水工钢筋混凝土 (7)

1、第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 第第1010章章 预应力混凝土结构预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念预应力混凝土的基本概念 一、预应力混凝土的作用一、预应力混凝土的作用 1、提高抗裂度或减小裂缝宽度提高抗裂度或减小裂缝宽度 普通钢筋混凝土缺点是抗裂性能差，普通钢筋混凝土缺点是抗裂性能差，tu=0.10.1510-3 左右，配筋适中的钢筋混凝土总会出现裂缝。左右，配筋适中的钢筋混凝土总会出现裂缝。 对一般结构，只要裂缝宽度对一般结构，只要裂缝宽度0.2 0.3mm，不影响结，不影响结 构使用和耐久性。构使用和耐久性。 若构件需严格限制裂缝宽度或不允许出

2、现裂缝，则若构件需严格限制裂缝宽度或不允许出现裂缝，则普通普通 钢筋混凝土结构不能满足要求。钢筋混凝土结构不能满足要求。 预应力钢筋混凝土能预应力钢筋混凝土能使混凝土不开裂或减小裂缝宽度使混凝土不开裂或减小裂缝宽度。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 2、利用高强钢筋，节约钢材利用高强钢筋，节约钢材 在普通钢筋混凝土构件中，裂缝宽度在普通钢筋混凝土构件中，裂缝宽度0.20.3mm； 钢筋应力控制在钢筋应力控制在150 200N/mm2，高强度钢筋无法使用。，高强度钢筋无法使用。 在预应力钢筋混凝土构件中，能使用高强钢筋，从而在预应力钢筋混凝土构件中，能使用高强钢筋，从

3、而 节约钢材。节约钢材。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 二、预应力混凝土的概念二、预应力混凝土的概念 预应力混凝土是预应力混凝土是在外荷载作用之前在外荷载作用之前，先对混凝土预加先对混凝土预加 压力压力，以抵消外荷载所引起的部分或全部拉应力。，以抵消外荷载所引起的部分或全部拉应力。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 三、预应力混凝土的优点三、预应力混凝土的优点 v预应力混凝土是解决普通钢筋混凝土预应力混凝土是解决普通钢筋混凝土抗裂性差抗裂性差和和高高 强钢筋无法充分利用强钢筋无法充分利用的好方法。的好方法。 v比普通钢筋混凝土节省钢材比普

4、通钢筋混凝土节省钢材3050。 v采用高强材料，截面减小、自重减轻，能建大跨结采用高强材料，截面减小、自重减轻，能建大跨结 构。构。 v混凝土不开裂，提高构件刚度，有反拱，可减少总混凝土不开裂，提高构件刚度，有反拱，可减少总 挠度。挠度。 v根本解决裂缝问题，对水工建筑物意义重大。根本解决裂缝问题，对水工建筑物意义重大。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 四、预应力混凝土的缺点四、预应力混凝土的缺点 v预应力混凝土施工工序多，锚具和张拉设备及预应预应力混凝土施工工序多，锚具和张拉设备及预应 力钢筋等材料贵。力钢筋等材料贵。 v完全采用预应力钢筋构件，预应力过大使开裂荷

5、载完全采用预应力钢筋构件，预应力过大使开裂荷载 与破坏荷载接近，破坏前无明显预兆。与破坏荷载接近，破坏前无明显预兆。 v某些结构如大跨桥梁产生过大反拱，影响正常使用。某些结构如大跨桥梁产生过大反拱，影响正常使用。 三峡升船机结构三峡升船机结构 C1 航槽底板 航槽边墙 “高跟鞋” 高差44m 第1闸段 第2闸段 第3闸段 第4闸段 C3 C4 C5 C2 举例举例1：预应力上闸首预应力上闸首 10.1 预应力混凝土的基本概念 第十章 预应力混凝土结构 举例举例1：预应力上闸首剖面预应力上闸首剖面 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 举例举例2：预应力闸墩预应力闸墩 第十

6、章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 五、预应力混凝土分类五、预应力混凝土分类 1 1、根据截面应力状态分为：、根据截面应力状态分为： 全预应力混凝土：全预应力混凝土： 荷载效应短期组合下，截面不出现拉应力；荷载效应短期组合下，截面不出现拉应力； 有限预应力混凝土：有限预应力混凝土： 荷载效应短期组合下，截面拉应力不超过混凝土规定荷载效应短期组合下，截面拉应力不超过混凝土规定 的抗拉强度；荷载效应长期组合下，不出现拉应力；的抗拉强度；荷载效应长期组合下，不出现拉应力； 部分预应力混凝土：部分预应力混凝土： 允许出现裂

7、缝，但最大裂缝宽度不超过允许的限值；允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许的限值； 钢筋混凝土：钢筋混凝土： 预压应力为零时的混凝土。预压应力为零时的混凝土。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 2 2、根据预应力度、根据预应力度可分为：可分为： 预应力度：控制截面上消压内力和使用荷载下的内力预应力度：控制截面上消压内力和使用荷载下的内力 之比。之比。 =消压内力消压内力/使用荷载下的内力使用荷载下的内力 1：全预应力混凝土全预应力混凝土 0 ：部分预应力混凝土（包括有限预应力混凝土）部分预应力混凝土（包括有限预应力混凝土） 0= ：钢筋混凝土钢筋混凝土 第十章 预应力

