第10章-预应力混凝土构件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十章,预应力混凝土构件,*,/111,第十章,预应力混凝土构件,建筑结构,（上册）,-,混凝土结构部分,10.1.1,预应力混凝土基本概念,在普通钢筋混凝土结构或构件中，由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变值都很低（其极限拉应变值约为,1.010,-4,1.5 10,-4,），对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到,2030N/mm,2,，不能充分利用其强度。对于允许开裂的构件，当裂缝宽度为,0.20.3mm,时，受拉的钢筋应力也只能用到,250N/mm,2,左右。,若采用高强度钢筋，在使用阶段其应力可达到,5001000N/mm,2,，即在结构中钢筋的强度得到了充分利用，但其裂缝宽度已经很大，以致无法满足裂缝和变形控制的要求。因此，在普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的，这就使普通钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。,另外，在普通钢筋混凝土结构中，提高混凝土强度等级对增加其极限拉应变的作用是极其有限的，即采用高强度混凝土也是不合理的。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,1.,预应力混凝土的基本原理,在普通钢筋混凝土结构或构件中，由于混凝土的抗拉强度及极限拉应变值都很低（其极限拉应变值约为,1.010,-4,1.5 10,-4,），对使用上不允许开裂的构件，受拉钢筋的应力只能用到,2030N/mm,2,，不能充分利用其强度。对于允许开裂的构件，当裂缝宽度为,0.20.3mm,时，受拉的钢筋应力也只能用到,250N/mm,2,左右。若采用高强度钢筋，在使用阶段其应力可达到,5001000N/mm,2,，即在结构中钢筋的强度得到了充分利用，但其裂缝宽度已经很大，以致无法满足裂缝和变形控制的要求。因此，在普通钢筋混凝土结构中采用高强度钢筋是不能充分发挥其作用的，这就使普通钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。另外，在普通钢筋混凝土结构中，提高混凝土强度等级对增加其极限拉应变的作用是极其有限的，即采用高强度混凝土也是不合理的。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,1.,预应力混凝土的基本原理,预应力的原理在日常生活中也是常见的，如图所示。一个盛水用的木桶是由一块块木板由竹箍或铁箍箍成的，如图（,a,）所示，当用力套紧竹箍时，竹箍由于伸长产生拉应力，使木板与木板之间产生预压应力。当木桶盛水后，水压使木桶产生的环向拉应力只能抵消木板板缝之间的一部分预压应力，而木板与木板之间能始终保持受压的紧密状态，木桶就不会开裂和漏水。又如图（,b,）所示，当从书架上取下一叠书时，由于受到双手施加的压力，这一叠书就如同一横梁，可以承担全部书的重量。这就是预应力的简单原理。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,1.,预应力混凝土的基本原理,下面以如图所示混凝土简支梁为例，说明预应力混凝土的基本概念,。,在外荷载的作用之前，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力,N,，使梁截面下边缘混凝土产生预压应力,c,，上边缘产生预拉应力,ct,，使梁产生反拱，如图（,a,）所示。在外荷载,q,（包括梁自重）作用下，梁截面的下边缘将产生拉应力,ct,，上边缘将产生压应力,c,，如图（,b,）所示；这样梁截面上的最后应力应是上述两种情况下截面应力的叠加，其截面下边缘,的拉应力将减至,ct,c,，梁上,边缘应力一般为压应力，也可能,为拉应力，如（,c,）所示。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,1.,预应力混凝土的基本原理,由于预压力,N,的大小可控制，这样就可通过对预压力,N,的控制来达到抗裂控制等级的要求。对抗裂控制等级为一级的构件（严格要求不出现受力裂缝的构件），可使预压力,N,作用下截面下边缘（使用荷载作用下的受拉侧）的压应力,c,大于使用荷载产生的拉应力,ct,，截面受拉边缘混凝土就不会出现拉应力；对于允许出现裂缝的构件，同样可以通过施加预应力来延缓混凝土的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，节约材料，减轻结构的自重，从根本上克服了普通钢筋混凝土抗裂性差的主要缺点，并为采用高强度钢筋和高强度混凝土创造了条件。