1、建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件一、鋼筋混凝土的缺欠一、鋼筋混凝土的缺欠qk=10kN/mL0跨度為跨度為5.2m的簡支梁，截面尺寸為的簡支梁，截面尺寸為200450mm2，作用均布活，作用均布活荷載規范值荷載規范值qk=10kN/m，均布恒荷載，均布恒荷載gk=5kN/m。9.1 預應力混凝土的概念建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件二、預應力的根本概念二、預應力的根本概念2hIeNANppppc2hIMc)2(2hIeNANhIMppppccb建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件

2、0pcc)2(2hIeNANhIMppppccbtkpccf0tkpccf由于預加應力由于預加應力spc較大，受拉較大，受拉邊緣仍處于受壓形狀，不會邊緣仍處于受壓形狀，不會出現開裂；出現開裂；受拉邊緣應力雖然受拉，但拉應力小于混受拉邊緣應力雖然受拉，但拉應力小于混凝土的抗拉強度，普通不會出現開裂；凝土的抗拉強度，普通不會出現開裂；受拉邊緣應力超越混凝土的抗拉強度，雖然會產受拉邊緣應力超越混凝土的抗拉強度，雖然會產生裂痕，但比鋼筋混凝土構件生裂痕，但比鋼筋混凝土構件Np =0的開裂明的開裂明顯推遲，裂痕寬度也顯著減小。顯推遲，裂痕寬度也顯著減小。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土

3、構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件先張法先張法9.2 施加預應力的方法建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件后張法后張法建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件后張法后張法建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件pcp錨具下混凝土局部承壓問題建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件無粘結預應力混凝土無

4、粘結預應力混凝土錨具的可靠性高強鋼絲的可靠度一定要有非預應力筋建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件一、截面應力計算一、截面應力計算yIeNANppppcyIMc pccyIM)(yIeNANppp9.3 預應力混凝土的根本受力分析建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件二、截面受力特點二、截面受力特點受荷以前受荷以后MaCaNpCMNMap建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件預應力混凝土受彎構件是依托內力臂的變化來抵抗外預應力混凝土受彎構件是依托內力臂的變化來抵抗外彎矩的作用，在受力過程中預應力筋不斷接受較大的彎矩的作用，在受力過程中預應力筋不

5、斷接受較大的拉力拉力Np，而截面混凝土那么不斷主要接受壓力，而截面混凝土那么不斷主要接受壓力C。鋼筋混凝土受彎構件開裂后，內力臂根本堅持不變，鋼筋混凝土受彎構件開裂后，內力臂根本堅持不變，而鋼筋拉力而鋼筋拉力T和壓區混凝土的壓力和壓區混凝土的壓力C隨彎矩增長而不隨彎矩增長而不斷增大。斷增大。預應力混凝土的這種受力特點，充分利用了鋼筋抗拉預應力混凝土的這種受力特點，充分利用了鋼筋抗拉強度和混凝土抗壓強度高特性，可以使得高強度資料強度和混凝土抗壓強度高特性，可以使得高強度資料強度高的性能得以發揚。強度高的性能得以發揚。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件三、平衡荷載概念三、平衡荷

6、載概念)(212xlxgMkg220)(4lxlxeeppkNlge2081取 ppeN )(yIeNANyIMpppg222)(814lxlxNlgpkANpgM)(212xlxgk建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件dNdxwpppNdxdNwdxd208leNpNpwdd/2d/2dx208leNNwpp當當w=gk時，曲線預應力筋對混時，曲線預應力筋對混凝土產生橫向分布壓力恰好抵凝土產生橫向分布壓力恰好抵消梁均布恒荷載消梁均布恒荷載gk。按這種方法設計的預應力混凝按這種方法設計的預應力混凝土構造稱為平衡荷載法。土構造稱為平衡荷載法。220)(4lxlxeep22dxe

