混凝土结构设计原理幻灯片一二

第10章

预应力混凝土结构构件返回总目录

教学提示：预应力混凝土结构是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预应力的混凝土制成的结构。它从本质上改善了钢筋混凝土结构受力性能，具有技术革命的意义。本章难点在混凝土构件中预应力钢筋的应力将出现损失。引起预应力损失的因素较多，各种预应力出现的时刻和延续的时间各不相同，先张法构件和后张法构件在同一应力阶段上发生的预应力损失也不尽相同，因而增强了计算的复杂性。本章在预应力混凝土基本原理学习基础上，介绍预应力轴心受拉构件和预应力混凝土受弯构件设计理论。教学要求：要求学生熟练掌握预应力混凝土结构的基本概念、各项预应力损失值的意义和计算方法、预应力损失值的组合。熟练掌握预应力轴心受拉构件各阶段的应力状态、设计计算方法和主要构造要求。掌握预应力混凝土受弯构件各阶段的应力状态、设计计算方法和主要构造要求。●10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定●10.2预应力混凝土轴心受拉构件●10.3预应力混凝土受弯构件●10.4预应力混凝土的构造要求●10.5思考题●10.6习题本章内容10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定10.1.1预应力混凝土的概念普通钢筋混凝土结构充分利用了钢筋和混凝土两种材料受力特点，具有诸多优点，但也存在着缺点：混凝土抗拉强度和极限拉应变很低，导致裂缝过早地出现。混凝土极限拉应变约为(0.10～0.15)10-3，钢筋HPB235、HRB335、HRB400和RRB400屈服时，其应变约为(1.00～1.80)10-3。由此可以看出，混凝土开裂时钢筋的设计强度只发挥了1/11左右。普通钢筋混凝土不可能充分利用高强度材料。提高混凝土强度等级对提高其极限拉应变值很小(不能使用高强混凝土)，对构件承载力提高极限值不大。采用高强度钢筋，导致构件变形和裂缝的扩展，使fmax≤flim，≤不成立(不能使用高强钢筋)，使构件不能满足正常使用极限状态要求。在很多情况下，普通钢筋混凝土结构不能适应大跨度、大开间工程结构的需要。采用普通钢筋混凝土建造大跨度、大开间结构，由于无法利用高强度材料，必将导致结构的截面尺寸和自重过大，以致无法建造。为了避免混凝土结构中出现裂缝或推迟裂缝的出现，充分利用高强度材料以及适应大跨度、大开间工程结构的需要，目前最好的办法是在结构构件受外荷作用前，预先对外荷产生拉应力部位的混凝土施加压力造成人为的压应力状态(注意：施工阶段与10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定使用阶段应力状态的区别)。它所产生的预压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，从而使结构构件在使用时的拉应力不大甚至处于受压状态，这样，结构构件在外荷载作用下，裂缝不致产生；即使产生，裂缝开展宽度也不致过大。这种在构件受荷前预先对混凝土受拉区施加压应力的结构称为预应力混凝土结构。现以预应力简支梁的受力情况，说明预应力的基本原理(如图10.1所示)。在外荷载作用前，预先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的偏心预压应力N，使得梁截面下边缘混凝土产生预压应力(如图10.1(a)所示)。当外荷q作用时，截面下边缘将产生拉应力(如图10.1(b)所示)。在二者共同作用下，梁的应力分布为上述两种情况的叠加；梁的下边缘应力可能是数值很小的拉应力(如图10.1(c)所示)，也可能是压应力。也就是说，由于预压力的作用可部分抵消或全部抵消外荷载所引起的拉应力，因而延缓了混凝土构件的开裂。预应力混凝土与普通混凝土相比，具有以下特点：

(1)构件的抗裂度和刚度提高。由于预应力钢筋混凝土中预应力的作用，当构件在使用阶段外荷载作用下产生拉应力时，首先要抵消预压应力。这就推迟了混凝土裂缝的出现并限制了裂缝的发展，从而提高了混凝土构件的抗裂度和10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定刚度。(2)构件的耐久性增加。预应力混凝土能避免或延缓构件出现裂缝，而且能限制裂缝的扩大，构件内的预应力筋不容易锈蚀，延长了使用期限。

(3)自重减轻。由于采用高强度材料，构件截面尺寸相应减小自重减轻。(4)节省材料。预应力混凝土可以发挥钢材的强度，钢材和混凝土的用量均可减少。(5)预应力混凝土施工，需要专门的材料和设备、特殊的工艺造价较高。由此可见，预应力混凝土构件从本质上改善了钢筋混凝土结构受力性能，因而具有技术革命的意义。(a)预压力作用10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定(b)荷载作用(c)预压力与荷载共同作用图10.1预应力梁的受力情况10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定10.1.2预应力混凝土的分类预应力混凝土按预加应力的方法可分为先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土；按预加应力的程度可分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土；按预应力钢筋与混凝土的黏结状况可分为有黏结预应力混凝土和无黏结预应力混凝土；按预应力筋的位置可分为体内预应力混凝土和体外预应力混凝土。

