第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識

第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識第7章預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件基本知識

1.1普通混凝土抗裂性很差

混凝土的極限拉應(yīng)變很低，只有0.0001～0.0015，這時(shí)鋼筋應(yīng)力僅20～30N/mm2,另外提高混凝土的強(qiáng)度也不明顯

1.2高強(qiáng)材料得不到充分應(yīng)用

裂縫寬度一般應(yīng)限制在0.2～0.3mm以內(nèi)，受拉鋼筋應(yīng)力最高也只能達(dá)到150～250N/mm21.3

結(jié)構(gòu)自重大使用性能不好

普通混凝土結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)大跨度和大空間的需要，因?yàn)闊o法采用高強(qiáng)度的材料，勢必導(dǎo)致截面尺寸過大和自重過大。問題引出1.普通混凝土構(gòu)件存在問題2.預(yù)應(yīng)力混凝土的產(chǎn)生

1.1最早給混凝土施加預(yù)應(yīng)力的概念是1888年德國工程師道倫（W.Doehring）提出的，由于當(dāng)時(shí)鋼材的強(qiáng)度不高，故未能獲得實(shí)際結(jié)果。1.21928年法國工程師費(fèi)列西奧（E.Freyssinet）利用高強(qiáng)度的鋼絲和高強(qiáng)度等級的混凝土并施加高的預(yù)應(yīng)力（大于400N/MM2）來制造預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件才獲得實(shí)際意義的成功。1.3我國是1954年開始研究預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，并與1956年推廣，以后獲得了較大的發(fā)展。預(yù)應(yīng)力的產(chǎn)生7.1預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本概念㈠基本原理1、C20普通鋼筋混凝土簡支梁，在荷載作用下，在梁跨中下邊緣產(chǎn)生10N/mm2的拉應(yīng)力，混凝土梁早已開裂，且裂縫已有相當(dāng)?shù)拈_展。一、預(yù)應(yīng)力基本原理及特點(diǎn)分析7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2、在預(yù)壓力作用下，截面下邊緣(預(yù)壓區(qū)）跨中產(chǎn)生壓應(yīng)力σ1=10N/mm2，形成反拱f1

σ1σ1預(yù)壓區(qū)預(yù)加應(yīng)力單獨(dú)作用下受力預(yù)拉區(qū)f17.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念σ23、在外荷載作用下，截面下邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力σ2=9N/mm2，其撓度為f

2

f2荷載單獨(dú)作用下受力受壓區(qū)－砼受拉區(qū)－鋼筋7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念

4、在預(yù)壓力及外荷載作用，截面下邊緣產(chǎn)生應(yīng)力б2-σ1=1N/mm2,其撓度為f2–f1=f

使用階段的荷載逐漸逐漸增加預(yù)應(yīng)力單獨(dú)作用截面應(yīng)力使用荷載單獨(dú)作用截面應(yīng)力拉區(qū)砼未開裂拉區(qū)砼已開裂б2б1б2-б1f2-f17.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念

所謂預(yù)應(yīng)力砼構(gòu)件就是在構(gòu)件受荷之前（制作階段），人為給拉區(qū)砼施加預(yù)壓應(yīng)力，受荷之后（使用階段）首先要抵消拉區(qū)砼的預(yù)壓應(yīng)力，若再加荷拉區(qū)砼開裂，直至破壞為止。常見預(yù)應(yīng)力鋼筋砼構(gòu)件有：預(yù)應(yīng)力鋼筋砼軸拉構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力鋼筋砼受彎構(gòu)件、預(yù)應(yīng)力混凝土大偏心受壓構(gòu)件、偏心受拉構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁等得到廣泛的應(yīng)用。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念1.2預(yù)應(yīng)力混凝土與鋼筋混凝土的比較1.2.1預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的強(qiáng)度等級要高，鋼筋的強(qiáng)度也要高。1.2.2預(yù)應(yīng)力程度較高預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，性能如同均質(zhì)彈性材料。而普通鋼筋混凝土在使用荷載作用下的性能是非線性的。1.2.3預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)剛度大，撓度小，裂縫寬度小。1.2.4一旦預(yù)應(yīng)力被克服后，預(yù)應(yīng)力混凝土和普通混凝土結(jié)構(gòu)就沒有本質(zhì)上的不同，因而正截面承載力是一樣的；1.2.5預(yù)應(yīng)力混凝土梁的斜截面抗剪強(qiáng)度高于普通混凝土，因而預(yù)應(yīng)力混凝土梁的腹板可做得較薄，大大減輕了自重。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念1.3預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.3.1裂縫寬度小、剛度大、撓度小、結(jié)構(gòu)的耐久性好。1.3.2抗裂性高，可建造水工建筑、儲水結(jié)構(gòu)、抗?jié)B結(jié)構(gòu)。1.3.3充分利用高強(qiáng)材料，節(jié)約了鋼材、減輕了自重，特別在大跨度的結(jié)構(gòu)中更為經(jīng)濟(jì)。

