ch10预应力钢筋混凝土构件

1、钢筋混凝土结构及钢筋混凝土结构及砌体结构砌体结构第十章第十章 预应力钢筋混凝土构件预应力钢筋混凝土构件刘汾涛刘汾涛 主讲主讲广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 土木工程系土木工程系 力学教研室力学教研室u预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念u施加预应力的方法施加预应力的方法u开裂前预应力混凝土截面的基本分析开裂前预应力混凝土截面的基本分析u预应力混凝土材料和锚夹具预应力混凝土材料和锚夹具u张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失u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u预应力混凝土受弯构件的应力分析预应力混凝土受弯构件的应力分析u预应力混凝土

2、结构构件计算预应力混凝土结构构件计算u预应力混凝土构件施工阶段验算预应力混凝土构件施工阶段验算u预应力混凝土局部承压验算预应力混凝土局部承压验算u预应力混凝土构件的基本构造要求预应力混凝土构件的基本构造要求qk=10kN/mL0示例示例: 跨度跨度5.2m的简支梁，截面尺寸的简支梁，截面尺寸200450mm2，作用均布活荷载标准值作用均布活荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载标，均布恒荷载标准值准值gk=5kN/m。10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 原跨度原跨度2倍跨度倍跨度4倍跨度倍跨度 高强钢筋高强钢筋 L0 /m 5.2m1

3、0.4m 20.8m 5.2m bh /mm2200 450400 900800 1900200 450gk /kN/m520805M /kN.m67.6513.965948.867.6fy /MPa300300300580As /mm2603210612650308Mk /kN.m50.7405.64867.250.7f = L0/300 /mm16.4=L0/316 38.1=L0/27388.8=L0/234 32.2=L0/161.5s ssk /MPa232264453wmax=0.3 /mm0.250.400.7510.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念 上述问题原因是因为砼

4、抗拉强度太低，导致受拉区上述问题原因是因为砼抗拉强度太低，导致受拉区砼过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。如为增加刚砼过早开裂，截面抗弯刚度显著降低。如为增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成度而加大截面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环恶性循环; 如增加钢筋来提高刚度，则钢材强度得不如增加钢筋来提高刚度，则钢材强度得不到充分利用，造成浪费。到充分利用，造成浪费。 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度截面抗弯刚度基本与配筋面积成比例降低，故挠度变形控制难以满足。变形控制难以满足。 裂缝

5、宽度与钢筋应力基本成正比，如采用裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，如采用VI级高强级高强钢筋，裂缝宽度已远远超过容许限值。钢筋，裂缝宽度已远远超过容许限值。10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念n 预应力基本原理预应力基本原理在构件使用前，通过预加外力，使受拉区预先产生在构件使用前，通过预加外力，使受拉区预先产生压应力，以抵消或减小外荷载产生的拉应力，这样压应力，以抵消或减小外荷载产生的拉应力，这样可利用砼的抗压强度来弥补砼抗拉强度不足的缺陷，可利用砼的抗压强度来弥补砼抗拉强度不足的缺陷，达到防止受拉区砼过早开裂的要求，从而提高截面达到防止受拉区砼过早开裂的要求，从而提高截面抗弯刚度和减小

6、裂缝宽度，甚至可以做到在使用荷抗弯刚度和减小裂缝宽度，甚至可以做到在使用荷载下不出现裂缝。载下不出现裂缝。10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念n梁底预先产生压应力梁底预先产生压应力n荷载作用下梁底拉应力荷载作用下梁底拉应力n叠加后梁底应力叠加后梁底应力2hIeNANppppcs2hIMcs)2(2hIeNANhIMppppccbsss 预应力砼的基本概念预应力砼的基本概念 全预应力砼全预应力砼：预加应力：预加应力s spc较大，受拉边缘仍处于较大，受拉边缘仍处于受压状态，不会出现开裂；受压状态，不会出现开裂； 有限预应力砼有限预应力砼：受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力：受拉边缘应力虽然

7、受拉，但拉应力小于砼的抗拉强度，一般不会出现开裂；小于砼的抗拉强度，一般不会出现开裂； 部分预应力砼部分预应力砼：受拉边缘应力超过砼抗拉强度，虽：受拉边缘应力超过砼抗拉强度，虽会产生裂缝，但比钢筋砼构件（会产生裂缝，但比钢筋砼构件（Np =0）开裂明显推）开裂明显推迟，裂缝宽度也显著减小。迟，裂缝宽度也显著减小。cpc0sscpctk0fsscpctkfss10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念n 预应力概念的应用预应力概念的应用图图10-1 生活中预应力概念的应用生活中预应力概念的应用10.1 预应力混凝土的概念预应力混凝土的概念1. 改

