模塊六預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算能力訓(xùn)練【教學(xué)目標(biāo)】

能力目標(biāo)：掌握先張法預(yù)應(yīng)力筋的控制應(yīng)力、張拉程序和放張順序的確定和注意事項(xiàng)；掌握后張法孔道留設(shè)、錨具選擇、預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序、孔道灌漿等施工方法及注意要點(diǎn)；了解電熱張法、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土作用原理及應(yīng)用。

知識(shí)目標(biāo)：了解預(yù)應(yīng)力混凝土的概念及其在工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)；熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土的材料品種、規(guī)格及要求；熟悉先張法、后張法的施工工藝。

態(tài)度養(yǎng)成目標(biāo)：通過本模塊的學(xué)習(xí)，形成對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的初步認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)工程素質(zhì)。課題1

預(yù)應(yīng)力混凝土基本知識(shí)課題2

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算能力訓(xùn)練模塊六預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算能力訓(xùn)練【教學(xué)要求】知識(shí)要點(diǎn)能力要求相關(guān)知識(shí)所占分值（100分）預(yù)應(yīng)力混凝土概念掌握預(yù)應(yīng)力混凝土概念和作用原理。預(yù)應(yīng)力混凝土提高構(gòu)件抗裂度及剛度的原因。15預(yù)應(yīng)力混凝土的材料要求(1)掌握預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)用鋼筋的要求。(2)掌握預(yù)應(yīng)力混凝土對(duì)混凝土的要求。(1)預(yù)應(yīng)力鋼筋的發(fā)展趨勢(shì)為高強(qiáng)度、低松弛、粗直徑、耐腐蝕。(2)預(yù)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和種類。15施加預(yù)應(yīng)力的方法掌握先張法。掌握后張法。了解無粘結(jié)施加預(yù)應(yīng)力。三種施加預(yù)應(yīng)力方法的特點(diǎn)與聯(lián)系。15施加預(yù)應(yīng)力的設(shè)備了解施加預(yù)應(yīng)力的設(shè)備。施加預(yù)應(yīng)力設(shè)備的各自的使用特點(diǎn)。5張拉控制應(yīng)力掌握張拉控制應(yīng)力限值與取值方法。何種情況張拉控制應(yīng)力限值可以提高。15預(yù)應(yīng)力損失和預(yù)應(yīng)力損失值的組合(1)掌握預(yù)應(yīng)力損失的形式；了解預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算。(2)掌握預(yù)應(yīng)力損失值的組合。六種預(yù)應(yīng)力損失的名稱和計(jì)算公式；預(yù)應(yīng)力損失的組合形式。20預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求(1)掌握預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的一般構(gòu)造要求；(2)掌握先張法構(gòu)件的構(gòu)造要求；(3)掌握后張法構(gòu)件的構(gòu)造要求。截面形式和尺寸；預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋布置；非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋的布置；構(gòu)件端部的加強(qiáng)措施。15課題1

預(yù)應(yīng)力混凝土基本知識(shí)課題2

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件計(jì)算能力訓(xùn)練生活中關(guān)于預(yù)應(yīng)力的例子【引例】 預(yù)應(yīng)力混凝土是針對(duì)普通鋼筋混凝土容易開裂的缺陷而發(fā)展起來的新材料。西歐和北美的學(xué)者，幾乎花了半個(gè)世紀(jì)的努力進(jìn)行研究，但都由于采用了低強(qiáng)鋼材，施加的預(yù)壓應(yīng)力太低、損失率太高而未獲得成功。直到1928年才由法國著名工程師弗來西奈(Freyssinet)采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土以提高張拉應(yīng)力、減少損失率之后，方獲成功，因此公認(rèn)他為預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)明人。在建筑結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常使用預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。圖6.1所示大橋設(shè)計(jì)與施工中，主要使用了預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板。圖6.1預(yù)應(yīng)力混凝土圓孔板大橋圖6.2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件建筑物