1.3.4提高構(gòu)件的抗剪性能。試驗(yàn)表明，縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋起著錨栓的作用，阻礙著構(gòu)件斜裂縫的出現(xiàn)與開展.1.3.5提高構(gòu)件的抗疲勞性能。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，由于鋼筋事先張拉，在往復(fù)移動荷載的作用下，鋼筋應(yīng)力變化幅度不大10%以下，不會引起鋼筋疲勞。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念

1.3.6提高受壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。對于長細(xì)比較大的受壓構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉的很緊，不但預(yù)應(yīng)力鋼筋本身不會壓彎，而且可幫助周圍混凝土提高抗彎的能力。缺點(diǎn)：1.3.7工藝較復(fù)雜，對質(zhì)量要求高，因而需要配備一支技術(shù)較熟練的專業(yè)隊(duì)伍。1.3.8需要有一定的專門設(shè)備，如張拉機(jī)具、灌漿設(shè)備等。1.3.9預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的開工費(fèi)用較大，對構(gòu)件數(shù)量少的工程成本較高。

7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念1.4應(yīng)用范圍:1.4.1在建筑中可用于建造大型屋面板、屋面梁、承重桁架、吊車梁，建造薄壁空間結(jié)構(gòu)，多層框架和單層大跨度建筑，也可建造墻板、柱子等。1.4.2橋梁中建造了預(yù)應(yīng)力箱形截面簡支梁跨度達(dá)240m，斜拉預(yù)應(yīng)力混凝土橋跨度可達(dá)400m。1.4.3特種結(jié)構(gòu)方面可建造預(yù)應(yīng)力混凝土電視塔，石油開采平臺、預(yù)應(yīng)力混凝土囤船、預(yù)應(yīng)力壓力容器等。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制樁預(yù)應(yīng)力空心板打完預(yù)制樁后，預(yù)應(yīng)力管樁施工現(xiàn)場7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁在未完成受力體系轉(zhuǎn)換時(shí)的支架系統(tǒng)至關(guān)重要7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2.預(yù)加應(yīng)力的方法

根據(jù)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)間的先后，習(xí)慣上把預(yù)加應(yīng)力方法分為先張法、后張法和同張法。

先、后張法比較

7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念（a)鋼筋就位(b)張拉鋼筋，并臨時(shí)固定，然后澆混凝土（c)養(yǎng)護(hù)后，切斷放松鋼筋2.1先張法7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2.1.2傳力途徑：是依靠鋼筋與砼的粘結(jié)力阻止鋼筋的彈性回彈，使截面砼獲得預(yù)壓應(yīng)力。2.1.3特點(diǎn)：施工簡單、靠粘結(jié)力自錨，不必耗費(fèi)特制錨具，臨時(shí)錨具可以重復(fù)使用（一般稱工具式錨具或夾具），大批量生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)，質(zhì)量穩(wěn)定。使用于中小型構(gòu)件工廠化生產(chǎn)。

2.1.1主要張拉程序：先在臺座上按規(guī)定設(shè)計(jì)要求將鋼筋張拉到控制應(yīng)力→并用錨具臨時(shí)固定→澆注砼→待砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上切斷放松鋼筋。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念先澆砼，待砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，再張拉鋼筋（鋼筋束）。2.2后張法（有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力）7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2.2.1

其主要張拉程序：為埋管制孔→澆砼→抽管→養(yǎng)護(hù)穿筋張拉→錨固→灌漿（防止鋼筋生銹）。2.2.2

傳力途徑：依靠錨具阻止鋼筋的彈性回彈，使截面砼獲得預(yù)壓應(yīng)力。2.2.3

特點(diǎn)：這種方法設(shè)備簡單，不需要張拉臺座，生產(chǎn)靈活，但需要可靠的錨具及千斤頂，錨具用鋼量大，適用大型構(gòu)件的現(xiàn)場施工。這種做法鋼筋與砼結(jié)為整體稱為有粘結(jié)力預(yù)應(yīng)力砼。