8、善结构的使用性能改善结构的使用性能延缓裂缝的出现及减小挠度，可建造大跨度结构延缓裂缝的出现及减小挠度，可建造大跨度结构2. 受剪承载力提高受剪承载力提高3. 卸载后的结构变形或裂缝得到恢复卸载后的结构变形或裂缝得到恢复4. 提高构件的疲劳承载力提高构件的疲劳承载力预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加疲劳强度。预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增加疲劳强度。5. 使高强钢材和混凝土得到应用使高强钢材和混凝土得到应用10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法 n 先张法：先张拉钢筋，后浇筑砼先张法：先张拉钢筋，后浇筑砼工序工序:1. 在台座上张拉钢筋至预定控制应力后作临时固定在台座上张拉钢筋至预定控制应

9、力后作临时固定2. 支模绑扎非预应力钢筋支模绑扎非预应力钢筋, 浇筑砼浇筑砼3. 砼达到预定强度后放松钢筋砼达到预定强度后放松钢筋, 钢筋回缩挤压砼钢筋回缩挤压砼, 产产生预压应力生预压应力10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法 后张后张法法 (Pretension)先浇筑砼构件先浇筑砼构件, 然后在砼达到规定强度后张拉钢筋然后在砼达到规定强度后张拉钢筋工序工序:1. 浇筑砼构件并在构件中预留孔道浇筑砼构件并在构件中预留孔道2. 砼达预定强度后将预应力筋穿入预留孔道砼达预定强度后将预应力筋穿入预留孔道,安装固安装固定端锚具并张拉钢筋至预定控制应力后用锚具锚固定端锚具并张拉钢筋至预定控制应力

10、后用锚具锚固3. 用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道, 使预应力使预应力钢筋和孔道壁钢筋和孔道壁产生粘结力产生粘结力10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法 后张后张无粘结预应力无粘结预应力: 新技术新技术n 工序工序:n1. 预先铺设表面涂有专用油脂并用塑料包裹后制预先铺设表面涂有专用油脂并用塑料包裹后制成的无粘结预应力筋成的无粘结预应力筋n2. 浇筑混凝土浇筑混凝土n3. 砼达到预定强度后再行张拉砼达到预定强度后再行张拉 优缺点优缺点1. 无须预留孔道和灌浆无须预留孔道和灌浆2. 预应力钢筋可多跨曲线布置，施工方便预应力钢筋可多跨曲线布置，施工方便3. 预应

11、力钢筋强度不能充分发挥预应力钢筋强度不能充分发挥, 锚具要求高锚具要求高 技术要求技术要求1. 一定要有非预应力筋一定要有非预应力筋2. 锚具的可靠性锚具的可靠性3. 高强钢丝的可靠度高强钢丝的可靠度10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法n 先张法先张法n1. 工艺简单，但需要台工艺简单，但需要台座座(或钢模或钢模)设施设施n2. 适用于预制构件厂批适用于预制构件厂批量生产、方便运输的中小量生产、方便运输的中小型构件；型构件；n3. 适用于直线预应力钢适用于直线预应力钢筋筋4. 通过预应力筋与砼间通过预应力筋与砼间粘结作用施加预应力粘结作用施加预应

12、力图图10-2 先张法中粘结力传递预压力先张法中粘结力传递预压力n 后张法后张法n1. 工艺复杂，需要对构件安装永久性工作锚具，工艺复杂，需要对构件安装永久性工作锚具，但不需要台座；但不需要台座；n2. 适用于现场成形或现适用于现场成形或现n场分阶段张拉的大型构场分阶段张拉的大型构n件；件；n3. 适用于直线预应力钢适用于直线预应力钢n筋及曲线预应力钢筋；筋及曲线预应力钢筋；n4. 通过锚具施加预应力。通过锚具施加预应力。spcsp锚具下混凝土局部承压问题10.2 施加预应力的方法施加预应力的方法图图10-3 后张法中锚具传递预压力后张法中锚具传递预压力预压力产生的应力预压力产生的应力弯矩产生

13、的应力：弯矩产生的应力：叠加后应力：叠加后应力：ppppcNN eyAIspp pcpc()NN eMyyIAIsss10.3 开裂前预应力混凝土截面的开裂前预应力混凝土截面的基本分析基本分析图图10-4 开裂前截面应力开裂前截面应力（a）截面）截面 （b）预压应力）预压应力 （c）弯矩产生应力）弯矩产生应力 （d）叠加后应力）叠加后应力cMyIs受荷以前受荷以前受荷以后受荷以后MaCaNpCMNMap10.3 开裂前预应力混凝土截面的开裂前预应力混凝土截面的基本分析基本分析10.3 开裂前预应力混凝土截面的开裂前预应力混凝土截面的基本分析基本分析 预应力砼受弯构件是预应力砼受弯构件是依靠内力

14、臂的变化依靠内力臂的变化来抵抗外弯来抵抗外弯矩作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉矩作用，在受力过程中预应力筋一直承受较大的拉力力Np，而截面砼则一直主要承受压力，而截面砼则一直主要承受压力C。 钢筋砼受弯构件开裂后，钢筋砼受弯构件开裂后，内力臂基本保持不变内力臂基本保持不变，而，而钢筋拉力钢筋拉力T和压区砼压力和压区砼压力C随弯矩增长不断增大。随弯矩增长不断增大。 预应力砼的这种受力特点，充分利用了预应力砼的这种受力特点，充分利用了钢筋抗拉强钢筋抗拉强度和砼抗压强度高特性度和砼抗压强度高特性，可以使得高强度材料强度，可以使得高强度材料强度高的性能得以发挥。高的性能得以发挥。均布荷载均布