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,1.,预应力混凝土的基本原理,预应力混凝土实际上就是预先储存了一定压应力的混凝土。对混凝土施加压力的高强度钢筋（称预应力钢筋）既是施加预应力的钢筋，同时也是构件的受力钢筋。由于混凝土的徐变、收缩和其他一些原因会产生较大的预应力损失，所以预应力混凝土构件应采用高强度钢筋，同时应采用高强度混凝土。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,2.,预应力混凝土结构的主要优点,与普通混凝土相比，预应力混凝土具有下列优点：,（,1,）抗裂性好，刚度大,由于对构件施加预应力，延缓了裂缝的出现和开展，提高了构件的抗裂度和刚度，增加了结构的耐久性，因此扩大了构件的适用范围，并提高了构件抵抗外部不良环境影响的能力。,（,2,）节约材料，减轻自重,能充分发挥高强度钢筋和高强度等级混凝土的性能，减少了钢筋用量和构件截面尺寸，减轻构件的自重，节约材料，降低造价。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,2.,预应力混凝土结构的主要优点,与普通混凝土相比，预应力混凝土具有下列优点：,（,3,）提高构件的受剪承载力,施加纵向预应力可延缓斜裂缝的形成，使受剪承载力得到提高。,（,4,）提高构件的疲劳承载力,预应力钢筋在使用阶段因加载或卸载所引起的应力变化幅度相对较小，增加钢筋的疲劳强度。,（,5,）卸载后的结构变形或裂缝得到恢复,由于预应力的作用，使用活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,3.,预应力混凝土的应用,预应力混凝土结构虽然具有一系列的优点，但预应力混凝土结构，施工和计算很复杂，这就给其应用带来一定的影响。但对下列结构，宜优先采用预应力混凝土结构。,（）裂缝控制等级较高的结构,某些特殊结构物，如水池、储油池、核反应堆、压力管道、混凝土船体结构，受到侵蚀性介质作用的工业厂房、水利、海洋工程结构等，要求有较高的密闭性或耐久性，在裂缝控制上要求较严格，应通过预应力混凝土结构来满足这种要求。,10.1.1,预应力混凝土基本概念,3.,预应力混凝土的应用,（,2,）大跨度结构,在工程结构中，为了建造大跨度或承受动力荷载的构件，要求采用轻质高强材料，以减小截面、减轻自重，但又要控制变形及裂缝。采用预应力混凝土结构，可提高其刚度，减少变形和对裂缝加以控制，并能充分发挥高强材料的作用。,（,3,）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件,采用预应力混凝土结构，通过预压力作用使构件产生的反拱，可抵消或减少荷载作用下所产生的变形，以满足其使用要求，如工业厂房中的屋架、吊车梁及桥梁工程中的大跨度梁式构件等。,10.1.2,施加预应力的方法,对混凝土施加预应力的方法，一般通过张拉预应力钢筋，利用钢筋被拉伸后产生的弹性回缩来挤压混凝土，使混凝土受到预压。根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序，可分为先张法与后张法两大类。,1.,先张法,先张法是指首先在台座上或者钢模内张拉钢筋，并加以临时锚固，然后浇筑混凝土的一种施工方法。台座张拉设备如图所示,10.1.2,施加预应力的方法,先张法的施工工序为：,（,1,）在固定台座（或钢模）上，穿置预应力筋，使钢筋就位，如图（,a,）所示；,（,2,）用张拉机械将预应力钢筋张拉至规定控制应力或伸长值后，将预应力钢筋用夹具固定在台座或钢模上，再卸去张拉机具，如图,(b),、,(c),所示；,（,3,）支模、绑扎非预应力钢筋，浇筑并养护混凝土，如图（,c,）所示；,（,4,）待混凝土达到规定强度后（约为设计强度的,75%,以上），切断或放松预应力钢筋，预应力钢筋回缩使混凝土受到挤压，产生预压应力，如图（,d,）所示。,10.1.2,施加预应力的方法,2.,后张法是指先浇筑混凝土构件，待混凝土达到规定强度后直接在构件上张拉预应力钢筋的一种施工方法。,后张法的施工工序为：,（,1,）先浇筑混凝土构件，并在构件中预留穿预应力钢筋的孔道和灌浆孔，如图（,a,）所示；,（,2,）待混凝土达到规定的强度后，将预应力钢筋穿入预留孔道，安装固定端锚具，利用构件自身作为加力台座，用千斤顶张拉预应力钢筋，在张拉预应力筋的同时使混凝土受到预压，如图（,b,）所示；,（,3,）当预应力钢筋张拉到设计规定应力后，用锚具将张拉端预应力钢筋锚固（锚具留在构件上，不再取下），使混凝土受到预压应力，如图（,c,）所示；,（,4,）最后用压力泵将高强水泥浆灌入预留孔道，使预应力钢筋与混凝土形成整体，即成有粘结的预应力构件，如图（,d,）所示。