8、混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 3 3、根据裂缝控制等级分为：、根据裂缝控制等级分为： 在我国，预应力混凝土是根据裂缝控制等级来分类设在我国，预应力混凝土是根据裂缝控制等级来分类设 计的，规范规定预应力混凝土设计时，应计的，规范规定预应力混凝土设计时，应根据环境类别选根据环境类别选 用不同的裂缝控制等级用不同的裂缝控制等级。 一级一级： 严格要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝严格要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝 土不应产生拉应力，土不应产生拉应力，ck0； 二级：二级： 一般要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝一般要求不出现裂缝的构件，要求构件受拉边缘混凝

9、 土的拉应力不超过混凝土轴心抗拉强度土的拉应力不超过混凝土轴心抗拉强度 ， ck ctftk。 三三级：级： 允许出现裂缝的构件，要求裂缝宽度不超过限值，允许出现裂缝的构件，要求裂缝宽度不超过限值， wmax wlim 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 4 4、按、按预应力钢筋与混凝土的粘结状况预应力钢筋与混凝土的粘结状况 ，可分为： 有粘结预应力混凝土有粘结预应力混凝土 ： l预应力钢筋与周围的混凝土有可靠的粘结强度，使得预应力钢筋与周围的混凝土有可靠的粘结强度，使得 预应力钢筋与混凝土在荷载作用下有相同的变形。预应力钢筋与混凝土在荷载作用下有相同的变形。 l先张法

10、和后张灌浆的预应力混凝土都是有粘结预应力先张法和后张灌浆的预应力混凝土都是有粘结预应力 混凝土。混凝土。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 无粘结预应力混凝土无粘结预应力混凝土 l预应力钢筋与周围的混凝土预应力钢筋与周围的混凝土没有任何粘结没有任何粘结。 l施工非常方便；施工非常方便； l破坏时钢筋拉应力仅为有粘结预应力钢筋的破坏时钢筋拉应力仅为有粘结预应力钢筋的70%90%。 l已广泛应用于高层建筑的楼板，但在水利工程中应用不多，已广泛应用于高层建筑的楼板，但在水利工程中应用不多， 如需采用必须经过论证。如需采用必须经过论证。 因为，无粘结预应力混凝土的预应力钢筋与

11、周围混凝土因为，无粘结预应力混凝土的预应力钢筋与周围混凝土 没有粘结，只要有一处预应力钢筋出现断裂，预应力就完全没有粘结，只要有一处预应力钢筋出现断裂，预应力就完全 失效。失效。 第十章 预应力混凝土结构 10.1 预应力混凝土的基本概念 六、预应力混凝土设计六、预应力混凝土设计 预应力混凝土与普通钢筋混凝土结构一样，需进行预应力混凝土与普通钢筋混凝土结构一样，需进行使使 用阶段的计算外，用阶段的计算外，还需验算施工阶段（制作、运输、安装）还需验算施工阶段（制作、运输、安装） 混凝土强度和抗裂性能。混凝土强度和抗裂性能。 v使用阶段使用阶段 承载力计算；承载力计算； 抗裂、裂缝宽度验算；抗裂、

12、裂缝宽度验算； 挠度验算。挠度验算。 v施工阶段施工阶段 混凝土强度验算；混凝土强度验算； 抗裂验算。抗裂验算。 10.2 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 10.2.1 10.2.1 施加预应力的方法施加预应力的方法 1 1、先张法、先张法 张拉钢筋在浇灌混凝土之前张拉钢筋在浇灌混凝土之前 在专门的台座上张拉在专门的台座上张拉 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 2预应力钢筋；预应力钢筋；3固定端夹具；固定端夹具； 5张拉端夹具；张

13、拉端夹具； 4千斤顶张拉钢筋示意；千斤顶张拉钢筋示意； 7放张后预应力混凝土构件放张后预应力混凝土构件 待混凝土养护到一定强度待混凝土养护到一定强度(混凝土强度等级混凝土强度等级75)， 再从台座上切断钢筋。再从台座上切断钢筋。 先张法预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递。先张法预应力靠钢筋与混凝土之间的粘结力传递。 第十章 预应力混凝土结构 适宜于预制厂制造大批量构件，用长线台座（适宜于预制厂制造大批量构件，用长线台座（50 200m）一次生产几个或十几个构件。）一次生产几个或十几个构件。 施工工序简单，常用直线配筋，用于中小型构件。施工工序简单，常用直线配筋，用于中小型构件。 用细钢丝、冷

14、轧带肋钢筋或冷拉钢筋作为预应力钢筋。用细钢丝、冷轧带肋钢筋或冷拉钢筋作为预应力钢筋。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 2 2、后张法、后张法 张拉钢筋在浇灌混凝土之后。张拉钢筋在浇灌混凝土之后。 预应力靠构件两端锚具传给混凝土。预应力靠构件两端锚具传给混凝土。 不需要专门台座，现场制作，用于大型构件。不需要专门台座，现场制作，用于大型构件。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 增加了留孔、灌浆等工序，施工复杂。增加了留孔、灌浆等工序，施工复杂。 用成束的高强钢丝、钢绞线、冷拉用成束的高强钢丝、钢绞线、冷拉III、I