6.1.1預(yù)應(yīng)力混凝土概念普通鋼筋混凝土構(gòu)件的抗拉極限應(yīng)變值只有0.0001至0.00015，即相當(dāng)于每米只允許拉長(zhǎng)0.1至0.15mm，超過此值，混凝土就會(huì)開裂。如果混凝土不開裂，構(gòu)件內(nèi)的受拉鋼筋應(yīng)力只能達(dá)到20至30N/mm2。如果允許構(gòu)件開裂，裂縫寬度限制在0.2至0.3mm時(shí)，構(gòu)件內(nèi)的受拉鋼筋應(yīng)力也只能達(dá)到150至250N/mm2。因此，在普通混凝土構(gòu)件中采用高強(qiáng)鋼材達(dá)到節(jié)約鋼材的目的受到限制。采用預(yù)應(yīng)力混凝土才是解決這一矛盾的有效辦法，即在構(gòu)件承受外荷載前，預(yù)先在構(gòu)件的受拉區(qū)對(duì)混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力。當(dāng)構(gòu)件在使用階段的外荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消預(yù)壓應(yīng)力，這就推遲了混凝土裂縫的出現(xiàn)并限制了裂縫的開展，從而提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度。如圖6.3.對(duì)混凝土構(gòu)件受拉區(qū)施加預(yù)壓應(yīng)力的方法，是張拉受拉區(qū)中的預(yù)應(yīng)力鋼筋，通過預(yù)應(yīng)力鋼筋或錨具，將預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性收縮力傳遞到混凝土構(gòu)件上，并產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

課題1預(yù)應(yīng)力混凝土基本知識(shí)圖6.3預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁（a）預(yù)壓力作用下；（b）外荷載作用下；（c）預(yù)壓力與外荷載共同作用下

預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理是事先人為地在混凝土或鋼筋混凝土中引入內(nèi)部應(yīng)力，且其值和分布，能將使用荷載產(chǎn)生的應(yīng)力抵消到一個(gè)合適的程度的混凝土。這就是說，它是預(yù)先對(duì)混凝土或鉿構(gòu)件施工加壓應(yīng)力，使之建立一種人為的應(yīng)力狀態(tài)，這種應(yīng)力的大小和分布規(guī)律，能有利抵消使用荷載作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力。因而使構(gòu)件在使用荷載作用下不致開裂，或推遲開裂，或者減小裂縫開展的寬度，以提高構(gòu)件抗裂度及剛度。

【特別提示】預(yù)應(yīng)力混凝土由于事先人為地施加了一個(gè)預(yù)加力，使其在受力方面有許多和普通混凝土結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)。在正常配筋范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的破壞彎矩，主要與構(gòu)件的組成材料的性能有關(guān)，其破壞彎矩值與同條件下的普通鋼筋混凝土的破壞彎矩值幾乎相同。因此,預(yù)應(yīng)力的存在對(duì)構(gòu)件的承載力并無明顯的影響。

優(yōu)點(diǎn)：①提高構(gòu)件的抗裂度和剛度，減少構(gòu)件的變形，構(gòu)件具有良好的裂縫閉合能力，增加了結(jié)構(gòu)的耐久性，提高了抗疲勞能力，改善了構(gòu)件的受力性能；②使用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋，節(jié)省材料并減小構(gòu)件尺寸，減輕自重，有利于建造大跨度橋梁或重荷載結(jié)構(gòu)；③減小梁的豎向剪力和主拉應(yīng)力，提高了抗剪能力；④施加預(yù)應(yīng)力過程是對(duì)結(jié)構(gòu)作了一次檢驗(yàn)，有利于保證質(zhì)量；⑤促進(jìn)結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，施工手段的創(chuàng)新。地錨加固斜坡