也可以不灌浆，形成无粘结预应力构件。后张法是靠构件两端的锚具来保持和传递预应力的。,10.1.2,施加预应力的方法,3.,后张无粘结预应力,上述后张施加预应力方法的缺点是工序多，需预留孔道、穿筋、压力灌浆，施工复杂、费时，造价高。目前预应力混凝土结构的施工工艺已有了很大改进，采用另一种后张法,后张无粘结预应力施工技术，可以克服这些缺点。其特点是不需要预留孔道，无粘结预应力钢筋可与非预应力钢筋同时铺设，并可采用曲线配筋，布置灵活。,后张无粘结预应力的施工工序为：,（,1,）制作无粘结预应力钢筋。在预应力钢筋表面涂抹防腐油脂层，用油纸包裹，再套以塑料套管。涂层的作用是保证预应力钢筋的自由拉伸，减少摩擦损失，并能防止预应力钢筋腐蚀。套管包裹层的作用是保护涂层与混凝土隔离，具有一定的强度以防止施工中破损，一端安装固定端锚具，另一端为张拉端；,10.1.2,施加预应力的方法,（,2,）绑扎钢筋。无粘结预应力钢筋与非预应力钢筋一样预先铺设，可按设计要求绑扎成钢筋骨架，如图（,a,）所示；,（,3,）浇筑混凝土，待混凝土达到规定的强度后，在张拉端以结构为支座张拉预应力钢筋，如图（,b,）所示；当预应力钢筋张拉到设计要求的拉力后，用锚具将预应力钢筋锚固在结构上，如图（,c,）所示。,3.,后张无粘结预应力,10.1.2,施加预应力的方法,这种工艺的优点是施工时不需要预留孔道、穿筋、灌浆等繁杂费力过程，施工简单，预应力钢筋易弯成多跨曲线形状等。但也存在一些缺点。由于预应力钢筋与混凝土无粘结作用，整根预应力钢筋的应力基本相同，弯矩破坏时预应力钢筋的强度不能充分发挥，且一旦锚具失效，整根预应力钢筋也将完全失去作用。因此，无粘结预应力通常用于楼板结构，这样即使个别锚具失效，不会造成严重结构安全问题。此外，如仅配无粘结钢筋，构件中将产生应力集中且宽度较大的裂缝。因此在无粘结预应力混凝土构件中，要求锚具具有更高的可靠性，并一定要配置足够的非预应力钢筋以控制裂缝宽度和保证构件的延性。,3.,后张无粘结预应力,10.1.2,施加预应力的方法,4.,先张法与后张法的特点比较,先张法的优缺点,主要优点：,张拉工序简单；,使用工具锚，锚具消耗成本很低；,能成批生产，特别适宜于量大面广的中小型构件，如楼板、屋面板等。,主要缺点,：,需要较大的台座或成批的钢模、养护池等固定设备，一次性投资较大；,预应力筋布置呈直线型，曲线布置困难。,10.1.2,施加预应力的方法,后张法的优缺点,主要优点：,张拉预应力筋可以直接在构件上或整个结构上进行，因而可根据不同荷载性质合理布置各种形状的预应力筋；,适宜于运输不便，只能在现场施工的大型构件、特殊结构或可由块体拼接而成的特大构件。,主要缺点,：使用工作锚，耗钢量较大；,张拉工序比先张法要复杂，施工周期长。,4.,先张法与后张法的特点比较,10.2,预应力混凝土材料,10.2.1,预应力钢筋,预应力构件中用作建立预压应力的钢筋（钢丝）称为,预应力筋,。,1.,对预应力结构构件中预应力筋的要求,（,1,）具有较高的强度。混凝土预应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小。考虑到混凝土构件在制作和使用过程中会产生各种预应力损失。为保证扣除应力损失后仍具有较高的有效张拉应力，这就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。,（,2,）具有一定的塑性。为了避免预应力混凝土构件发生脆性破坏，要求预应力钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。当构件处于低温环境或受到冲击荷载作用时，更应注意其钢筋塑性和抗冲击韧性的要求。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.1,预应力钢筋,1.,对预应力结构构件中预应力筋的要求,（,3,）具有良好的加工性能。要求钢筋有良好的可焊性，并且钢筋在镦粗后不影响原来的物理力学性能。,（,4,）与混凝土之间有良好的粘结强度。先张法构件主要是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘接力来传递预压应力的，为此要求其预应力钢筋应具有良好的外形。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.1,预应力钢筋,2.,预应力筋的种类,（,1,）钢丝,钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。预应力混凝土所用钢丝可分为中强度预应力钢丝及消除应力钢丝两种；按外形分有光圆钢丝、螺旋肋钢丝两类。,中强度预应力钢丝的抗拉强度为,8001270 N/mm,2,，钢丝直径为,5mm,、,7mm,、,9mm,三种。为增加与混凝土的粘结强度，钢丝表面可制成螺旋肋。