点n优点优点p提高了构件的抗裂能力提高了构件的抗裂能力p增大了构件的刚度增大了构件的刚度p充分利用高强度材料充分利用高强度材料p扩大了构件的应用范围扩大了构件的应用范围n局限性局限性p施工工序多施工工序多p施工技术要求高施工技术要求高p造价高造价高第19页/共118页p 张拉控制应力p 预应力损失p 预应力损失的分类第20页/共118页10.2.1 张拉控制应力sconn 张拉控制应力的定义张拉控制应力的定义p张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时，张拉设备的张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时，张
11、拉设备的测力仪表测力仪表所指示的总所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的拉应力值，以张拉力除以预应力钢筋截面面积得出的拉应力值，以s scon表示。表示。p对对于于如如钢钢制制锥锥形形锚锚具具等等一一些些因因锚锚具具构构造造影影响响而而存存在在锚锚圈圈口口摩摩阻阻力力的的锚锚具具,s scon是是指指经经过过锚锚具具、扣扣除除此此摩摩阻阻力力后后的的（锚锚下下）应应力力值值。因因此此,s scon是是指指张张拉拉预预应应力力筋筋时时的锚下张拉控制应力。的锚下张拉控制应力。第21页/共118页10.2.1 张拉控制应力sconn s scon过大时可能出现的问题过大时可能出现的问题p 个别
12、钢筋可能被拉断个别钢筋可能被拉断p 施工阶段可能会引起构件开裂施工阶段可能会引起构件开裂p 后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏p 使开裂荷载与破坏荷载相近，可能产生脆性破坏使开裂荷载与破坏荷载相近，可能产生脆性破坏p 增大预应力钢筋的松弛损失增大预应力钢筋的松弛损失n 张拉控制应力张拉控制应力上限值上限值钢筋种类钢筋种类张拉方法张拉方法先张法先张法后张法后张法消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk热处理钢筋热处理钢筋0.70fptk0.65fptkn 张拉控制应力张拉控制应力下限值下限值:0.4 fptk第22页/共118
13、页1010.2 2.2 2 预应力损失预应力损失n 预应力损失的种类预应力损失的种类p张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1p预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失s sl2p混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间温混凝土加热养护时，受张拉钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失差引起的预应力损失s sl3p预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失s sl4p混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失s sl5p用螺旋式预
14、应力钢筋作配筋的环形构件，由于混凝土的局用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失部挤压引起的预应力损失s sl6第23页/共118页10.2.2 预应力损失p预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失s sl2n预应力筋受力示意图预应力筋受力示意图n受力特点受力特点NF预应力筋运动方向sconApsconsl2sconApp长度效应：接触摩擦力，与钢筋的拉力和长度成正比；p曲率效应：挤压摩擦力，与表面压力成正比；p距离张拉端越远，摩擦阻力的累积值越大第24页/共118页p s sl2的公式建立的公式建立n 法向平衡条
15、件法向平衡条件10.2.2 预应力损失dqdxApsxAp(sx+dsx)dPdFdqsconsl2sconApxn切向平衡条件切向平衡条件n摩擦力由曲率效应和长度效应两部分组成摩擦力由曲率效应和长度效应两部分组成第25页/共118页p s sl2的公式建立的公式建立n 对上式积分对上式积分10.2.2 预应力损失n当时当时孔道成型方式孔道成型方式k/m-1m预埋金属波纹管预埋金属波纹管0.00150.25预埋钢管预埋钢管0.00100.30橡胶管或橡胶管或钢管抽芯成型钢管抽芯成型0.00140.55p 摩擦系数摩擦系数的的取值取值p 减少减少s sl2的方法的方法n一端张拉另一端补拉一端张拉
