预应力预应力混凝土构件

1、? 第一节第一节 概述概述预应力混凝土结构 Prestressed Concrete Structure? 第一节第一节 概述概述法国工程师法国工程师弗莱西奈弗莱西奈 E.Freyssinet (18791962) 预应力混凝土的发明人和先驱预应力混凝土的发明人和先驱预应力开创了混凝预应力开创了混凝土结构工程发展的土结构工程发展的新纪元新纪元 ? 第一节第一节 概述概述林同炎林同炎（T.Y.Lin 19122003 ）“预应力混凝土先生预应力混凝土先生” 、预应力混凝土的先、预应力混凝土的先驱驱 1955年出版年出版扉页扉页: “: “献给那献给那些些不盲从规范而寻求利用自然不盲从规范而寻求利

2、用自然规律的工程师们规律的工程师们!”!”? 第一节第一节 概述概述2121世纪是技术创新的时代，在混凝土结构设计领域世纪是技术创新的时代，在混凝土结构设计领域中，创新一方面表现在高性能材料及具有指定性能中，创新一方面表现在高性能材料及具有指定性能材料的开发研究，另一方面表现在新的结构设计方材料的开发研究，另一方面表现在新的结构设计方法和新的施工手段的应用。法和新的施工手段的应用。高效预应力混凝土技术高效预应力混凝土技术集成了新材料、新工艺、以及新的设计和施工手段，集成了新材料、新工艺、以及新的设计和施工手段，因而获得高速而广泛的发展，并在建设领域发挥着因而获得高速而广泛的发展，并在建设领域发

3、挥着越来越重要的作用。越来越重要的作用。? 第一节第一节 概述概述预应力原理在木桶上的应用预应力原理在木桶上的应用(a)木桶；木桶；(b)竹箍分离体图；竹箍分离体图；(c)板块分离体图板块分离体图块体拼装式预应力块体拼装式预应力9.1.1预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念9.1 9.1 概概 述述? 第一节第一节 概述概述预应力原理在木锯上的应用预应力原理在木锯上的应用(a)木锯；木锯；(b)木锯各杆件分离图；木锯各杆件分离图；(c)锯片的受力图锯片的受力图美国混凝土协会美国混凝土协会(ACI)定义：定义：预应力钢筋混凝土是根据需要人预应力钢筋混凝土是根据需要人为地引入某一为地引入某一 数值

4、的反向荷载，用以部分或全部抵销使用荷数值的反向荷载，用以部分或全部抵销使用荷载的一种加筋混凝土。载的一种加筋混凝土。定义二：定义二：在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力，就成为预应力混凝土。加压应力，就成为预应力混凝土。? 第一节第一节 概述概述一、普通钢筋混凝土构件的缺点一、普通钢筋混凝土构件的缺点1 1、混凝土、混凝土抗裂性差抗裂性差；u 混凝土的抗拉强度很低，约为抗压强度的混凝土的抗拉强度很低，约为抗压强度的1/101/10u 为避免构件受拉区混凝土出现裂缝或裂缝过宽，需限制钢筋的为避免构件受拉区混凝土出现裂缝或裂缝过宽，需限制

5、钢筋的变形率或应力变形率或应力? 第一节第一节 概述概述2 2、钢筋和混凝土的、钢筋和混凝土的强度不能得到充分发挥强度不能得到充分发挥；u 如保证混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到如保证混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到2030N/mm2030N/mm2 2u 对于出现宽度为对于出现宽度为0.20.3mm0.20.3mm裂缝的构件，受拉钢筋的应力为裂缝的构件，受拉钢筋的应力为250N/mm250N/mm2 23 3、结构自重大结构自重大。 容重：容重：252528kN/m28kN/m3 3二、预应力混凝土的基本原理二、预应力混凝土的基本原理 在混凝土构件承受外荷载之前，在混凝土构件承受外荷

6、载之前，预先对其受拉区预先施加压应力预先对其受拉区预先施加压应力，以减小或抵消外荷载引起的混凝土拉应力，使结构构件在正常使用期间以减小或抵消外荷载引起的混凝土拉应力，使结构构件在正常使用期间不开裂、推迟开裂或减小裂缝宽度，就成为预应力混凝土。不开裂、推迟开裂或减小裂缝宽度，就成为预应力混凝土。 在构件使用前，预先对混凝土施加压应力而形成的混凝土构件称为在构件使用前，预先对混凝土施加压应力而形成的混凝土构件称为预应力混凝土构件。预应力混凝土构件。? 第一节第一节 概述概述NN（a） 预应力作用下c(压)ct(拉)（b）外荷载作用下c(压)ct(拉)qNN（c）预应力与外荷载共同作用下(压或拉)c

7、t- c(拉或压)q? 第一节第一节 概述概述三、预应力钢筋混凝土构件的优点及适用性三、预应力钢筋混凝土构件的优点及适用性1 1、预应力能使构件受拉区、预应力能使构件受拉区推迟或避免开裂，提高构件的抗裂性能；推迟或避免开裂，提高构件的抗裂性能；u 对于某些抗裂要求较高的结构和构件，如钢筋混凝土屋架下弦、水对于某些抗裂要求较高的结构和构件，如钢筋混凝土屋架下弦、水池、油罐、压力容器等，施加预应力尤为重要。池、油罐、压力容器等，施加预应力尤为重要。2 2、提高构件刚度，减小变形；提高构件刚度，减小变形；sqkkBMMMB) 1( 长期抗弯刚度长期抗弯刚度2lBMSfkfEssshAEB5 . 31