7、dp建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件一、預應力鋼筋一、預應力鋼筋 預應力鋼筋的強度越高越好。預應力鋼筋的強度越高越好。 而且在預應力混凝土制造和運用過程中，由于種種緣由，預應而且在預應力混凝土制造和運用過程中，由于種種緣由，預應力筋中預先施加的張拉應力會產生損失，因此，為使得扣除應力力筋中預先施加的張拉應力會產生損失，因此，為使得扣除應力損失后仍具有較高的張拉應力，也必需運用高強鋼筋絲作預損失后仍具有較高的張拉應力，也必需運用高強鋼筋絲作預應力筋。應力筋。 為防止在超載情況下發生脆性破斷，預應力筋還必需具有一定為防止在超載情況下發生脆性破斷，預應力筋還必需具有一定的塑性。

8、同時還要求具有良好的加工性能，以滿足對鋼筋焊接、的塑性。同時還要求具有良好的加工性能，以滿足對鋼筋焊接、鐓粗的加工要求。鐓粗的加工要求。 對鋼絲類預應力筋，還要求具有低松弛性和與混凝土良好的粘對鋼絲類預應力筋，還要求具有低松弛性和與混凝土良好的粘結性能，通常采用結性能，通常采用刻痕刻痕或或壓波壓波方法來提高與混凝土粘結強度。方法來提高與混凝土粘結強度。9.4 預應力混凝土的資料及錨夾具建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件1、冷拉低合金鋼筋、冷拉低合金鋼筋 通常將通常將級熱軋鋼筋經冷拉后作為預應力筋，抗拉強度可級熱軋鋼筋經冷拉后作為預應力筋，抗拉強度可達達580MPa。 為處理

9、粗直徑鋼筋的銜接問題，鋼筋外表軋制成不帶縱向為處理粗直徑鋼筋的銜接問題，鋼筋外表軋制成不帶縱向肋的精制螺紋，可用套筒直接銜接。肋的精制螺紋，可用套筒直接銜接。 但隨著近年來高強鋼絲和鋼絞線的大量消費，這種預應力但隨著近年來高強鋼絲和鋼絞線的大量消費，這種預應力筋的運用已很少。筋的運用已很少。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件2、中高強鋼絲、中高強鋼絲中高強鋼絲是采用優質碳素鋼盤條，經過幾次冷拔后得到。中高強鋼絲是采用優質碳素鋼盤條，經過幾次冷拔后得到。中強鋼絲的為中強鋼絲的為8001200MPa，高強鋼絲的強度為高強鋼絲的強度為14701860MPa。鋼絲直徑為鋼絲直徑為3

10、9mm。為添加與混凝土粘結強度，鋼絲外表可采用為添加與混凝土粘結強度，鋼絲外表可采用刻痕刻痕或或壓波壓波，也，也可制成螺旋肋。可制成螺旋肋。刻痕鋼絲螺旋肋鋼絲建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件消除應力鋼絲：鋼絲經冷拔后，存在有較大的內應力，普通消除應力鋼絲：鋼絲經冷拔后，存在有較大的內應力，普通都需求采用低溫回火處置來消除內應力。消除應力鋼絲的比都需求采用低溫回火處置來消除內應力。消除應力鋼絲的比例極限、條件屈服強度和彈性模量均比消除應力前有所提高，例極限、條件屈服強度和彈性模量均比消除應力前有所提高，塑性也有所改善。塑性也有所改善。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預

11、應力混凝土構件3、鋼絞線、鋼絞線 鋼絞線是用鋼絞線是用2、3、7股高強鋼絲扭結而成的一種高強預應力筋，股高強鋼絲扭結而成的一種高強預應力筋，其中以其中以7股鋼絞線運用最多。股鋼絞線運用最多。7股鋼絞線的公稱直徑為股鋼絞線的公稱直徑為9.515.2 mm，通常用于無粘結預應力筋，強度可高達，通常用于無粘結預應力筋，強度可高達1860MPa。2股和股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，以提高與混凝土的股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，以提高與混凝土的粘結強度。粘結強度。無粘結預應力束無粘結預應力束建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件4、熱處置鋼筋、熱處置鋼筋 用熱軋