15、V级及热处理钢级及热处理钢 筋作为预应力钢筋。筋作为预应力钢筋。 张拉钢筋可用机械张拉、电热法及自张法。张拉钢筋可用机械张拉、电热法及自张法。 2预留孔道；预留孔道；3灌浆孔（通气孔）；灌浆孔（通气孔）；4预应力钢筋；预应力钢筋； 5固定端锚具；固定端锚具；6千斤顶张拉钢筋；千斤顶张拉钢筋；7张拉端锚具；张拉端锚具； 8压力灌浆（水泥浆）压力灌浆（水泥浆） 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 10.2.2 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料 1 1、对预应力钢筋要求：、对预应力钢筋要求： v强度高强度高 张拉应力出现应力损失，如强度不高，张拉建立的应力张

16、拉应力出现应力损失，如强度不高，张拉建立的应力 会损失殆尽。预应力损失达到会损失殆尽。预应力损失达到200N/mm2以上。以上。 v与混凝土有良好的粘结力与混凝土有良好的粘结力 先张法中，预应力钢筋与混凝土之间须有较高的粘结自先张法中，预应力钢筋与混凝土之间须有较高的粘结自 锚强度。锚强度。 v足够的塑性和良好的加工性能足够的塑性和良好的加工性能 钢材强度高，塑性低，处于低温和冲击荷载下，可能发钢材强度高，塑性低，处于低温和冲击荷载下，可能发 生脆性断裂。良好的加工性能指焊接性能好。生脆性断裂。良好的加工性能指焊接性能好。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结

17、构 常用的预应力钢筋有：常用的预应力钢筋有：钢丝、钢绞线、钢丝束、螺纹钢钢丝、钢绞线、钢丝束、螺纹钢 筋、钢棒筋、钢棒等。等。 v钢绞线钢绞线 将多股平行的碳素钢丝按一个方向扭绞而成的；将多股平行的碳素钢丝按一个方向扭绞而成的； 用三根钢丝捻制的钢绞线，结构为用三根钢丝捻制的钢绞线，结构为1 3；用七根钢丝捻制用七根钢丝捻制 的钢绞线，结构为的钢绞线，结构为1 7。 极限抗拉强度标准值可达极限抗拉强度标准值可达1960N/mm2。 钢绞线与混凝土粘结较好，应力松弛小，端部还可以设钢绞线与混凝土粘结较好，应力松弛小，端部还可以设 法镦粗；法镦粗； 比钢筋或钢丝束柔软，以盘卷供应，便于运输及施工。

18、比钢筋或钢丝束柔软，以盘卷供应，便于运输及施工。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 v钢丝钢丝 按外形分有按外形分有光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝光圆钢丝、螺旋肋钢丝、刻痕钢丝三种；三种； 按应力松弛性能分则有按应力松弛性能分则有低松弛和普通松弛低松弛和普通松弛两种。两种。 极限抗拉强度标准值可达极限抗拉强度标准值可达1860 N/mm2。 在后张法构件中，当需要钢丝的数量很多时，钢丝常成在后张法构件中，当需要钢丝的数量很多时，钢丝常成 束布置，称为束布置，称为钢丝束钢丝束。 1钢丝；钢丝；2芯子；芯子；3绑扎铁丝绑扎铁丝 10.2 施加预应力的方法，预

19、应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 v无粘结预应力钢筋无粘结预应力钢筋 分为无粘结预应力分为无粘结预应力钢丝束钢丝束和无粘结预应力和无粘结预应力钢绞线钢绞线两种；两种； 用的钢丝与有粘结钢筋相同。用的钢丝与有粘结钢筋相同。 但，无粘结预应力钢筋的但，无粘结预应力钢筋的表面涂刷油脂表面涂刷油脂，应用，应用塑料套管塑料套管 或塑料布带作为包裹层加以保护或塑料布带作为包裹层加以保护，形成可，形成可相互滑动的无粘结相互滑动的无粘结 状态状态。 1钢丝束或钢绞线；钢丝束或钢绞线；2油脂；油脂；3塑料薄膜套管塑料薄膜套管 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 2

20、、对混凝土的要求：、对混凝土的要求： v强度高强度高 与高强度钢筋适应，使钢筋充分发挥作用，减小构与高强度钢筋适应，使钢筋充分发挥作用，减小构 件截面尺寸和减轻自重。件截面尺寸和减轻自重。 v收缩、徐变小收缩、徐变小 减少预应力损失。减少预应力损失。 v快硬、早强快硬、早强 能尽早施加预应力，加快施工进度，提高设备利用能尽早施加预应力，加快施工进度，提高设备利用 率。率。 混凝土强度等级混凝土强度等级C30； 采用钢绞线、钢丝时采用钢绞线、钢丝时 ，混凝土强度等级，混凝土强度等级 C40。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 10.2.3 10.2.3 锚

21、具与夹具锚具与夹具 v锚具：锚具：锚固在构件端部，与构件连成一起共同受力锚固在构件端部，与构件连成一起共同受力 不再取下的称为锚具。不再取下的称为锚具。 v夹具：夹具：在张拉过程中夹持钢筋，以后可取下并重复在张拉过程中夹持钢筋，以后可取下并重复 使用的称为夹具。使用的称为夹具。 1 1、先张法的夹具、先张法的夹具 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 1套筒；套筒；2锥销；锥销； 3预应力钢筋；预应力钢筋； 4锚板；锚板；5楔块楔块 锥形夹具锥形夹具 楔形夹具楔形夹具 偏心夹具偏心夹具 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 梳子板夹具梳子板夹具 同