8、62 . 015. 120短期抗弯刚度短期抗弯刚度中和轴MkMkh0? 第一节第一节 概述概述u 在使用荷载作用下，预应力混凝土梁、板构件的挠度，往往只有相在使用荷载作用下，预应力混凝土梁、板构件的挠度，往往只有相同情况下钢筋混凝土梁、板构件的几分之一。同情况下钢筋混凝土梁、板构件的几分之一。u 由于抗裂度和刚度提高，减小了构件的截面尺寸和自重，使预应力由于抗裂度和刚度提高，减小了构件的截面尺寸和自重，使预应力混凝土结构适用于较大荷载和较大跨度。混凝土结构适用于较大荷载和较大跨度。3 3、充分发挥材料高强度性能充分发挥材料高强度性能，节约钢筋，减轻自重，降低造价。，节约钢筋，减轻自重，降低造价

9、。4、通过施加预应力，可通过施加预应力，可提高装配式结构的整体性提高装配式结构的整体性。u 某些大型构件可以分段分块制造，然后用预应力的方法加以拼装，某些大型构件可以分段分块制造，然后用预应力的方法加以拼装，使施工制造及运输安装工作更加方便。使施工制造及运输安装工作更加方便。? 第一节第一节 概述概述9.1.2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类1、全预应力与部分预应力、全预应力与部分预应力 全预应力全预应力是在荷载效应的标准组合下，构件截面是在荷载效应的标准组合下，构件截面受拉边缘上的混凝土不产生拉应力，即保持压应力或受拉边缘上的混凝土不产生拉应力，即保持压应力或零应力工作状态。零应力工作

10、状态。 部分预应力部分预应力是在荷载效应的标准组合并考虑长期是在荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响下，构件截面受拉边缘上的混凝土允许产生作用影响下，构件截面受拉边缘上的混凝土允许产生拉应力或裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。拉应力或裂缝，但裂缝宽度不超过允许值。 ? 第一节第一节 概述概述 1.0 全预应力砼构件，大致相当于裂缝控制等级为级。0 1.0 部分预应力构件A类 大致相当于裂缝控制等级为级。B类 大致相当于裂缝控制等级为级。M0 使构件控制截面受拉边缘应力抵消到零时的弯矩。M 荷载效应标准组合作用下控制截面的弯矩。N0 使构件截面应力抵消到零时的轴向力。N 荷载效应标准组合作用下截面的

11、轴向拉力。受弯构件：MM0轴拉构件：NN0预应力度预应力度 定义为：定义为：? 第一节第一节 概述概述根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类。2、先张法与后张法、先张法与后张法 先张法是制作预应力混凝土构件时，先张拉预应力钢筋后浇灌混凝土的一种方法； 后张法是先浇灌混凝土，待混凝土达到规定强度后再张拉预应力钢筋的一种预加应力方法。? 第一节第一节 概述概述3、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 有粘结预应力有粘结预应力，是指沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。 无粘结预应力无粘结预应力 ，是指预应力筋伸缩、滑动自如，不与周围混

12、凝土粘结的预应力混凝土结构。? 第一节第一节 概述概述(一)先张法先张法先张法施工工序先张法施工工序钢筋就位钢筋就位张拉钢筋张拉钢筋临时固定钢筋临时固定钢筋浇筑混凝土并养浇筑混凝土并养护护放松钢筋放松钢筋(不低于规定设计强度的不低于规定设计强度的70%时时)钢筋钢筋回缩回缩混凝土受预压混凝土受预压9.1.3 张拉预应力筋的方法张拉预应力筋的方法? 第一节第一节 概述概述先张法先张法? 第一节第一节 概述概述1）模板法：模板法是利用模板作为锚定预应力筋的承力架，以浇筑混凝土的模板为单元进行机组流水的一种生产方法。2）台座法：用专门设计的台座墩子承受预应力筋的张拉反力，用台座的台面作为构件底模的一

13、种生产方法。对于无法采用曲线形预应力筋的缺点，则可以采用折线形筋的方法来弥补。先张法生产方法? 第一节第一节 概述概述先张法构件预应力的传递先张法构件是通过预先张法构件是通过预应力筋与砼之间的粘应力筋与砼之间的粘结力传递预应力。结力传递预应力。? 第一节第一节 概述概述先张法应用实例图：长线法台座? 第一节第一节 概述概述后张法后张法后张法施工工序预留钢筋孔道浇筑混凝土混凝土养护 穿入钢筋张拉钢筋(不低于规定设计强度的不低于规定设计强度的70%时时) 用锚具锚固钢筋混凝土受预压? 第一节第一节 概述概述后张法后张法构件依靠其两端的锚具传递预应力。后张法构件依靠其两端的锚具传递预应力。? 第一节

14、第一节 概述概述孔道成型方法：孔道成型方法：钢管抽芯法钢管抽芯法；胶管抽芯法胶管抽芯法；预埋管法预埋管法。预埋预埋波纹管的优点：波纹管具有自重轻、刚度好、弯曲波纹管的优点：波纹管具有自重轻、刚度好、弯曲方便、连接方便、摩擦系数小等优点，广泛应用于各种后方便、连接方便、摩擦系数小等优点，广泛应用于各种后张预应力结构。张预应力结构。留孔位置及施工注意事项：灌浆孔应设置于构件的两端留孔位置及施工注意事项：灌浆孔应设置于构件的两端及跨中，间距一般不超过及跨中，间距一般不超过15m。对曲线筋灌浆孔应设置在曲。对曲线筋灌浆孔应设置在曲线筋的最低位置。除非是曲率较小的多跨连续板，曲线筋线筋的最低位置。除非是