,消除应力钢丝的抗拉强度为,14701860 N/mm,2,，钢丝直径也为,5mm,、,7mm,、,9mm,三种。钢丝经冷拔后，存在较大的内应力，一般都需要采用低温回火处理来消除内应力。经这样处理的钢丝称为消除应力钢丝，其比例极限、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。,用于预应力混凝土结构中的预应力筋宜采用钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋三大类。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.1,预应力钢筋,2.,预应力筋的种类,用于预应力混凝土结构中的预应力筋宜采用钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋三大类。,（,2,）钢绞线,将,3,股或,7,股平行的高强钢丝围绕中间的一根芯丝通过绞盘机以螺旋形式紧紧包住芯丝，使之拧成一股，即成为钢绞线。通常以,7,股钢绞线应用最多。,7,股钢绞线的钢绞线公称直经为,9.5mm,、,12.7mm,、,15.2mm,、,21.6mm,四种，通常用于无粘结预应力钢筋，抗拉强度高达,1960N/mm,2,。,3,股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结力。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.1,预应力钢筋,2.,预应力筋的种类,（,3,）预应力螺纹钢筋,预应力螺纹钢筋是一种特殊形状带有不连续的外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处，均可以用带有内螺纹的连接器或锚具进行连接或锚固。直径为,18mm,、,25mm,、,32mm,、,40mm,、,50mm,五种，抗拉强度为,9801230 N/mm,2,。,用于预应力混凝土结构中的预应力筋宜采用钢丝、钢绞线和精轧螺纹钢筋三大类。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.2,混凝土,预应力混凝土构件是通过张拉预应力钢筋来预压混凝土，以提高构件的抗裂能力，因此预应力混凝土结构构件所用的混凝土应满足下列要求：,1.,具有较高的强度,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，并可减小构件的截面尺寸和减轻自重，以适应大跨度的要求。对于先张法构件，采用较高强度的混凝土，可提高粘结强度，减少预应力钢筋的应力传递长度。对于后张法构件，可增大端部混凝土的承压能力，便于锚具的布置和减少锚具垫板的尺寸。,2.,收缩、徐变小,可减小因混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。,10.2,预应力混凝土材料,10.2.2,混凝土,3.,快硬、早强,混凝土快硬、早强可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模板、夹具的周转率，降低间接费用。,4.,弹性模量高,弹性模量高有利于提高截面的抗弯刚度，变形减小，并可减小预压时混凝土的弹性回缩。,规范,规定预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于,C40,，且不应低于,C30,。,预应力混凝土构件是通过张拉预应力钢筋来预压混凝土，以提高构件的抗裂能力，因此预应力混凝土结构构件所用的混凝土应满足下列要求：,10.3,锚具和夹具,为了阻止被张拉的钢筋发生回缩，必须将钢筋端部进行锚固。锚固预应力钢筋的工具分为锚具和夹具两类。预应力构件制成后能够取下重复使用为夹具，而留在构件上不再取下的称为锚具。夹具和锚具之所以能夹住或锚住钢筋，主要是依靠摩阻、握裹和承压锚固。为此，必须对夹具和锚具的要求及特点有所了解。,10.3,锚具和夹具,10.3.,对锚具的要求,性能可靠安全。要求锚具本身具有足够的强度和刚度，且工作时又不能损伤钢筋。,滑移变形少。要求预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少预应力损失。,构造简单，易加工制作，施工方便。,节约钢材，造价低廉。,10.3,锚具和夹具,10.3.2,锚具的形式,锚具的形成及种类很多，具体可分为以下几种,:,1.,按锚具的钢筋类型分,可分为锚固粗钢筋、锚固平行钢筋（钢丝）束、锚固钢绞线的锚具几种。对于粗钢筋，一般是一个锚具锚住一根钢筋；对于钢筋束和钢绞线，则是一个锚具须同时锚住若干根钢筋或钢绞线。,2.,按锚固和传递预应力的原理分,可分支承式、锥塞式和夹片式三种。