22、时张拉多根预应力钢丝时，常采用梳子板夹具。同时张拉多根预应力钢丝时，常采用梳子板夹具。 钢丝两端用镦头（冷镦）锚定；钢丝两端用镦头（冷镦）锚定； 钢丝张拉完毕立即拧紧螺母，钢丝就临时锚固在钢模钢丝张拉完毕立即拧紧螺母，钢丝就临时锚固在钢模 横梁上。横梁上。 第十章 预应力混凝土结构 施工时速度很快。施工时速度很快。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 先张法利用工具式螺杆张拉先张法利用工具式螺杆张拉 1、预应力钢筋、预应力钢筋2、工具式螺杆、工具式螺杆3、活动钢横梁、活动钢横梁 4、台座固定传力架、台座固定传力架5、千斤顶、千斤顶6、螺帽、螺帽 7、焊接接头、焊接接头 采用粗钢筋为

23、预应力筋时，对于单根钢筋常用在钢筋采用粗钢筋为预应力筋时，对于单根钢筋常用在钢筋 端部连接一工具式螺杆。端部连接一工具式螺杆。 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 工具式螺杆与预应力钢筋之间可采用焊接连接或套工具式螺杆与预应力钢筋之间可采用焊接连接或套 筒式连接器连接。筒式连接器连接。 套筒式连接器套筒式连接器 1、钢圈、钢圈2、半圆形套筒、半圆形套筒3、连接钢筋、连接钢筋 4、预应力钢筋、预应力钢筋5、工具式螺杆、工具式螺杆6、镦粗头、镦粗头 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 对于多根钢筋，则可考虑螺杆镦粗夹具或锥

24、形锚块夹具。对于多根钢筋，则可考虑螺杆镦粗夹具或锥形锚块夹具。 锥形锚块夹具锥形锚块夹具 1、锥形锚块、锥形锚块2、锥形夹片、锥形夹片3、预应力钢筋、预应力钢筋 4、张拉连接器、张拉连接器5、张拉螺杆、张拉螺杆6、固定用螺母、固定用螺母 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 对于多根钢筋，则可考虑螺杆镦粗夹具或锥形锚块夹具。对于多根钢筋，则可考虑螺杆镦粗夹具或锥形锚块夹具。 螺杆镦粗夹具螺杆镦粗夹具 1、锚板、锚板2、螺杆、螺杆3、螺帽、螺帽4、镦粗头、镦粗头 5、预应力钢筋、预应力钢筋 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材

25、料 第十章 预应力混凝土结构 2 2、后张法的锚具、后张法的锚具 钢丝束常用钢丝束常用锥形锚具配用外夹式双作用千斤顶进行张拉。锥形锚具配用外夹式双作用千斤顶进行张拉。 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 (a)锥形锚具锥形锚具 (b)双作同千斤顶双作同千斤顶 1钢丝束；钢丝束； 2锚塞；锚塞； 3钢锚圈；钢锚圈； 4垫板；垫板； 5孔道；孔道； 6套管；套管； 7钢丝夹具；钢丝夹具； 8内活塞；内活塞； 9锚板；锚板； 10张拉钢丝；张拉钢丝； 11油管油管 第十章 预应力混凝土结构 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 双作用千斤顶双作用千斤顶张拉钢丝束后又将锚塞顶压入

26、锚圈内张拉钢丝束后又将锚塞顶压入锚圈内； 预应力钢丝预应力钢丝卡在锚圈与锚塞间卡在锚圈与锚塞间； 当张拉千斤顶放松预应力钢丝后，当张拉千斤顶放松预应力钢丝后，钢丝向梁内回缩时带钢丝向梁内回缩时带 动锚塞向锚圈内楔紧动锚塞向锚圈内楔紧； 预应力钢丝通过摩阻力将预应力传到锚圈预应力钢丝通过摩阻力将预应力传到锚圈，锚圈将力传，锚圈将力传 给垫板，最后由将垫板预加力传到混凝土构件上。给垫板，最后由将垫板预加力传到混凝土构件上。 10张拉钢丝；张拉钢丝； 2锚塞锚塞 3钢锚圈钢锚圈 4垫板；垫板； 7钢丝夹具钢丝夹具 2锚塞锚塞 第十章 预应力混凝土结构 2 2、后张法的锚具、后张法的锚具 钢丝束、钢铰

27、线束锚固，可用钢丝束、钢铰线束锚固，可用XM、QM锚具锚具。 1、锚环、锚环 2、夹片、夹片 3、钢绞线、钢绞线 4、灌浆孔、灌浆孔 5、锥台孔、锥台孔 10.2 施加预应力的方法，预应力混凝土的材料 第十章 预应力混凝土结构 10.3 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 10.3.1 10.3.1 预应力钢筋张拉控制应力预应力钢筋张拉控制应力con ： 张拉钢筋时预应力钢筋达到的最大应力，即张拉钢筋时预应力钢筋达到的最大应力，即 张拉设备控制的张拉力除以预应力钢筋面积。张拉设备控制的张拉力除以预应力钢筋

28、面积。 v是预应力筋在构件受荷前经受的最大应力。是预应力筋在构件受荷前经受的最大应力。 vcon越高，对混凝土的预压作用越大，提高构件抗裂越高，对混凝土的预压作用越大，提高构件抗裂 性。性。 con过高，由于钢筋强度的离散性，操作中的可能过高，由于钢筋强度的离散性，操作中的可能 超张拉，张拉时可使钢筋屈服，产生塑性变形，反而达超张拉，张拉时可使钢筋屈服，产生塑性变形，反而达 不到预期效果，也易发生安全事故。不到预期效果，也易发生安全事故。 v规范规范规定了张拉控制应力限值规定了张拉控制应力限值con。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v con是以预应力

