现代预应力结构第3章

3.1施加预应力的方法3.2张拉控制应力3.3预应力损失,第三章施加预应力的方法和预应力损失,3.1施加预应力的方法,1.先张法先张拉预应力筋后浇注混凝土的施工方法预应力通过预应力筋与混凝土之间粘结传递一般采用表面有肋纹的预应力筋预制生产，可加温养护，工艺少而简单，质量易保证,3.1施加预应力的方法,2.后张法先浇注构件混凝土，达到一定强度后直接在构件上张拉预应力筋的施工方法。有粘结施工混凝土构件中预留孔道孔道中穿入预应力筋混凝土达到强度张拉锚固孔道灌浆便于现场施工，大型构件或结构，适用曲线形筋孔道灌浆质量不易保证耐久性问题,3.1施加预应力的方法,无粘结施工在构件中预埋无粘结筋混凝土达到强度、张拉锚固不需孔道灌浆，施工简便，耐久性得到保证端部锚具尤为重要，一旦失效后果严重,3.1施加预应力的方法,体外配筋在构件端部设承力端块锚固体外筋，中间设转向装置改变力筋形状便于检查、更换预应力筋桥梁，钢结构，加固应用较多,3.2张拉控制应力con,为充分发挥预应力优势、减小预应力损失影响，con宜尽可能高con过高：预应力筋非弹性变形加大，有断裂可能Mcr与Mu接近，延性降低con限值：钢绞线con0.75fptk，其它见规范con0.4fptk特殊情况con可提高0.05fptk抵消预应力损失；对受压区中的；,3.3预应力损失,3.3.1概述预应力损失在构件的施工及使用过程中，预应力由于张拉工艺和材料特性等原因而不断降低的现象预应力损失的正确估计（计算）对构件使用性能影响甚大估计过大要增加预应力可能反拱过大估计过小要减小预应力可能过早开裂,3.3.1概述,按时间分类瞬时损失施加预应力时在短时间内完成的损失（锚具变形和力筋回缩、摩阻、温差损失）长期损失材料的时间效应引起的损失（应力松弛、混凝土收缩徐变，局部挤压）,3.3.2预应力损失计算,1.摩擦损失后张法中力筋与孔道壁之间的摩擦引起损失距离张拉端越远，损失越大，与实际有效预应力分布为曲线,后张法中力筋与孔道壁之间的摩擦引起损失,曲线预应力筋与孔道间的法向正压力引起的由图b，取一微段，其上法向正压力为：设摩擦系数，则dx微段上产生的摩阻力:,孔道壁凹凸、局部偏差引起的,设每长度局部偏差影响系数，则dx微段上产生的摩阻力类似有:两部分相加，并从张拉端到计算截面B进行积分：,后张法中力筋与孔道壁之间的摩擦引起损失,从张拉端到B截面的张拉力损失：则预应力损失：曲线转角的近似计算曲线较平缓，近似用圆弧线代替，则AB的转角（圆心角）：,后张法中力筋与孔道壁之间的摩擦引起损失,甚小式中：y曲线的垂度,减小摩擦损失的措施：塑料波纹管、两端张拉、超张拉,减小的措施：采用塑料波纹管以减小及k值两端张拉超张拉当,1.摩擦损失,预应力筋在转向块或锚口处的摩擦损失按实际情况确定,3.3.2预应力损失计算,2.锚具变形、力筋回缩及接缝引起的损失直线筋,2.锚具变形、力筋回缩及接缝引起的损失,曲线筋单跨、力筋为一段全抛物线型，一端张拉锚固时，预应力筋因锚固变形和力筋回缩产生的缩短受到孔道反向摩阻，随距张拉端越远，其值越小，当距张拉端处，值等于反向摩阻引起的力筋变形增量值反向摩擦影响长度假定：较小正反摩系数相等，且具对称性力筋应力变化为直线变化为应力分布图斜率,曲线筋、分布示意图,2.锚具变形、力筋回缩及接缝引起的损失,则张拉端：等于力筋变形增量：所以：,力筋为：水平段+正反两段抛物线型（常见梁）,力筋为：水平段+正反两段抛物线型,由图：,力筋为：水平段+正反两段抛物线型,阴影总面积：同理：所以：,力筋为：水平段+正反两段抛物线型,当时当时,力筋为：水平段+正反两段抛物线型,总结：离张拉端越远，越大离张拉端越远，越小减小的方法：超张拉,3.3.2预应力损失计算,3.