15、曲率较小的多跨连续板，曲线筋的顶部均应设置泌水管（兼作排气孔），使水泥浆初凝沉的顶部均应设置泌水管（兼作排气孔），使水泥浆初凝沉缩时，泌水上升到泌水管，保持曲线筋顶部灌浆密实。缩时，泌水上升到泌水管，保持曲线筋顶部灌浆密实。后张法生产方法后张法生产方法? 第一节第一节 概述概述孔道灌浆的目的：孔道灌浆的目的： (a) 使预应力钢材处于水泥浆的弱碱环境之中以防止受侵蚀；使预应力钢材处于水泥浆的弱碱环境之中以防止受侵蚀； (b) 使预应力筋与结构混凝土之间产生粘结力；使预应力筋与结构混凝土之间产生粘结力； (c) 填充孔道的空间以防止积水和冻水；填充孔道的空间以防止积水和冻水；孔道灌浆施工注意事项

16、：孔道灌浆施工注意事项：灌浆是预应力生产工艺中最重要的环节之一。灌浆开灌浆是预应力生产工艺中最重要的环节之一。灌浆开始用低压（大约始用低压（大约3个大气压），然后增加压力直到灰浆个大气压），然后增加压力直到灰浆从其他排浆孔流出为止。从其他排浆孔流出为止。灌浆必须连续进行，直到从排气孔中流出的灰浆没有灌浆必须连续进行，直到从排气孔中流出的灰浆没有气泡并与灌入的灰浆具有同样的稠度为止。气泡并与灌入的灰浆具有同样的稠度为止。? 第一节第一节 概述概述所有排气孔与灌浆孔均应在压力之下封闭，设计灌所有排气孔与灌浆孔均应在压力之下封闭，设计灌浆压力应保持浆压力应保持3060秒。秒。应该注意，灌浆应由下向上

17、灌，以利于排除空气和应该注意，灌浆应由下向上灌，以利于排除空气和防止出现灌空现象。对波形预应力孔道，灰浆应于最防止出现灌空现象。对波形预应力孔道，灰浆应于最低的灌浆口灌入。低的灌浆口灌入。? 第一节第一节 概述概述板内后张法有粘结预应力筋双向布设板内后张法有粘结预应力筋双向布设后张法有粘结预应力筋端模节点安装后张法有粘结预应力筋端模节点安装? 第一节第一节 概述概述后张法有粘结预应力筋板面节点安装后张法有粘结预应力筋板面节点安装? 第一节第一节 概述概述（1）无粘结预应力基本原理和特点）无粘结预应力基本原理和特点 无粘结预应力简介u无粘结预应力混凝土是指预应力钢筋不直接与构件混凝土粘结，也不无

18、粘结预应力混凝土是指预应力钢筋不直接与构件混凝土粘结，也不通过灌浆与混疑土粘结的后张预应力混凝土；通过灌浆与混疑土粘结的后张预应力混凝土；u常采用无粘结预应力筋施工技术常采用无粘结预应力筋施工技术；u在单根高强度低松弛钢绞线的表面涂以具有防锈蚀和润滑作用的建筑在单根高强度低松弛钢绞线的表面涂以具有防锈蚀和润滑作用的建筑油脂，外包塑料套管，形成油脂，外包塑料套管，形成无粘结预应力筋；无粘结预应力筋；u施工时，像普通钢筋一样，无粘结预应力筋直接安放在模板中，然后施工时，像普通钢筋一样，无粘结预应力筋直接安放在模板中，然后浇灌混凝土，待混凝土达到设计强度后，即进行预应力钢筋的张拉和锚固。浇灌混凝土，

19、待混凝土达到设计强度后，即进行预应力钢筋的张拉和锚固。? 第一节第一节 概述概述1 一塑料外包层一塑料外包层 2 一防腐润滑脂一防腐润滑脂 3 一钢绞线一钢绞线? 第一节第一节 概述概述（2）无粘结预应力混凝土特点）无粘结预应力混凝土特点 不需留孔、穿筋和灌浆，可不需留孔、穿筋和灌浆，可简化施工工艺简化施工工艺，且摩擦损耗小；，且摩擦损耗小； 开裂荷载相对较低，裂缝疏而宽，挠度较大开裂荷载相对较低，裂缝疏而宽，挠度较大，需设置非预应力筋改善构，需设置非预应力筋改善构件的受力性能。件的受力性能。 对对锚具质量锚具质量及防腐要求较高。及防腐要求较高。 无粘结预应力混凝土技术综合了先张法及后张法施工

20、工艺的优点，发展无粘结预应力混凝土技术综合了先张法及后张法施工工艺的优点，发展前景广阔。前景广阔。 广泛应用于连续曲线配筋的大跨度楼盖结构：楼板厚度较薄，有利于降广泛应用于连续曲线配筋的大跨度楼盖结构：楼板厚度较薄，有利于降低建筑物层高，减轻结构自重；楼板跨度大，房间布置灵活，有利于改低建筑物层高，减轻结构自重；楼板跨度大，房间布置灵活，有利于改善建筑物的使用功能。善建筑物的使用功能。 ? 第一节第一节 概述概述（3）无粘结预应力混凝土要求一定要有非预应力筋一定要有非预应力筋锚具的可靠性高强钢丝的可靠度? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述板内无粘结预应力筋单束双向布设板内无粘结