,3.,按锚具的材料分,可分为钢制锚具和混凝土制成的锚具等。,4.,按锚具使用的部位不同来分,可分为张拉端锚具和固定端锚具两种。有时同一锚具可用在张拉端，亦可用在固定端。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,1.,精轧螺纹钢筋端锚具（支承式）,拉力由钢筋端部的螺纹通过剪切作用传给螺帽并挤压垫板和混凝土。精轧螺纹钢筋是不带纵肋的直条钢筋，这种钢筋沿全长表面热轧成大螺距的螺纹，任何一处都可截断并用连接器或锚具进行连接或锚固，如图所示。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,2.JM12,锚具（夹片式）,JM12,锚具用于锚固,36,根直径,d=12mm,的相平行放置的钢筋束，或,56,根,7 4,的钢绞线。这种锚具由锚环和,36,各夹片组成，锚环可嵌入混凝土构件中，也可凸出在构件外。夹具的块数与预应力钢筋或钢绞线的根数相同，夹片呈楔形，其截面为扇形，每一块夹片有两个圆弧形槽，槽内有齿纹，用以锚住预应力钢筋，依靠摩擦力将预应力传给夹片，夹片依靠其斜面上的承压力将预应力传给锚环，后者再通过承压力将预应力传给混凝土构件。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,2.JM12,锚具（夹片式）,这种锚具既可用于张拉端，也可用于固定端。张拉时采用特制的双作用千斤顶。双作用千斤顶有两个油缸同时进行工作，一个用于夹住钢筋进行张拉，另一个用于在张拉钢筋的同时将夹片顶入锚环，将预应力钢筋挤紧，牢牢锚住。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,3.,锥塞式锚具,如图所示，用于锚固钢丝束或钢绞线束，通常同时锚固,12,根直径为,5mm,、,7mm,、,9mm,的钢丝，或锚固,12,根直径为,13mm,、,15mm,的钢绞线。锚具由带锥孔的锚环和锥形锚塞两部分组成。锚环在构件混凝土浇筑前预先埋置在构件端部，预应力筋被夹在两者中间，并在端部形成喇叭形。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,3.,锥塞式锚具,这种锚具可用于张拉端，也可用于固定端。张拉时采用特制的双作用或三作用弗氏千斤顶。三作用弗氏千斤顶（法国的弗来西奈发明）除具有在张拉的同时顶紧锚塞的两个作用外，还设有将夹持钢绞线或钢丝的楔块自动松脱的装置。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,4.,墩头锚具,墩头锚固用于锚固钢丝束或钢筋束。张拉端采用锚环，如图（,a,）所示，固定端采用采用锚板，如图（,b,）所示。先将钢丝或钢筋端头镦粗成球形，穿入锚环孔内，边张拉边拧紧锚环的螺帽。每个锚具可同时锚固几根到一百多根的,5mm 7mm,高强钢丝，也可用于单根粗钢筋。采用这种锚具时，要求钢丝或钢筋的下料长度精确度较高，否则会使预应力钢筋受力不均匀。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,5.QM,型夹片式锚具,QM,型锚具，可锚固钢绞线或钢丝束。锚具由锚环和夹片组成，分单孔和多孔两类，如图,(b),、,(c),所示。根据钢绞线的根数可选用不同孔数的锚具。多孔锚具又称群锚，其特点是每根钢绞线均分开锚固，分别由一组三个楔形夹片夹紧，各自独立地放置在锚环的一个锥形孔内，任何一组夹具滑移、破裂或钢绞线拉断，都不会影响同束中其它钢绞线的锚固，故其锚固可靠，互换性好，自锚性能强。,10.3,锚具和夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,6.XM,型夹片式锚具,XM,型锚具的工作原理与,QM,型锚具相似，各单元均系分开锚固，它与,QM,型锚具不同之处在于夹片的结构不同，其夹片沿轴向切开的方向有偏转角（即斜开缝），偏转角的方向与钢绞线的扭转角相反，以保证钢绞线的锚固效果，如图（,a,）所示。,10.3.4,常用的先张法夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,(1),锥形夹具和楔形夹具，如图所示。用于锚固单根和双根冷轧带肋钢筋。,10.3.4,常用的先张法夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,(2),钢模拉张用梳子板夹具，如图所示，在钢模上张拉多根预应力钢丝时，钢丝的两端用墩头分别固定在两端的梳子板夹具上，千斤顶通过梳子板夹具上的两个螺杆施加张拉力，然后拧紧螺帽临时固定在钢模横梁上，施工速度很快。,10.3.4,常用的先张法夹具,10.3.3,建筑结构中常用的锚具,(3),工具式锚杆，如图所示，用于与精轧螺纹钢筋连接后固定于支承架上。