有粘結(jié)力預(yù)應(yīng)力砼由于粘結(jié)力（阻力）的作用使得預(yù)應(yīng)力鋼筋拉應(yīng)力降低，導(dǎo)致砼得到壓應(yīng)力降低，所以應(yīng)設(shè)法減少這種粘結(jié)力。7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2.3后張法無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土2.3.1張拉程序：預(yù)應(yīng)力鋼筋沿全長外表涂刷瀝青油氈等潤滑防腐材料→包上塑料護(hù)套或套管（預(yù)應(yīng)力鋼筋與砼不建立粘結(jié)力）→澆砼養(yǎng)護(hù)→張拉鋼筋→錨固2.3.2特點(diǎn)：施工時(shí)跟普通砼一樣，將鋼筋放入設(shè)計(jì)位置可以直接澆砼，不必要預(yù)留孔洞、穿筋、灌漿，簡化施工程序，由于無粘結(jié)力預(yù)應(yīng)力砼得到有效預(yù)壓應(yīng)力增大，降低造價(jià)，適用于跨度大（6m)的曲線配筋的梁體無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力束無粘結(jié)的鋼絞線是用防腐油脂涂在鋼絞線表面，并用外塑料護(hù)套而成7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念2.4.1張拉工藝：一般是利用膨脹水泥配制混凝土，使它在硬化過程中不但不發(fā)生凝縮，反而發(fā)生膨脹。在混凝土膨脹的時(shí)候，配置在體中的預(yù)應(yīng)力筋就被張拉，而混凝土本身則由于膨脹受到鋼筋的限制而同時(shí)獲得預(yù)壓應(yīng)力。2.4.2傳力途徑：人們把這種依靠混凝土自身膨脹來張拉鋼筋而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力。

人們把這種依靠混凝土自身膨脹來張拉鋼筋而產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力叫做自應(yīng)力，把采用這種方法的預(yù)應(yīng)力混凝土叫做自應(yīng)力混凝土。我國目前已采用自應(yīng)力混凝土大規(guī)模生產(chǎn)承插口管道，起最大直徑已達(dá)1200mm。

2.4同張法7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念先張法張拉鋼筋澆筑混凝土切斷鋼筋，混凝土預(yù)壓預(yù)應(yīng)力由混凝土與鋼筋間的粘結(jié)力來傳遞后張法預(yù)應(yīng)力由構(gòu)件兩端錨具實(shí)現(xiàn)澆筑混凝土構(gòu)件穿預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固鋼筋，孔道灌漿比較先、后張法7.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的一般規(guī)定1.預(yù)應(yīng)力混凝土材料性能要求1.1鋼筋的性能鋼筋的性能強(qiáng)度高較好的塑性、可焊性。

良好的粘結(jié)性。低松弛。

預(yù)應(yīng)力鋼筋一直處于高強(qiáng)受拉應(yīng)力超載情況下發(fā)生脆性破斷，同時(shí)還要求具有良好的加工性能，提高與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度減少預(yù)應(yīng)力損失7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定

1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋的種類1.2.1消除應(yīng)力鋼絲包括光面（ΦP）、螺旋肋（ΦH）、三面刻痕（ΦI）刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲消除應(yīng)力鋼絲見《預(yù)應(yīng)力砼用鋼絲》GB/T5223，是用高碳鎮(zhèn)靜鋼軋制成的盤園，經(jīng)過加溫、淬火（鉛?。?、酸洗、冷拔、回火矯直等處理工序來消除應(yīng)力，而成的碳素鋼絲可提高抗拉強(qiáng)度（光面鋼絲fpy

=1250N/mm2，其余fpy≥1110N/mm2），這樣鋼直徑4~9mm，強(qiáng)度高低、低松弛。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定1.2.2鋼絞線由多根冷拉鋼絲在絞線機(jī)上咬合并經(jīng)消除應(yīng)力回火而成的總稱。有1×3捻用于先張法。1×7捻是外層鋼絲圍繞一根直徑大20%的中心鋼絲絞成后張法中應(yīng)用廣泛。直徑用ΦS表示，外徑8.6~15.2mm，fpy=1110~1320N/mm2