29、钢筋的强度标准值给出的，因为与构是以预应力钢筋的强度标准值给出的，因为与构 件设计无关，仅涉及到材料本身。件设计无关，仅涉及到材料本身。 v con不应过低：不应过低： 0.4fptk 项次项次预应力钢筋种类预应力钢筋种类 张拉方法张拉方法 先张法先张法后张法后张法 1消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk0.75fptk 2螺纹钢筋螺纹钢筋0.75fptk0.70fptk 3钢棒钢棒0.70fptk0.65fptk 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 vcon与张拉方法有关：与张拉方法有关： 先张法先张法con较后张法大。较后张法大。因为

30、先张法的预应力损失比因为先张法的预应力损失比 后张法大。后张法大。 先张法，张拉钢筋达到控制应力时，构件尚未浇筑，先张法，张拉钢筋达到控制应力时，构件尚未浇筑， 放松钢筋，混凝土受到预压时，钢筋随混凝土回缩，放松钢筋，混凝土受到预压时，钢筋随混凝土回缩，当混当混 凝土受到预压应力时，钢筋的预拉应力已小于控制应力了。凝土受到预压应力时，钢筋的预拉应力已小于控制应力了。 后张法，张拉钢筋同时，混凝土即受到挤压，钢筋张后张法，张拉钢筋同时，混凝土即受到挤压，钢筋张 拉达到控制应力时，混凝土的弹性压缩也已完成，拉达到控制应力时，混凝土的弹性压缩也已完成，不必考不必考 虑混凝土弹性压缩而引起的钢筋应力的

31、降低。虑混凝土弹性压缩而引起的钢筋应力的降低。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 10.3.2 10.3.2 预应力损失预应力损失 v预应力钢筋在张拉时所建立的预应力钢筋在张拉时所建立的预拉应力预拉应力，会由于张拉，会由于张拉 工艺和材料特性等种种原因而工艺和材料特性等种种原因而降低降低，这种应力降低现象称，这种应力降低现象称 为为预应力损失预应力损失。 v最终稳定的应力才对构件产生实际的预应力效果。最终稳定的应力才对构件产生实际的预应力效果。计计 算和减小预应力损失算和减小预应力损失是设计和施工中的是设计和施工中的关键问题关键问题。 v预应力损失与张拉工

32、艺、构件制作、配筋方式和材料预应力损失与张拉工艺、构件制作、配筋方式和材料 特性有关。特性有关。 各影响因素相互制约，有的因素与时间有关，确切确各影响因素相互制约，有的因素与时间有关，确切确 定预应力损失困难。规范以各因素单独造成的预应力损失定预应力损失困难。规范以各因素单独造成的预应力损失 之和近似作为总损失来计算。之和近似作为总损失来计算。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 1、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l1 vl1由预应力筋在锚具、夹具中的内缩，锚具、夹具压由预应力筋在锚具、夹具中的内缩，锚具、夹

33、具压 缩变形及垫板间缝隙挤紧时发生内缩引起。缩变形及垫板间缝隙挤紧时发生内缩引起。 v预应力直线钢筋：预应力直线钢筋： sl E l a 1 a 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（mm) 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（mm） Es 预应力筋弹性模量（预应力筋弹性模量（N/mm2） 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 sl E l a 1 v锚固端的锚具在张拉过程中已被挤紧，锚固端的锚具在张拉过程中已被挤紧，a 值只考虑张拉端。值只考虑张拉端。 v增加增加 l 可减小损失，在先张法中可减小损失，在先张法中l100

34、m 时时l1 可不计。可不计。 v应尽量减少垫层块数，每增加应尽量减少垫层块数，每增加一块一块 a 值值 就增加就增加 1 mm。 锚锚 具具 类类 别别 支承式锚具（钢丝束镦头锚具等）支承式锚具（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（钢丝束的钢制锥形锚具等）锥塞式锚具（钢丝束的钢制锥形锚具等）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68 单根螺纹钢筋的锥形锚夹具单根螺纹钢筋的锥形锚夹具5 锚具变形和钢筋内缩值锚具变形和钢筋内缩值 a(mm) 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v对

35、于后张法构件的预应力曲线钢筋或折线钢筋对于后张法构件的预应力曲线钢筋或折线钢筋 ： 距张拉端距张拉端 x 处的处的l1x 应根据钢筋与孔道壁之间反向摩应根据钢筋与孔道壁之间反向摩 擦影响长度擦影响长度 lf 范围内的预应力钢筋变形值等于锚具变形和范围内的预应力钢筋变形值等于锚具变形和 钢筋内缩值的条件确定。钢筋内缩值的条件确定。 fc fconxl l x r l12 1 r aE l c con s f 1000 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 2 2、预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失、预应力筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失l2。 v后张法张

36、拉钢筋后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围混凝土或时，由于预应力筋与周围混凝土或 套管间的摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增套管间的摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增 加而逐渐减少的数值为加而逐渐减少的数值为l2 。 直线预应力筋曲线预应力筋 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v摩擦损失包括二部分：摩擦损失包括二部分： 预留孔道中心与预应力筋中心偏差引起的摩擦力；预留孔道中心与预应力筋中心偏差引起的摩擦力； 曲线配筋时，预应力筋对孔壁的径向压力引起的摩阻曲线配筋时，预应力筋对孔壁的径向压力引起的摩阻 力。力。 第十二章 预应力混凝土结构的原理及