16、另一端补拉n两端同时张拉两端同时张拉n超张拉超张拉n超张拉的程序超张拉的程序第26页/共118页10.2.2 预应力损失p张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1(先张法先张法)n计算公式计算公式(直线预应力筋直线预应力筋)锚具类别锚具类别a(mm)支承式锚具支承式锚具(钢丝束镦头锚具等钢丝束镦头锚具等)螺帽缝隙螺帽缝隙1每块后加垫板的缝隙每块后加垫板的缝隙1锥塞式锚具锥塞式锚具(钢丝束的钢质锥形锚具等钢丝束的钢质锥形锚具等)5夹片式锚具夹片式锚具有顶压时有顶压时5无顶压时无顶压时68n张拉端锚具变形和钢筋内缩值张拉端锚具变形和钢筋内缩值 a
17、的取值的取值n减少损失的方法减少损失的方法p尽量少用垫板尽量少用垫板 第27页/共118页10.2.2 预应力损失p张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1 (后张法后张法)sconApn 正向摩擦正向摩擦p张拉过程中预应力筋与孔道之张拉过程中预应力筋与孔道之间的摩擦叫正向摩擦，产生的间的摩擦叫正向摩擦，产生的损失为正向摩擦损失。损失为正向摩擦损失。p张拉端正向摩擦损失为零，距张拉端正向摩擦损失为零，距张拉端越远，损失越大。张拉端越远，损失越大。n 反向摩擦反向摩擦p钢筋回缩时与张拉时所受到的钢筋回缩时与张拉时所受到的摩擦力反向，称为反向摩擦。
18、摩擦力反向，称为反向摩擦。p张拉端的回缩量最大，越远，张拉端的回缩量最大，越远，回缩量越小。回缩量越小。p在钢筋回缩力与反向摩擦力平在钢筋回缩力与反向摩擦力平衡点处，回缩停止，相应的长衡点处，回缩停止，相应的长度为度为反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度 lf。sconApsconsconlf第28页/共118页10.2.2 预应力损失p张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1 (后张法后张法)sconsconAplfsl1n损失损失s sl1的公式建立的公式建立rcux假设正向与反向摩擦损失的大小相等第29页/共118页10.2.2 预应力损失p
19、张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失s sl1 (后张法后张法)n反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度 lf 的取值的取值x与lf的量纲为m，a的量纲为mmn 减少损失的方法减少损失的方法p尽量少用垫板尽量少用垫板 p选用变形小的锚具选用变形小的锚具p采用超张拉工艺采用超张拉工艺第30页/共118页10.2.2 预应力损失p加热养护时，张拉钢筋与设备之间温差引起的预应力损失加热养护时，张拉钢筋与设备之间温差引起的预应力损失s sl3n产生原因产生原因n 减少损失的方法减少损失的方法p两阶段升温养护两阶段升温养护p升温时，混凝土未结硬，台座固定不动，钢筋长
20、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。p降温时，混凝土达到一定强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失无法恢复。n计算方法计算方法第31页/共118页10.2.2 预应力损失p预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失s sl4n应力松弛的定义应力松弛的定义n 减少损失的方法减少损失的方法p 超张拉超张拉p 超张拉的张拉程序超张拉的张拉程序p应力松弛是指钢筋受力后，在长度不变的条件下，钢筋应力随时间的增长而降低的现象。n 超张拉的工作原理超张拉的工作原理n超张拉下短时间内发生的损失在低应力下需要较长时间；超张拉下
