第四讲-预应力损失计算1.pptx
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1、第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算14-1 预应力张拉控制应力预应力张拉控制应力第四讲第四讲第四讲第四讲 预应力损失、有效预应力预应力损失、有效预应力预应力损失、有效预应力预应力损失、有效预应力4-2 预应力损失计算及减小预应力损失的措施预应力损失计算及减小预应力损失的措施4-3 有效预应力的计算有效预应力的计算第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算24-1 预应力张拉控制应力预应力张拉控制应力 预预应应力力张张拉拉控控制制应应力力 con:指指张张拉拉预预应应力力钢钢筋筋时时,张张拉拉设设备备的的测测力力仪仪表表所所指指示示的的总总张张拉拉力力除除以以预预应应力力筋筋截截面面积积
2、得得出出的的拉拉应力值。应力值。对对于于如如钢钢制制锥锥形形锚锚具具等等一一些些因因锚锚具具构构造造影影响响而而存存在在(锚锚圈圈口口)摩摩阻阻力力的的锚锚具具,con指指经经过过锚锚具具、扣扣除除此此摩摩阻阻力力后后的的(锚锚下下)应应力力值值。摩摩阻阻力力一一般般为为张张拉拉应应力力的的3-6%。准准确确地地说说,con是是指指预预应应力力筋筋张张拉时拉时锚下的张拉控制应力锚下的张拉控制应力。预应力张拉控制应力预应力张拉控制应力第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算3 预预应应力力结结构构中中预预应应力力筋筋的的拉拉应应力力是是一一个个不不断断变变化化的的值值。在在预预应应力力结结构构
3、的的施施施施工工工工及及使使使使用用用用过过程程中中,由由于于张张拉拉工工艺艺、混混凝凝土土和和钢钢筋筋材材料料特特性性以以及及环环境境条条件件的的影影响响等等原原因因,预预应应力力筋筋中中的的拉拉应应力力是是不不断断降降低低的的。这这种预应力筋应力的降低,即为种预应力筋应力的降低,即为预应力损失预应力损失。由由于于最最终终稳稳定定后后的的应应力力值值才才对对构构件件产产生生实实际际的的预预应应力力效效果果,因因此此预预应应力力损损失失是是预预应应力力混混凝凝土土结结构构计计算算中的一个中的一个关键问题关键问题关键问题关键问题。预应力损失预应力损失第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算4构
4、件出现脆性破坏构件出现脆性破坏但但 con过大会产生过大会产生如下问题如下问题个别预应力筋可能被拉断个别预应力筋可能被拉断增加钢筋的应力松弛增加钢筋的应力松弛 张张拉拉控控制制应应力力 con取取值值越越高高,在在构构件件受受拉拉区区建建立立的的混混凝凝土土预预压压应应力力也也越越大大,从从而而提提高高构构件件的的抗抗裂裂性性,减减小小变变形形,可可以以使使预应力筋充分发挥作用预应力筋充分发挥作用。混凝土局部受压破坏混凝土局部受压破坏 满满足足设设计计需需要要的的预预应应力力筋筋中中的的拉拉应应力力,应应是是张张拉拉控控制制应应力力扣扣除除预预应应力力损损失失后后的的有有有有效效效效预预预预应
5、应应应力力力力。因因此此一一方方面面要要预预先先确确定定预预应应力力筋筋张张拉拉控控制制应应力力 con,另另一一方方面面要要准准确确估估算算预预应应力力损失值损失值。构件预拉区受拉开裂构件预拉区受拉开裂第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算5 1)张拉控制应力一般)张拉控制应力一般不大于不大于比例极比例极限限。这样规定是为保证计算张拉这样规定是为保证计算张拉伸长值时按伸长值时按线性计算线性计算。1.取值原则取值原则预应力筋的应力预应力筋的应力-应变曲线应变曲线品种规格根数fp(N/mm2)f0.2(N/mm2)fptk(N/mm2)H5钢丝500.78 fptk0.87 fptk1720
6、S15钢绞线150.76 fptk0.86 fptk1685预应力钢丝与钢绞线的拉伸试验数据预应力钢丝与钢绞线的拉伸试验数据 fptk为为预预应应力力筋筋的的抗抗拉拉强强度标准值度标准值2)张拉控制应力)张拉控制应力不宜过低不宜过低,不应小于,不应小于0.4 (预应力螺纹钢预应力螺纹钢筋不宜小于筋不宜小于0.5 ),否则会造成预应力钢材的浪费,并给否则会造成预应力钢材的浪费,并给预应力筋布置造成困难。预应力筋布置造成困难。第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算6 预应力筋的张拉控制应力预应力筋的张拉控制应力 不宜超过下表规定的张拉不宜超过下表规定的张拉控制应力限值。控制应力限值。2.取值方