先张法温差引起的损失,3.先张法温差引起的损失,减少的措施两次升温养护：常温养护升温至规定养护温度在钢模（台座）上张拉力筋。,3.3.2预应力损失计算,4.预应力筋松弛引起的损失钢筋的应力松弛和徐变现象应力松弛：钢筋长度保持不变，应力随时间增长而降低徐变：钢筋应力保持不变，应变随时间增长而增大两种现象均将引起力筋中的应力损失松弛损失,4.预应力筋松弛引起的损失,松弛损失的计算普通松弛钢筋一次张拉超张拉低松弛钢筋,4.预应力筋松弛引起的损失,影响应力松弛的因素：时间：先快后慢，1小时达到50%左右，24h达80%钢筋品种：热处理钢筋小于钢丝、钢绞线张拉：应力高，松弛大减少的措施：超张拉:1.051.1持荷25min锚固或卸至锚固,3.3.2预应力损失计算,5.混凝土收缩徐变引起的损失概述产生的原因：混凝土结硬体积收缩，混凝土在预压应力作用下产生徐变构件缩短，力筋弹性变形恢复部分，应力降低,5.混凝土收缩徐变引起的损失,长期损失的复杂性影响因素的效应在预应力结构的全部工作时间内各不相同混凝土收缩、徐变效应与力筋松弛效应相互影响：混凝土收缩、徐变使力筋应力降低力筋松弛减小力筋松弛使力筋应力变化影响混凝土徐变加荷应力水平、环境、加荷龄期、材料变异均对产生影响,5.混凝土收缩徐变引起的损失,长期损失的复杂性混合配筋或组合截面的内力重分布影响：普通钢筋或型钢阻碍混凝土的收缩和徐变，使混凝土受拉抵消了部分混凝土的预压应力；而普通钢筋进一步受压混凝土的收缩和徐变受到阻碍力筋预应力损失减小难以准确确定任一时间段的应力损失和影响因素。,5.混凝土收缩徐变引起的损失,规范GB50010-2002的计算公式先张法构件后张法构件,5.混凝土收缩徐变引起的损失,计算时：仅考虑第一批损失，即取力筋预拉力为:可以考虑自重的影响（自重拉应力抵消了部分预压应力）控制平均相对湿度40%的条件时，计算结果增加30%重要结构（构件）可以考虑与时间相关进行计算（参考规范附录）,5.混凝土收缩徐变引起的损失,减小的措施：减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土采用级配好的骨料，振捣密实加强养护,3.3.2预应力损失计算,6.螺旋式预应力筋对环形构件的局部挤压造成的损失环形构件直径越小，挤压力越大越大。GB50010-2002：,3.3.2预应力损失计算,7.分批张拉时混凝土弹性压缩引起的损失公路桥规：式中，后批张拉在先批张拉力筋重心处产生的混凝土法向应力增量,3.3.3预应力损失值的组合,目的：设计划分施工阶段和使用阶段计算需要GB50010-2002组合表：,3.3.3预应力损失值的组合,先张法构件可按实际情况在第一批和第二批中划分弹性压缩损失在截面计算时考虑损失批次：先张法以放张前后划分后张法以张拉锚固好前后划分,3.3.4关于预应力损失计算的讨论,1.预应力损失大小对构件使用阶段性能有较大影响，但对构件极限承载力的影响较小2.影响预应力损失的因素众多，且有相互交叉影响，要精确计算是困难的，如长期损失3.对大多数一般构件，精确计算并非必要，在设计中往往需要先估算预应力的总损失值,3.3.4关于预应力损失计算的讨论,预应力总损失值美国公路桥梁规范（AASHTO）,3.3.4关于预应力损失计算的讨论,预应力总损失值美国后张混凝土协会（PPT）,3.3.4关于预应力损失计算的讨论,T.Y.Lin建议的分项损失和总损失百分比注：表中已考虑适当超张拉以克服部分摩擦损失和锚具损失，仅对于多跨，长构件应另增加摩擦损失,体外预应力的新生,体外预应力桥梁获得新生是在70年代，欧洲各国相继发现很多早期修建的预应力桥梁