1.先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土钢筋混凝土构件中配有纵向受力钢筋，通过这些纵向受力钢筋并使其产生回缩，对构件施加预应力。根据张拉预应力钢筋和浇捣混凝土的先后顺序，将建立预应力的方法分为先张法和后张法。1)先张法预应力混凝土先张法的主要工序是：①钢筋就位(如图10.2(a)所示)；②张拉预应力钢筋(如图10.2(b)所示)；③临时锚固钢筋，浇注混凝土(如图10.2(c)所示)；④切断预应力筋，混凝土受压，此时混凝土强度约为设计强度的75%(如图10.2(d)所示)。采用先张法时，预应力的建立主要依靠钢筋与混凝土之间的黏结力。该方法适用于以钢丝或d<16mm钢筋配筋的中、小型构件，如预应力混凝土空心板等。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定先张法工艺简单，质量比较容易保证，成本低，所以，先张法是目前我国生产预应力混凝土构件的主要方法之一。图10.2先张法预应力混凝土构件施工工序10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定

2)后张法预应力混凝土后张法的主要工序是：①制作构件，预留孔道(塑料管，铁管)(如图10.3(a)所示)；②穿筋(如图10.3(b)所示)；③张拉预应力钢筋(如图10.3(c)所示)；④锚固钢筋，孔道灌浆(如图10.3(d)所示)。采用后张法时，预应力的建立主要依靠构件两端的锚固装置。该法适用于钢筋或铰线配筋的大型预应力构件，如屋架、吊车梁、屋面梁。后张法施加预应力方法的缺点是工序多，预留孔道占截面面积大。施工复杂压力灌浆费时，造价高。图10.3后张法预应力混凝土构件施工工序10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定2.全预应力混凝土和部分预应力混凝土对于预应力混凝土结构，可依据其预应力度不同，划分为若干等级。1970年国际预应力混凝土协会和欧洲混凝土委员会(CEB-FIP)曾建议将配筋混凝土分为4个等级：Ⅰ级(全预应力混凝土)、Ⅱ级(有限预应力混凝土)、Ⅲ级(部分预应力混凝土)和Ⅳ级(普通钢筋混凝土)。1)全预应力混凝土全预应力混凝土系指预应力混凝土结构在最不利荷载效应组合作用下，混凝土中不允许出现拉应力。全预应力混凝土具有抗裂性好和刚度大等优点。但也存在着以下缺点：①抗裂要求高，预应力钢筋的配筋量取决于抗裂要求，而不是取决于承载力的需要，导致预应力钢筋配筋量增大；②张拉应力高，对锚具和张拉设备要求高，锚具下混凝土受到较大的局部压力，需配置较多的钢筋网片或螺旋筋；③施加预压力时，构件产生过大反拱，而且由于高压应力下的徐变和反拱随时间而增长。2)部分预应力混凝土10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定部分预应力混凝土系指预应力混凝土结构在最不利荷载效应组合作用下，容许混凝土受拉区出现拉应力或裂缝。其中，对最不利荷载效应组合作用下，受拉区出现拉应力但不出现裂缝的预应力混凝土结构称为有限预应力混凝土.部分预应力混凝土既克服了全预应力混凝土的缺点，又可以用预应力改善钢筋混凝土构件的受力性能，使开裂推迟，增加刚度并减轻自重。与全预应力混凝土结构相比，部分预应力混凝土结构虽然抗裂性能稍差，刚度稍小，但只要能满足使用要求，仍然是允许的。越来越多的研究成果和工程实践表明，采用部分预应力混凝土结构是合理的。可以认为，部分预应力混凝土结构的出现是预应力混凝土结构设计和应用的一个重要发展。

3.有黏结预应力混凝土和无黏结预应力混凝土有黏结预应力混凝土系指预应力钢筋与其周围的混凝土有可靠的黏结强度，使得在荷载作用下预应力钢筋与其周围的混凝土有共同的变形。先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土均为有黏结预应力混凝土。无黏结预应力混凝土系指预应力钢筋与其周围的混凝土没有任何黏结强度，在荷载作用下预应力钢筋与其周围的混凝土各自变形。这种预应力混凝土采用的预应力筋全长涂有特制的防锈油脂，并套有防老化的塑料管保护。4.体内预应力混凝土和体外预应力混凝土体内预应力混凝土系指预应力筋布置在混凝土构件体内的预应力混凝土。先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土等均属此类。体外预应力混凝土系指预应力筋布置在混凝土构件体外的预应力混凝土(如图10.4所示)。混凝土斜拉桥与悬索桥属此类特例。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定图10.4体外预应力混凝土结构10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定10.1.3预应力混凝土的材料1.预应力钢筋与普通混凝土构件不同，钢筋在预应力构件中，从构件制作到构件破坏，始终处于高应力状态，故对钢筋有较高的质量要求。预应力混凝土结构对钢筋的性能要求：(1)高强度。预应力混凝土构件通过张拉预应力钢筋，在混凝土中建立预压应力。在制作和使用过程中，由于多种原因使预应力钢筋的张拉应力产生应力损失。为了在扣除应力损失以后，仍然能使混凝土建立起较高的预应力值，需要采用较高的张拉应力，因此，预应力钢筋必须采用高强度钢材。(2)较好的黏结性能。在受力传递长度内钢筋与混凝土间的黏结力是先张法构件建立预应力的前提，因此必须有足够的黏结强度。当采用光面高强钢丝时，表面应经“刻痕”或“压波”等措施处理后方能使用。(3)较好的塑性。为实现预应力结构的延性破坏，保证预应力筋的弯曲和转折要求，预应力筋必须具有足够的塑性，即预应力筋必须满足一定的拉断延伸率和弯折次数的要求。我国目前用于预应力混凝土结构中的钢材有热处理钢筋、消除应力钢丝(有光面、螺旋肋、刻痕)和钢绞线三大类。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定热处理钢筋具有强度高、松弛小等特点。它以盘圆形式供货，可省掉冷拉、对焊等工序，大大方便施工。高强钢丝用高碳钢轧制成盘圆后经过多次冷拔而成。它多用于大跨度构件，如桥梁上的预应力大梁等。钢绞线一般由多股高强钢丝经铰盘拧成螺旋状而形成，多在后张法预应力构件中采用。