21、预应力筋单束双向布设板内无粘结预应力筋并束布设板内无粘结预应力筋并束布设无粘结预应力筋布置可采用双向无粘结预应力筋布置可采用双向均布；一个方向均布、另一个方均布；一个方向均布、另一个方向集中；或双向集中布置向集中；或双向集中布置? 第一节第一节 概述概述无粘结预应力筋板面节点安装无粘结预应力筋板面节点安装无粘结预应力筋的张拉无粘结预应力筋的张拉? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述青岛中银大厦青岛中银大厦58层层无粘结预应力混凝土楼板无粘结预应力混凝土楼板? 第一节第一节 概述概述9.1.4 锚具和夹具锚具和夹具1、什么是锚夹具锚具是预应力混凝土构件锚固预应力筋的装置，其对在构件

22、中建立有效的预应力起着至关重要的作用。先张法中的锚具可以重复使用，也称为夹具。后张法中的锚具不能重复使用，永久留在构件上，称为锚具。2、锚具的要求对锚具的要求是：安全可靠、使用有效、节约钢材及制作简单。? 第一节第一节 概述概述3、常用的锚夹具锚具按其构造形式和锚固原理可分成三种类型：支承式、楔紧式及粘结力锚具图 螺丝端杆锚具（1）支承式锚具支承式锚具又分为两种：螺杆螺帽型和镦头型；A、螺杆螺帽型 在粗钢筋断部用滚压法加工螺纹、或焊接上一根螺丝杆，于张拉后利用螺母对螺杆的支撑作用将预应力筋锚固在钢垫板上? 第一节第一节 概述概述螺杆螺帽型锚具螺杆螺帽型锚具? 第一节第一节 概述概述(a) 张拉

23、端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端图 镦头锚具B、镦头锚 用专门的镦头设备把高强钢丝的端头镦粗成球形，将粗镦头支承在锚板孔端面形成锚固，如下图所示。? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述 夹持钢绞线的弗式锚具（2）楔紧式锚具A、锚塞式锚具 如下图所示为法国的弗莱西奈式钢绞线锚具。工作原理：通过工作原理：通过张拉预应力钢丝张拉预应力钢丝顶压锚塞，顶压锚塞，把钢把钢丝楔紧在锚环与丝楔紧在锚环与锥形塞之间，锥形塞之间，借借助摩擦力传递张助摩擦力传递张拉力，同时利用拉力，同时利用钢丝回缩力带动钢丝回缩力带动锥形塞向锚环内锥形塞向锚环内滑行，使钢丝进滑行，使钢丝进一步楔紧。一步

24、楔紧。? 第一节第一节 概述概述B、夹片式锚具 将预应力筋用夹片楔紧在锥形锚孔中的锚具成为夹片式锚具，适用于单根和多根预应力束。JM12锚具夹持单根钢绞线的简式锚具锚固19根钢绞线的锚具? 第一节第一节 概述概述楔紧式锚具楔紧式锚具? 第一节第一节 概述概述（3）粘结力锚具该种锚具可用于锚固数十根钢丝组成的钢丝束。将钢丝端头弯成弧形，再用高标号的混凝土浇成一个粗头，张拉后在与构件的空隙中加入垫板，如图所示。? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述各型锚具及千斤顶各型锚具及千斤顶? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述一、预应力钢筋一、预应力钢筋1、预应力钢筋的要求：强度

25、高、塑性好、良好加工性能、与、预应力钢筋的要求：强度高、塑性好、良好加工性能、与混凝土之间良好的粘结力、低松弛混凝土之间良好的粘结力、低松弛 预应力钢筋的强度越高越好预应力钢筋的强度越高越好。 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力筋中预先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较高的张拉应力，应力损失后仍具有较高的张拉应力，也必须使用高强钢筋（丝）也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋作预应力筋。 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须为避免在超载

26、情况下发生脆性破断，预应力筋还必须具有一具有一定的塑性定的塑性。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊。同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。接、镦粗的加工要求。 对钢丝类预应力筋，还要求具有对钢丝类预应力筋，还要求具有低松弛性低松弛性和与混凝土良好的和与混凝土良好的粘结性能，通常采用粘结性能，通常采用刻痕刻痕或或压波压波方法来提高与混凝土方法来提高与混凝土粘结强度。粘结强度。9.1.5 预应力混凝土材料预应力混凝土材料? 第一节第一节 概述概述（1）预应力钢丝）预应力钢丝预应力钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。预应力钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几

27、次冷拔后得到。中强钢丝的为中强钢丝的为8001270MPa，高强钢丝的强度为高强钢丝的强度为14701860MPa。钢丝直径为钢丝直径为5mm、7mm和和9mm等规格。等规格。为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用刻痕刻痕或或压波压波，也可制成也可制成螺旋肋螺旋肋。刻痕钢丝螺旋肋钢丝2、预应力钢筋的种类、预应力钢筋的种类? 第一节第一节 概述概述消除应力光面钢丝：消除应力光面钢丝：钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。消除应力钢丝的比例