7、法取值方法 当符合下列情况时,表中的张拉控制应力限值可提高当符合下列情况时,表中的张拉控制应力限值可提高 :1)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在)要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而在使用阶段受压区内(预使用阶段受压区内(预拉区)拉区)设置的预应力钢筋;设置的预应力钢筋;2)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋)要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉分批张拉以及预应力钢以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算73.张拉条件张拉条件1)一端张拉工艺:)一端张拉工艺:预预应应力力筋筋一
8、一端端为为固固定定端端,在在另另一一端端用用张张拉拉设设备备张张拉拉预预应应力力筋的张拉形式。下列情况宜采用一端张拉工艺:筋的张拉形式。下列情况宜采用一端张拉工艺:a.长度不大于长度不大于24m抽芯成孔的直线预应力筋;抽芯成孔的直线预应力筋;b.长度不大于长度不大于30m预埋波纹管的直线预应力筋;预埋波纹管的直线预应力筋;c.有埋入式固定端的直线预应力筋有埋入式固定端的直线预应力筋 施加预应力时,所需混凝土立方体抗压强度应经计算确定,施加预应力时,所需混凝土立方体抗压强度应经计算确定,但不宜低于设计的混凝土强度等级值的但不宜低于设计的混凝土强度等级值的75%75%。第四讲第四讲 预应力损失计算
9、预应力损失计算82)两端张拉工艺)两端张拉工艺:在在预预应应力力筋筋两两端端同同时时同同步步用用张张拉拉设设备备进进行行张张拉拉的的施施工工形形式式。下列情况宜采用两端张拉工艺:下列情况宜采用两端张拉工艺:b.长度大于长度大于24m抽芯成孔的直线预应力筋;抽芯成孔的直线预应力筋;a.较较长长的的预预应应力力筋筋束束,为为了了避避免免因因预预应应力力筋筋较较长长而而造造成较大的成较大的摩擦损失摩擦损失摩擦损失摩擦损失;c.长度大于长度大于30m预埋波纹管的直线预应力筋预埋波纹管的直线预应力筋第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算94-2 预应力损失计算及减小预应力预应力损失计算及减小预应力损
10、失的措施损失的措施 预应力损失的分类预应力损失的分类 摩擦损失摩擦损失 l2:在在预预应应力力筋筋张张拉拉过过程程中中,由由于于预预留留孔孔道道制制作作偏偏差差、孔孔道道壁壁粗粗糙糙(混混凝凝土土灰灰浆浆碎碎渣渣等等杂杂物物)、曲曲线线孔孔道道等等原原因因,预预应应力力筋筋与与孔孔壁壁接接触触引引起起摩摩擦擦力力,该该摩摩擦擦力力与与张张拉拉力力方方向向相相相相反反反反,又又称称为为摩摩阻阻力力。距距离离张张拉拉端端越越远远累累积积的的摩摩阻阻力力值值越越大大,从从而而使使构构件每一截面上预应力筋的拉应力值沿构件逐渐减小件每一截面上预应力筋的拉应力值沿构件逐渐减小(后张法后张法后张法后张法)张
11、拉端锚口摩擦张拉端锚口摩擦转向装置处的摩擦转向装置处的摩擦 锚锚固固损损失失 l1:锚锚具具变变形形、锚锚具具与与垫垫板板等等之之间间的的缝缝隙隙被被挤挤压压、预应力筋内缩、分块拼装构件接缝压密引起的应力损失预应力筋内缩、分块拼装构件接缝压密引起的应力损失第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算10 松弛损失松弛损失 l4:预应力筋松弛引起的预应力损失预应力筋松弛引起的预应力损失 收缩徐变损失收缩徐变损失 l5:混凝土的收缩和徐变引起的损失混凝土的收缩和徐变引起的损失螺螺旋旋式式预预应应力力筋筋局局部部损损失失 l6:螺螺旋旋式式预预应应力力筋筋对对混混凝凝土土的的局局部挤压损失部挤压损失(
12、后张法后张法后张法后张法)温温差差损损失失 l3:混混凝凝土土加加热热养养护护时时,预预应应力力筋筋与与承承受受拉拉力力的的设设备间的温差引起的损失备间的温差引起的损失(先张法先张法先张法先张法)第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算11 摩擦损失摩擦损失 l2PPxPx-dPx预应力预应力筋轴线筋轴线张拉端张拉端锚固端锚固端xdxd 后张法中,预应力筋与后张法中,预应力筋与孔道壁接触而引起摩擦孔道壁接触而引起摩擦力,预拉应力损失随离力,预拉应力损失随离开张拉端距离增大而增开张拉端距离增大而增大大主要由两部分组成主要由两部分组成*孔道偏差孔道偏差等因素引等因素引起(起(长度长度效应,对效应