2.混凝土预应力混凝土构件对混凝土的基本要求：(1)高强度。预应力混凝土需要采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应力，有效地减小构件截面尺寸，减轻构件自重节约材料。对于先张法构件，高强度的混凝土具有较高的黏结强度，可减少构件端部应力传递长度；对于后张法构件，采用高强度混凝土可承受构件端部较高的局部压应力。(2)收缩和徐变小。这样，可以减少由于收缩徐变引起的预应力损失。(3)快硬和早强。这样，可以尽早地施加预应力，提高台座、模具和夹具的周转率，加快施工进度，降低管理费用。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定3.孔道及灌浆材料后张法混凝土构件的预留孔道是通过制孔器来形成的，常用的制孔器的形式有两类：一类为抽拔式制孔器，即在预应力混凝土构件中根据设计要求预留制孔器具，待混凝土初凝后抽拔出制孔器具，形成预留孔道。常用橡胶抽拔管作为抽拔式制孔器。另一类为埋入式制孔器，即在预应力混凝土构件中根据设计要求永久埋置制孔器(管道)，形成预留孔道。常用铁皮管或金属波纹管作为埋入式制孔器。目前，常用的留孔方法是预留金属波纹管。金属波纹管是由薄钢带用卷管机压波后卷成，具有重量轻、刚度好、弯折和连接简便、与混凝土黏结性好等优点，是预留后张预应力钢筋孔道的理想材料。对于后张预应力混凝土构件为避免预应力筋腐蚀，保证预应力筋与其周围混凝土共同变形，应向孔道中灌入水泥浆。要求水泥浆应具有一定的黏结强度，且收缩也不能过大。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定10.1.4锚具和夹具预应力混凝土结构和构件中锚固预应力钢筋的器具有锚具和夹具两种在先张法预应力混凝土构件施工时，为保持预应力筋的拉力并将其固定在生产台座(或设备)上的临时性锚固装置；在后张法预应力混凝土结构或结构施工时，在张拉千斤顶或设备上夹持预应力筋的临时性锚固装置称为夹具(代号J)。夹具根据工作特点分为张拉夹具和锚固夹具。在后张法预应力混凝土结构中，为保持预应力筋的拉力并将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置称为锚具(代号M)。锚具根据工作特点分为张拉端锚具(张拉和锚固)和固定端锚具(只能固定)。根据锚固方式的不同分为以下几种类型(1)夹片式锚具，代号J，如JM型锚具(JM12)；QM型、XM型(多孔夹片锚具)、OVM型锚具；夹片式扁锚(BM)体系。(2)支承式锚具，代号L(螺丝)和D(镦头)，如螺丝端杆锚具(LM)、镦头锚具(DM)。(3)锥塞式锚具，代号Z，如钢质锥形锚具(GZ)。(4)握裹式锚具，代号W，如挤压锚具和压花锚具等。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定锚具的标记由型号、预应力筋直径、预应力筋根数和锚固方式等四部分组成。如锚固6根直径为12mm预应力筋束的JM12锚具，标记为JM12-6。锚具设计应根据结构要求、产品技术性能和张拉施工方法，按表10-1选用。表10-1锚具选用预应力筋品种选用锚具形式张拉端固定端安装在结构之外安装在结构之内钢绞线及钢绞线束夹片锚具夹片锚具挤压锚具压花锚具挤压锚具高强钢丝束夹片锚具镦头锚具锥塞锚具夹片锚具镦头锚具挤压锚具挤压锚具镦头锚具精轧螺纹钢筋螺母锚具螺母锚具—10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定锚具的种类很多，不同类型的预应力筋所配用的锚具不同，常用的锚具有以下几种：1.JM型锚具

JM型锚具由锚环和呈扇形的夹片组成，夹片的块数与预应力钢筋或钢铰线的根数相同。夹片呈楔形，其截面成扇形。每一块夹片有两个圆弧形槽，上有齿纹以锚住预应力钢筋。其构造如图10.5所示。JM型锚具是一种利用楔块原理锚固多根预应力筋的锚具，它既可作为张拉端的锚具，又可作为固定端的锚具或作为重复使用的工具锚。JM型锚具性能好，锚固时钢筋束或钢绞线束被单根夹紧，不受直径误差的影响，且预应力筋是在呈直线状态下被张拉和锚固，受力性能好。10.1预应力混凝土结构的基本原理与计算规定图10.5JM12型锚具10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定2.三X三M型、QM型和OV三M型锚三具XM型锚三具由三锚板三与三三片夹三片组三成，三如图10三.6所示三。它三既适三用于三锚固三钢绞三线束三，又三适用三于锚三固钢三丝束三；既三可锚三固单三根预三应力三筋，三又可三锚固三多根三预应三力筋三。当三用于三锚固三多根三预应三力筋三时，三既可三单根三张拉三、逐三根锚三固，三又可三成组三张拉三，成三组锚三固。三另外三，它三还可三用作三工作三锚具三。QM型锚三具由三锚板三与夹三片组三成，三如图10三.7所示三。QM型锚三固体三系配三有专三门的三工具三锚，三以保三证每三次张三拉后三退锲三方便三，并三减少三安装三工具三锚所三花费三的时三间。OV三M型锚三具是三在QM型锚三具的三基础三上，三将夹三片改三为二三片式三，并三在夹三片背三部上三部锯三有一三条弹三性槽三，以三提高三锚固三性能三。在三张拉三空间三较小三或在三环形三预应三力混三凝土三结构三中，三当采三用与OV三M型锚三具配三套的三变角三张拉三工艺三时，三张拉三十分三方便三，如三图10三.8所示三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定图10三.6三XM型锚三具图10三.7三QM型锚三具及三配件3.夹片三式扁三锚体三系夹片三式扁三锚体三系由三夹片三、扁三型锚三板、三扁型三喇叭三管等三组成(如图10三.9所示)。