21、短时间内发生的损失在低应力下需要较长时间；n持荷持荷2 2分钟可使相当一部分松弛损失发生在钢筋锚固之前，则锚固分钟可使相当一部分松弛损失发生在钢筋锚固之前，则锚固后损失减小。后损失减小。第32页/共118页10.2.2 预应力损失p预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失s sl4n松弛损失的计算松弛损失的计算 当scon0.7fptk时当0.7fptkscon0.8fptk时第33页/共118页时间时间(d)松弛损失系数松弛损失系数收缩徐变损失系数收缩徐变损失系数20.50-100.770.33200.880.37300.950.40401.000.43600
22、.50900.601800.750.8536510951.00p预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失s sl4n时间对预应力损失的影响时间对预应力损失的影响10.2.2 预应力损失p考虑时间影响的预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失值，可由上述的预应力损失值计算公式乘以以下表中相应的系数(随时间变化的预应力损失系数)确定。随时间变化的预应力损失系数第34页/共118页10.2.2 预应力损失p混凝土收缩和徐变混凝土收缩和徐变引起的预应力损失引起的预应力损失s sl5n混混凝凝土土的的收收缩缩和和徐徐变变，都都会会导导致致预预应应力力混混凝凝土土构构件件长长度度
23、的的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。n由由于于收收缩缩和和徐徐变变是是同同时时随随时时间间产产生生的的，且且二二者者的的影影响响因因素素、变化规律较为相似，变化规律较为相似，规范规范将二者合并考虑。将二者合并考虑。n影响预应力损失的主要因素影响预应力损失的主要因素p 构件配筋率构件配筋率p 张拉预应力钢筋时混凝土的预压应力值张拉预应力钢筋时混凝土的预压应力值p 混凝土的强度等级混凝土的强度等级第35页/共118页10.2.2 预应力损失p混凝土收缩和徐变混凝土收缩和徐变引起的预应力损失引起的预应力损失s sl5n预应力损失的计算方法预应力损失的计
24、算方法先张法后张法n 减少损失的措施p 所有能够减少混凝土的收缩和徐变的措施都可以降低预 应力损失第36页/共118页10.2.2 预应力损失p螺旋式预应力筋环形构件砼局部挤压引起的预应力损失螺旋式预应力筋环形构件砼局部挤压引起的预应力损失s sl6n环形构件的施工环形构件的施工用混凝土或喷射砂浆建造池壁缠丝机沿圆周方向把钢丝缠绕在池壁上并锚固池壁敷设喷射砂浆作保护层缠丝机的施工n损失的计算方法损失的计算方法当构件直径 d3m时，sl6=30N/mm2;当构件直径 d3m时，sl6=0。第37页/共118页10.2.2 预应力损失p预应力预应力损失的分阶段组合损失的分阶段组合n先张法与后张法的
25、预应力损失组合先张法与后张法的预应力损失组合第38页/共118页10.2.2 预应力损失p预应力预应力损失的分阶段组合损失的分阶段组合n 在实际计算中，以“预压”为界，把预应力损失分成两批。n 预压的定义p对先张法，指放松预应力筋，开始给砼施加预应力的时刻；p对后张法，指张拉预应力筋至 scon 并加以锚固的时刻。n 各阶段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预压前预压前(第一批第一批)的损失的损失 s slIs sl1+s sl2+s sl3+s sl4s sl1+s sl2预压后预压后(第二批第二批)的损失的损失 s slIIs s
26、l5s sl4+s sl5+s sl6n 混凝土规范对预应力损失值的最小规定值p对先张法构件，100N/mm2p对后张法构件，80N/mm2第39页/共118页10.2.2 预应力损失p混凝土的弹性压缩（或伸长）混凝土的弹性压缩（或伸长）l0l1ln混凝土、预应力钢筋、非预应力筋的应变变化量相等。n 公式的应用：n先找出构件中这种钢筋与混凝土“协调变形”的起点，然后，欲求其后任一状态的钢筋应力，只需以起点应力为基础，求出相对于起点的应力变化量（含弹性伸缩及预应力损失两部分），最后叠加即可。第40页/共118页10.2.2 预应力损失p后张法构件分批张拉预应力钢筋时混凝土弹性变形的考虑后张法构件
27、分批张拉预应力钢筋时混凝土弹性变形的考虑n分批张拉的应力变化第批预应力钢筋如果不计损失，第1批预应力钢筋的预应力大小为scon第2批预应力钢筋张拉的同时，构件将缩短，第1批预应力筋的实际预应力将小于scon第批预应力钢筋n后张法构件的预应力钢筋采用分批张拉时，应考虑后批张拉钢筋所产生的混凝土弹性压缩(或伸长)对先批张拉钢筋的影响；n考虑方法：p将先批张拉钢筋的张拉控制应力值scon增加(或减小)aEspci。pspci为后批张拉钢筋在先批张拉钢筋重心处产生的混凝土法向应力。第41页/共118页10.2.3 有效预应力沿构件长度的分布p先张法先张法预应力传递长度预应力传递长度ltr 和锚固长度和