12、中碳低合金鋼經過調質熱處置后制成的高強度鋼筋，直用熱軋中碳低合金鋼經過調質熱處置后制成的高強度鋼筋，直徑為徑為610mm，抗拉強度為，抗拉強度為1470MPa。除冷拉低合金鋼筋外，其他預除冷拉低合金鋼筋外，其他預應力筋的應力應力筋的應力-應變曲線均無明應變曲線均無明顯屈服點，采用剩余應變為顯屈服點，采用剩余應變為0.2%的條件屈服點作為抗拉強的條件屈服點作為抗拉強度設計目的。度設計目的。a0.2%0.2 fu建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件二、混凝土二、混凝土預應力混凝土要求采用高強混凝土預應力混凝土要求采用高強混凝土可以施加較大的預壓應力，提高預應力效率；可以施加較大的

13、預壓應力，提高預應力效率；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；有利于減小構件截面尺寸，以適用大跨度的要求；具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時具有較高的彈性模量，有利于提高截面抗彎剛度，減少預壓時的彈性回縮；的彈性回縮；徐變較小，有利于減少徐變引起的預應力損失；徐變較小，有利于減少徐變引起的預應力損失；與鋼筋有較大粘結強度，減少先張法預應力筋的應力傳送長度；與鋼筋有較大粘結強度，減少先張法預應力筋的應力傳送長度；有利于提高部分承壓才干，便于后張錨具的布置和減小錨具墊有利于提高部分承壓才干，便于后張錨具的布置和減小錨具墊板的尺寸；板的尺寸；強度早期開展較快，可較早施加預

14、應力，加快施工速度，提高強度早期開展較快，可較早施加預應力，加快施工速度，提高臺座、模具、夾具的周轉率，降低間接費用臺座、模具、夾具的周轉率，降低間接費用 普通預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于普通預應力混凝土構件的混凝土強度等級不低于C30，當采用高，當采用高強鋼絲時不低于強鋼絲時不低于C40。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件三、錨具和夾具三、錨具和夾具圖 螺絲端桿錨具建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件(a) 張拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端圖 鐓頭錨具建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件 建筑結構第九章第九章

15、 預應力混凝土構件預應力混凝土構件夾片式錨具夾片式錨具建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件pconpconAN,9.4 張拉控制應力和預應力損失建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件張拉控

16、制應力限值con張拉方法鋼筋種類先張法后張法預應力鋼絲、鋼絞線熱處理鋼筋0.75 fptk0.70 fptk0.75 fptk0.65 fptk建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件 由于對預應力筋的張拉過程是在施工階段進展的，同時張拉由于對預應力筋的張拉過程是在施工階段進展的，同時張拉預應力筋也是對它進展的一次檢驗，所以表中預應力筋也是對它進展的一次檢驗，所以表中scon是以預應是以預應力筋的規范強度給出的，且力筋的規范強度給出的，且scon可不受抗拉強度設計值的限可不受抗拉強度設計值的限制。制。在以下情況下，在以下情況下， scon可提高可提高0.05 fptk： 為提高構

17、件在施工階段的抗裂性能，而在運用階段受壓區內為提高構件在施工階段的抗裂性能，而在運用階段受壓區內設置的預應力筋；設置的預應力筋；為部分抵消應力松弛、摩擦、分批張拉和溫差產生預應力損為部分抵消應力松弛、摩擦、分批張拉和溫差產生預應力損失。失。 為防止為防止scon的取值過低，影響預應力筋充分發揚作用，的取值過低，影響預應力筋充分發揚作用，規定規定scon不應小于不應小于0.4 fptk。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件二、預應力損失二、預應力損失 預應力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質以及制預應力筋張拉后，由于混凝土和鋼材的性質以及制造方法上緣由，預應力筋中應力會從造方法上

18、緣由，預應力筋中應力會從scon逐漸減少，逐漸減少，并經過相當長的時間才會最終穩定下來，這種應力并經過相當長的時間才會最終穩定下來，這種應力降低景象稱為預應力損失。降低景象稱為預應力損失。 由于最終穩定后的應力值才對構件產生實踐的預應由于最終穩定后的應力值才對構件產生實踐的預應力效果。因此，預應力損失是預應力混凝土構造設力效果。因此，預應力損失是預應力混凝土構造設計和施工中的一個關鍵的問題。計和施工中的一個關鍵的問題。 過高或過低估計預應力損失，都會對構造的運用性過高或過低估計預應力損失，都會對構造的運用性能產生不利影響。能產生不利影響。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件