15、荷载gk下弯矩下弯矩:偏心矩偏心矩: , 取取则则:代入预应力砼截面应力公式代入预应力砼截面应力公式:表明表明: 采用合适曲线预应力筋采用合适曲线预应力筋,可使均布荷载作用下可使均布荷载作用下梁各截面均处轴心受压状态梁各截面均处轴心受压状态, 预应力筋仅受拉力预应力筋仅受拉力Np.2gk1()2Mglxx220)(4lxlxeepgpp pp()MNN eNyyIAIAs222kp ppkg2p()114()82g llxxN eNg lxxMNl 10.3 开裂前预应力混凝土截面的开裂前预应力混凝土截面的基本分析基本分析2k0p18g leN由微单元的径向平衡得由微单元的径向平衡得: wdx

16、 = Npd w = Npd /dx = Np 曲线微单元曲率半径曲线微单元曲率半径对偏心矩方程求导：对偏心矩方程求导： =d2ep/dx2 =8e0/l2因此：因此：w =Np =8Npe0/l2 =gk当当w=gk时，曲线预应力筋对砼产生横向分布压力恰时，曲线预应力筋对砼产生横向分布压力恰好抵消梁均布恒荷载好抵消梁均布恒荷载gk。按这种方法设计的预应力砼结构称为按这种方法设计的预应力砼结构称为平衡荷载法平衡荷载法。NpNpwdd/2d/2dx10.3 开裂前预应力混凝土截面的开裂前预应力混凝土截面的基本分析基本分析10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具 强度越高越好

17、：会有一部分应力损失强度越高越好：会有一部分应力损失 与混凝土间有足够的粘结强度：与混凝土间有足够的粘结强度： 通常采用通常采用“刻痕刻痕”或或“压波压波”方法方法 良好的加工性能：良好的加工性能： 良好的焊接性、冷镦性及热镦性能良好的焊接性、冷镦性及热镦性能具有一定的塑性：要求拉断前有一定的伸长率具有一定的塑性：要求拉断前有一定的伸长率 常用预应力钢筋常用预应力钢筋1. 冷拉低合金钢筋冷拉低合金钢筋 原原级级(抗拉强度标准值为抗拉强度标准值为540MPa)热轧钢筋经冷热轧钢筋经冷拉后作为预应力筋，抗拉强度标准值可达拉后作为预应力筋，抗拉强度标准值可达700MPa。 为解决粗直径钢筋连接问题，

18、钢筋表面轧制成不为解决粗直径钢筋连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，带纵向肋的精制螺纹，可用套筒直接连接。可用套筒直接连接。 随着近年来高强钢丝随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产和钢绞线的大量生产, 这种预应力筋的应用已很少这种预应力筋的应用已很少.10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具2. 中高强钢丝中高强钢丝 中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。拔后得到。 钢丝强度钢丝强度中强中强: 8001200MPa高强高强: 14701860MPa 钢丝直径为钢丝直径为39mm。 为增加与砼粘结强度，为增加

19、与砼粘结强度，钢丝表面可采用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。10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具消除应力钢丝消除应力钢丝n 钢丝经冷拔后，存在有较大的内应力，一般都钢丝经冷拔后，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。需要采用低温回火处理来消除内应力。n 消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹消除应力钢丝的比例极限、条件屈服强度和弹性模量均比消除应力前有所提高性模量均比消除应力前有所提高; 塑性也有所改善。塑性也有所改善。3. 钢绞线钢绞线 钢绞线

20、是用钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种高股高强钢丝扭结而成的一种高强预应力筋，其中以强预应力筋，其中以7股钢绞线股钢绞线应用最多。应用最多。 7股钢绞线公称直径股钢绞线公称直径9.5 15.2 mm,常用于无粘结预应常用于无粘结预应力筋力筋,强度高达强度高达1860MPa。 2、3股钢股钢 绞线用途不广绞线用途不广, 仅用于仅用于某些先张法某些先张法 构件构件, 以提高与砼的粘以提高与砼的粘结强度结强度.10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具4. 热处理钢筋热处理钢筋用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强用热轧中碳低合金钢经过调质热处理后制成的高强 度钢

21、筋，直径为度钢筋，直径为610mm，抗拉，抗拉 强度为强度为1470MPa。 除除冷拉低合金筋冷拉低合金筋外外, 其余预应力其余预应力 筋的应力筋的应力-应变曲线均无明显屈应变曲线均无明显屈 服点服点, 采用残余应变为采用残余应变为0.2%条件条件 屈服点屈服点作为抗拉强度设计指标作为抗拉强度设计指标.10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具a0.2%s0.2 fu10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具5. 无粘结预应力束无粘结预应力束 由由j12和和j15钢绞线或钢绞线或7 s5和和7 s4钢丝束、油脂钢丝束、油脂涂料层和护套包裹层组成。涂料层和

