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1、第9章预应力混凝土构件,主要内容预应力混凝土的概念预应力混凝土轴心受拉构件的计算预应力混凝土受弯构件的计算预应力混凝土构件的构造要求重点预应力混凝土的基本概念各项预应力损失的意义、计算方法、减小措施预应力混凝土轴心受拉构件的计算,第9章预应力混凝土构件,第9章预应力混凝土构件,9.1概述1.预应力混凝土的概念由于混凝土的抗拉性能很差，开裂时，相应的钢筋应力，对构件作用不大，不能改善混凝土构件的抗裂性能，因此，普通混凝土构件在使用荷载作用下，通常带裂缝工作，并且挠度较大。采用高强钢筋，在使用荷载作用下，应力可以达，但此时钢筋的应变将很大，构件的裂缝宽度早就超过允许值了。所以在普通混凝土构件中高强
2、钢筋不能充分发挥其强度。,第9章预应力混凝土构件,如果在构件受荷之前对钢筋进行张拉，利用回缩拉力对受拉区混凝土预先施加压应力，用它来抵抗荷载产生的拉应力，则可提高构件的抗裂度，弥补混凝土抗拉性能的不足。这种由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其他方法建立预加应力的混凝土制成的结构，称为预应力混凝土结构。,第9章预应力混凝土构件,2.预应力混凝土的分类（1）全预应力混凝土在使用荷载作用下，截面上混凝土不允许出现拉应力。相当于规范中裂缝控制等级为一级，即严格要求不出现裂缝的构件。（2）部分预应力混凝土限值预应力混凝土：在使用荷载作用下，截面上混凝土允许出现拉应力，但不开裂。相当于规范中裂缝控制等级为二
3、级，即一般要求不出现裂缝的构件。部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，截面上混凝土允许开裂，但。相当于规范中裂缝控制等级为三级，即允许出现裂缝的构件。,第9章预应力混凝土构件,先张法预应力构件：预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递。,3.张拉预应力钢筋的方法（1）先张法,浇筑混凝土构件，预留孔道,穿预应力钢筋并张拉、锚固钢筋,孔道灌浆,第9章预应力混凝土构件,（2）后张法,后张法预应力构件：预应力由构件两端锚具实现。,第9章预应力混凝土构件,4.夹具和锚具夹具和锚具是锚固预应力筋的装置。仅在施工张拉预应力筋使用的称夹具（可重复使用），永久性锚固装置称锚具（不能重复使用）。对锚具的要求是：安全可靠
4、，使用有效、节约钢材及制作简单。常用的锚具形式：螺丝端杆锚具，锥型锚具，镦头型锚具，夹具式锚具。,A支承式锚具,第9章预应力混凝土构件,B粘结型锚具,预应力钢筋连接器,扁型锚具连接器,第9章预应力混凝土构件,5.预应力混凝土材料（1）混凝土规范规定，预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。要求:,强度高预应力混凝土只有采用较高强度的混凝土，才能建立起较高的预压应力，并可减少构件截面尺寸，减轻结构自重。对先张法构件，采用较高强度的混凝土可以提高黏结强度，对后张法构件，则可承受构件端部强大的预压力；收缩、徐变小这样
5、可以减少由于收缩、徐变引起的预应力损失；快硬、早强这样可以尽早施加预应力，加快台座、锚具、夹具的周转率，以利加快施工进度，降低间接费用。,第9章预应力混凝土构件,5.预应力混凝土材料,（2）钢材要求强度高，具有一定的塑性，良好的加工性能，与混凝土具有良好的粘结力。我国目前采用的钢材有：钢绞线、钢丝、预应力螺纹钢筋三种。,处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用、碳素钢丝、钢绞线等作为预应力钢筋,注意,对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采用有焊接接头的冷拉钢筋,第9章预应力混凝土构件,张拉控制应力限值,6.张拉控制应力张拉控制应力是预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。控制的原因