28、锚固长度lan传递长度 ltr 的概念：p 有效预应力的分布p指从预应力钢筋应力为零的端部到应力为 spe的这一段长度。p传递长度内粘结应力的合力应等于预应力钢筋的有效预拉力Apspe。n传递长度 ltr 的计算ltrltrspe粘结应力混凝土预应力spe预应力筋的预应力钢筋钢筋类型类型光面光面钢筋钢筋带肋带肋钢筋钢筋刻痕刻痕钢丝钢丝螺旋肋螺旋肋钢丝钢丝三股三股钢绞线钢绞线七股七股钢绞线钢绞线a a0.160.140.190.130.160.17钢筋的外形系数第42页/共118页10.2.3 有效预应力沿构件长度的分布p先张法先张法预应力传递长度预应力传递长度ltr 和锚固长度和锚固长度lan
29、预应力钢筋锚固长度 la 的概念p当构件在外荷载作用下达到承载能力极限状态时，预应力钢筋的应力达到抗拉强度设计值 fpy，为了使预应力钢筋不致被拔出，预应力钢筋应力从端部的零到 fpy 的这一段长度 la。n计算先张法预应力混凝土受弯构件端部锚固区的正截面和斜截面受弯承载力时，锚固长度范围内的预应力钢筋抗拉强度设计值在锚固起点处应取为零，在锚固终点处应取为 fpy，两点之间可按线性内插法确定。n预应力钢筋的锚固长度 la 的计算公式第43页/共118页10.2.3 有效预应力沿构件长度的分布p后张法构件有效预应力沿构件长度的分布后张法构件有效预应力沿构件长度的分布n后张法构件中，摩擦损失在张拉
30、端为零，然后逐渐增大，至锚固端达最大值；n若为直线预应力钢筋，则沿构件长度其他各项损失值不变。n因此，沿构件长度预应力钢筋的有效预应力是不同的，在混凝土中建立的有效预应力也是变化的n张拉端最大，锚固端最小n其分布规律同摩擦损失n计算后张法构件时，必须特别注意针对的是构件哪个截面。若为曲线预应力钢筋，则沿构件长度sl5也是变化的，应力分布较复杂。第44页/共118页10.2.4 无粘结预应力混凝土结构p无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土结构的施工的施工板面预应力筋固定端板面预应力筋张拉端锚具板面预应力筋张拉端第45页/共118页10.2.4 无粘结预应力混凝土结构板面预应力筋张拉端模板p无
31、粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土结构的施工的施工第46页/共118页10.2.4 无粘结预应力混凝土结构nJGJ 92-2004无粘结预应力混凝土结构技术规程p无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土结构的技术规程的技术规程p无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土结构的优点的优点n结构自重轻n施工简便、速度快n抗腐蚀能力强n使用性能良好n防火性能满足要求n抗震性能好n应用广泛第47页/共118页p 先张法轴心受拉构件的应力分析p 后张法轴心受拉构件的应力分析p 先、后张法计算公式的比较第48页/共118页p本节符号的规定本节符号的规定n Ap预应力钢筋的截面面积n As非预应力钢筋的截
32、面面积n Ac混凝土截面面积n spe 预应力钢筋的应力n ss 非预应力钢筋的应力n spc 混凝土的应力n spe以受拉为正n ss，spc以受压为正第49页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p有特殊意义的几个特定时刻的应力状态有特殊意义的几个特定时刻的应力状态第50页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p放松预应力钢筋，压缩混凝土放松预应力钢筋，压缩混凝土(完成第一批预应力损失完成第一批预应力损失s slI)spc Asss Apspe n 由平衡条件得 n此应力状态为施工阶段承载能力计算的依据。n A0为换算截面面积 第51页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p完