，強(qiáng)度高、低松弛、伸直性好，比較柔軟，盤彎方便，粘結(jié)性好。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定鋼絲繩與鋼絞線的區(qū)別：在制作工藝上，鋼絲繩是由鋼絲絞成股，再由股捻成繩，有中間夾麻芯或鋼芯和不加芯的鋼絲繩；鋼絞線是由鋼絲只經(jīng)過一次扭絞。在性能上，鋼絲繩的彈性模量小與鋼絞線。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定1.2.4冷拉低合金鋼和冷拔低碳鋼絲由于強(qiáng)度低，不再列入鋼筋砼規(guī)范。《規(guī)范》規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲、也可采用熱處理鋼筋。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋則采用高強(qiáng)鋼絲和鋼絞線。預(yù)應(yīng)力鋼筋的發(fā)展趨勢是高強(qiáng)度、低松弛、粗直徑、耐腐蝕。1.2.3熱處理鋼筋將合金鋼（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理而成，達(dá)到提高抗拉強(qiáng)度（fPy

=1040N/mm2），改善塑性性能。ΦHT表示。這種筋具有強(qiáng)度高（節(jié)省鋼材）低松弛的特點(diǎn)，其Φ=6~10mm以盤園形式供給省去焊接，有利施工。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定1.3.混凝土混凝土性能高強(qiáng)度

收縮小、徐變小快硬、早強(qiáng)

《規(guī)范》規(guī)定：預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級不宜低于C30，當(dāng)采用鋼絞線、鋼絲、熱處理鋼筋時(shí)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級不宜低于C40。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定2.張拉控制應(yīng)力σcon2.1定義：張拉控制應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉時(shí)，所控制達(dá)到的最大應(yīng)力值。其值為張拉設(shè)備（如千斤頂上的油壓表）所指示的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積而得出的應(yīng)力值，以σcon表示。

2.2張拉控制應(yīng)力σcon對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)壓效果的影響分析：2.2.1如果σcon取值過低，則預(yù)應(yīng)力鋼筋經(jīng)過各種損失后，對混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力過小，預(yù)應(yīng)力混凝土的效果不明顯，因此《規(guī)范》規(guī)定σcon不應(yīng)小于0.4fptk

。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定2.2如果σcon取得太高，可能出現(xiàn)下列問題：2.2.2預(yù)應(yīng)力鋼筋已超過實(shí)際屈服強(qiáng)度而失去回縮能力，或已發(fā)生脆斷現(xiàn)象。

2.2.3構(gòu)件的開裂荷載與破壞荷載接近，使構(gòu)件在破壞前無明顯預(yù)兆，構(gòu)件的延性較差。2.2.4

構(gòu)件的反拱過大，或者預(yù)拉區(qū)產(chǎn)生裂縫影響正常使用?！兑?guī)范》規(guī)定，在一般情況下，張拉控制應(yīng)力σcon值不宜超過下表的限值。7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定鋼筋的種類張拉方法先張法后張法預(yù)應(yīng)力消除鋼絲、鋼絞線0.75

f

ptk

0.75

fptk熱處理鋼筋0.70

fptk0.65fptk

規(guī)范指出，為了提高構(gòu)件制作、運(yùn)輸及吊裝階段的抗裂性而在受壓區(qū)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼筋，其允許控制應(yīng)力提高5%。張拉控制應(yīng)力限值7.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一般規(guī)定7.3預(yù)應(yīng)力損失

7.3.1定義:由于張拉工藝和材料特性的原因，從構(gòu)件的制作、運(yùn)輸、安裝、使用等各個(gè)過程中，使預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力不斷降低，這降低的部分就叫預(yù)應(yīng)力損失。

7.3.2引起預(yù)應(yīng)力損失的原因及的措施

1.錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1

當(dāng)為直線型預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)式中a——張拉端錨具變形和鋼筋回縮值；

l——張拉端至錨固端之間的距離。減少此項(xiàng)損失的措施有：①選擇變形小或預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨具，盡量減少墊板數(shù)；②對先張法構(gòu)件，選擇長臺座。7.3預(yù)應(yīng)力損失2.預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失σl2式中k——考慮孔道局部偏差對摩擦影響的系數(shù)：

x——張拉端至計(jì)算截面的孔道長度，可近似取該孔道在縱軸上的投影長度，

μ——預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁的摩擦系數(shù)，

θ——從張拉端至計(jì)算截面曲線型孔道部分切線的夾角當(dāng)7.3預(yù)應(yīng)力損失減少該項(xiàng)損失，可采取以下措施：

①對較長的構(gòu)件可在兩端進(jìn)行張拉；②采用超張拉，張拉程序可采用：當(dāng)?shù)谝淮螐埨?.1σcon時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力沿EHD分布，當(dāng)張拉應(yīng)力降至0.85σcon，由于鋼筋回縮受到孔道反向摩擦力的影響，預(yù)應(yīng)力沿FGHD分布，當(dāng)再張拉至σcon時(shí)，鋼筋應(yīng)力沿CFGHD分布，可見，超張拉鋼筋中的應(yīng)力比一次張拉至σcon的應(yīng)力分布均勻，預(yù)應(yīng)力損失要小一些。