22、护套包裹层组成。 油脂涂料使预应力筋与其周围砼隔离，减少摩擦油脂涂料使预应力筋与其周围砼隔离，减少摩擦损失，防止预应力筋锈蚀。损失，防止预应力筋锈蚀。 包裹层作用包裹层作用:保护保护油脂涂料及隔离预应力筋和砼油脂涂料及隔离预应力筋和砼 目前多采用低密度聚乙烯与油脂涂料一同在预应目前多采用低密度聚乙烯与油脂涂料一同在预应力筋上挤出形成力筋上挤出形成无粘结预应力无粘结预应力筋的生产工艺。筋的生产工艺。10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具种种 类类符符 号号fptk fpy fpy 钢绞线钢绞线1 3s1860132039017201220157011101 7186013

23、2039017201220消除应消除应力钢丝力钢丝光面螺旋肋光面螺旋肋PH177012504101670118015701110刻痕刻痕处理钢筋热处理钢筋40Si2MnHT1470104040048Si2Mn45Si2Cr 表表10-1 预应力钢筋强度标准值和设计值（预应力钢筋强度标准值和设计值（N/mm2）10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具 对混凝土的基本要求对混凝土的基本要求1. 高强度：高强度：可施加较大预压应力，并可减小截面尺寸。可施加较大预压应力，并可减小截面尺寸。2. 收缩、徐变小：收缩、徐变小：有利于减少徐变引起的预应力损失；

24、有利于减少徐变引起的预应力损失；3. 快硬、早强。快硬、早强。强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工强度早期发展较快，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。速度，提高台座、模具、夹具的周转率。10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具 常用混凝土型号常用混凝土型号1. 一般预应力混凝土构件一般预应力混凝土构件 混凝土强度等级不低于混凝土强度等级不低于C302. 采用预应力钢绞线、高强钢丝和热处理钢筋采用预应力钢绞线、高强钢丝和热处理钢筋 混凝土强度等级不低于混凝土强度等级不低于C403. 先张法构件混凝土强度可比后张法高些先张法构件混凝土强度可

25、比后张法高些 先张法比后张法的预应力损失大先张法比后张法的预应力损失大10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具 锚具和夹具的区别锚具和夹具的区别 夹具夹具: 先张法中可取下重复使用的工具先张法中可取下重复使用的工具, 代号代号J 锚具锚具: 后张法中长期固定在构件上锚固预应力筋后张法中长期固定在构件上锚固预应力筋,代号代号M 锚、夹具的一般要求锚、夹具的一般要求: 具足够的强度和刚度具足够的强度和刚度 滑移小，构造简单、节约钢材滑移小，构造简单、节约钢材 10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 常用锚具类型：支承式、锥塞式、夹片式常用锚具类型：支

26、承式、锥塞式、夹片式n 螺旋端杆锚具螺旋端杆锚具n主要用于预应力钢筋张拉端主要用于预应力钢筋张拉端图图10-5 螺丝端杆锚具螺丝端杆锚具 10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 镦头锚具：用于锚固钢丝束镦头锚具：用于锚固钢丝束n张拉端采用锚杯，固定端采用锚板张拉端采用锚杯，固定端采用锚板图图10-6 镦头锚具镦头锚具(a) 张拉端张拉端 (b) 分散式固定端分散式固定端 (c) 集中式固定端集中式固定端10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 锥塞式锚具：用于锚固钢丝束或钢绞线束锥塞式锚具：用于锚固钢丝束或钢绞线束n锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞

27、两部分组成锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成 图图10-7 锥塞式锚具锥塞式锚具10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具 夹片式锚具：采用锲形夹片将预应力钢筋束或钢夹片式锚具：采用锲形夹片将预应力钢筋束或钢绞线锲紧锚固于锚环中绞线锲紧锚固于锚环中图图10-8 夹片式锚具夹片式锚具（a）JM12型锚具（型锚具（b）XM型与型与QM型锚具夹片型锚具夹片10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具常用：常用：JM12型、型、QM型和型和XM型锚具型锚具图图10-8 夹片式锚具夹片式锚具（c） QM型单孔锚具型单孔锚具 （d）QM型多孔锚具型多孔锚具10.4

28、 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 常用先张法夹具类型：常用先张法夹具类型：n 锥形、锲形夹具锥形、锲形夹具:用于锚固单、双根冷轧带肋钢筋用于锚固单、双根冷轧带肋钢筋图图10-9 锥形夹具和锲形夹具锥形夹具和锲形夹具1 套筒套筒 2 锥销锥销 3 预应力筋预应力筋 4 锚板锚板 5 锲块锲块 10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 钢模张拉用梳子板夹具钢模张拉用梳子板夹具图图10-10 钢模张拉用梳子板夹具钢模张拉用梳子板夹具1 梳子板梳子板 2 钢模横梁钢模横梁 3 钢丝钢丝 4 镦