19、由于預應力的經過張拉預應力筋得到，凡是能使預應力筋產生縮由于預應力的經過張拉預應力筋得到，凡是能使預應力筋產生縮短的要素，都將引起預應力損失，主要有：短的要素，都將引起預應力損失，主要有： 錨固損失：錨具變形引起預應力筋的回縮、滑移錨固損失：錨具變形引起預應力筋的回縮、滑移 摩擦損失：在預應力筋張拉過程中，后張法預應力筋與孔道壁之摩擦損失：在預應力筋張拉過程中，后張法預應力筋與孔道壁之間的摩擦，先張法預應力筋與錨具之間以及折點處的摩擦，也會間的摩擦，先張法預應力筋與錨具之間以及折點處的摩擦，也會使張拉應力呵斥損失。使張拉應力呵斥損失。 混凝土的收縮和徐變引起的損失混凝土的收縮和徐變引起的損失

20、松弛損失：長度不變的預應力筋，在高應力的長期作用下會產生松弛損失：長度不變的預應力筋，在高應力的長期作用下會產生松弛，會引起預應力損失。松弛，會引起預應力損失。 溫差損失：先張法中的熱養護引起的溫差損失溫差損失：先張法中的熱養護引起的溫差損失 彈性緊縮損失：混凝土彈性緊縮，后張法中后拉束對先張拉束呵彈性緊縮損失：混凝土彈性緊縮，后張法中后拉束對先張拉束呵斥的緊縮變形而產生分批張拉損失等。斥的緊縮變形而產生分批張拉損失等。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件1 1、錨固損失、錨固損失sl1sl1 預應力筋張拉后錨固時，由于錨具受力后變形、墊板縫隙的預應力筋張拉后錨固時，由于錨具

21、受力后變形、墊板縫隙的擠緊以及鋼筋在錨具種的內縮引起的預應力損失記為擠緊以及鋼筋在錨具種的內縮引起的預應力損失記為sl1sl1。對直線預應力筋，對直線預應力筋，slEla1第十章 預應力混凝土構造的原理及計算規定錨具變形和鋼筋內縮值 a（mm）錨 具 類 別a支承式錨具（鋼絲束鐓頭錨具等） ：螺帽縫隙每塊后加墊板的縫隙11錐塞式錨具（鋼絲束的鋼質錐形錨具等）5有頂壓時5夾片式錨具無頂壓時68建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件2 2、摩擦損失、摩擦損失sl2sl2 摩擦損失是指在后張法張拉鋼筋時，由于預應力筋與周圍摩擦損失是指在后張法張拉鋼筋時，由于預應力筋與周圍接觸的混凝土

22、或套管之間存在摩擦，引起預應力筋應力隨距張接觸的混凝土或套管之間存在摩擦，引起預應力筋應力隨距張拉端間隔的添加而逐漸減少的景象。拉端間隔的添加而逐漸減少的景象。直線預應力筋曲線預應力筋建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件鋼絲束、鋼絞線摩擦系數孔道成型方式預埋金屬波紋管預埋鋼管抽芯成型無粘結預應力鋼絞線0.00150.00100.00150.00350.250.250.550.09注：1、當有可靠的試驗數據資料時，表列系數值可根據實測數據確定；2、當采用鋼絲束的鋼質錐形錨具及類似形式錨具時，尚應考慮錨杯口處的附加摩擦損失，其值可根據實測數據確定；3、無粘結預應力鋼絞線的數據適用