7.3預(yù)應(yīng)力損失3.混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的損失σl3

為了縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，混凝土常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)辦法。升溫時(shí)，新澆的混凝土尚未結(jié)硬，預(yù)應(yīng)力筋與臺座之間的溫差△t使鋼筋受熱自由伸長，但兩端的臺座是固定不動的，即距離保持不變，于是鋼筋就松了，鋼筋的應(yīng)力降低；降溫時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土已黏結(jié)成整體，加上兩者的溫度線膨脹系數(shù)相近，二者能夠同步回縮，放松鋼筋時(shí)因溫度上升鋼筋伸長的部分已不能回縮，因而產(chǎn)生了溫差損失。僅先張法構(gòu)件有該項(xiàng)損失。

σl3=2△t（N/mm2）7.3預(yù)應(yīng)力損失減少此項(xiàng)損失的措施有：

①采用二次升溫養(yǎng)護(hù)。先在常溫下養(yǎng)護(hù)至混凝土強(qiáng)度等級達(dá)到C7.5～C10，再逐漸升溫至規(guī)定的養(yǎng)護(hù)溫度，這時(shí)可認(rèn)為鋼筋與混凝土已結(jié)成整體，能夠一起脹縮而不引起預(yù)應(yīng)力損失;

②在鋼模上張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋。由于鋼模和構(gòu)件一起加熱養(yǎng)護(hù)，升溫時(shí)兩者溫度相同，可不考慮此項(xiàng)損失。

7.3預(yù)應(yīng)力損失4.鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失σl3鋼筋的應(yīng)力松弛是指鋼筋在高應(yīng)力作用下及鋼筋長度不變條件下，其應(yīng)力隨時(shí)間增長而降低的現(xiàn)象。

鋼筋應(yīng)力松弛有以下特點(diǎn)：

①應(yīng)力松弛與時(shí)間有關(guān)，開始快，以后慢；

②應(yīng)力松弛與鋼材品種有關(guān)。冷拉鋼筋、熱處理鋼筋的應(yīng)力松弛損失比碳素鋼絲、冷拔低碳鋼絲、鋼絞線要?。虎蹚埨刂茟?yīng)力σcon高，應(yīng)力松弛大。

7.3預(yù)應(yīng)力損失采用超張拉可使應(yīng)力松弛損失有所降低。超張拉程序?yàn)?因?yàn)樵谳^高應(yīng)力下持荷兩分鐘所產(chǎn)生的松弛損失與在較低應(yīng)力下經(jīng)過較長時(shí)間才能完成的松弛損失大體相當(dāng)，所以經(jīng)過超張拉后再張拉至σcon時(shí)，一部分松弛損失已完成。5.混凝土的收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失σl5

混凝土結(jié)硬時(shí)產(chǎn)生體積收縮，在預(yù)壓力作用作用下，混凝土?xí)l(fā)生徐變，這都會使構(gòu)件縮短，構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力鋼筋跟著回縮，造成預(yù)應(yīng)力損失。

7.3預(yù)應(yīng)力損失先張法構(gòu)件

后張法構(gòu)件

式中

σpc,σpc′——分別為完成第一批預(yù)應(yīng)力損失后受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋合力點(diǎn)處混凝土法向壓應(yīng)力；fcu′——施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土的實(shí)際立方體抗壓強(qiáng)度。一般fcu′不等于構(gòu)件混凝土的立方體強(qiáng)度fcu

，但要求fcu≥0.75fcu′；

7.3預(yù)應(yīng)力損失ρ，ρ′

——受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率。

先張法構(gòu)件

后張法構(gòu)件

式中Ap,Ap′——分別為受拉區(qū)和受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積，對稱配筋的構(gòu)件，取ρ，ρ′，此時(shí)配筋率應(yīng)按鋼筋截面面積的一半進(jìn)行計(jì)算；

A0,An′——分別為混凝土換算截面積、凈截面面積。

7.3預(yù)應(yīng)力損失

后張法構(gòu)件收縮徐變損失比先張法構(gòu)件小，原因是后張法構(gòu)件在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，混凝土的收縮已完成一部分。公式適用于一般相對濕度環(huán)境，高濕度環(huán)境下，σl5、σl5′應(yīng)降低，反之則增加。