与精轧螺纹钢筋连接可采用套筒式连接器连接。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.1,张拉控制应力,张拉控制应力是指张拉预应力钢筋时，张拉设备的测力仪表所显示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积所得的应力值，以,con,表示。它是预应力钢筋在构件受荷以前所经受的最大应力。张拉控制应力,con,取值越高，预应力钢筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力钢筋充分发挥作用。但,con,取值过高，则会产生以下问题：,（,1,）在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，还可能使后张法构件端部混凝土产生局部受压破坏；,（,2,）使构件开裂荷载与破坏荷载很接近，构件破坏前无明显的预兆，呈脆性破坏；,（,3,）为了减少预应力损失，往往要进行超张拉，由于钢材材质的不均匀，钢筋的强度有一定的离散性，有可能在超张拉过程中使个别钢筋被拉断。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.1,张拉控制应力,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,由于预应力施工工艺和材料性能等原因，使得预应力钢筋中的初始预应力，在制作、运输及使用过程中不断降低，这种现象称为预应力损失。预应力损失从张拉钢筋开始，在整个使用期间都存在。下面分项讨论引起预应力损失的原因，损失值的计算以及减少损失的措施。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,锚具变形引起的损失只考虑张拉端。因为锚固端锚具变形已在张拉钢筋的过程中完成，不会因卸掉千斤顶后再次变形而引起损失。,对块体拼成的结构，其预应力损失尚计及块体间填缝的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填缝材料时，每条填缝的预压变形值可取为,1mm,。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,(2),减小预应力损失,l,1,的措施,减小此项预应力损失的措施有：,1),选择锚具变形小或使预应力筋内缩小的锚具、夹具，尽量少用垫板，因为每增加一块垫板，,a,值就增加,1mm,。,2),增加台座长度。在锚具、钢材等相同时，构件长度（或台座）愈长，则预应力损失,l,1,愈小，两者之间成反比。对于先张法应尽量采用长线台座生产预应力构件，当台座长度为,100m,以上时，,l,1,可以忽略不计。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,2.,预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失,l,2,后张法张拉预应力筋是在混凝土构件上进行的。预应力筋放置在预留的孔道内，由于孔道壁表面粗糙不平，孔道中心与预应力筋中心不完全重合造成的局部偏差，以及曲线配筋时预应力筋对孔道壁的径向压力等，都使预应力筋与孔道壁之间产生摩擦力，使预应力筋的应力随距张拉端距离的增大而逐渐减小，这种应力差称为摩擦损失,l,2,。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,2.,预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失,l,2,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,2.,预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失,l,2,（,2,）减小预应力损失,l,2,的措施,两端张拉。对较长的构件采用两端张拉，可使摩擦损失减小一半。,采用超张拉。张拉程序为：张拉应力由零加至,1.1,con,持荷,2min,，而后将张拉应力降至,0.85,con,，再增到,con,，预应力损失就会减小，预应力分布也比较均匀。,对先张法预应力构件，当采用折线型预应力筋时，应考虑预应力筋在转折处因垂直压力引起的磨擦损失，即式中的,项。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,混凝土结硬时产生体积收缩，而在预应力作用下，沿压力方向混凝土发生徐变。这都使得构件缩短，从而使预应力筋回缩，引起预应力损失。收缩与徐变虽然是两种性质完全不同的现象，但他们的影响因素和变化规律较为相似，为此,规范,将两种预应力损失合在一起考虑。