现代预应力课件(二)

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1、预应力结构理论与应用预应力结构理论与应用第一章第一章 预应力结构的概念与发展预应力结构的概念与发展第二章第二章 预应力混凝土结构材料与锚固体系预应力混凝土结构材料与锚固体系第三章第三章 施加预应力的基本方法与预应力损失施加预应力的基本方法与预应力损失第四章第四章 预应力混凝土受弯构件的设计计算预应力混凝土受弯构件的设计计算第五章第五章 部分预应力混凝土结构部分预应力混凝土结构第六章第六章 无粘结预应力混凝土结构无粘结预应力混凝土结构第七章第七章 预应力混凝土超静定结构预应力混凝土超静定结构第八章第八章 预应力混凝土结构的抗震设计与研究预应力混凝土结构的抗震设计与研究 第九章第九章 预应力钢预应

2、力钢- -混凝土组合结构与预应力钢结构混凝土组合结构与预应力钢结构 第十章第十章 纤维增强塑料纤维增强塑料( (FRP)FRP)预应力筋结构预应力筋结构预应力结构理论与应用预应力结构理论与应用第三章第三章 施加预应力的基本方法和预应力损失施加预应力的基本方法和预应力损失第一节第一节 施加预应力的基本方法施加预应力的基本方法 第二节第二节 预应力损失预应力损失 预应力的瞬时损失1、预应力筋与孔道的摩擦损失s1 ( l2) 2、锚具变形、预应力筋回缩及接缝压缩引起的应力损失s2( l 1 ) 3、先张法的温差引起的应力损失（热养护损失）s 3 （ l 3 ） 4后张法分批张拉的弹性压缩损失s 4

3、预应力的长期损失 1、预应力钢筋松弛损失s 5 (l 4 ) 2、混凝土的收缩与徐变引起的应力损失 s 6 (sl5 )第四章第四章 预应力混凝土受弯构件的设计计算预应力混凝土受弯构件的设计计算第一节第一节 混凝土结构设计的基本原理混凝土结构设计的基本原理 第二节第二节 预应力混凝土受弯构件的受力特性预应力混凝土受弯构件的受力特性 第三节第三节 预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪强度预应力混凝土受弯构件斜截面抗剪强度 第四第四节节 预应力混凝土构件的局部受压承载力预应力混凝土构件的局部受压承载力 第五节第五节 预应力混凝土受弯构件的设计计算预应力混凝土受弯构件的设计计算第一节 施加预应力的基本方法

4、第一节第一节 施加预应力的基本方法施加预应力的基本方法先张法预应力混凝土的预应力是通过预应力 钢筋与混凝土的粘结传递的 后张法预应力混凝土的预应力通过锚具将预 应力钢筋两端锚固在梁端的混疑土体上，使 混凝土体受到预压应力。 先张法后张法混凝土第二节 预应力损失 在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Np,con除以预应力筋面积Ap得到的应 力称为con。 它是预应力筋在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，预应力筋对混凝土的预压作用 越大，可以使预应力筋充分发挥作用。 但con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大 应力松弛。

5、因此，规范规定了张拉控制应力限值con。一、预应力筋张拉控制应力第二节 预应力损失张拉控制应力限值con GB50010-2002为避免的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，规 范规定con不应小于0.4 fptk。张拉控制应力限值con JTG D62-2004钢丝、钢绞线 冷拉粗钢筋 预应力构件中预应力筋的有效预应力：在下列情况下， con可提高0.05 fptk：-超张拉 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；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。 二、预应力的瞬时损失 预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中应

6、力会从 con逐步减少，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。 由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。 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。由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产 生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有： 摩擦损失：在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔 道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的 摩擦，也会使张拉应力造成损失。-瞬时损失 锚固损失：锚具变形及预应力筋的回缩、滑移。-瞬时损失 温差损失：先张法中的热养护引

7、起的温差损失。-瞬时损失 弹性压缩损失：混凝土弹性压缩，后张法中后拉束对先张 拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。-瞬时损失 混凝土的收缩和徐变引起的损失。-长期损失 松弛损失：长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下 会产生松弛，会引起预应力损失。 -长期损失1、预应力筋与孔道的摩擦损失l1 ( l2)摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于孔道的弯曲和 孔道位置偏差，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距张拉端距离的增加而逐渐减 少的现象。直线预应力筋曲线预应力筋 预应力钢筋与管道壁的摩擦系数； 管道每米局部偏差对摩擦的影响系数； x从张拉端至计算截面的管道长

8、度，以米计。 为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（rad） 设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离x=r 规范GB50010-2002 规范JTG D62-2004一端张拉两端张拉超张拉预应力筋与孔道间的摩檫引起的预应力损失是在施加预应力时产生的，因 此，可以通过采用两端张拉，减小值及管道长度x值；也可以采用超张拉的办法，超张拉工艺一般按以下程序： 但是，对于夹片式锚具，不宜采用上述的工艺程序。在工程实践 中，可采用如下简单的工艺： 2、锚具变形、预应力筋回缩及接缝压缩引起的应力损失 l 2( l 1 )后张法施工的预应力混凝土构件，当张拉完毕锚下时 ，锚具受到很大的压力，会使锚具本身