減少此項(xiàng)損失的措施有：

①采用高標(biāo)號水泥，減少水泥用量，降低水灰比；②采用級配良好的骨料，加強(qiáng)振搗，提高混凝土的密實(shí)性；③加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，以減少混凝土的收縮，④控制混凝土應(yīng)力σpc，要求

以防止發(fā)生非線性徐變。

7.3預(yù)應(yīng)力損失6.用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失σl6后張法中，當(dāng)D≤3m，σl6=30MPa，當(dāng)D＞3m，不考慮該項(xiàng)損失。此處D為環(huán)形構(gòu)件的直徑。

（2）預(yù)應(yīng)力損失值的組合

各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合預(yù)應(yīng)力損失值的組合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件混凝土預(yù)壓前（第一批）的損失σlⅠ

σl1+σl2+σl3+σl4

σl1+σl2

混凝土預(yù)壓后（第二批）的損失

σlⅡ

σl5

σl4+σl5+σl6

《規(guī)范》把預(yù)應(yīng)力損失分為兩批，混凝土受預(yù)壓前產(chǎn)生的損失為第一批損失σlⅠ，而混凝土受預(yù)壓后產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失為第二批預(yù)應(yīng)力損失σlⅡ

。7.3預(yù)應(yīng)力損失本次課小結(jié)：1、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外荷載作用前，先人為地對它施加壓力，由此產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力狀態(tài)用于減小或抵消外荷載所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，達(dá)到推遲受拉區(qū)混凝土開裂的目的。2、預(yù)加應(yīng)力的方法常見的有先張法和后張法。3、先張法是通過鋼筋與混凝土的粘結(jié)力來傳遞預(yù)壓應(yīng)力的，而且要有一定的傳遞長度，為了使拉區(qū)混凝土盡快得到有效預(yù)壓應(yīng)力，減少鋼筋的回彈，要對端部混凝土采取加強(qiáng)措施，以減小傳遞長度。4、對于后張法是依靠錨具傳遞預(yù)壓應(yīng)力，為了提高錨具下混凝土的局部抗壓強(qiáng)度，防止錨具下混凝土局部壓壞，所以必須對錨具下混凝土進(jìn)行有效計(jì)算并采取加強(qiáng)措施。7.3預(yù)應(yīng)力損失3、由于預(yù)應(yīng)力混凝土是通過張拉鋼筋而使混凝土得到較大的預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋要經(jīng)受較大的拉力，混凝土必須承受較大的壓力，因而鋼筋和混凝土應(yīng)當(dāng)采用較高強(qiáng)度的材料。4、張拉鋼筋時(shí)所達(dá)到的應(yīng)力不得超過規(guī)范規(guī)定的張拉控制應(yīng)力σcon其值應(yīng)控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，不能過高，也不能過低。5、預(yù)應(yīng)力損失是指預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在制作和使用過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力和混凝土壓應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力損失對構(gòu)件的剛度、抗裂度均產(chǎn)生不利影響，因此，應(yīng)采取各種有效措施，以減少各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失，使之控制在一定范圍內(nèi)。作業(yè)：1.什么叫預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)？為什么對構(gòu)件要施加預(yù)應(yīng)力？2.什么在普通鋼筋混凝土中不能有效地利用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土？而在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中必須采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土？3.比較普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的區(qū)別，它們各自有何優(yōu)缺點(diǎn)？4.施加預(yù)應(yīng)力的方法有哪幾種？它們的主要區(qū)別是什么？5.預(yù)應(yīng)力混凝土對材料有哪些要求？6.什么是張拉控制應(yīng)力？為什么其取值不能過高或過低？與哪些因素有關(guān)？7.什么叫預(yù)應(yīng)力損失？引起應(yīng)力損失的因素及采取措施？預(yù)備知識：先、后張法軸拉構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析

預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件從張拉鋼筋開始直至構(gòu)件破壞，截面中鋼筋和混凝土應(yīng)力的變化分為兩個(gè)階段：施工階段和使用階段。每個(gè)階段又包括了若干特征受力過程。

1）在施工階段，構(gòu)件截面沒有開裂，可以把預(yù)應(yīng)力混凝土視作彈性材料，因而可以用材料力學(xué)的分析方法對構(gòu)件截面的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，在使用階段構(gòu)件開裂前，材料力學(xué)的方法仍然適用。此時(shí)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件可看做承受兩個(gè)力系，一個(gè)是由外荷載所產(chǎn)生，另一個(gè)是把全部預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力看作反向作用在構(gòu)件上的外力所產(chǎn)生。