,5.,混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失,l5,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,(1),混凝土的收缩、徐变引起预应力损失的计算,5.,混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失,l5,先张法构件,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,(1),混凝土的收缩、徐变引起预应力损失的计算,5.,混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失,l5,后张法构件,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,（）减小预应力损失的措施,采用高标号水泥，减小水泥用量，降低水胶比，采用干硬性混凝土；,采用级配较好的骨料，加强震捣，提高混凝土的密实性；,加强养护，以减少混凝土的收缩。,5.,混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失,l5,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.2,预应力损失,6.,环形截面构件受张拉的螺旋式预应力筋挤压混凝土引起的预应力损失,l,6,采用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件，由于预应力钢筋对混凝土的挤压，使环形构件的直径有所减小，预应力钢筋中的拉应力就会降低，从而引起预应力筋的应力损失,l,6,。,l,6,的大小与环形构件的直径,d,成反比，直径越小，损失越大。为此,规范,规定：当环形构件的直径,d,3m,时，,l,6,=30N/mm,2,，当直径,d 3m,时，,l,6,=0,。,减少此项损失的措施是增大环形构件的直径。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.3,预应力损失值的组合,上面介绍的六种预应力损失并不同时存在，也不同时发生。有的只发生在先张法构件中，有的只发生在后张法构件中，有的是两种构件都发生，且是分批产生的。如先张法（除采用折线预应力筋时）不会有摩擦损失，后张法构件不应有温差引起的损失。为了分析计算方便，,规范,将预应力损失分为两个阶段：第一阶段指预应力损失在混凝土预压时能完成的，称为第一批损失，用,l,表示；第二阶段指预应力损失是在混凝土预压后逐渐完成的，称为第二批损失，用,l,表示。总的预应力损失为,l,=,l,+,l,。对于预应力构件在各阶段的预应力损失值可按表,10-3,的规定进行相应的组合。,10.4,张拉控制应力和预应力损失,10.4.3,预应力损失值的组合,当进行制作、运输、吊装等施工阶段验算时，应按构件的实际情况考虑预应力损失值的组合，,l,5,还应考虑时间对混凝土收缩和徐变损失的影响系数，详见,规范,的规定。,考虑到预应力损失计算的误差，避免因总损失计算值过小而产生的不利影响，,规范,规定当计算求得的预应力总损失值小于下列数值时，应按下列数值取用：,先张法构件,100N/mm,2,；,后张法构件,80 N/mm,2,。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,预应力轴心受拉构件从张拉钢筋开始到构件破坏，截面中混凝土和钢筋应力的变化可以分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。各阶段中又包括若干个受力过程，其中各过程中的预应力钢筋与混凝土分别处于不同的应力状态。因此，设计预应力混凝土轴心受拉构件时，除了应保证荷载作用下的承载力、抗裂度或裂缝宽度要求外，还应对各过程的承载力和裂缝宽度进行验算。这样就需分析和掌握预应力构件从张拉钢筋到加荷破坏各过程中预应力筋及混凝土的应力状态，以及相应阶段的外荷大小。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,1.,先张法构件,（,1,）施工阶段,1,）在台座上张拉截面面积为,A,p,的预应力钢筋至张拉控制应力,con,，此时钢筋的总拉力为,con,A,p,，见表,10-4,中的,b,项。如果构件中布置有非预应力钢筋,A,s,，则该阶段中它不承受任何应力。,2,）在混凝土受到预压应力之前，构件完成第一批预应力损失,l,。张拉钢筋完毕，将预应力钢筋锚固在台座上，由于锚具变形和钢筋回缩产生预应力损失,l,1,，此时预应力钢筋的应力为,con,l,1,。