29、头镦头 5 千斤顶张拉时爪钩孔及支撑位置示意千斤顶张拉时爪钩孔及支撑位置示意6 固定用螺帽固定用螺帽 10.4 预应力混凝土的材料预应力混凝土的材料及锚夹具及锚夹具n 工具式锚杆工具式锚杆: 用于与粗钢筋连接后固定于支承架用于与粗钢筋连接后固定于支承架上上, 与粗钢筋连接可用焊接或套筒式连接器连接与粗钢筋连接可用焊接或套筒式连接器连接图图10-11 工具式锚杆工具式锚杆1 预应力筋预应力筋 2 焊接接头焊接接头 3 台座固定传力架台座固定传力架 4 工具式螺杆工具式螺杆 5 千斤顶千斤顶 6 螺帽螺帽 7 活动钢横梁活动钢横梁 10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失n 张拉

30、控制应力的概念张拉控制应力的概念n1. 张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备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）所控制的总张拉力（千斤顶油压表）所控制的总张拉力Np,con除以预应除以预应力筋面积力筋面积Ap得到的应力为张拉控制应力得到的应力为张拉控制应力s scon。2. 是预应力筋在构件受荷前所经受的最大应力。是预应力筋在构件受荷前所经受的最大应力。3. 张拉控制应力张拉控制应力s scon取值越高，预应力筋对砼的预取值越高，预应力筋对砼的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。n 张拉控制应力限值张拉控制应力限值: s s

31、con取值过高取值过高,可能会在张拉时可能会在张拉时引起断筋事故引起断筋事故,产生过大应力松弛产生过大应力松弛. 10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失钢 筋 种 类张 拉 方 法先 张 法后 张 法预应力钢丝、钢绞线0.75 fptk0.75 fptk热处理钢筋0.70 fptk 0.65 fptk表表10-2 张拉控制应力限值张拉控制应力限值s scon预应力筋的张拉过程在施工阶段进行预应力筋的张拉过程在施工阶段进行, 张拉预应力筋张拉预应力筋也是对它进行的一次检验也是对它进行的一次检验, 所以表中所以表中s scon以预应力筋以预应力筋标准强度给出，标准强度给出，不受

32、抗拉强度设计值限制不受抗拉强度设计值限制。10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失下列情况下，下列情况下， s scon可提高可提高0.05 fptk：1. 为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；段受压区内设置的预应力筋；2. 为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。生预应力损失。为避免为避免s scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，用，规范规范规定规定s scon不应小于不应小于0.4 fptk。10.5

33、 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 由于砼和钢材性质及制作方法上原因由于砼和钢材性质及制作方法上原因,预应力筋张预应力筋张拉后应力会从拉后应力会从s scon逐步减少逐步减少,并经过相当长时间才会并经过相当长时间才会最终稳定下来最终稳定下来,这种应力降低现象称为预应力损失这种应力降低现象称为预应力损失. 稳定后的应力值才产生实际预应力效果稳定后的应力值才产生实际预应力效果.因此预应因此预应力损失是预应力砼结构设计和施工中一个关键问题力损失是预应力砼结构设计和施工中一个关键问题. 过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响

34、。性能产生不利影响。10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 引起预应力损失的原因及损失值的计算引起预应力损失的原因及损失值的计算由于预应力通过张拉预应力筋得到，由于预应力通过张拉预应力筋得到，凡使预应力筋凡使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：，主要有：砼弹性压缩、砼收缩和徐变以及锚固损失、砼弹性压缩、砼收缩和徐变以及锚固损失、高应力长期作用下的应力松弛损失、高应力长期作用下的应力松弛损失、摩擦损失、摩擦损失、温差损失、温差损失、分批张拉损失分批张拉损失 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起预应力损失张拉端锚具变形和钢筋内缩引起预应

35、力损失s sl1预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙被挤紧以及钢筋在锚具中的内缩滑移引起垫板缝隙被挤紧以及钢筋在锚具中的内缩滑移引起的预应力损失的预应力损失。1. 直线预应力筋直线预应力筋:s sl1=aEs/l10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失锚锚 具具 类类 型型a支承式锚具支承式锚具(钢丝束镦头、精轧螺纹钢筋锚具钢丝束镦头、精轧螺纹钢筋锚具): 螺母缝隙螺母缝隙每块后加垫板的缝隙每块后加垫板的缝隙11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

36、顶压时无顶压时68表表10-3 锚具变形和预应力筋内缩值锚具变形和预应力筋内缩值a (单位单位:mm)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l张拉端至锚固端间距离张拉端至锚固端间距离（mm）10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失2. 曲线预应力筋：根据预应力曲线筋与孔道壁之间曲线预应力筋：根据预应力曲线筋与孔道壁之间反向摩擦影响长度反向摩擦影响长度lf范围内预应力筋变形值等于锚范围内预应力筋变形值等于锚具变形和钢筋内缩值的条件确定具变形和钢筋内缩值的条件确定图图10-12 圆弧形曲线预应力筋因锚具变形和钢筋回缩引起的损失值示意图圆弧形曲线预应力筋因锚具变形和