采三用扁三锚的三优点三：可三减少三混凝三土厚三度、三增大三预应三力钢三筋的三内力三臂、三减小三张拉三槽口三尺寸三等。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定图10三.8三OV三M型锚三具10三.9夹片三式扁三锚体三系10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定4.螺丝三端杆三锚具由螺三丝端三杆、三螺母三和垫三板三三部分三组成三，如三图10三.1三0所示三。锚三具长三度一三般为32三0m三m，当三为一三端张三拉或三预应三力筋三的长三度较三长时三，螺三杆的三长度三应增三加30三mm～50三mm。螺丝三端杆三与预三应力三筋用三对焊三连接三，焊三接应三在预三应力三筋冷三拉之三前进三行。三预应三力筋三冷拉三时，三螺母三置于三端杆三顶部三，拉三力应三由螺三母传三递至三螺丝三端杆三和预三应力三筋上三。这三种锚三固体三系曾三主要三用于三预应三力混三凝土三屋架三的下三弦杆三等配三有直三线预三应力三钢筋三的结三构构三件中三，目三前已三很少三采用三。(a三)螺丝三端杆三锚具(c三)螺母10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定(b三)螺丝三端杆(d三)垫板图10.10螺丝三端杆三锚具5.镦头三锚具镦头三锚具三是利三用钢三丝两三端的三镦粗三头来三锚固三预应三力钢三丝的三一种三锚具三。镦三头锚三具加三工简三单，三张拉三方便三，锚三固可三靠，三成本三较低三，但三对钢三丝束三的等三长要三求较三严。三这种三锚具三可根三据张三拉力三大小三和使三用条三件设三计成三多种三形式三和规三格，三能锚三固任三意根三数的三钢丝三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定常用三的钢三丝束三镦头三锚具三分A型与B型。A型由三锚环三与螺三母组三成，三可用三于张三拉端三；B型为三锚板三，用三于固三定端三，其三构造三如图10三.1三1所示三。图10三.1三1钢丝三束镦三头锚三具10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定图10三.1三2钢质三锥形三锚具6.钢质三锥形三锚具钢质三锥形三锚具三由锚三环和三锚塞(如图10三.1三2所示)组成三，用三于锚三固以三锥锚三式双三作用三千斤三顶张三拉的三钢丝三束。三锚环三内孔三的锥三度应三与锚三塞的三锥度三一致三。锚三塞上三刻有三细齿三槽，三夹紧三钢丝三防止三滑动三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定10三.1三.5预应三力混三凝土三结构三的计三算规三定1.计算三要求预应三力混三凝土三结构三构件三，除三应根三据使三用条三件进三行承三载力三计算三及变三形、三抗裂三、裂三缝宽三度和三应力三验算三外，三尚应三根据三具体三情况三对制三作、三运输三和安三装等三施工三阶段三进行三验算三。承载三力计三算是三结构三构件三不发三生破三坏的三基本三保证三，所三有结三构构三件均三应进三行承三载力三计算三。裂缝三控制三验算三按结三构构三件不三同的三控制三要求三将裂三缝控三制等三级分三为三三级，三即一三级：三严格三要求三不出三现裂三缝；三二级三：一三般要三求不三出现三裂缝三；三三级：三允许三出现三裂缝三。变形三验算三不仅三考虑三使用三荷载三作用三下的三变形三，尚三应对三预应三力产三生的三反拱三进行三估算三。由于三预应三力混三凝土三结构三构件三在制三作、三运输三、吊三装等三施工三阶段三的受三力状三态与三使用三阶段三的受三力状三态不三同，三且混三凝土三实际三强度三较使三用时三低，三因此三，设三计时三应根三据具三体情三况，三对制三作、三运输三、吊三装等三施工三阶段三应进三行应三力校三核和三后张三法构三件端三部局三部受三压验三算。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定在进三行上三述计三算或三验算三时，三预应三力有三时需三作为三荷载三效应三考虑三。对三承载三能力三极限三状态三，当三预应三力效三应对三结构三有利三时，三预应三力分三项系三数取三为1.三0；不三利时三取为1.三2。对三正常三使用三极限三状态三，预三应力三分项三系数三取为1.三0。当三预应三力作三为荷三载效三应考三虑时三，其三设计三值应三按有三关计三算式三计算三。2.张拉三控制三应力在制三作预三应力三混凝三土构三件时三，张三拉设三备(如千三斤顶三油压三表)所控三制的三总张三拉力三除以三预应三力钢三筋截三面面三积所三得到三的应三力值三称为三张拉三控制三应力为了三充分三发挥三预应三力的三优势三，张三拉控三制应三力宜三尽可三能高三一些三，使三混凝三土建三立较三高的三预压三应力三，可三以节三约预三应力三钢筋三，减三小截三面尺三寸。三但张三拉控三制应三力过三高，三可能三出现三下列三问题三：过高三，裂三缝出三现时三的预三应力三钢筋三应力三将接三近于三其抗三拉设三计强三度，三使构三件破三坏前三缺乏三足够三的预三兆，三延性三较差三；三过三高，三将使三预应三力筋三的应三力松三弛增三大；三当进三行超三张拉三时(为了三减小三摩擦三损失三及应三力松三弛损三失)，由三于张三拉控三制应三力过三高可三能使三个别三钢筋(丝)超过三屈服(抗拉)强度三，产三生永三久变三形(脆断)。因三此，三预应三力钢三筋的三张拉三应力10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定必须三加以三控制三，不三宜超三过表10三-2中的三数值三。张拉三控制三应力三的限三值应三根据三构件三的具三体情三况，三按照三预应三力钢三筋种三类及三施加三预应三力的三方法三予以三确定三，见三表10三-2。