37、计算规定 12.5 张拉控制应力和预应力损失 q张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（rad） 、摩擦系数摩擦系数 )( con2 qx l ()0.2xq若若 )( 2 1 1 q x conl e 第十二章 预应力混凝土结构的原理及计算规定 12.5 张拉控制应力和预应力损失 项次项次 孔道成型方式孔道成型方式 钢绞线、钢丝束钢绞线、钢丝束螺纹钢筋、钢棒螺纹钢筋、钢棒 1预埋金属波纹管预埋金属波纹管0.00150.200.250.50 2预埋塑料波纹管预埋塑料波纹管0.00150.140.17 3预埋铁皮管预埋铁皮管0.00300.350.40 4预埋钢管

38、预埋钢管0.00100.250.30 5抽芯成型抽芯成型0.00150.550.60 表表10-3 摩擦系数摩擦系数、 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v减小摩擦损失的办法：减小摩擦损失的办法：两端张拉两端张拉和和超张拉。超张拉。 两端张拉比一端张两端张拉比一端张 拉减小拉减小12摩擦损失值。摩擦损失值。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v减小摩擦损失的办法：减小摩擦损失的办法：两端张拉两端张拉和和超张拉。超张拉。 张拉端钢筋应力到张拉端钢筋应力到 1.1con ，E点；点； 卸荷使张拉应力退卸荷使张拉应力退 到到

39、0.85con ， F点；点； 再加荷使张拉应力再加荷使张拉应力 到到con ， C点；点； 预应力沿预应力沿CGHD分分 布，比一次张拉到的预布，比一次张拉到的预 应力分布更均匀，减小应力分布更均匀，减小 摩擦损失。摩擦损失。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 3、预应力筋与台座之间的温差引起的预应力损失预应力筋与台座之间的温差引起的预应力损失l3 为缩短为缩短先张法先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加构件的生产周期，常采用蒸汽养护加 快混凝土的凝结硬化。快混凝土的凝结硬化。 升温时升温时，新浇混凝土未结硬新浇混凝土未结硬，钢筋因温升而伸长，钢筋因温升

40、而伸长， 但台座长度不变，因而钢筋变松，张拉应力减少，形成但台座长度不变，因而钢筋变松，张拉应力减少，形成 预应力损失预应力损失 l3。 降温时降温时，混凝土达到一定强度，与预应力筋间具有，混凝土达到一定强度，与预应力筋间具有 粘结作用，粘结作用，两者共同回缩，两者共同回缩，已产生的已产生的 l3无法恢复无法恢复。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 vl3 仅存在仅存在于先张法。先张法。 v减小减小l3的方法：的方法： 采用二次升温加热的养护制度。先在略高于常温下养采用二次升温加热的养护制度。先在略高于常温下养 护，待混凝土达到一定强度后再逐渐升高养护。护

41、，待混凝土达到一定强度后再逐渐升高养护。 混凝土初凝后升高温度，钢筋与混凝土两者热膨胀系混凝土初凝后升高温度，钢筋与混凝土两者热膨胀系 数相近，温度升高不会线起预应力损失。数相近，温度升高不会线起预应力损失。 55 3 1 0 102 0 102 ls E t.tt v预应力筋与台座的温差为预应力筋与台座的温差为D D t ，钢筋的温度膨胀系，钢筋的温度膨胀系 数为数为110-5/，则有：，则有： 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 4 4、预应力筋应力松弛引起的预应力损失、预应力筋应力松弛引起的预应力损失l4 v钢筋在高应力下变形具有随时间而增长的特性。钢

42、筋钢筋在高应力下变形具有随时间而增长的特性。钢筋长长 度保持不变，度保持不变，应力会随时间增长而降低，这种现象称为松应力会随时间增长而降低，这种现象称为松 弛。松弛使预应力降低的数值为弛。松弛使预应力降低的数值为l4。 vl4与下列因素有关：与下列因素有关： 初始应力。初始应力。con 越高，越高，l4越大，损失的速度也快。越大，损失的速度也快。 l当初应力小于当初应力小于0.7fptk时，松弛与初应力成线性关系；初时，松弛与初应力成线性关系；初 应力高于应力高于0.7fptk时，松弛与初应力成非线性关系，松弛显著时，松弛与初应力成非线性关系，松弛显著 增大。增大。 l钢丝和钢绞线作预应力钢筋

43、钢丝和钢绞线作预应力钢筋，若若con/fptk0.5, l4=0。 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v钢筋种类。钢筋种类。热处理钢筋的应力松弛值比钢丝、钢绞热处理钢筋的应力松弛值比钢丝、钢绞 线的小。线的小。 v时间。时间。1h达达50%，24h达达80%。 v温度。温度。温度高损失大。温度高损失大。 v张拉方法。张拉方法。采用超张拉可减小损失。采用超张拉可减小损失。 v表表10-4给出了给出了l4 。 v混凝土的收缩和徐变，都会导致构件长度的缩短，混凝土的收缩和徐变，都会导致构件长度的缩短， 预应力筋随之回缩，引起预应力损失。预应力筋随之回缩，引起预应

44、力损失。 v混凝土收缩和徐变引起预应力损失的现象是类似的，混凝土收缩和徐变引起预应力损失的现象是类似的， 为简化计算，将此两项合并为为简化计算，将此两项合并为l5： 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 5 5、混凝土收缩和徐变引起的预应力损失、混凝土收缩和徐变引起的预应力损失l5 5 45280 1 15 pc cu l f 5 45280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制