28、极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高，塑性也有所改善。提高，塑性也有所改善。? 第一节第一节 概述概述（2）钢绞线）钢绞线 钢绞线是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直径为股钢绞线的公称直径为9.515.2 mm，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达，通常用于无粘结预应力筋，强度可高达1860MPa。2股和股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件

29、，以提高与混凝土的粘结强度。如粘结强度。如15-79.5无粘结预应力束一束由一束由15根根7丝（每丝直径丝（每丝直径9.5mm）钢绞线组成的钢筋。）钢绞线组成的钢筋。? 第一节第一节 概述概述（3）预应力螺纹钢筋）预应力螺纹钢筋 采用热轧、轧后余热处理或热处理等工艺制作成的带有不连续采用热轧、轧后余热处理或热处理等工艺制作成的带有不连续无纵肋外螺纹的直条钢筋。无纵肋外螺纹的直条钢筋。以上预应力筋的应力以上预应力筋的应力-应变曲线应变曲线均无明显屈服点，采用残余应均无明显屈服点，采用残余应变为变为0.2%的的条件屈服点条件屈服点作为抗作为抗拉强度设计指标。拉强度设计指标。预应力筋强度取值见书预应

30、力筋强度取值见书295页。页。a0.2%0.2 fu? 第一节第一节 概述概述二、混凝土二、混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土预应力混凝土要求采用高强混凝土1、预应力混凝土的要求：强度高、徐变收缩小、快速早强、预应力混凝土的要求：强度高、徐变收缩小、快速早强可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求；具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性回缩；的弹性回缩；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋

31、的应力传递长度；与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；? 第一节第一节 概述概述有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸；小锚具垫板的尺寸；强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用；度，提高台座、模具、夹具的周转率，降低间接费用；2、相关规范规定：、相关规范规定： 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于预应力混凝土结构的混凝土强

32、度等级不宜低于C40，且，且不应低于不应低于C30。? 第一节第一节 概述概述 1、张拉控制应力con的定义： con：在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设 备（千斤顶油压表）所控制的总张拉Np,con除以 预应力筋面积Ap得到的应力称为张拉控制应力 con。pconpconAN,9.1.6 张拉控制应力张拉控制应力? 第一节第一节 概述概述2、控制应力、控制应力con取值分析：取值分析：它是预应力筋在在构件受荷以前所经受的最大应力。它是预应力筋在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con取值越高，预应力筋对混凝土的取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力

33、筋充分发挥作用。预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。但但con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，以及产生过大应力松弛。以及产生过大应力松弛。如果如果con取值过小，预应力筋中建立起来的应力会取值过小，预应力筋中建立起来的应力会因为各种原因造成的预应力损失而消失，因为各种原因造成的预应力损失而消失， 起不到预期起不到预期的作用。的作用。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。? 第一节第一节 概述概述3、张拉控制应力的取值、张拉控制应力的取值con：注意：注意：1、表中消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值表中消

34、除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的张拉控制应力值 不应小于不应小于0.4 fptk。 2、预应力螺纹钢筋的张拉控制应力值不宜小于、预应力螺纹钢筋的张拉控制应力值不宜小于0.5 fptk。 ? 第一节第一节 概述概述工程应用实例工程应用实例1、柱网最大的预应力工程深圳车港工程桁架柱网：1625m 桁架跨度：45m2、最大预应力钢桁架工程北京西客站? 第一节第一节 概述概述3、层数最多的预应力工程（63层）广州国际大厦? 第一节第一节 概述概述4、高度最高的预应力工程青岛中银大厦 241m高，58层? 第一节第一节 概述概述5、面积最大的单体预应力工程是首都国际机场新航站楼工程8.8万m2/层

35、，总计：35万m2? 第一节第一节 概述概述一、预应力损失的概念一、预应力损失的概念 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制 作方法上原因，预应力筋中应力会从作方法上原因，预应力筋中应力会从concon逐步减少，并经过逐步减少，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预这种应力降低现象称为预应力损失。应力损失。二、预应力损失种类及确定二、预应力损失种类及确定 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： 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝预应力筋张拉后

36、锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为隙的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为l1。 对直线形预应力筋：对直线形预应力筋： （曲线形预应力筋锚固损失见后面摩擦损失部分）（曲线形预应力筋锚固损失见后面摩擦损失部分）9.1.7 预应力损失计算预应力损失计算? 第一节第一节 概述概述slEla1注：注： l 张拉端至锚固端距离张拉端至锚固端距离(mm) 长线台座长线台座 l100m时，时， l1=0； 一般先张法的一般先张法的l1后张法的后张法的l1；后张法后张法:l为构件长度为构件长度先张法先张法: l为台座长度为台座长度? 第一节第一节 概

37、述概述选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，并尽量选择锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，并尽量 少用垫板。少用垫板。增加台座长度增加台座长度? 第一节第一节 概述概述 2. 2.摩擦损失摩擦损失l2：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，张拉钢筋时， 由于预应力筋与周围接触的混凝土或套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。距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。直线预应力筋直线预应力筋曲线预应力筋曲线预应力筋? 第一节第一节 概述概述? 第一节第一节 概述概述N