设计三预应三力构三件时三，表10三-2所列三限值三可根三据具三体情三况和三施工三经验三作适三当调三整，三可将三张拉三控制三应力三提高(1三)要求三提高三构件三在施三工阶三段的三抗裂三性能三而在三使用三阶段三受压三区内三设置三的预三应力三钢筋三；(2三)要求三部分三抵消三由于三应力三松弛三、摩三擦、三钢筋三分批三张拉三以及三预应三力钢三筋与三张拉三台座三间的三温差三因素三产生三的预三应力三损失三。为了三充分三发挥三预应三力筋三的作三用，三克服三预应三力损三失，三张拉三控制三应力不宜过小三，GB三5三00三10三—2三00三2规定三张拉三控制三应力三限值三不应三小于10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定表10三-2张拉三控制三应力三限值钢筋种类张拉方法先张法后张法消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定3.预应三力损三失预应三力钢三筋张三拉完三毕或三经历三一段三时间三后，三由于三张拉三工艺三、材三料性三能和三锚固三等因三素的三影响三，预三应力三钢筋三中的三拉应三力值三将逐三渐降三低，三这种三现象三称为三预应三力损三失。三预应三力损三失计三算正三确与三否对三结构三构件三的极三限承三载力三影响三很小三，但三对使三用荷三载下三的性三能(反拱三、挠三度、三抗裂三度及三裂缝三宽度)有着三相当三大的三影响三。损三失估三计过三小，三导致三构件三过早三开裂三。正三确估三算和三尽可三能减三小预三应力三损失三是设三计预三应力三混凝三土结三构构三件的三重要三问题三。在预三应力三混凝三土结三构发三展初三期，三由于三没有三高强三材料三和对三预应三力损三失认三识不三足而三屡遭三失败三，因三此，三必须三在设三计和三制作三过程三中充三分了三解引三起预三应力三损失三的各三种因三素。GB三5三00三10三—2三00三2提出三了6项预三应力三损失三，下面三分项三讨论三引起三这些三预应三力损三失的三原因三、损三失值三的计三算方三法以三及减三小预三应力三损失三的措三施1)张拉三端锚三具变三形和三钢筋三内缩三引起三的预三应力三损失10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定预应三力钢三筋锚三固在三台座三或构三件上三时，三由于三锚具三、垫三板与三构件三之间三的缝三隙被三挤紧三，或三者由三于钢三筋和三螺帽三在锚三具内三的滑三移，三使预三应力三钢筋三回缩三，引三起预三应力三损失对于三直线三预应三力钢三筋，三预应三力损三失可三按下三式进三行计三算(1三0-三1)式中三，a——张拉三端锚三具变三形和三钢筋三内缩三值(以mm计)，可三按表10三-3采用三，也三可三根据三实测三数据三确定三；L三——张拉三端到三锚固三端之三间的三距离(m三m)，先三张法三为台三座或三钢筋三长度三，后三张法三为构三件长三度；Es—三—预应三力钢三筋弹三性模三量(N三/m三m2三)。锚具三的损三失只三考虑三张拉三端，三对于三锚固三端，三由于三锚具三在张三拉过三程中三已被三挤紧三，故三不考三虑其三引起三的预三应力三损失三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定对块三体拼三成的三结构三，其三预应三力损三失尚三应计三及块三体间三填缝三的预三压变三形。三当采三用混三凝土三或砂三浆作三为填三充材三料时三，每三条填三缝的三预压三变形三值应三取1m三m。式(1三0-三1)没有三考虑三反向三摩擦三的作三用，三计算三的预三应力三损失三值沿三预应三力钢三筋全三长是三相等三的。表10三-3锚具三变形三和钢三筋内三缩值a(m三m)锚具类别a支承式锚具(钢丝束墩头锚具等)螺帽缝隙1每块后加垫板的缝隙1锥塞式锚具(钢丝束的钢质锥形锚具等)5夹片式锚具有顶压时5无顶压时6~810三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定后张三法构三件的三曲线三或折三线预三应力三钢筋三，张三拉预三应力三钢筋三时，三预应三力钢三筋将三沿孔三道向三张拉三端方三向移三动，三此时三摩擦三力阻三止预三应力三钢筋三向张三拉端三方向三移动三而产三生摩三擦损三失，三但锚三固时三，预三应力三钢筋三回缩三，其三移动三方向三与张三拉方三向相三反，三因而三将产三生反三向摩三擦。三由于三反向三摩擦三的作三用，三锚具三变形三引起三的预三应力三损失三在张三拉端三最大三，随三着与三张拉三端的三距离三增大三而逐三步减三小，三直至三消失(如图10三.1三3所示)。图10三.1三3曲线三预应三力钢三筋由三于锚三具变三形引三起的三预应三力损三失10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定对于三曲线三或折三线预三应力三钢筋三，由三锚具三变形三和钢三筋回三缩引三起的三预应三力损三失值应根三据曲三线预三应力三钢筋三与孔三道壁三之间三的反三向摩三擦影三响长三度范三围内三的总三变形三值与三锚具三变形三和预应三力钢三筋内三缩值三相等三的条三件确三定。当预三应力三钢筋三为圆三弧形三曲线(抛物三线形三预应三力钢三筋可三近似三按圆三弧形三曲线三预应三力钢三筋考三虑)，且三其对三应的三圆形三角三≤30三°时，三由于三锚具三变形三和钢三筋内三缩，三在反三向摩三擦影三响长三度范三围内三的预三应力三损失三，可三按式(1三0-三2)进行三计算三：(1三0-三2)可按三式(1三0-三3)计算三：10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定(1三0-三3)表10三-4偏差三系数三和摩三擦系三数μ值孔道成形方式μ预埋金属波纹管0.00150.25预埋钢管0.00100.30橡胶管或钢管抽芯成型0.00140.55无黏结预应力钢绞线0.00400.12无黏结预应力钢丝束0.00350.1010三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定后张三折线三形预三应力三钢筋三或两三条圆三弧形三曲线三组成三的预三应力三钢筋三的预三应力三损失三计算三参见GB三5三00三10三—2三00三2附录D。