預(yù)應(yīng)力錨索框格梁加固邊坡預(yù)應(yīng)力空心板（先張法）預(yù)應(yīng)力I形組合梁（后張法，橋面現(xiàn)澆）

預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋6.1.2預(yù)應(yīng)力混凝土的分類根據(jù)制作、設(shè)計(jì)和施工的特點(diǎn)，預(yù)應(yīng)力混凝土分為不同的類型。1．先張法預(yù)應(yīng)力混凝土和后張法預(yù)應(yīng)力混凝土先張法是制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋后澆灌混凝土的一種方法；后張法是先澆灌混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度后再張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的一種施加預(yù)應(yīng)力方法。2．全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土全預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即為全截面受壓；部分預(yù)應(yīng)力是在使用荷載作用下，構(gòu)件截面混凝土允許出現(xiàn)拉應(yīng)力或開裂，即只有部分截面受壓。3．有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力是指沿預(yù)應(yīng)力筋全長(zhǎng)其周圍均與混凝土黏結(jié)、握裹在一起的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力是指預(yù)應(yīng)力筋伸縮、滑動(dòng)自由，不與周圍混凝土黏結(jié)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。6.1.3預(yù)應(yīng)力混凝土的材料要求l.預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中用作建立預(yù)壓應(yīng)力的鋼筋(鋼絲)稱為預(yù)應(yīng)力筋。(1)對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力筋的要求1)具有較高的強(qiáng)度混凝土預(yù)應(yīng)力的大小取決于預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉應(yīng)力大小。考慮到混凝土構(gòu)件在制作和使用過程中會(huì)產(chǎn)生各種預(yù)應(yīng)力損失。為保證扣除應(yīng)力損失后仍具有較高的有效張拉應(yīng)力，這就要求預(yù)應(yīng)力鋼筋具有較高的抗拉強(qiáng)度。2)具有一定的塑性為了避免預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，要求預(yù)應(yīng)力鋼筋在拉斷時(shí)，具有一定的伸長(zhǎng)率。當(dāng)構(gòu)件處于低溫環(huán)境或受到?jīng)_擊荷載作用時(shí)，更應(yīng)注意其鋼筋塑性和抗沖擊韌性的要求。3)具有良好的加工性能要求鋼筋有良好的可焊性，并且鋼筋在鐓粗后不影響原來的物理力學(xué)性能。4)與混凝土之間有良好的黏結(jié)強(qiáng)度先張法構(gòu)件主要是通過預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力來傳遞預(yù)壓應(yīng)力的，為此要求其預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)具有良好的外形。

（2）預(yù)應(yīng)力筋的種類用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力筋宜采用鋼絲、鋼絞線和精軋螺紋鋼筋三大類。1)鋼絲鋼絲是采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼盤條，經(jīng)過幾次冷拔后得到。預(yù)應(yīng)力混凝土所用鋼絲可分為中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲及消除應(yīng)力鋼絲兩種；按外形可分為光圓鋼絲、刻痕鋼絲、螺旋肋鋼絲兩類。中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲的抗拉強(qiáng)度為800～1270N／mm2，鋼絲直徑為5mm、7mm、9mm三種。為增加與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度，鋼絲表面可制成螺旋肋。消除應(yīng)力鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1470～1860N／mm2，鋼絲直徑也為5mm、7mm、9mm三種。鋼絲經(jīng)冷拔后，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，一般都需要采用低溫回火處理來消除內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)這樣處理的鋼絲稱為消除應(yīng)力鋼絲，其比例極限、條件屈服強(qiáng)度和彈性模量均比消除應(yīng)力前有所提高，塑性也有所改善。2)鋼絞線將3股或7股平行的高強(qiáng)鋼絲圍繞中間的一根芯絲通過絞盤機(jī)以螺旋形式緊緊包住芯絲，使之?dāng)Q成一股，即成為鋼絞線。通常以7股鋼絞線應(yīng)用最多。7股鋼絞線的鋼絞線公稱直I徑為9.5mm、12.7mm、15.2mm、17.8mm、21.6mm五種，通常用于無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，抗拉強(qiáng)度高達(dá)1960N／mm2。3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構(gòu)件，以提高與混凝土的黏結(jié)力。3)精軋螺紋鋼筋精軋螺紋鋼筋是一種特殊形狀帶有不連續(xù)的外螺紋的直條鋼筋，該鋼筋在任意截面處，均可以用帶有內(nèi)螺紋的連接器或錨具進(jìn)行連接或錨固。直徑為18mm、25mm、32mm、40mm、50mm五種，抗拉強(qiáng)度為980～1230N／mm2。刻痕鋼絲的外形預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面圖精軋螺紋鋼筋的外形2.混凝土(1)對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件中混凝土的要求預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件是通過張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋來預(yù)壓混凝土，以提高構(gòu)件的抗裂能力，因此預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用的混凝土應(yīng)滿足下列要求：1）具有較高的強(qiáng)度(建立較高的預(yù)壓應(yīng)力、減小截面尺寸和自重、適應(yīng)大跨度要求、對(duì)先張法可提高黏結(jié)強(qiáng)度、對(duì)后張法可增大端部混凝土的承壓能力)2）收縮、徐變小（減小預(yù)應(yīng)力損失）3)快硬、早強(qiáng)（加快施工速度、提高臺(tái)座、模板、夾具的周轉(zhuǎn)率、降低間接費(fèi)用）4)彈性模量高（提高截面的抗彎剛度、減小變形、減小預(yù)壓時(shí)混凝土的彈性回縮）(2）混凝土的選用《規(guī)范》規(guī)定預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30。【特別提示】下列結(jié)構(gòu)物宜優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力混凝土：1.要求裂縫控制等級(jí)較高的結(jié)構(gòu)；2.大跨度或受力很大的構(gòu)件；3.對(duì)構(gòu)件的剛度和變形控制要求較高的構(gòu)件6.1.4.施加預(yù)應(yīng)力的方法與設(shè)備