38、pNp-dF1dxdxNdFp1取取dx=rd ，Np= pApNpNp-dF2 pdd/2d/2dxdNdxppdNpdxdFp2? 第一节第一节 概述概述 ppdAdFdArpp)(drdpp)()(lnlnconrp21dFdF )(conkrpe? 第一节第一节 概述概述为张拉端与计算截面曲为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（线部分的切线夹角（rad）设该夹角很小，可近似取设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离张拉端到计算截面的距离 x = r ，则摩擦损失为：，则摩擦损失为：plcon2)(con11xe2 . 0)(x若若)(con2xl? 第一节第一节 概述概述? 第一节

39、第一节 概述概述对于较长的构件可在对于较长的构件可在两端进行张拉两端进行张拉，则计算中孔道长度可按构件的，则计算中孔道长度可按构件的 一半长度计算。但此措施将引起一半长度计算。但此措施将引起l1的增加，应用时须加注意。的增加，应用时须加注意。采用采用超张拉超张拉工艺工艺张拉程序为：张拉程序为：1.1 con 0.85 con con停停2min停停2min一端张拉一端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉（张拉（张拉端）端）? 第一节第一节 概述概述 曲线预应力筋的锚固损失曲线预应力筋的锚固损失l1： 对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩筋内

40、缩a(mm)，使预应力筋有回缩的趋势，从而产生，使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反向摩擦力只在一定的影响长度响长度lf(m)内发生，内发生，即在距张拉端即在距张拉端lf处，预应力筋的处，预应力筋的内缩值为零。内缩值为零。? 第一节第一节 概述概述设反向摩擦和正向摩擦设反向摩擦和正向摩擦相同，因摩擦损失是取相同，因摩擦损失是取的平均值，所以摩擦应的平均值，所以摩擦应力损失的最大处为：力损失的最大处为：DD=2 l2)(con2xlxrc)(con内缩值内缩值fpfcconfpllElrlEa)(2? 第一节第一节 概述概述)1

41、)(2)1 (con1fcffllxrllxD(m) )(1000concpfraEl曲线预应力筋的锚固损失曲线预应力筋的锚固损失l1：? 第一节第一节 概述概述3.3.蒸汽养护时温差引起的损失蒸汽养护时温差引起的损失l3： 为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。凝土的凝结硬化。 升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热自由膨胀，但升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热自由膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预

42、应力损失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l l3 3。 ? 第一节第一节 概述概述 10153tEslDttDD210210155设养护升温后，预应力筋与台座的温差为设养护升温后，预应力筋与台座的温差为t ，取钢筋的温度膨胀系数为取钢筋的温度膨胀系数为110-5/，则有，则有，采用钢模板一同养护，防止钢筋与模具之间出现相对采用钢模板一同养护，防止钢筋与模具之间出现相对 变形。变形。采用二次养护的方法。先在常温下将浇筑好的混凝土采用二次养护的方法。先在常温下将浇筑好的混凝土 养护到一定强度，待钢筋混凝土产生粘结作用后再进养护到一定强度，待钢筋混凝土产生粘结作用后再进 行升温养

43、护。行升温养护。注：短线钢模先张法构件注：短线钢模先张法构件 自然养护先张法构件自然养护先张法构件 后张法构件后张法构件l3=0? 第一节第一节 概述概述4.4.钢筋松弛损失钢筋松弛损失l4：钢筋在高应力长期作用下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。具有随时间增长产生塑性变形的性质。在在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象这种现象称为松弛。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。根据应称为松弛。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，力松弛的长期试验结果，规范规范取取普通

44、松弛普通松弛预应力钢丝和钢绞线：预应力钢丝和钢绞线：conptkconlf)5 . 0(4 . 04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。? 第一节第一节 概述概述低松弛低松弛预应力钢丝和钢绞线：预应力钢丝和钢绞线：当当 con0.7fptk时，时，conptkconlf)5 . 0(125. 04当当0.7fptk 3md3m时，时， l6=0l6=0? 第一节第一节 概述概述9.1.8 9.1.8 预应力损失的组合预应力损失的组合 预应力损失可根据构件处于不同的工作阶段而划分为两批：预应力损失可根据构件处于不同的工作阶段而划分为两

45、批： 混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失 lI； 混凝土预压后完成的损失混凝土预压后完成的损失 lII。 根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。? 第一节第一节 概述概述注：、先张法构件由于钢筋应力松弛引起的损失注：、先张法构件由于钢筋应力松弛引起的损失l4l4在第在第一批和第二批损失中所占的比例，如需区分，可根据实际情一批和第二批损失中所占的比例，如需区分，可根据实际情况确定；况确定；、先张法构件当采用折线形预应力钢筋时，由于转向、先张法构件当采用折线形预应力钢筋时，由于转向装置处的摩擦，故在混凝土预压前（第一批）的损失

46、中计入装置处的摩擦，故在混凝土预压前（第一批）的损失中计入l2l2，其值按实际情况确定。，其值按实际情况确定。? 第一节第一节 概述概述考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，值过小时，产生不利影响，规范规范规定当总损失规定当总损失值值 l = lI + lII小于下列数值时，按下列数值取用，小于下列数值时，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? 第一节第一节 概述概述9.1.9 先张法构件预应力筋的传递长度先张法构件预应力筋的传递长度图图9-13 9-13 预应力的传递预应力的传