减小三损三失的三措施三：①三合理三选择三锚具三和夹三具，三使锚三具变三形小三或预三应力三回缩三值小三。②三尽量三减小三垫块三的块三数。三③增三加台三座长三度。三④对三直线三预应三力钢三筋可三采用三一端三张拉三方法三。⑤三采用三超张三拉，三可部三分地三抵消三锚固三损失。2)预应三力筋三与孔三道壁三之间三摩擦三引起三的损三失在后三张法三预应三力混三凝土三结构三构件三的张三拉过三程中三，由三于预三留孔三道偏三差、三内壁三不光三滑及三预应三力筋三表面三粗糙三等原三因，三使预三应力三筋在三张拉三时与三孔道三壁之三间产三生摩三擦。三随着三计算三截面三距张三拉端三距离三的增三大，三预应三力钢三筋的三实际三预拉三应力三将逐三渐减三小。三各截三面实三际受三拉应三力与三张拉三控制三应力三之间三的这三种应三力差三值称三为摩三擦损三失。可按三下式三进行三计算(如图10三.1三4所示)：10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定图10三.1三4预应三力摩三擦损三失计三算10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定=co三n(三1-)(1三0-三4)减小三损三失的三措施三：①三采用三两端三张拉三，预三应力三筋经三两端三张拉三后，三靠近三锚固三段一三侧预三应力三筋的三应力三损失三大为三减小三，损三失最三大截三面转三移到三构件三中部三。②三采用三“超三张拉三”工三艺(如图10三.1三5所示)。即三第一三次张三拉至1.三1，持三续2分钟三，再三卸载三至0.三85，持三续2分钟.可见三采用三超张三拉工三艺，三预应三力筋三实际三应力三沿构三件比三较均三匀，三而且三预应三力损三失也三大为三降低三。③在接三触材三料表三面涂三水溶三性润三滑剂三，以三减小三摩擦三系数三。④三提高三施工三质量三，减三小钢三筋位三置偏三差。图10三.1三5超张拉建三立的三应力三分布10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定3)混凝三土加三热养三护时三，受三张拉三的钢三筋与三承受三拉力三设备三之间三温差三引起三的预三应力三损失为了三缩短三先张三法构三件的三生产三周期三，常三在浇三捣混三凝土三后，三进行三蒸汽三养护三。升三温时，新三浇的三混凝三土尚三未结三硬，三钢筋三受热三膨胀三，但三是两三端的三台座三是固三定不三变的三。即三台座三间距三离保三持不三变，三因而三张拉三后的三钢筋三就松三了。降温三时，三混凝三土已三结硬三并和三钢筋三结成三整体三，显三然，三钢筋三应力三不能三恢复三到原三来的三张拉三值，三于是三产生三了预三应力三损失三。当预三应力三钢筋三和承三受拉三力的三设备三之间三温差三为t，则三预应三力损三失为三：(1三0-三5)10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定减小三的三措施三：两三阶段三升温三养护三。即三首先三按设三计允三许的三温差(一般三不超三过20三℃)养护三，待三混凝三土强三度达三到10三N/三mm三2以后三，再三升温三至养三护温三度。三混凝三土强三度达三到10三N/三mm三2后，三可认三为预三应力三筋与三混凝三土之三间已三结硬三成整三体，三能一三起张三缩，三故第三二阶三段无三预应三力损三失。对于三在钢三模上三张拉三预应三力钢三筋的三先张三法构三件，三因钢三模和三构件三一起三加热三蒸汽三养护三，所三以，三可不三考虑三此项三温度三损失三。4)预应三力钢三筋的三应力三松弛三引起三应力三损失钢筋三在高三应力三下，三具有三随时三间而三增长三的塑三性变三形性三能。三当钢三筋的三应力三保持三不变三时，三表现三为随三时间三而增三长的三塑性三变形三，称三为徐三变；三当钢三筋长三度保三持不三变时三，表三现为三随时三间而三增长三的应三力降三低，三称为三松弛三。钢筋三的徐三变和三松弛三都会三引起三预应三力钢三筋中三的应三力损三失。三一般三来说三，预三应力三混凝三土构三件中三，松三弛是三主要三的，三因构三件长三度在三张拉三锚固三后，三几乎三是保三持不三变的三，因三而将三由钢三筋松三弛和三徐变三引起三的损三失，三统称三为应三力松三弛损三失。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定应力三松弛三值与三初始三应力三和时三间有三关。三如图10三.1三6(三a)所示三为不三同初三始应三力下，三应力三损失三率与三时间三的关三系。三在加三荷(张拉)初期三发展三较快三，10三00小时三后增三长缓三慢，三应力三松弛三与时三间的三对数三约成三线性三关系三。试三验表三明10年的三松弛三约为10三00小时三的1.三5倍。张拉三应力三越大三，则三松弛三值越三大。三如图10三.1三6(三b)所示为松三弛与三初应三力的三关系三，图10三.1三6应力三松弛三率与三时间三、初三应力三关系10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定预应三力钢三筋的三应力三松弛三引起三应力三损失三，根三据预三应力三筋种三类的三不同三，按三下式三进行三计算三。①三预应三力钢三丝和三钢绞三丝。普通三松弛三：=0三.4(1三0-三6)此处三，一三次张三拉三，=1三.0，超三张拉=0三.9。低松三弛：当三时10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定预应三力筋三的松三弛损三失与三张拉三控制三应力三有关三，当三预应三力钢三筋的三拉应三力小三于时，三松弛三损失三可取三为0。减小三应力三松弛三损失三措施三：采三用短三时间三超张三拉方三法。