13、,对直线孔道直线孔道也存在也存在)*曲线型曲线型孔道而引孔道而引起(起(曲率曲率效应效应)d PxPx-dP1dP1dxr1Fd 2PxPx-dP2dP2dxr2F第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算12曲线型孔道曲线型孔道引起的摩擦力引起的摩擦力dP1d Px-dP1dxr1FPxd Px-dP1dxr1Fd/2d/2YXPx由曲线型孔道引起的损失值与由曲线型孔道引起的损失值与预应力预应力和和孔道曲率孔道曲率成正比成正比第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算13由孔道偏差引起的损失由孔道偏差引起的损失值与值与预应力预应力和和孔道长度孔道长度成正比成正比负号表示负号表示dP2和和Px
14、方向相反方向相反孔道偏差孔道偏差等因素引起的摩擦力等因素引起的摩擦力d 2PxPx-dP2dP2dxr2F第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算14PPxPx-dPx预应力预应力筋轴线筋轴线张拉端张拉端锚固端锚固端xdxd 预应力筋计算截面处因摩擦预应力筋计算截面处因摩擦力引起的应力损失力引起的应力损失 l2d PxPx-dP1dP1dxr1Fd 2PxPx-dP2dP2dxr2F第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算15预应力筋计算截面处因摩擦力引起的应力损失预应力筋计算截面处因摩擦力引起的应力损失 l2考虑摩擦的孔道考虑摩擦的孔道设计偏差系数设计偏差系数预应力钢筋与孔道预应力钢筋与
15、孔道壁间的摩擦系数壁间的摩擦系数 当当 不大于不大于0.3时,时,可按下列近似公式计算可按下列近似公式计算第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算16第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算17*采用两端张拉可以减少采用两端张拉可以减少 l2l2 一般达总损失的一般达总损失的30左右左右*采用润滑剂采用润滑剂 *改善预留孔道质量改善预留孔道质量电热后张时,不考虑摩擦损失!电热后张时,不考虑摩擦损失!第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算18 锚固损失锚固损失 l1预预应应力力筋筋张张拉拉后后锚锚固固时时,由由于于锚锚具具受受力力后后变变形形、垫垫板板缝缝隙隙的的挤挤紧紧以以及及钢钢筋筋
16、在在锚锚具具中中的的回回缩缩引引起起的预应力损失的预应力损失张拉端至锚固端张拉端至锚固端之间的距离之间的距离预应力筋的弹性预应力筋的弹性模量模量张拉端锚具的变形张拉端锚具的变形和钢筋的内缩值和钢筋的内缩值按按直直线线布布置置的的预预应应力力钢筋钢筋表中锚具变形和钢筋内缩也可根据实测资料确定表中锚具变形和钢筋内缩也可根据实测资料确定其他类型锚具变形和钢筋内缩根据实测数据确定其他类型锚具变形和钢筋内缩根据实测数据确定穿心式双作用千斤顶穿心式双作用千斤顶 锚具变形和钢筋内缩值a(mm)锚锚 具具 类类 别别 a 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 每块后
17、加垫板的缝隙每块后加垫板的缝隙 11 有顶压时有顶压时 5 夹片式锚具夹片式锚具 无顶压时无顶压时 68 第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算19*减减小小 l1的的措措施施:选选择择锚锚具具变变形形小小或或使使预预应应力力钢钢筋筋内内缩缩小小的的锚锚具具、夹夹具具,并尽量少用垫板;增加台座长度。并尽量少用垫板;增加台座长度。应注意的几个问题应注意的几个问题由块体拼装的结构,尚应考虑填缝间由块体拼装的结构,尚应考虑填缝间的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填缝材料时,每条缝的预压变形值为缝材料时,每条缝的预压变形值为1mm先张法构件,当台座长度超过先张法构件