33、成第完成第二二批预应力损失批预应力损失s sl spc Asss Apspe n 由平衡条件得 n先张法构件中最终建立的混凝土有效预压应力第52页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p加荷至加荷至混凝土混凝土预压应力被抵消预压应力被抵消时时 Asss Apspe n 由平衡条件得 nN0 为“消压拉力”N0N0n 外荷载产生的轴向拉力为 N0第53页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p继续加荷至继续加荷至混凝土混凝土即将即将开裂开裂 Asss Apspe n 由平衡条件得 n上式可作为使用阶段对构件进行抗裂度验算的依据。NcrNcrn 外荷载产生的轴向拉力为 Ncrspc=ftk
34、第54页/共118页10.3.1先张法轴心受拉构件p加荷至加荷至构件破坏构件破坏 Asfs Apfpy NuNun由于轴心受拉构件的裂缝沿正截面贯通，则开裂后裂缝截面混凝土完全退出工作。随着荷载继续增大，当裂缝截面上预应力钢筋及非预应力钢筋的拉应力先后达到各自的抗拉强度设计值时，贯通裂缝骤然加宽，构件破坏。相应的轴向拉力极限值(即极限承载力)为Nu。n 由平衡条件得 n上式可作为使用阶段对构件进行承载能力极限状态计算的依据。第55页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p有特殊意义的几个特定时刻的应力状态有特殊意义的几个特定时刻的应力状态第56页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构
35、件p构件上构件上应力变化的特点应力变化的特点n非预应力筋与混凝土协调变形的起点在张拉预应力筋前，此时二者的起点应力均为零；n由混凝土弹性压缩引起的非预应力筋应力的变化量等于相应时刻混凝土应力的 aEs 倍。n张拉过程中，混凝土已产生了弹性压缩，因而在预应力钢筋应力达scon 以前，这种弹性压缩对预应力钢筋的应力没有影响。n后张法构件施工制作阶段，一般不考虑混凝土弹性压缩引起的预应力钢筋的应力变化，n近似认为，从完成第二批预应力损失的时刻开始，预应力钢筋才和混凝土协调变形。第57页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p在构件上张拉预应力钢筋至在构件上张拉预应力钢筋至s scon，同时压缩
36、混凝土，同时压缩混凝土 n 由平衡条件得 n此应力状态为施工阶段承载能力计算的依据。n An为构件净截面面积 Apsconspc Asss Apspe 张拉端sl2=0第58页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p完成第一批预应力损失完成第一批预应力损失n 由平衡条件得 n这里的spcI应用于计算sl5。spc Asss Apspe 第59页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p完成第二批预应力损失完成第二批预应力损失n 由平衡条件得 nspcII为后张法构件中最终建立的混凝土有效预压应力。spc Asss Apspe 第60页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p加荷
37、至加荷至混凝土混凝土预压应力被抵消预压应力被抵消时时n 由平衡条件得 n可见，后张法构件的N0意义及计算公式的形式与先张法构件的相同；n但 spcII中的计算公式不同；n二者都用构件的换算截面面积计算。Asss Apspe N0N0第61页/共118页10.3.2 后张法轴心受拉构件p继续加荷至继续加荷至混凝土混凝土即将开裂即将开裂n 由平衡条件得 n上式可作为使用阶段对构件进行抗裂度验算的依据。Asss Apspe NcrNcrAsfs Apfpy NuNup加荷加荷直直至至构件破坏构件破坏nNu是使用阶段对构件进行承载能力极限状态计算的依据。第62页/共118页10.3.3 先、后张法计算
38、公式的比较p各种计算面积的比较各种计算面积的比较n 后张法 n 先张法 n构件的净截面面积An的物理意义是：混凝土截面面积Ac与非预应力钢筋换算成的具有同样变形性能的混凝土面积之和。n而构件的换算截面面积A0，是将预应力钢筋和非预应力钢筋都换算成具有同样变形性能的混凝土面积后与混凝土截面面积之和。第63页/共118页10.3.3 先、后张法计算公式的比较p预应力钢筋的应力变化预应力钢筋的应力变化n非预应力钢筋任何相应时刻的应力公式ss形式均相同；n这是由于两种方法中，非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点均是混凝土应力为零时；n预应力筋应力spe 公式中，后张法比先张法的相应时刻应力多aEspc；