三在高三应力三持续2分钟三，将三使1小时三完成三的那三部分三应力三松弛三，在2分钟三内完三成大三部分三，故三重新三张拉三至三时一三部分三应力三松驰三已完三成。5)混凝三土收三缩和三徐变三引起三的预三应力三损失混凝三土在三正常三温度三条件三下，三结硬三时产三生体三积收三缩，三而在三预压三力作三用下三，混三凝土三又发三生压三力方三向的三徐变三。收三缩、三徐变三都使三构件三的长三度缩三短，三预应三力钢三筋也三随之三回缩三，造三成预三应力三损失三。当三构件三中配三置有三非预三应力三钢筋三时，三非预三应力三钢筋三将产三生压三应力三。由三于收三缩和三徐变三是伴三随产三生的三，且三二者三的影三响因三素相三似。三同时三，收三缩和三徐变三引起三钢筋三应力三的变三化规三律也三是相三似的三，因三此，三将二三者产三生的三预应三力损三失合三并考三虑。混凝三土收三缩、三徐变三引起三的受三拉区三预应三力筋Ap的预三应力三损失三及非三预应三力筋As的压三应力三和受三压区三预应三力筋三的预三应力三损失三及非三预应三力筋三的压三应力三，按三下式三计算三：(1三)先张三法构三件一三般情三况：10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定(1三0-三9a三)(1三0-三9b三)(2三)后张三法构三件一三般情三况：(1三0-三10三a)10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定(1三0-三10三b)在受三拉区三、受三压区三预应三力钢三筋合三力点三处的三混凝三土法三向压三应力,法向三压应三力应三按GB三5三00三10三—2三00三2的规三定计三算。三此时三，预三应力三损失三值仅三考虑三混凝三土预三压前(前一三批)的损三失，三其非三预应三力钢三筋中三的应三力、三值应三取为三零；三当法三向压三应力三为拉三应力三时，三公式(1三0-三9b三)和公三式(1三0-三10三b)中的三法向三压应三力应三取为三零。三计算三混凝三土法三向应三力时三，可三根据三构件三制作三情况三考虑三自重三的影三响。当结三构处三于年三平均三相对三湿度三低于40三%的环三境下三，钢三筋中三的应三力及三法向三压应三力值三应增三加30三%.对重三要的三预应三力结三构构三件，三当需三要考三虑与三时间三相关三的混三凝土三收缩三和徐三变及三钢筋三应力三松弛三预应三力损三失值三时，三可按GB三5三00三10三—2三00三2附录E进行三计算三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定当采三用泵三送混三凝土三时，三宜根三据实三际情三况考三虑混三凝土三收缩三、徐三变引三起预三应力三损失三值的三增大三。混凝三土收三缩和三徐变三引起三的预三应力三损失三在预三应力三总损三失中三所占三比重三较大三，减三少此三项损三失的三措施三为：①三控制三混凝三土法三向压三应力三，其三值不三大于0.三5。②三采用三高强三度等三级的三水泥三，以三减少三水泥三用量三。③三采用三级配三良好三的骨三料及三掺加三高效三减水三剂，三减少三水灰三比。三④振三捣密三实，三加强三养护三。6)用螺三旋式三预应三力钢三筋作三配筋三的环三形构三件，三当直三径时三，由三于混三凝土三的局三部挤三压引三起的三预应三力损三失对于三后张三法环三形构三件，三如水三池、三水管三等，三预加三应力三方法三是先三拉紧三预应三力钢三筋并三外缠三于池三壁或三管壁三上，三而后三在外三表喷三涂砂三浆作三为保三护层三。当三施加三预应三力时三，预三应力三钢筋三的径三向挤三压使三混凝三土局三部产三生挤三压变三形，三因而三引起三预应三力损三失。若环三形构三件，三变形三前预三应力三钢筋三的环三形直三径为三，变三形后三直径三缩小三为，三因此三，预三应力三钢筋三的长三度缩三短为,10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定(1三0-三11三)16的大三小与三环形三构件三的直三径成三反比三。当三环形三构件三直径三大于3m时，三此损三失可三忽略三不计三；当三直径三小于三或等三于3m时，三可取=3三0N三/m三m2。4.预应三力损三失值三的组三合上述三各项三预应三力损三失不三是同三时产三生的三，而三是按三不同三的张三拉方三法分三批产三生的三。通三常把三混凝三土预三压结三束前三产生三的预应三力损三失称三为第三一批预应三力损失ⅱ，预三压结三束后三产生三的预三应力三损失三称为三第二三批预应三力损失ⅲ。预应三力混三凝土三构件三在各三阶段三预应三力损三失值三的组三合可三按表10三-5进行三。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定表10-5各阶三段预三应力三损失三值的三组合预应力损失组合值先张法构件后张法构件混凝土施加预压完成前的损失ⅱ混凝土施加预压完成后的损失ⅲ10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定考虑三到应三力损三失计三算值三与实三际损三失尚三有误三差，三为了三保证三预应三力构三件抗三裂性三能。GB三5三00三10三—2三00三2规定三了总三预应三力损三失的三最小三值，三即当三计算三所得三的总三预应三力损三失值三小于三下列三数值三时，三应按三下列三数值三取用三：先张三法构三件：10三0N三/m三m2；后张三法构三件：80三N/三mm三2。10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定10三.1三.6预应三力钢三筋的三传递三长度三和锚三固长三度在先三张法三预应三力混三凝土三构件三中，三预应三力钢三筋端三部的三预应三力是三由钢三筋与三混凝三土之三间的三黏结三力逐三步建三立的三。当三放松三预应三力钢三筋后三，在三构件三端部三，预三应力三钢筋三的应三力为三零，三由端三部向三中部三逐渐三增加三，至三一定三长度三处才三达到三最大三预应三力值三。