浇筑混凝土、养护构件，直至放松钢筋前，又产生温差损失,l,3,和部分钢筋松弛损失,l,4,，第一批预应力损失,l,=,l,1,+,l,3,+0.5,l,4,完成，这时预应力钢筋的应力降为,con,l,，由于混凝土尚未受力，所以混凝土应力,p,c,=0,非预应力钢筋应力,s,=0,。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,3,）当混凝土达到,75%,以上的强度设计值后，放松预应力钢筋，见表,10-4,中的,d,项。依靠钢筋与混凝土之间的粘结力，使混凝土因受压而缩短，钢筋亦将随着缩短，此时钢筋回缩对混凝土产生的预压应力为,pc,，由于钢筋与混凝土之间的变形是协调的，即两者的回缩变形相等，所以非预应力钢筋的预压应力为：,（,10-20,）,预应力钢筋的应力为：,（,10-21,）,式中：,E,预应力钢筋或非预应力钢筋的弹性模量与混凝土弹性模量的比值，,E,=E,s,/,E,c,。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,（,2,）使用阶段,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,（,2,）使用阶段,2,）即将开裂状态,当外荷载增加至,N,cr,时，混凝土的拉应力达到，裂缝即将出现。此时预应力钢筋应力为,con,l,+,E,pc,+,E,f,tk,，非预应力钢筋的应力为,E,f,tk,l5,，因此，通过截面平衡条件可得开裂轴力,N,cr,为：,同样，开裂轴力,N,cr,用混凝土有效压应力表示为：,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,（,2,）使用阶段,3,）构件破坏状态,见表,10-5,中,g,项，和先张法相同，开裂截面处钢筋承担全部荷载，因此，构件的荷载承载力,N,u,为：,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,3.,先张法与后张法构件计算公式比较,（,1,）钢筋应力,先张法构件和后张法构件的非预应力钢筋各阶段计算公式的形式均相同，这是由于两种方法中非预应力钢筋与混凝土协调变形的起点均是混凝土应力为零处。预应力钢筋应力公式中后张法比先张法的相应时刻应力多一项,E,pc,，这是因为后张法构件在张拉预应力钢筋的过程中，混凝土也同时受压。因此，在这两种施工工艺中，预应力钢筋与混凝土协调变形的起点,不同。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,3.,先张法与后张法构件计算公式比较,（,2,）混凝土应力,在施工阶段，两种张拉方法的,pc,与,pc,计算公式形式相似，差别在于先张法公式中用构件的换算截面面积,A,0,，而后张法用构件的换算净截面面积,A,n,。由于,A,0,A,n,，若两者的张拉控制应力,con,相同，则后张法预应力构件中混凝土有效预压应力要大于先张法构件；反之，如果要求两种工艺生产的预应力构件具有相同的有效预压应力，则先张法构件的张拉控制应力,con,应大于后张法预应力构件。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.1,轴心受拉构件各阶段的应力分析,3.,先张法与后张法构件计算公式比较,（,3,）轴向拉力,在使用阶段，先张法与后张法预应力混凝土构件的特征荷载,N,p0,、,N,cr,和,N,u,计算公式的表达形式相同，均采用构件的换算截面面积,A,0,。由开裂轴力,Ncr,=(,pc,+,f,tk,)A,0,可知，预应力构件的开裂荷载要远大于普通混凝土构件。由构件极限荷载,N,u,=,f,py,A,p,+,f,y,A,s,可知，预应力混凝土构件并不能提高构件的承载能力。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,我国,规范,按环境类别将结构构件正截面的受力裂缝控制等级分为三级。其中，一级为严格要求不出现裂缝的构件；二级为一般要求不出现裂缝的构件；三级为允许出现裂缝的构件。前二种构件要求进行抗裂验算。,预应力混凝土轴心受拉构件，应按所处环境类别和结构类型选用相应的裂缝控制等级，并按下列规定进行混凝土拉应力或正截面裂缝宽度验算。由于属正常使用极限的验算，因而须采用荷载效应的标准组合或准永久组合，且材料强度采用标准值。,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,2.,使用阶段裂缝控制计算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,3.,施工阶段的验算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,3.,施工阶段的验算,10.5,预应力混凝土轴心受拉构件,10.5.2,预应力混凝土轴心受拉构件计算,3.,施工阶段