39、n这是因为后张法构件在张拉过程中，混凝土弹性压缩所引起的预应力筋应力变化已被融入测力仪表读数内，因而两种方法中，预应力钢筋与混凝土协调变形的起点不同。受力阶段受力阶段先张法先张法后张法后张法施工阶段施工阶段完成第一批损失完成第一批损失s scons slI a aE Es spcIs scons slI完成第二批损失完成第二批损失s scons sl a aE Es spcIIs scons sl使用阶段使用阶段消压拉力消压拉力s scons sls scons sl+a aE Es spcII构件开裂构件开裂s scons sl+a aE Eftks scons sl+a aE E(ftk
40、+s spcII)构件破坏构件破坏fpyfpy第64页/共118页10.3.3 先、后张法计算公式的比较p混凝土的预压应力混凝土的预压应力n 后张法 n 先张法 n施工阶段，两种张拉方法的spcI与spcII公式形式相似，差别在于：先张法公式中用构件的换算截面面积A0，而后张法用构件的净截面面积 An。n混凝土预压应力spc公式可归纳为以下通式n 求spcI时，令sl=slI，sl5=0n 求spcII时，令sl=slI+slII，此时sl5 0第65页/共118页10.3.3 先、后张法计算公式的比较p轴向拉力轴向拉力n使用阶段，构件在各特定时刻的轴向拉力N0，Ncr及Nu的公式形式均相同。
41、无论先、后张法，均采用构件的换算截面面积 计算；n由Ncr=(spcII+ftk)A0=N0+ftkA0可知，预应力混凝土构件比同条件的普通钢筋混凝土构件的开裂荷载提高了N0；n预应力混凝土轴心受拉构件的极限承载力Nu计算公式与截面尺寸及材料均相同的普通钢筋混凝土构件的极限承载力公式相同，而与预应力的存在及大小无关，即施加预应力不能提高轴心受拉构件的承载力。但后者因裂缝过大早已不满足使用要求。第66页/共118页p 先张法轴心受拉构件的应力分析p 后张法轴心受拉构件的应力分析p 施工阶段后张法构件端部局压承载力计算第67页/共118页第68页/共118页10.4.1使用阶段正截面承载力计算p计
42、算公式计算公式n目的是保证构件在使用阶段具有足够的安全性。n因属于承载能力极限状态的计算，故荷载效应及材料强度均采用设计值。n应用公式解题时，一个方程只能求解一个未知量。一般先按构造要求或经验定出非预应力钢筋的数量（此时As 已知），然后再由公式求解Ap。nN轴向拉力设计值；nNu构件截面所能承受的轴向拉力设计值；nfpy预应力钢筋的抗拉强度设计值；nfy非预应力钢筋的抗拉强度设计值。第69页/共118页10.4.2 使用阶段正截面裂缝控制验算p对预应力混凝土轴心受拉构件，应按所处对预应力混凝土轴心受拉构件，应按所处环境类别环境类别和和结构类别结构类别选用相应的选用相应的裂缝控制等级裂缝控制等
43、级.p由于属正常使用极限状态的验算，因而须采用荷载效应的标准由于属正常使用极限状态的验算，因而须采用荷载效应的标准组合或准永久组合，且组合或准永久组合，且材料强度采用标准值材料强度采用标准值。p裂缝控制等级裂缝控制等级第70页/共118页p为了保证预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段（主要是制作为了保证预应力混凝土轴心受拉构件在施工阶段（主要是制作时）的安全性，应限制施加预应力过程中的混凝土法向压应力时）的安全性，应限制施加预应力过程中的混凝土法向压应力值，以免混凝土被压坏。混凝土法向压应力应符合下列规定：值，以免混凝土被压坏。混凝土法向压应力应符合下列规定：nscc施工阶段构件计算截面混凝土的
44、最大法向压应力；nf ck与各施工阶段混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度标准值 按线性内插法查表确定。ps scc的计算方法的计算方法n对先张法构件n对后张法构件10.4.3 施工阶段混凝土压应力验算第71页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程第72页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程 T梁内部设置普通钢筋，形成钢筋骨架，完成部分构造功能。第73页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的