2）抓住施工、使用階段中的特征受力狀態(tài)，搞清各個(gè)狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生的預(yù)應(yīng)力損失，以及與該狀態(tài)相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度。

7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算①先張法施工階段軸拉構(gòu)件見下表張拉并錨固剛切斷放松鋼筋完成第二批損失施工階段預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力混凝土的應(yīng)力

0非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力

0備注:先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力通過鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)傳遞給混凝土和非預(yù)應(yīng)力鋼筋。預(yù)應(yīng)力傳遞過程中，預(yù)應(yīng)力鋼筋、混凝土、非預(yù)應(yīng)力鋼筋三者協(xié)調(diào)變形，全截面受力，所以施工階段計(jì)算時(shí)采用換算截面面積A0

7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算②后張法施工階段軸拉構(gòu)件

張拉并錨固鋼筋完成第二批損失施工階段預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力混凝土的應(yīng)力非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力備注：后張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力靠錨具傳遞給孔道外側(cè)混凝土和非預(yù)應(yīng)力鋼筋，由于施工階段孔道沒有灌漿或灌漿材料強(qiáng)度不夠，預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間沒有黏結(jié)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力合力相當(dāng)于外力作用在鋼筋混凝土凈截面上，因此，后張法構(gòu)件在施工階段計(jì)算時(shí)用凈截面面積An（An＝Ac+αEs

As）。

7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算③先、后張法使用階段的荷載見下表

消壓荷載

開裂荷載破壞荷載先張法后張法同上同上同上結(jié)論1.先、后張法消壓荷載、開裂荷載表達(dá)式相同，但數(shù)值不同，因?yàn)榧词蛊渌鼦l件相同時(shí)，的表達(dá)式不同2.預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件提高了構(gòu)件的抗裂度、減小了裂縫寬度，但預(yù)應(yīng)力混凝土和普通混凝土的正截面的承載力完全相同,3.計(jì)算使用階段外荷載所引起的截面應(yīng)力時(shí)，無論先張法構(gòu)件還是后張法構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間都已經(jīng)黏結(jié)成整體，因此，都采用A0。7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算先張法和后張法預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件計(jì)算公式的異同點(diǎn):

①施工階段，先張法和后張法計(jì)算σpc的公式形式類似，不同之處在于先張法采用A0，后張法采用An，由此可以得出，若σcon，Ap以及截面尺寸、材料強(qiáng)度相同,由于A0>An，則后張法建立的有效預(yù)壓應(yīng)力要比先張法高一些。另外σl計(jì)算值也不同。

②使用階段，用于計(jì)算N0，Ncr

,Nu的公式，其形式對先、后張法構(gòu)件采說是相同的，截面面積都用A0。

③直至構(gòu)件開裂前，先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力比后張法少αEσpcⅡ，所以說后張法構(gòu)件σcon相當(dāng)于先張法構(gòu)件的σcon-αEσpcⅡ。7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算7-4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算

預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算包括使用階段和施工階段的計(jì)算和驗(yàn)算。

7.4.1使用階段

1.正截面承載力計(jì)算當(dāng)預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí)，全部軸心拉力由預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋承擔(dān)，此時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋和普通鋼筋均已屈服。于是，其正截面受拉承載力應(yīng)按下式計(jì)算：式中——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

N——構(gòu)件的軸心拉力設(shè)計(jì)值；

f

py、fy——分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

Ap、As——分別為預(yù)應(yīng)力鋼筋與普通鋼筋的截面面積。7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算2、抗裂度及裂縫寬度驗(yàn)算當(dāng)構(gòu)件截面上的應(yīng)力超過預(yù)壓應(yīng)力σpc與混凝土實(shí)際抗拉強(qiáng)度ftk之和時(shí)，截面將開裂。由于結(jié)構(gòu)的使用功能及所處環(huán)境的不同，對構(gòu)件裂縫控制的要求也應(yīng)不同。因此，對預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)所處環(huán)境和使用要求，選用相應(yīng)的裂縫控制等級，并按下列規(guī)定進(jìn)行受拉邊緣應(yīng)力或正截面裂縫寬度驗(yàn)算。對嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件（一級構(gòu)件）

對一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件（二級構(gòu)件）7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算——

荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合、準(zhǔn)永久組合下構(gòu)件抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向應(yīng)力；式中：在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下滿足：在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合下滿足：7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算