47、递(a)(a)放松预应力筋时预应力钢筋的回缩；放松预应力筋时预应力钢筋的回缩；(b)(b)预应力筋表面的粘预应力筋表面的粘结应力结应力及截面及截面A-AA-A的应力分布；的应力分布；(c)(c)粘结应力、预应力筋拉应力及混凝土预压应力沿构件长度之粘结应力、预应力筋拉应力及混凝土预压应力沿构件长度之分布分布petrtkldf? 第一节第一节 概述概述9.1.10 后张法构件端部锚固区的局部受压承载力计算后张法构件端部锚固区的局部受压承载力计算图图9-14 9-14 构件端部混凝土局部受压时的内力分布构件端部混凝土局部受压时的内力分布lnclclAfF35. 11 1 构件局部受压区截面尺寸构件局

48、部受压区截面尺寸 应符合下式要求：应符合下式要求：=bllAA锚固锚固区区? 第一节第一节 概述概述图图9-15 9-15 局部受压的计算底面积局部受压的计算底面积AbAb 局部受压的计算底面积，可根据局局部受压的计算底面积，可根据局部受压面积与计算底面积按部受压面积与计算底面积按同心、对称同心、对称的原则确定，对常用情况可按图的原则确定，对常用情况可按图9-159-15取取用用图图9-16 9-16 有垫板时预应力传有垫板时预应力传至混凝土的受压面积至混凝土的受压面积 混凝土的局部受压面积；当有垫混凝土的局部受压面积；当有垫板时可考虑预压力沿垫板的刚性扩散板时可考虑预压力沿垫板的刚性扩散角角

49、4545扩散扩散后传至混凝土的受压面积，后传至混凝土的受压面积，见图见图9-169-16。=bllAA? 第一节第一节 概述概述 在锚固区段配置间接钢筋在锚固区段配置间接钢筋( (焊接钢筋网或螺旋式钢筋焊接钢筋网或螺旋式钢筋) )可以有效地可以有效地提高锚固区段的局部受压强度，防止局部受压破坏。当配置方格网式提高锚固区段的局部受压强度，防止局部受压破坏。当配置方格网式或螺旋式间接钢筋，且其核心面积或螺旋式间接钢筋，且其核心面积A AcorcorAAl l时，见图时，见图9-179-17，局部受压，局部受压承载力应按下列公式计算承载力应按下列公式计算ln0.9(2)lclcvcoryvFffA

50、lcorcorAA/ 当当A Acorcor大于大于A Ab b时，取时，取A Acorcor=A=Ab b；当；当A Acorcor不大于混凝土局部受压面积不大于混凝土局部受压面积A Al l的的1.251.25倍时，倍时，corcor=1.0=1.0间接钢筋对混凝土约束的折减系数，当混凝土强度等级不超过间接钢筋对混凝土约束的折减系数，当混凝土强度等级不超过C50C50时，时，取取1.01.0；当混凝土强度等级为；当混凝土强度等级为C80C80时，取时，取0.850.85；当混凝土强度等级；当混凝土强度等级为为C50C50与与C80C80之间时，按线性内插法确定；之间时，按线性内插法确定；A

51、 Acorcor配置方格网或螺旋式间接钢筋内表面范围内的混凝土核心截面面积配置方格网或螺旋式间接钢筋内表面范围内的混凝土核心截面面积( (不扣除孔道面积不扣除孔道面积) )，应大于混凝土局部受压面积，应大于混凝土局部受压面积A AR R，其重心应与，其重心应与A Al l的重心重的重心重合，计算中按同心对称的原则取值合，计算中按同心对称的原则取值2 局部受压承载力计算局部受压承载力计算? 第一节第一节 概述概述图图9-17 9-17 局部受压区的间接钢筋局部受压区的间接钢筋(a)(a)方格网式配筋；方格网式配筋；(b)(b)螺旋式配筋螺旋式配筋vv间接钢筋的体间接钢筋的体积配筋率积配筋率( (

52、核心面积核心面积AcorAcor范围内的单位混凝范围内的单位混凝土体积所含间接钢筋的土体积所含间接钢筋的体积体积) )，且要求，且要求v0.5%v0.5%。sAlAnlAncorssv222111当为螺旋式配筋时当为螺旋式配筋时( (图图9-17b)9-17b)sdAcorsvv14? 第一节第一节 概述概述9.2 9.2 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一、先张法构件一、先张法构件1、施工阶段、施工阶段9.2.1轴心受拉构件各阶段的应力分析轴心受拉构件各阶段的应力分析AcAsAp在台座上张拉在台座上张拉Ap ，绑，绑As，支模，支模p=conc=0s=0Ap：Ac

53、：As：? 第一节第一节 概述概述plIconpIAN)(预应力钢筋总合力预应力钢筋总合力Ap 张拉完毕，锚固于台座，并完成第一批预应力损失张拉完毕，锚固于台座，并完成第一批预应力损失lI；p=con-lIc=0s=0Ap：Ac：As：当时，放松当时，放松Ap的瞬间的瞬间(混凝土受到预压，但混凝土受到预压，但尚未尚未产生第二批预应力损失产生第二批预应力损失)；ccff70. 0Acp=pcI(待求待求)pcI第一批预应力损失产生以后，混凝土第一批预应力损失产生以后，混凝土所获得的预压应力。所获得的预压应力。? 第一节第一节 概述概述cppcIElconpeIEE，pp其中IppeIsseIcp