45、施工过程形梁的施工过程 在T形梁梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。第74页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程张拉端设置锚头构件预留张拉位置。锚头可设置在梁端、梁顶等位置。第75页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程 在T形梁梁两端，为适应内部预应力束的抬高，要将马蹄抬高。第76页/共118页10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程 在T形梁两端穿束 第77页/共1
46、18页T梁施工过程之三张拉10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p后张法后张法T T形梁的施工过程形梁的施工过程预应力钢束要套波纹管，在锚头处要加锚垫板，以克服由于局部受力所引起的应力集中第78页/共118页p后张法构件端部锚固区的应力状态后张法构件端部锚固区的应力状态10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算sxsysysxFl受拉受压AbAl锚固区长度hhbn很大的局部压力需经过一段距离才能扩散到整个截面上从而产生均匀的预压应力，这段距离近似等于构件截面的高度，称为锚固区；n锚固区内混凝土处于三向应力状态，n局部受压破坏时混凝土的强度值大于单轴受压时的混凝土强度
47、值，增大的幅度与局部受压面积 Al 周围混凝土面积的大小有关，混凝土局部受压时的强度提高系数为 bl。第79页/共118页p混凝土局部受压时混凝土局部受压时的强度提高系数的强度提高系数 bl 的取值的取值10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算p混凝土局部受压面混凝土局部受压面积积Al及及局部受压的局部受压的计算面积计算面积Ab的取值的取值a(ab)bbbbbba(ab)dddbabbbbab第80页/共118页p构件端部截面尺寸验算构件端部截面尺寸验算10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算n当局压区配置的间接钢筋过多时，虽然能提高局部受压承载力，但垫 板下的混凝
48、土会产生过大的下沉变形，导致局部破坏。n为了限制下沉变形，应使构件端部截面尺寸不能过小。n配置间接钢筋的混凝土结构构件，局部受压区截面尺寸应符合：n上式主要是为了防止局部受压面的过大下沉，因而应按承载力问题来 考虑，局部压力取设计值。n当预应力作为荷载效应且对结构不利时，其荷载效应分项系数取1.2。n当满足上式时，锚固区的抗裂要求一般均可满足。n当不满足上式时，应加大构件端部尺寸，调整锚具位置和混凝土强度 或增大垫板厚度等。第81页/共118页l1p构件端部局部受压承载力计算构件端部局部受压承载力计算10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算n 局部受压区的间接钢筋l2l2 l1F
49、lsshh l1方格网式配筋hh dcordcorFlss/2螺旋式配筋AlAcorAbAlAcorAb第82页/共118页p构件端部局部受压承载力计算构件端部局部受压承载力计算10.4.4 施工阶段后张法构件端部局部受压承载力计算n 当配置方格网式或螺旋式间接钢筋且其核心面积 AcorAl 时，局部受压 承载力应按下列公式计算：p bcor 间接钢筋局部受压承载力提高系数p fy 钢筋抗拉强度设计值；p a 间接钢筋对砼约束的折减系数；p rv 间接钢筋的体积配筋率n 方格网式n 螺旋式n间接钢筋项承载力与其体积配筋率有关，且随混凝土强度等级的提高该项承载力有降低的趋势，为了反映这一特点，公
50、式中引入了系数a n为适当提高可靠度，将右边抗力项乘以系数0.9。第83页/共118页p 先张法轴心受拉构件的应力分析p 后张法轴心受拉构件的应力分析p 施工阶段后张法构件端部局压承载力计算第84页/共118页n张拉钢筋时张拉钢筋时10.5.1各阶段应力分析p 先张法p 后张法epnp应力的特点应力的特点n 预应力损失的计算方法与轴心受拉构件相同;n 混凝土预压应力 spc 沿截面高度方向是变化的。p仅在混凝土受压区配预应力钢筋的简单情况仅在混凝土受压区配预应力钢筋的简单情况第85页/共118页n各阶段混凝土应力各阶段混凝土应力s spc的统一表达式的统一表达式10.5.1各阶段应力分析ep仅