37、钢筋回缩引起的损失值示意图（a）圆弧形曲线预应力筋）圆弧形曲线预应力筋 （b） s sl1分布图分布图10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失计算公式计算公式:1con fcf2()(1)lxlrlssrc圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径（圆弧形曲线预应力钢筋的曲率半径（m）;lf反向摩擦影响长度（反向摩擦影响长度（m）; 预应力筋与孔道壁之间摩擦系数；预应力筋与孔道壁之间摩擦系数； 考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数；x张张拉端至计算截面的距离拉端至计算截面的距离（mm）,不应大于不应大于lf . )/(1000cconssraElf10.

38、5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 摩擦损失摩擦损失s sl2在在后张法后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的张拉钢筋时，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混凝土或套管之间存在摩擦，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。1.计算公式计算公式: x+ 0.2时时, 按近似公式按近似公式:2con11lxess)(con2ssxl 张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（rad）x 张拉端至计算截面的孔道长度（张拉端至计算截面的孔道长度（m）。）。10.

39、5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失2. 减少摩擦损失的措施减少摩擦损失的措施为减少摩擦损失为减少摩擦损失,可采取两端张拉或超张拉的方法可采取两端张拉或超张拉的方法,但两端张拉时但两端张拉时, 两端均需考虑锚具损失两端均需考虑锚具损失.图图10-13 减少摩擦的措施减少摩擦的措施（a）一端张拉）一端张拉 （b） 两端张拉两端张拉 （c） 超张拉超张拉 热养护损失热养护损失s sl31. 先张法预应力砼构件进行蒸汽养护升温时先张法预应力砼构件进行蒸汽养护升温时,新浇砼新浇砼尚未结硬尚未结硬,钢筋受热膨胀钢筋受热膨胀, 但钢筋长度不变但钢筋长度不变, 因此预应因此预应力筋中应力随温

40、度增高而降低力筋中应力随温度增高而降低, 产生预应力损失产生预应力损失s sl3.2. 降温时，砼达到了一定强度，与预应力筋之间已降温时，砼达到了一定强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失s sl3无法恢复。无法恢复。3. 养护升温后养护升温后, 预应力筋与台座温差为预应力筋与台座温差为D D t , 取钢筋取钢筋温度膨胀系数为温度膨胀系数为110-5/，有，有5531 102 102lsEtttsD D D10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失

41、 应力松弛损失应力松弛损失s sl41. 应力松弛的概念应力松弛的概念 钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑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。在长度保持不变的条件下，应力值性变形的性质。在长度保持不变的条件下，应力值随时间增长而逐渐降低。随时间增长而逐渐降低。 应力松弛与徐变应力松弛与徐变: 实质一样实质一样 应力松弛应力松弛: 长度不变长度不变,应力随随时间而减小应力随随时间而减小 徐变徐变: 应力不变应力不变,变形随时间而增加变形随时间而增加与初始应力水平和作用时间长短有关。与初始应力水平和作用时间长短有关。 可采用短时间超张拉方法减少松弛损失可采用短时间超张拉

42、方法减少松弛损失2. 规范给出的规范给出的s sl4计算公式计算公式 普通松弛预应力钢丝和钢绞线普通松弛预应力钢丝和钢绞线：为超张拉系数为超张拉系数,一次张拉一次张拉,取取=1;超张拉超张拉,=0.9 低松弛预应力钢丝和钢绞线：低松弛预应力钢丝和钢绞线： s scon 0.7fptk时，时， 0.7fptks scon 0.8fptk时时， 热处理钢筋热处理钢筋: 一次张拉一次张拉: s sl4=0.05s scon 超张拉超张拉: s sl4 =0.035s scon10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失con4conptk0.4 (0.5)lfssscon4conptk

43、0.125 (0.5)lfssscon4conptk0.2 (0.575)lfsss10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 收缩徐变损失收缩徐变损失s sl5砼的砼的收缩收缩和和徐变徐变，都会导致预应力砼构件长度的缩，都会导致预应力砼构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。由于收短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。由于收缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素相同和时随变化规律相似，规范将二者合并考虑。相同和时随变化规律相似，规范将二者合并考虑。规范规定：混凝土收缩、徐变引起受拉区和受压区规范规定：混凝土收缩、徐变

44、引起受拉区和受压区预应力钢筋的预应力损失预应力钢筋的预应力损失s sl5 、s sl5 （N/mm2），可），可按下列公式计算按下列公式计算：10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失1. 先张法构件先张法构件2. 后张法构件后张法构件pccu5452801 15lfsspccu5452801 15lfss pccu5352801 15lfsspccu5352801 15lfss f cucu 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10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失n s spcpc 、s s pcpc受拉区、受压区预应力钢