式中——混凝土法向應(yīng)力為零時(shí)，全部預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。對允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件（三級構(gòu)件）

式中，有效受拉混凝土截面面積,對先張法構(gòu)件取構(gòu)件截面面積，對后張法構(gòu)件取扣除孔道后的構(gòu)件截面面積。7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算

7.4.2施工階段驗(yàn)算

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件在放張預(yù)應(yīng)力鋼筋（先張法）或張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋完畢（后張法）時(shí)，混凝土受到的預(yù)壓應(yīng)力最大，而這時(shí)混凝土的強(qiáng)度通常僅達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75％，構(gòu)件承載力和后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力是否足夠，應(yīng)予驗(yàn)算。

1.張拉（或放張）預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，構(gòu)件承載力驗(yàn)算：

式中—放松預(yù)應(yīng)力鋼筋或張拉完畢時(shí)混凝土所受的預(yù)壓應(yīng)力；

—放張預(yù)應(yīng)力鋼筋或張拉完畢時(shí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算

后張法構(gòu)件按不考慮損失計(jì)算，即

2.后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓驗(yàn)算：后張法構(gòu)件端部由于錨具下墊板面積很小而承受很大的局部壓力，該壓力要經(jīng)過一段距離才能擴(kuò)散至整個(gè)截面．錨固區(qū)混凝土處于三向應(yīng)力狀態(tài)，即。靠近墊板處為壓應(yīng)力，距離端部較遠(yuǎn)處為拉應(yīng)力，當(dāng)橫向拉應(yīng)力超過混凝土、的抗拉強(qiáng)度時(shí)，端部錨固區(qū)將出現(xiàn)縱向裂縫，并導(dǎo)致局部承壓破壞。

先張法構(gòu)件按第一批損失出現(xiàn)后計(jì)算，即7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算

因此需進(jìn)行錨具下混凝土的抗裂度和強(qiáng)度的驗(yàn)算。錨固區(qū)抗裂度主要取決于墊板與構(gòu)件的端部尺寸，端部截面局部承壓強(qiáng)度則通過配置間接鋼筋來滿足。

Fl——局部受壓面上作用的局部壓力設(shè)計(jì)值；

端部受壓截面尺寸驗(yàn)算：局部受壓區(qū)截面尺寸應(yīng)符合下列要求。

Aln

——混凝土局部受壓凈面積，應(yīng)在中扣孔道、凹槽部分面積；

βc

——混凝土強(qiáng)度的影響系數(shù)；

βl

——混凝土局部受壓承載力強(qiáng)度的提高系數(shù)；

Al

——混凝土局部承壓面積。當(dāng)有墊板時(shí)；可考慮預(yù)壓力沿錨具墊圈邊緣在墊板中按450擴(kuò)散后傳至混凝土的受壓面積；7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算fc'——張拉時(shí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。Ab——局部受壓時(shí)的計(jì)算底面積，按與局部承壓面積“同心、對稱”原則確定。

局部受壓承載力計(jì)算式中βcor

——

配置間接鋼筋的局部受壓承載力提高系數(shù)，

Acor——

鋼筋網(wǎng)或螺旋筋以內(nèi)的混凝土核芯面積，重心應(yīng)與Al的重心重合，且滿足Ap≥Acor≥Al；7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算

ρv——間接鋼筋的體積配筋率，要求≥0.5％。

當(dāng)為方格網(wǎng)配筋時(shí)

當(dāng)為螺旋式配筋時(shí)

式中l(wèi)1，l2——鋼筋網(wǎng)兩個(gè)方向長度，l1>l2

；

n1，As1——l1方向的鋼筋根數(shù)和單根鋼筋的截面面積；

n2，As2——l2方向的鋼筋根數(shù)和單根鋼筋的截面面積；

s——方格網(wǎng)或螺旋筋的間距；

Ass1——螺旋式單根間接鋼筋的截面面積；

dcor——螺旋鋼筋范圍以內(nèi)的混凝土直徑。

7.4預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算7.5預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的一般構(gòu)造要求1.鋼筋的凈距及保護(hù)層種類要求鋼絲及熱處理鋼筋鋼絞線1×31×7鋼筋凈距≥15mm≥15mm≥20mm≥25mm備注（1）鋼筋保護(hù)層厚度同普通梁。（2）除滿足上述凈距要求外，預(yù)應(yīng)力鋼筋凈距不應(yīng)小于其公稱直徑d或等效直徑deq的1.5倍，雙并deq=1.4d、三并deq=1.7d。7.5預(yù)應(yīng)力混凝