23、于由公稱直徑 12.70mm 或15.20mm 鋼絞線制成的無粘結預應力鋼筋。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件 對于曲線預應力筋張拉錨固時，由于錨具變形和鋼筋內縮對于曲線預應力筋張拉錨固時，由于錨具變形和鋼筋內縮a(mm)，使預應力筋有回縮的趨勢，從而產生反向摩擦力以阻，使預應力筋有回縮的趨勢，從而產生反向摩擦力以阻止其內縮。止其內縮。反向摩擦力只在一定的影響長度反向摩擦力只在一定的影響長度lf(m)內發生，即在距張拉端內發生，即在距張拉端lf處，預應力筋的內縮值為零。處，預應力筋的內縮值為零。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件一端張拉一端張拉兩端張拉

24、兩端張拉超張拉超張拉減少摩擦損失的措施建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件3 3、熱養護損失、熱養護損失sl3sl3 為縮短先張法構件的消費周期，常采用蒸汽養護加快混凝為縮短先張法構件的消費周期，常采用蒸汽養護加快混凝土的凝結硬化。土的凝結硬化。升溫時，新澆混凝土尚未結硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預應力升溫時，新澆混凝土尚未結硬，鋼筋受熱膨脹，但張拉預應力筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預應力筋中筋的臺座是固定不動的，亦即鋼筋長度不變，因此預應力筋中的應力隨溫度的增高而降低，產生預應力損失的應力隨溫度的增高而降低，產生預應力損失sl3sl3。降溫時，混凝土到達了一定的

25、強度，與預應力筋之間已具有粘降溫時，混凝土到達了一定的強度，與預應力筋之間已具有粘結作用，兩者共同回縮，已產生預應力損失結作用，兩者共同回縮，已產生預應力損失sl3sl3無法恢復。無法恢復。設養護升溫后，預應力筋與臺座的溫差為設養護升溫后，預應力筋與臺座的溫差為D t D t ，取鋼筋的溫，取鋼筋的溫度膨脹系數為度膨脹系數為1 110-5/10-5/，那么有，那么有， 10153tEsltt210210155建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件4 4、鋼筋松弛損失、鋼筋松弛損失sl4sl4鋼筋在高應力長期作用下具有隨時間增長產生塑性變形的性質。鋼筋在高應力長期作用下具有隨時間

26、增長產生塑性變形的性質。在長度堅持不變的條件下，應力值隨時間增長而逐漸降低，這在長度堅持不變的條件下，應力值隨時間增長而逐漸降低，這種景象稱為松弛。種景象稱為松弛。應力松弛與初始應力程度和作用時間長短有關。應力松弛與初始應力程度和作用時間長短有關。根據應力松弛的長期實驗結果，根據應力松弛的長期實驗結果， 取取普通預應力鋼絲和鋼絞線：普通預應力鋼絲和鋼絞線：conptkconlf)5 . 0(4 . 04低松弛預應力鋼絲和鋼絞線：低松弛預應力鋼絲和鋼絞線：當當scon0.7fptk時，時，conptkconlf)5 . 0(125. 04當當0.7fptk scon0.8fptk時，時，conp

27、tkconlf)5 . 0(2 . 04為超張拉系數，一次張拉時，取為超張拉系數，一次張拉時，取=1；超張拉時，取；超張拉時，取=0.9。當當scon0.5fptk時，可不思索應力松弛損失，即取時，可不思索應力松弛損失，即取sl4=0。建筑結構第九章第九章 預應力混凝土構件預應力混凝土構件5 5、收縮徐變損失、收縮徐變損失sl5sl5混凝土的收縮和徐變，都會導致預應力混凝土構件長混凝土的收縮和徐變，都會導致預應力混凝土構件長度的縮短，預應力筋隨之回縮，引起預應力損失。度的縮短，預應力筋隨之回縮，引起預應力損失。由于收縮和徐變是同時隨時間產生的，且影響二者的由于收縮和徐變是同時隨時間產生的，且影響二者的要素一樣時隨變化規律類似，要素一樣時隨變化規律類似， 將二者合并思索。將二者合并思索。 對混凝土收縮和徐變引起的損失，按以下公式對混凝土收縮和徐變引起的損失，按以下公式計算：計算：151220455cupclf151220455cupclf先張法先張法151220255cupclf151