45、筋在各自合受拉区、受压区预应力钢筋在各自合力点处混凝土法向压应力。计算公式：力点处混凝土法向压应力。计算公式：n 先张法：先张法：n 后张法：后张法：n注：计算注：计算s sl5 、s sl5 时，预应力损失值仅考虑砼预时，预应力损失值仅考虑砼预压前（第一批）的损失压前（第一批）的损失, 其非预应力钢筋中的应力其非预应力钢筋中的应力s sl5 、s sl5 值取零，值取零， s spcpc 、s s pcpc值不得大于值不得大于0.5f cucu ，当，当s s pcpc为拉应力时，公式中为拉应力时，公式中s s pcpc =0，计算，计算s spcpc 、s s pcpc时时可根据构件制作情

46、况考虑自重影响。可根据构件制作情况考虑自重影响。popo popcoooNN eyAIspp pn2pconnnNN eMyAIIsn 、 受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率，计算公式为：筋的配筋率，计算公式为：n 对先张法构件：对先张法构件：n 对后张法构件：对后张法构件：n式中：式中：Ao先张法用混凝土换算面积；先张法用混凝土换算面积；nAn后张法用混凝土净截面面积。后张法用混凝土净截面面积。n构件对称配筋时构件对称配筋时, = , 按钢筋截面面积一半计算按钢筋截面面积一半计算0AAAsp0AAAspnspAAA nspAAA10.5 张拉控

47、制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 预应力损失的特点预应力损失的特点 预应力混凝土构件从预加应力开始，即需要进行预应力混凝土构件从预加应力开始，即需要进行各项有关计算，由于预应力损失是分批发生的，因各项有关计算，由于预应力损失是分批发生的，因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。力损失。 以砼预压时刻为界限，将预应力损失分为两批：以砼预压时刻为界限，将预应力损失分为两批： 1. 混凝土预压前完成的损失混凝土预压前完成的损失s slI； 2. 混凝土预压后完成的损失混凝土预

48、压后完成的损失s slII。10.5 张拉控制应力和预应力损失张拉控制应力和预应力损失 预应力损失的组合预应力损失的组合考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值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，规范规定当总损失值过小时，产生不利影响，规范规定当总损失值s sl =s slI +s slII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表表10-4 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砼预压前(第一批)损失s slI s sl1+s

49、sl2+s sl3+s sl4s sl1+s sl2砼预压后(第二批)损失s slIIs sl5s sl4+s sl5+s sl610.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 施工阶段施工阶段n 放张前：放张前：n1. 张拉过程张拉过程n张拉钢筋至张拉钢筋至s scon后锚固于台座后锚固于台座浇注砼浇注砼构件养护构件养护n2. 应力分析应力分析: 产生第一批预应力损失产生第一批预应力损失s slIn预应力钢筋预应力钢筋: s spI= s scon - s slI混凝土混凝土: s spc = 010.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应

50、力分析的应力分析n 放张后：放张后：n1. 张拉过程张拉过程: 剪断钢筋剪断钢筋 钢筋回缩钢筋回缩 砼受压砼受压n2. 应力分析应力分析:n 预应力钢筋预应力钢筋: s speI= (s scon - s slI) - Es spcI n 根据内力平衡条件根据内力平衡条件: s speI Ap = s spcI Ann 混凝土混凝土:Ap预应力钢筋截面面积预应力钢筋截面面积;An构件混凝土净截面面积构件混凝土净截面面积;Ao构件换算截面面积构件换算截面面积, Ao=An+ EAp. conIppIpcInEpo()lANAAAsss10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应

51、力分析的应力分析n 砼收缩、徐变，产生第二批预应力损失砼收缩、徐变，产生第二批预应力损失s slII ：n1. 预应力总损失预应力总损失: n s sl =s slI +s slIIn2. 应力分析应力分析:n 预应力钢筋预应力钢筋: s speII =s scon-s sl - Es spcII n 混凝土混凝土:conpopcIInEpo()lANAAAsss10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 使用阶段使用阶段n 消压状态：消压状态：N0 =s spcIIA0 n1. 应力分析应力分析: n 混凝土混凝土: s spc =0n 预应力钢筋预应力

52、钢筋: s spe=s speII + Es spcII =s scon - s sln2. 消压轴力：消压轴力：n N0 =s speAp=(s scon - s sl)Ap10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 开裂轴力开裂轴力Ncr ：n1. 施加的轴力施加的轴力: Ncr =(s spcII +ftk )A0 = N0+ ftkA0n2. 应力分析应力分析:n 混凝土混凝土: s spc = ftk n 预应力钢筋预应力钢筋: s spe= (s scon - s slI) + E ftk n 极限轴力极限轴力Nu ：n Nu = fpyAp1

53、0.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 施工阶段施工阶段n 第一批预应力损失完成后应力状态第一批预应力损失完成后应力状态n 预应力钢筋预应力钢筋: s speI= s scon - s slIn 混凝土混凝土:n 第二批预应力损失完成后应力状态第二批预应力损失完成后应力状态n 预应力钢筋预应力钢筋: s speII= s scon - s sl 混凝土混凝土:conIppIpcInn()lANAAsssconppIIpcIInn()lANAAsss10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 使用阶段使用阶段n 消压状