6、：防止预拉区开裂及后张法构件的局部受压破坏；保持构件破坏时具有一定的延性；防止钢筋张拉屈服或脆断。张拉控制应力值不宜超过下表规定值，且预应力螺纹钢筋的张拉应力控制值不宜小于0.5fpyk。其他预应力钢筋不应小于0.40.5fpyk。,第9章预应力混凝土构件,在使用阶段受压区内设置的预应力钢筋-为了提高构件在施工阶段的抗裂性能而设置。,为部分抵消预应力损失而设置的预应力钢筋-抵消应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。,在下列情况下，con限值可提高0.05fptk或0.05fpyk,第9章预应力混凝土构件,7.预应力损失预应力钢筋张拉到控制应力后，由
7、于各种原因，其拉应力值将逐渐下降到一定程度，即存在预应力损失。,瞬时损失,长期损失,对于不同种类的锚具、不同施工方法，可能还存在其他预应力损失。如：锚圈口摩阻损失等，应根据具体情况逐项考虑其影响。,第9章预应力混凝土构件,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预应力损失的措施。,（1）预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失预应力钢筋张拉到控制应力后，锚固在台座或构件上，由于锚具、垫板与构件之间的缝隙被挤紧，以及由于钢筋和楔块在锚具内的滑移，使得被拉紧的钢筋内缩所引起的预应力损失（）：,锚具损失只考虑张拉端。减小此项损失的措施：选择变形小的锚具，少用垫板，减小值；增
8、大台座长度。,第9章预应力混凝土构件,NB,N0,第9章预应力混凝土构件,忽略高阶微量，取，则,孔道局部偏差引起的摩擦设沿孔道单位长度上的偏差角为弧度，则上的偏差角为,从张拉端到计算截面积分,令为单位长度上局部偏差的摩擦影响系数，则,第9章预应力混凝土构件,B截面的张拉力损失为,上式两端除以,当时，亦可按下列近似公式计算,减小此项损失的措施：,两端张拉（可减小一半损失）；超张拉。超张拉程序为：0,减少摩擦损失的措施,第9章预应力混凝土构件,曲线配筋的后张法构件：张拉钢筋时出现，张拉完毕，锚固钢筋时由于钢筋回缩，将产生反向摩擦（出现在一定的长度范围内），这个长度称为反向摩擦影响长度。锚具损失应力
9、分布如下图。,曲线配筋的后张法构件锚具端应力分布问题,第9章预应力混凝土构件,应注意的几个问题,由块体拼装的结构，尚应考虑填逢间的预压变形。当采用混凝土或砂浆为填逢材料时，每条缝的预压变形值为1mm,先张法构件，当台座长度超过100m时，可忽略l1,后张法构件，l1只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程中已被压紧,当时，按圆弧考虑曲率，取，（rc为曲率半径），将长度以m计，得,第9章预应力混凝土构件,（3）混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失混凝土结硬以前升温养护，钢筋受热膨胀，引起预应力损失，设钢筋与台座之间的温差为，钢材的线膨胀系数为,第9章预应力混凝土构
10、件,（4）钢筋应力松弛引起的预应力损失钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛。钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%，24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛。,消除应力钢丝、钢绞线：普通松弛低松弛,预应力螺纹钢筋：,中强度预应力钢丝：,第9章预应力混凝土构件,钢筋应力松弛的特点：松弛与时间有关，开始快，第1小时可完成50%，24小时可完成80%，以后发展缓慢；松弛与钢种有关，热处理钢筋松弛值较小；张拉控制应力越高，松弛损失越大。减小的措施：采用超张拉，持荷25分钟，使松弛尽量在高应力持荷阶段出现，再降至。,（5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失、收缩、徐变都导致预
11、应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随之回缩，产生预应力损失。,第9章预应力混凝土构件,先张法：后张法：,式中，、为混凝土第一次预压后，、各自合力点处混凝土的法向压应力。此时预应力损失仅考虑混凝土预压前的（第一批）损失，其值不得大于，当为拉应力时，取计算。,先张法：后张法：,第9章预应力混凝土构件,所有能减少混凝土收缩徐变的措施，相应地都将减少。,减少l5的措施有：采用高强度水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；采用级配较好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；加强养护，以减少混凝土的收缩。,第9章预应力混凝土构件,（6）采用螺旋式预应力钢筋的环形截面构件，预应力钢筋局部挤压混凝