45、应力及预应力损失 pc、pc受拉区与受压区预应力筋在各自合力作用点受拉区与受压区预应力筋在各自合力作用点 处的混凝土法向应力。处的混凝土法向应力。 fcu 施加预应力时的混凝土立方体抗压强度。施加预应力时的混凝土立方体抗压强度。 、 受拉区与受压预应力筋与非预应力筋的配筋受拉区与受压预应力筋与非预应力筋的配筋 率。率。 5 45280 1 15 pc cu l f 5 45280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉

46、控制应力及预应力损失 5 45280 1 15 pc cu l f 5 45280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 5 35280 1 15 pc cu l f 先张法构件先张法构件 后张法构件后张法构件 公式第一项及第二项分子，分别反映混凝土收缩与徐公式第一项及第二项分子，分别反映混凝土收缩与徐 变对预应力损失的影响。后张法对先张法小。因为后张法变对预应力损失的影响。后张法对先张法小。因为后张法 张拉钢筋前，混凝土收缩已部分完成。张拉钢筋前，混凝土收缩已部分完成。 v对干燥环境，应加大计算值。对干燥环境，应加大计算值。 v减小方法：减小方法：用高标

47、号水泥、减小水泥用量、降低水灰用高标号水泥、减小水泥用量、降低水灰 比、控制混凝土的预压应力。比、控制混凝土的预压应力。 An=Ac + sAs 0 A AA sp 0 A AA sp 先张法先张法 n sp A AA n sp A AA 后张法后张法 A0=Ac+ pAp+ sAs 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 5 5、螺旋式预应力筋挤压混凝土引起的预应力损失、螺旋式预应力筋挤压混凝土引起的预应力损失l6 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v环形结构构件混凝土被螺环形结构构件混凝土被螺 旋式预应力筋箍紧，受压产生

48、旋式预应力筋箍紧，受压产生 局部压陷，构件直径减少局部压陷，构件直径减少2， 预应力筋回缩，引起的预应力预应力筋回缩，引起的预应力 损失称为损失称为l6。 v构件直径小，压陷变形的构件直径小，压陷变形的 影响大，影响大，l6大。大。 v直径大于直径大于3m，损失不计；，损失不计； 直径不大于直径不大于3m： l6=30N/mm2 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v各项预应力损失并不同时发生，是按不同张拉方式分各项预应力损失并不同时发生，是按不同张拉方式分 阶段发生的。可分为二批损失：阶段发生的。可分为二批损失： 第一批应力损失第一批应力损失 lI： 指在

49、指在混凝土预压前混凝土预压前出现的损失，出现的损失， 先张法指先张法指张放前张放前、后、后 张法张法指除千斤顶前指除千斤顶前的损失。的损失。 第二批应力损失第二批应力损失 lII： ： 指指混凝土预压后混凝土预压后出现的损失。出现的损失。 先张法构件先张法构件后张法构件后张法构件 第一批第一批 l1 l2 l3 l4 l1 l2 第二批第二批 l5 l4 l5 l6 第十章 预应力混凝土结构 10.3 预应力钢筋张拉控制应力及预应力损失 v考虑到预应力损失计算的误差，考虑到预应力损失计算的误差，规范规范规定当总规定当总 损失值损失值 l = lI + lII小于下列数值时，按下列数值取用：小于

50、下列数值时，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 第十章 预应力混凝土结构 10.4 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 v目的目的： 验算抗裂度及施工阶段强度时，需要了解在预应力作验算抗裂度及施工阶段强度时，需要了解在预应力作 用下截面应力分布。在设计预应力结构时，应进行应力用下截面应力分布。在设计预应力结构时，应进行应力 计算。计算。 各个阶段的应力、工作特点均表现出不同的阶段性，各个阶段的应力、工作特点均表现出不同的阶段性， 只有掌握了各阶段特点，才能深刻了解预应力的作用。只有掌握了各阶段特点，

51、才能深刻了解预应力的作用。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 第十章 预应力混凝土结构 一、先张法一、先张法 从张拉钢筋开始到构件破坏，分为从张拉钢筋开始到构件破坏，分为2 2个阶段个阶段、6 6个应力状态个应力状态。 v施工阶段：施工阶段： 应力状态应力状态1 1：张拉钢筋并锚固，浇筑混凝土养护。张拉钢筋并锚固，浇筑混凝土养护。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 0 c plIcon A 预应力筋应力：预应力筋应力： 预应力筋拉力：预应力筋拉力： 混凝土应力：混凝土应力：0 c 0pconl 00 () pppconlp NAA 134llll 第十章 预应力混凝土结

52、构 应力状态应力状态2 2 从台座放松预应力筋，混凝土受到预应力筋回弹挤压而产从台座放松预应力筋，混凝土受到预应力筋回弹挤压而产 生预压应力。生预压应力。 设混凝土预压应力为设混凝土预压应力为pcI ，变形，变形pcI/Ec ，钢筋也回缩，钢筋也回缩pcI/Ec ， 则钢筋应力损失为则钢筋应力损失为（pcI/Ec）Es=EpcI 。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 非预应力筋应力：非预应力筋应力： 0pepEpcconlEpc 预应力筋应力：预应力筋应力： 由平衡条件：由平衡条件： 混凝土应力：混凝土应力： pc Epc peppccss AAA 第十章 预应力混凝土结构 10.