54、cIAAA由平衡条件由平衡条件0)(ANAAAApIpEsEcplIconpcIpsAs由于由于s s= =c c（变形协调）（变形协调）csspcIEseIEE，s其中seI第一批预应力损失产生后，非预应力钢筋获得的预第一批预应力损失产生后，非预应力钢筋获得的预压应力。压应力。Ap由于由于p p= =c c（变形协调）（变形协调）peI第一批预应力损失产生后，预应力钢筋的预拉应力。第一批预应力损失产生后，预应力钢筋的预拉应力。pIN扣除第一批预应力损失产生后，预应力钢筋的总预拉力。扣除第一批预应力损失产生后，预应力钢筋的总预拉力。? 第一节第一节 概述概述混凝土获得预压应力后，进一步收缩、徐

55、变，于是完成混凝土获得预压应力后，进一步收缩、徐变，于是完成第二批预应力损失第二批预应力损失l ；Ac：As：Ap：pcIIpcIpcIIEssl l5 5pcIIElconpcIIpcIElIIpcIElIconpeIIppp)(待求ppeIIsseIIcpcIIAAA由平衡条件由平衡条件0)(ANAAAAppEsEcplconpcpssAl5l5sAl5l5peII施工阶段结束时，预应力钢筋中的拉应力。施工阶段结束时，预应力钢筋中的拉应力。pc预应力混凝土中的有效预压应力。预应力混凝土中的有效预压应力。)(大)(小? 第一节第一节 概述概述2、使用阶段、使用阶段加载至混凝土应力为零（消压状

56、态）加载至混凝土应力为零（消压状态）pc=0消压状态消压状态Np0Np0Ac：As：Ap：0pcIIpcIIEs0pelconpcIIEpeIIpeIIP由平衡条件：由平衡条件： 消压轴力消压轴力00)(ANANpcpIIplconpl l5 5l l5 5sAl5l5sAl5l5? 第一节第一节 概述概述tkf pcpc开裂轴力开裂轴力NcrNcr开裂轴力开裂轴力000)(AfNAfNtktkpcIIcr构件即将出现裂缝时构件即将出现裂缝时Ac：As：Ap：tkf0tkElconlconpefp)(0由平衡条件：由平衡条件：思考：思考：为什么预应力混凝土轴拉构件的抗裂度高于普通钢筋混凝土构件

57、为什么预应力混凝土轴拉构件的抗裂度高于普通钢筋混凝土构件？tkEfsl l5 5l l5 5（拉）（拉）（压）（压）? 第一节第一节 概述概述pypf 极限轴力极限轴力NuNusyppyuAfAfN 混凝土开裂已退出工作，当钢筋的应力达到其抗拉极限强度时，构件达到极混凝土开裂已退出工作，当钢筋的应力达到其抗拉极限强度时，构件达到极限轴力。限轴力。构件破坏时构件破坏时Ac：As：Ap：0cysfpypf由平衡条件：由平衡条件：结论：结论：预应力混凝土和普通混凝土构件均以钢筋的屈服作为构件破坏的标志，预应力混凝土和普通混凝土构件均以钢筋的屈服作为构件破坏的标志，因此因此预应力构件的承载力并不能被提

58、高，被提高的只是抗裂度和刚度。预应力构件的承载力并不能被提高，被提高的只是抗裂度和刚度。配了多少钢筋，就会多大的承载力，施加配了多少钢筋，就会多大的承载力，施加预应力不会使轴拉构件承载力有变化。预应力不会使轴拉构件承载力有变化。? 第一节第一节 概述概述张拉张拉Ap，锚固，锚固Ap瞬间，瞬间，完成第一批预应力损失完成第一批预应力损失lI；二、后张法构件二、后张法构件1、施工阶段、施工阶段Ap：Ac：As：lIconppcIc（待求）（待求）pcIEss由平衡条件：由平衡条件：npIsEcplconpcANAAAs? 第一节第一节 概述概述npIIsEcplconpcANAAAs混凝土受到预压后

59、，混凝土受到预压后，完成第二批预应力损失完成第二批预应力损失l；Ac：As：Ap：pcIIEsslconlIIlIconpeII由平衡条件：由平衡条件：pcIIpcI)(待求)(大)(小l l5 5sAl5l5sAl5l5? 第一节第一节 概述概述pc=0消压状态消压状态Np0Np 000ANpcp2、使用阶段、使用阶段加载至混凝土应力为零（消压状态）加载至混凝土应力为零（消压状态）Ac：As：Ap：0pcII0pepcIIElconpcIIEpeIIpeIIpP由平衡条件：由平衡条件：消压轴力消压轴力pcIIEsl l5 5l l5 5? 第一节第一节 概述概述构件即将出现裂缝时构件即将出现

60、裂缝时tkf pcpc开裂轴力开裂轴力NcrNcr开裂轴力开裂轴力000)(AfNAfNtktkpcIIcrAc：As：Ap：tkf0tkEpcIIElconpcIIElconpefppP)()(0由平衡条件：由平衡条件：tkEfsl l5 5l l5 5（拉）（拉）（压）（压）? 第一节第一节 概述概述构件破坏时构件破坏时pypf 极限轴力极限轴力NuNusyppyuAfAfN 混凝土开裂已退出工作，当钢筋的应力达到其抗拉极限强度时，构件达到极混凝土开裂已退出工作，当钢筋的应力达到其抗拉极限强度时，构件达到极限轴力。限轴力。Ac：As：Ap：0cysfpypf由平衡条件：由平衡条件：? 第一