12、土引起的预应力损失与环形截面的外径d有关:当d3m时，=30N/mm2；当d3m时，=0,8.预应力损失的组合不同的施加预应力方法，产生的预应力损失也不相同。先张法构件的预应力损失有；而后张法构件有；当为环形构件时还有。,第9章预应力混凝土构件,在实际计算中，以“预压”为界，把预应力损失分成两批。,各阶段预应力损失值的组合,预应力总损失值：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/mm2；后张法构件80N/mm2。,先张法构件：钢筋和混凝土应力的变化,后张法构件：钢筋和混凝土应力的变化,第9章预应力混凝土构件,9.先张法构件预应力钢筋的传递长度先
13、张法构件放松或切断预应力钢筋时，需要经过一段必要的长度才能通过钢筋与混凝土之间的粘结力将预压应力全部传递给混凝土，这段长度称为预应力钢筋的传递长度。该区段形成自锚区。,式中为预应力钢筋的外形系数。在计算梁端附近斜截面受剪承载力、正截面和斜截面抗裂度时，按上式考虑混凝土预压应力的大小。,在构件端部，预应力钢筋和混凝土的应力为零，经过后，预应力钢筋和混凝土的应力分别达到和。其变化规律可近似按线性关系考虑。,第9章预应力混凝土构件,9.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由于锚具下垫板面积很小而承受很大的局部压力，该压力要经过一段距离才能扩散至整个截面，形成局部受压区。,局部受压区
14、的应力分布,局部受压区内应力分布较为复杂，纵向应力绝大部分受压，横向应力在靠近垫板处为压应力，距离端部稍远处为拉应力，当横向拉应力超过混凝土的抗拉强度时，端部锚固区将出现纵向裂缝，如承载力不足，还会导致局部承压破坏。,第9章预应力混凝土构件,规范规定，设计时既要保证在张拉钢筋时锚具下锚固区的混凝土不开裂和不产生过大的变形，又要求计算锚具下所需配置的间接钢筋以满足局部受压承载力的要求。,式中Fl局部受压面上作用的局部压力设计值，取；Al混凝土局部承压面积。当有垫板时；可考虑预压力沿锚具,垫圈边缘在垫板中按45扩散后传至混凝土的受压面积；Aln局部受压净面积，应在Al中扣除孔道、凹槽部分面积；l混
15、凝土局部受压承载力强度的提高系数；,Ab局部受压时的计算底面积，按与局部承压面积“同心、对称”原则确定。,（1）构件局部受压区截面尺寸验算（防止锚固区混凝土纵向开裂）,第9章预应力混凝土构件,（2）局部受压承载力计算当配置方格网式或螺旋式间接钢筋且其核心面积时，局部受压承载力应按下式计算：,式中cor配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数；Acor钢筋网或螺旋筋以内的混凝土核芯面积，重心应与Al的重,心重合，且满足AbAcorAl；,v间接钢筋的体积配筋率，要求0.5。,第9章预应力混凝土构件,当为方格网式配筋时，其体积配筋率应按下列公式计算：,当为螺旋式配筋时，其体积配筋率应按下列公式计算：,
16、方格网不应少于4片，螺旋钢筋不应少于4圈。,间接钢筋构造,第9章预应力混凝土构件,间接钢筋构造,第9章预应力混凝土构件,9.2预应力混凝土轴心受拉构件的计算1.轴心受拉构件各阶段的应力分析（1）先张法构件,施工阶段,使用阶段,第9章预应力混凝土构件,（1）先张法构件施工阶段,注意先张法中：,此时的应力状态，可作为施工阶段对构件进行承载能力计算的依据。另外，还用于计算。,张拉预应力钢筋,第一批预应力损失出现,放松预应力钢筋，混凝土预压,第9章预应力混凝土构件,完成第二批预应力损失（）由于混凝土的收缩、徐变，预应力钢筋的应力损失了，非预应力钢筋产生了压应力。,pcII可理解为：预应力钢筋在完成全部损失后所承受的拉力由台座承担，释放后使换算截面A0受压产生的压应力。,第9章预应力混凝土构件,使用阶段加载至混凝土应力为零（截面消压）,加载至裂缝出现,加载至破坏,第9章预应力混凝土构件,施工阶段,使用阶段,（2）后张法构件,第9章预应力混凝土构件,（2）后张法构件,施工阶段张拉预应力钢筋,第一批预应力损失出现,注意后张法中：,