53、4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 由平衡条件：由平衡条件： peppccpcEs AAA conlEpcppccpcEs AAA pccpcEspcEpconlp AAAA 0 0 conlp p pc cEsEp AN AAAA 也可理解为当放松预应力筋使混凝土受压时，将钢筋回也可理解为当放松预应力筋使混凝土受压时，将钢筋回 弹力弹力Np0看作外力，作用在整个换算截面看作外力，作用在整个换算截面A0上，由此产生应上，由此产生应 力力pcI pcI。 。 第十章 预应力混凝土结构 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 0 0 conlp p pc cEsEp AN AAAA 第十

54、章 预应力混凝土结构 v应力状态应力状态3 3 混凝土受压缩后，又发生徐变和收缩，出现第二批预应力混凝土受压缩后，又发生徐变和收缩，出现第二批预应力 损失损失l = =l5，总预应损失为 ，总预应损失为l =l+l 。 。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 5sEpcl 其中：其中：l5为预应力筋因混凝土收缩和徐变所增加的压应力。为预应力筋因混凝土收缩和徐变所增加的压应力。 预应力筋应力：预应力筋应力： 非预应力筋应力：非预应力筋应力：混凝土应力：混凝土应力： 由平衡方程：由平衡方程： 0peconlEpcpEpc 5peppccEpcls AAA pc 第十章 预应力混凝土结构

55、10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 由平衡方程：由平衡方程： 5peppccEpcls AAA 5pconlEpcpccEpcls AAA 5pEpcsEpcpccpconlls AAAAA 05 0 ppconlls pc pEsEc NAA AAAA pe ： ：全部预应力损失完成后，预应力筋的有效应力。全部预应力损失完成后，预应力筋的有效应力。 pc ： ：预应力混凝土中建立的预应力混凝土中建立的“有效预压应力有效预压应力”。可理解。可理解 为预压力为预压力Np0 作用在 作用在A A0 0上产生的应力。上产生的应力。 可以想象，当外力可以想象，当外力= =N Np0 时，构件

56、上的应力 时，构件上的应力0 第十章 预应力混凝土结构 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 05 0 ppconlls pc pEsEc NAA AAAA 第十章 预应力混凝土结构 使用阶段：使用阶段： 4 4、应力状态、应力状态4 4：消压状态：消压状态 构件受到外力（轴力构件受到外力（轴力N）作用后，截面叠加上）作用后，截面叠加上N产生的拉应产生的拉应 力，当力，当N=NP0 =N0时，混凝土应力 时，混凝土应力=0。 此状态称此状态称消压状态，消压状态，外力外力N0称称消压轴拉力。消压轴拉力。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 5Epcl 混凝土应力：混凝土应力：

57、0 pc 预应力筋应力：预应力筋应力： peconlEpc 非预应力筋应力非预应力筋应力： 5sEpcl Epcconl + 增加了：增加了： 减小了：减小了： 0s 原原 原原 0p 第十章 预应力混凝土结构 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 消压轴力：消压轴力： 0005ppssplnscol NAAAA 05 0 ppconlls pc pEsEc NAA AAAA 从应力状态从应力状态3知：知： 000ppc NNA 则：则： 第十章 预应力混凝土结构 v应力状态应力状态4 4是混凝土由压应力转为拉应力的一个重要标志。是混凝土由压应力转为拉应力的一个重要标志。 如：如： N

58、N0则混凝土处于受压状态；则混凝土处于受压状态； NN0 则混凝土出现拉应力，以后拉应力的增量就如则混凝土出现拉应力，以后拉应力的增量就如 同普通钢筋混凝土轴心受拉构件一样。同普通钢筋混凝土轴心受拉构件一样。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 第十章 预应力混凝土结构 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 v应力状态应力状态5 5： 即将开裂即将开裂 混凝土应力：混凝土应力： 预应力筋应力：预应力筋应力： 非预应力筋应力：非预应力筋应力： tk f 0ppEtkconlEtk ff 05ssEtklEtk ff 由平衡方程：由平衡方程： pc ： ：混凝土有效预压应力。混凝

59、土有效预压应力。 由于由于多了多了N0， ， pc使预应力抗裂性大大提高。 使预应力抗裂性大大提高。 0050concrtkplstkl NNf AAAf A 0 () crpctk NfA 也可写成：也可写成： 第十章 预应力混凝土结构 v应力状态应力状态5 5： 开裂后开裂后 开裂后，在外力开裂后，在外力N作用下，所增加了轴拉力作用下，所增加了轴拉力N-Ncr将全部将全部 由钢筋承担，预应力筋和非预应力筋应力增量分别为由钢筋承担，预应力筋和非预应力筋应力增量分别为 (N-Ncr)/(Ap+As)。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 预应力筋应力：预应力筋应力： 非预应力筋应力：

60、非预应力筋应力： 此二式为求裂缝宽度时的应力表达式。此二式为求裂缝宽度时的应力表达式。 00 00 0 crcr ppp pspsps conl ps NNNNNN AAAAAA NN AA 0 5sl ps NN AA 第十章 预应力混凝土结构 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 开裂后开裂后 开裂前开裂前 第十章 预应力混凝土结构 v应力状态应力状态6 6：破坏阶段破坏阶段 当预应力筋、非预应力筋的应力达到各自强度时，构件当预应力筋、非预应力筋的应力达到各自强度时，构件 就发生破坏。就发生破坏。 10.4 预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析 syppyu AfAfN 第十章 预应