54、态：消压状态： N0 =s spcIIA0 n1. 应力分析应力分析: n 混凝土混凝土: s spc = 0n 预应力钢筋预应力钢筋: s spe= s speII + Es spcII =s scon-s sl + Es spcII n2. 消压轴力：消压轴力：n N0 =s speAp=(s scon - s sl + Es spcII)Ap10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 开裂轴力开裂轴力Ncr ：n1. 施加的轴力施加的轴力: Ncr =(s spcII +ftk )A0 = N0+ ftkA0n2. 应力分析应力分析:n 混凝土混凝土

55、: s spc = ftk n 预应力钢筋预应力钢筋: s spe= (s scon-s slI + Es spcII) + E ftk n 极限轴力极限轴力Nu ：n Nu = fpyAp10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 抗裂性提高抗裂性提高n1. 与普通混凝土轴心受拉构件相比，预应力与普通混凝土轴心受拉构件相比，预应力轴心轴心受拉构件的开裂荷载推迟了受拉构件的开裂荷载推迟了N0；n2. 在开裂荷载以前，混凝土处于受压，预应力钢在开裂荷载以前，混凝土处于受压，预应力钢筋一直处于高应力状态，这使得钢筋受拉和砼受压筋一直处于高应力状态，这使得钢筋受

56、拉和砼受压性能高的优点得到发挥。性能高的优点得到发挥。n 正截面承载力不提高正截面承载力不提高最大承载力与普通砼轴心受拉构件计算公式相同最大承载力与普通砼轴心受拉构件计算公式相同10.6 预应力混凝土受弯构件的预应力混凝土受弯构件的应力分析应力分析n 先张法构件先张法构件n 仅截面受拉侧配预应力筋仅截面受拉侧配预应力筋Apn 1. 张拉轴力张拉轴力: Np0=(s scon -s sl)Ap n 2. 应力分析应力分析:n 混凝土混凝土:n 预应力筋预应力筋: s sp=s scon-s sl - Es spc p0p0 popc000NN eyAIs图图10-14 先张法受弯构件施工阶段应力

57、分析先张法受弯构件施工阶段应力分析（a）换算截面）换算截面 （b）放张前）放张前 （c）放张后）放张后10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 受压区同时配预应力筋受压区同时配预应力筋Ap ：n1. 张拉轴力张拉轴力: Np0=(s scon-s sl)Ap+(s s con-s s l)Ap n 偏心距偏心距: ep0=(s scon-s sl)Apyp+(s s con-s s l)Ap yp /Np0n2. 应力分析应力分析: 公式同上公式同上图图10-15 （a）换算截面）换算截面 （b）放张前）放张前 （c）放张后）放张后10.6 预应力混凝土

58、受弯构件的预应力混凝土受弯构件的应力分析应力分析n 后张法构件后张法构件n 仅截面受拉侧配预应力筋仅截面受拉侧配预应力筋Apn 1. 张拉轴力张拉轴力: n Np=(s scon -s sl)Ap n 作用于净换算截面（作用于净换算截面（ An , In ）计算截面应力）计算截面应力n 2. 应力分析应力分析: n 混凝土混凝土:n 预应力筋预应力筋: s sp=s scon-s slpp pnpcnnnNN eyAIs10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 受压区同时配预应力筋受压区同时配预应力筋Ap ：n1. 张拉轴力张拉轴力: Np=(s sco

59、n-s sl)Ap+(s s con-s s l)Ap n 偏心距偏心距: epn=(s scon-s sl)Apypn+(s s con-s s l)Ap ypn /Npn2. 应力分析应力分析: 公式同上公式同上图图10-16 后张法受弯构件施工阶段应力分析后张法受弯构件施工阶段应力分析10.6 预应力混凝土受弯构件的预应力混凝土受弯构件的应力分析应力分析无论是先张法还是后张法，施加外弯矩无论是先张法还是后张法，施加外弯矩M后，预应后，预应力钢筋与砼共同变形，因此在达到混凝土抗拉强度力钢筋与砼共同变形，因此在达到混凝土抗拉强度ftk之前，可用换算截面按材料力学方法来确定弯矩之前，可用换算截

60、面按材料力学方法来确定弯矩产生的截面应力，即产生的截面应力，即相应预应力钢筋的应力增量为预应力钢筋位置相应预应力钢筋的应力增量为预应力钢筋位置s scM处的处的 E倍，即倍，即 DsDsp= Es scM cM00MyIs10.6 预应力混凝土轴心受拉构件预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析的应力分析n 消压弯矩消压弯矩M0n当外弯矩当外弯矩M引起的截面受拉边缘的拉应力引起的截面受拉边缘的拉应力s scM恰好恰好抵消该处砼的预压应力抵消该处砼的预压应力s spc时，此时弯矩为消压弯矩。时，此时弯矩为消压弯矩。1. 混凝土受拉边缘应力混凝土受拉边缘应力: s sc =s scM -s spc=M0