18、,当台座长度超过100m时,可忽略时,可忽略 l1后张法构件,应尽可能减少垫板,且后张法构件,应尽可能减少垫板,且 l1只考虑张只考虑张拉端,因锚固端锚具在张拉过程中已被压紧拉端,因锚固端锚具在张拉过程中已被压紧此式不适用于曲线配筋的后张法此式不适用于曲线配筋的后张法构件构件第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算20*此此时时的的锚锚固固损损失失应应根根据据预预应应力力曲曲线线筋筋或或折折线线筋筋与与孔孔道道壁壁之之间间反反向向摩摩擦擦影影响响长长度度lf范范围围内内的的预预应应力力筋筋变变形形值值 l l等等于于锚锚具具变变形形与与预预应应力筋内缩值力筋内缩值a a的条件确定。的条件确定
19、。曲线或折线形预应力筋的锚固损失曲线或折线形预应力筋的锚固损失 *对对于于通通常常采采用用的的抛抛物物线线形形预预应应力力筋筋可可近近似似按按圆圆弧弧形形曲曲线线预预应应力力筋筋考考虑虑。当当其其对对应应的的圆圆心心角角 45时时,由由于于锚锚具具变变形形和和钢钢筋筋内内缩缩,在反向摩擦影响长度范围内的预应力损失为:在反向摩擦影响长度范围内的预应力损失为:反反向向摩摩擦擦影影响响长度长度(m)为:为:*由由于于预预应应力力筋筋反反向向摩摩擦擦作作用用(与与张张拉拉钢钢筋筋时时,预预应应力力筋筋和和孔孔道道壁壁间间的的摩摩擦擦力力方方向向相相反反),预预应应力力筋筋锚锚固固损损失失沿沿构构件件通
20、通长长不不是是均均匀匀分分布的,而是集中在布的,而是集中在张拉端附近张拉端附近。第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算21曲线或折线形预应力筋的锚固损失曲线或折线形预应力筋的锚固损失 其他形式预应力筋其他形式预应力筋 l1计算参见:计算参见:混凝土结构设计规混凝土结构设计规范范GB50010-2010附录附录J第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算22 温差损失温差损失 l3温度为温度为t0时预应力筋时预应力筋的应力为的应力为 con温度升到温度升到t1时由于混凝土时由于混凝土未结硬,预应力筋膨胀,未结硬,预应力筋膨胀,其内部紧张程度降低其内部紧张程度降低温度回落到温度回落到t0时由于
21、混凝土时由于混凝土已结硬并与预应力筋结成整体,已结硬并与预应力筋结成整体,预应力筋应力不能恢复原值预应力筋应力不能恢复原值先张法混凝土蒸汽养护时先张法混凝土蒸汽养护时,预应力预应力钢筋与台座之间温差引起的损失钢筋与台座之间温差引起的损失钢筋的线膨胀系数钢筋的线膨胀系数一般取一般取0.00001*采用二次升温法可减少采用二次升温法可减少 l3:先升温先升温20-25养护养护,当混凝土的强度达到当混凝土的强度达到7.510N/mm2时,混凝土与预应力筋已有足够粘度再逐渐升温时,混凝土与预应力筋已有足够粘度再逐渐升温*在在钢模上钢模上张拉预应力筋张拉预应力筋预应力筋由于温度升高而产生的预应力筋由于温
22、度升高而产生的变形为变形为第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算23 松弛损失松弛损失 l4 钢钢筋筋在在高高应应力力作作用用下下,长长度度不不变变而而应应力力随随时时间间逐逐渐渐降降低低的的现现象象称称为为应应力力松松弛弛。一一般般来来说说张张拉拉应应力力越越大大、温温度度越越高高,松松弛弛量也越大量也越大。应应力力松松弛弛发发生生先先快快后后慢慢,第第一一小小时时完完成成50%左左右右,其其中中前前两两分分钟钟完完成成大大部部分分,24小小时时内内可可完完成成80%左右,此后逐渐趋于稳定左右,此后逐渐趋于稳定 消除应力钢丝、钢绞线:普通松弛消除应力钢丝、钢绞线:普通松弛 我国现行我国现
23、行混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范(GB20010-2010)中规定)中规定的预应力筋松弛损失的计算方法如下:的预应力筋松弛损失的计算方法如下:第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算24中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝消除应力钢丝、钢绞线:低松弛消除应力钢丝、钢绞线:低松弛消除应力钢丝、钢绞线:低松弛消除应力钢丝、钢绞线:低松弛当当 时,取时,取预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋第四讲第四讲 预应力损失计算预应力损失计算25 如果需要求出如果需要求出 随时间变化的值,那么可以用前面计算随时间变化的值,那么可以用前面计算的的 乘以时间影响系数。乘以时间影响系数。松弛损失随时间变化系数松弛损失随
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