9、及锚垫板产生压缩 变形，由此产生应力损失。对于预制拼装构件，在锚下时 ，接缝也会继续被压缩，也会产生应力损失。本项预应力 损失l 1按下式计算： 对直线预应力筋对于曲线配筋的精确计算应考虑钢筋回缩时的受摩阻影响，反摩擦 系数的取值可取摩擦系数相同的值。GBJ500102002JTGD62-2004其中，a、 为锚具变形、钢筋回缩值和接缝压缩值之和（以mm）计 减小本项损失l 1措施：1、选用锚具变形小或使预应力钢筋内缩小的锚具、夹具，并尽量少用垫板。每增加一块垫板，a值就增加1mm。2、增加台座长度。对先张法构件，当台座长度超过100米以上时，可忽略不计 。3、也可采用超张拉工艺。3、先张法的

10、温差引起的应力损失（热养护损失） l 3为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土 的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力 筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋 中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失l 3。降温时，混凝土达到了一定的强度，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l 3无法恢复。减小l 3损失的措施： 1、采用两次升温养护。先在常温下养护，待混凝土强度 达一定强度等级，再逐渐升温至规定的养护温度。 2、钢模上张拉预应力钢筋。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D t ，取钢筋的 温度膨胀系数为110

11、-5/， 则有，JTGD62-2004GBJ500102002后张法分批张拉的弹性压缩损失l 4 公路桥规JTG D622004对后张法构件，当一次张拉所有 预应力筋时，无弹性压缩损失。对于房屋结构，分批张拉批次较多的情形比较少见，规范GBJ1089仅对采用螺旋预应力钢筋作配筋的环形构件，当构件直径 时，考虑由于混凝土的局部挤压产生弹性压缩应力损失，并规定该项的损失 为30N/mm2。 1、预应力钢筋松弛损失s 5 (l 4 )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，应力值随时间增长而逐渐降 低，这种现象称为松弛。应力松弛与初始应力水平和作用时间长短及

12、预应力钢筋的 品质有关。 普通松弛的钢丝、钢绞线的松弛率约为(4.58.0)%；低松弛 级的钢丝、钢绞线的松弛率约为1%2.5%。预应力钢筋的松弛损失从张拉完毕锚下后即开始，初期发 展较快，一般二十四小时即完成50%，以后渐趋稳定。 可采用超张拉工艺减少应力松弛引起的预应力损失。三、预应力的长期损失规范JTJ D622004规定，松弛损失的终极值，按以下公式 计算： 对于精轧螺纹钢筋 一次张拉超张拉对于钢丝、钢绞线规范GBJ500102002规定： 对于冷拉钢筋 、热处理钢筋普通预应力钢丝和钢绞线：当0.7fptk 0.3fcA0时，取N0=0.3fcA0；N0为消压轴力。对于N0e0与外弯矩

13、同方向的情况，以及预应力混凝土连续梁和允许出现裂缝的构件，取Vp =0。 集中荷载作用下的独立梁对于先张法构件，如计算斜截面位置位于 预应力筋传递长度ltr范围，应考虑计算斜截面位置处预压应力降低的影响。如图所示 ，设支座边缘截面至构件短部的距离为la ltr，则在支座截面斜截面受剪承载力计算时，应取Vp =0.05N0。预应力混凝土斜截面承载力计算的截面限制条件与钢筋混凝 土受弯构件相同。可按与钢筋混凝土相同的构造要求配置箍筋。最小配箍率要 求也与钢筋混凝土受弯构件相同。当剪力设计值满足第四节第四节 预应力混凝土构件的局部受压承载力预应力混凝土构件的局部受压承载力一、局部受压承载力的计算理论

14、 混凝土局部承压的套箍理论受力模型 局部承压剪切理论受力模型 （一）先张法构件预应力钢筋的传递长度 和锚固长度u自锚：先张法预应力砼构件的预应力靠 钢筋和砼之间的粘结力传递。u传递长度：钢筋从应力为零的u端面到应力为有效预应力的长度。u锚固长度：钢筋从应力为零的u端面到应力为抗拉设计强度的长度。二、局部受压承载力计算（二）后张法构件端部锚固区的局部承压计算 后张法构件张拉预应力时，锚具下有较大的局部压应力，要经过 一段距离才能扩散的较大的混凝土受力面积上。 在局部受压区域，除正压应力外sx外，还存在横向应力sy和sz， 处于三向应力状态。 在锚具垫板附近，横向应力sy和sz为压应力，而距构件端

15、部一定 距离后，横向应力sy和sz为则拉应力。 当拉应力超过ft时，将出现纵向裂缝，导致局部受压破坏。为提高局部抗压承载力，需在局部受压区内配置横向钢筋网或 螺旋钢筋等间接钢筋。但当局部压应力过大，间接钢筋配置过多时，会产生过大的局 部下陷变形，使预应力失效。规范规定局部受压面积应满足Aln扣除孔道面积的混凝土局部受压净面积，可按沿锚具 边缘在垫板中以 45角扩散后传到混凝土的受压面积计算。Al为混凝土局部受压面积；Ab为局部受压的底面积，可根据局 部受压面积与计算底面积同心、对称的原则按图取值。 为避免出现孔道愈大，b值愈高的不合理现象，在计算b 时， Al和Ab均不扣除孔道面积。局部受压承载力计算当采用方格网时，当采用螺旋配筋时 ，JTG