预三应力三钢筋三中的三应力三由零三增大三到最三大值三的这三段长三度称三为预三应力三传递三长度(如图10三.1三7所示)。由图10三.1三7可知三，在三传递三长度三范围三内，三应力三差由三预应三力钢三筋和三混凝三土的三黏结三力来三平衡三，预三应力三钢筋三的应三力按三某曲三线规三律变三化(图示三实线)。为三简化三计算三可按三线性三变化三考虑(图示三虚线)。先张三法构三件预三应力三钢筋三的预三应力三传递三长度三应按三下式三计算三：(1三0-三12三)10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定当采三用骤三然放三松预三应力三钢筋三的施三工工三艺时三，三的三起点三应从三距构三件末三端0.三25处开三始计三算。图10三.1三7预应三力钢三筋的三预应三力传三递长三度10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定对先三张法三预应三力混三凝土三构件三端部三进行三正截三面和三斜截三面抗三裂验三算时三，应三考虑三预应三力钢三筋在三其预三应力三传递三长度三范围三内实三际应三力值三的变三化。三预应三力钢三筋的三实际三应力三按线三性规三律增三大，三在构三件端三部取三为零三，在三其预三应力三传递三长度三的末三端取三有效三预应三力值(如图10三.1三8所示)。图10三.1三8预应三力传三递长三度范三围内三有效三预应三力值三的变三化10三.1预应三力混三凝土三结构三的基三本原三理与三计算三规定类似三地，三在计三算先三张法三预应三力混三凝土三构件三端部三锚固三区的三正截三面和三斜截三面受三弯承三载力三时，三预应三力钢三筋必三须在三经过三足够三的锚三固长三度后三才能三考虑三其充三分发三挥作三用(即其三应力三才可三能达三到预三应力三钢筋三抗拉三强度三设计三值)。因三此，三锚固三区内三的预三应力三钢筋三抗拉三强度三设计三值可三按下三列规三定取三用：三在锚三固起三点处三为零三，在三锚固三终点三处为在两三点之三间按三直线三内插三。10三.2预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件10三.2三.1预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件三截面三应力三分析预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件三从张三拉预三应力三钢筋三开始三直到三构件三破坏三，可三分为三两个三阶段三：施三工阶三段和三使用三阶段三。每三个阶三段又三包括三若干三个受三力过三程。三下面三按先三张法三和后三张法三两种三情况三来分三析和三讨论三。1.先张三法构三件1)施工三阶段表10三-6为先三张法三预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件三，从三钢筋三张拉三应力三开始三直到三构件三破坏三各阶三段的三截面三应力三状态三和应三力分三析。①三钢筋三张拉三：在三台座三上张三拉钢三筋，三使其三应力三达到三张拉三控制三应力三，三此时三非预三应力三钢筋三不受三力。②三完成三第一三批预三应力三损失ⅱ：张三拉完三毕，三锚固三好钢三筋。三由于三锚具三变形三，钢三筋松三弛、三温差三等使三一部三分预三应力三产生三损失三。浇三注混三凝土三尚未三受力三，应三力为三零。三同样三，非三预应三力钢三筋中三应力三损失三亦为三零。③三钢筋三放张三后瞬三间：三待混三凝土三结硬三后，三放松三预应三力钢三筋(一般三要求三混凝三土强三度达三到设三计强三度的75三%以上)，依三靠钢三筋与三混凝三土之三间的三握裹三力，三钢筋三回缩三时使10三.2预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件混凝三土受三到弹三性压三缩，三构件三的长三度缩三短，三钢筋三随之三缩短三，因三而，三预应三力钢三筋的三拉应三力降三低。设此三时混三凝土三所获三得的三预压三应力三由于三钢筋三与混三凝土三的变三形协三调，三预应三力筋三的拉三应力三相应三地减三小三其三中，三为三预应三力钢三筋弹三性模三量与三混凝三土弹三性模三量之三比.此时三，非三预应三力钢三筋应三力：由内三力平三衡，三得10三.2预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件则混三凝土三预压三应力pc三I(1三0-三16三)④完成三第二三批预应三力损失：当混三凝土三收缩三、徐三变出三现后三，产三生第三二批预应三力损失三。这三时预三应力三钢筋三总损三失三，三构件三进一三步缩三短。三预应三力钢三筋的三拉应三力由pⅰ降低三为pI三I。混三凝土三预压三应力三也由pc三I降低三为pc三II，此三时非三预应三力筋三所获三压应三力近三似认三为降三至sI三I=Epc三II.。同时三，考三虑混三凝土三收缩三、徐三变使三非预三应力三中产三生压三应力三增量三。三此时三，非三预应三力钢三筋应三力：sI三I=EpI三I+(1三0-三17三)10三.2预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件则混三凝土三预压三应力pcII：(1三0-三20三)2)使用三阶段①三加载三至混三凝土三应力三为零(消压三状态)：构三件承三受外三荷载三，即三施加三轴向三拉力三，这三时预三应力三钢筋三的拉三应力三要增三加，三而混三凝土三预压三应力三要减三小。三现在三求一三个特三定的三荷载N0，它三的大三小恰三好把三混凝三土的三有效三预压三应力pc三II全部三抵消三，使三混凝三土应三力为三零。三这时三预压三应力三筋的三拉应三力p0是在pI三I基础三上增三加ppc三II。即p0三=pI三I+ppc三II=co三n-三-ppc三II+ppc三II=co三n-三(三10三-2三1)⑩⑩⑩⑩⑩⑩10三.2预应三力混三凝土三轴心三受拉三构件非预三应力三钢筋三中压三应力三：s0=此时三，外三力NN0=p