預(yù)應(yīng)力的施加方法，根據(jù)與構(gòu)件制作相比較的先后順序分為先張法、后張法兩大類。后張法因施工工藝的不同，又可分為一般后張法、后張自錨法、無粘結(jié)后張法等。1.先張法先張法是在澆筑混凝土之前，先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，并將預(yù)應(yīng)力筋臨時(shí)固定在臺(tái)座或鋼模上，然后澆筑混凝土構(gòu)件，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度(施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，所需的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，但不宜低于設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的75%)，混凝土與預(yù)應(yīng)力筋具有一定的粘結(jié)力時(shí)，放松預(yù)應(yīng)力筋，使混凝土在預(yù)應(yīng)力的反彈力作用下，使構(gòu)件受拉區(qū)的混凝土承受預(yù)壓應(yīng)力。先張法生產(chǎn)工序少，工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易保證。同時(shí)，先張法不用工作錨具，生產(chǎn)成本較低，臺(tái)座越長(zhǎng)，一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)的構(gòu)件數(shù)量就越多，因而適合于批量生產(chǎn)的中、小型構(gòu)件。如圖6.4，為先張法施工工藝生產(chǎn)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的示意圖。圖6.4先張法施工工藝(a)張拉預(yù)應(yīng)力筋(b)澆筑混凝土構(gòu)件(c)放張施加預(yù)應(yīng)力(1）臺(tái)座臺(tái)座是先張法施工張拉和臨時(shí)固定預(yù)應(yīng)力筋的支撐結(jié)構(gòu)，它承受預(yù)應(yīng)力筋的全部張拉力，故要求有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；滿足生產(chǎn)工藝的要求。臺(tái)座按構(gòu)造形式分為墩式臺(tái)座和槽式臺(tái)座。如圖6.5、圖6.6。圖6.5

墩式臺(tái)座的幾種形式(a)重力式(b)與臺(tái)面共同作用式(c)構(gòu)架式(d)樁基構(gòu)架式圖6.6槽式臺(tái)座(2）夾具夾具是預(yù)應(yīng)力筋張拉和臨時(shí)固定的錨固裝置，用在先張法施工中。按其用途不同，可分為錨固夾具和張拉夾具。1)

錐形夾具如圖6.7、圖6.8，鋼質(zhì)錐形夾具主要用來錨固直徑為3～5mm的單根鋼絲夾具。圖6.7鋼質(zhì)錐形夾具實(shí)物圖圖6.8鋼質(zhì)錐形夾具（a）圓錐齒板式（b）圓錐式1-套筒；2-齒板；3-鋼絲；4-錐塞2)鐓頭夾具:如圖6.9，圖6.10所示，采用鐓頭夾具時(shí)，將預(yù)應(yīng)力筋端部熱鐓或冷鐓，通過承力分孔板錨固。鐓頭夾具適用于預(yù)應(yīng)力鋼絲固定端的錨固。圖6.9鐓頭夾具1-墊片；2-墩頭鋼絲；3-承力板圖6.10墩頭錨具節(jié)點(diǎn)詳圖3)鋼筋錨固夾具。鋼筋錨固常用圓套筒三片式夾具，由套筒和夾片組成。其型號(hào)有YJ12、YJ14，適用于先張法；用YC-18型千斤頂張拉時(shí)，適用于錨固直徑為12mm、14mm的單根冷拉HRB335、HRB400、RRB400級(jí)鋼筋。4)張拉夾具張拉夾具是夾持住預(yù)應(yīng)力筋后，與張拉機(jī)械連接起來進(jìn)行預(yù)應(yīng)力筋張拉的機(jī)具。

張拉夾具1、錨板，2、楔塊，3、鋼筋，4、倒齒形夾片，5、拉柄，6、拉環(huán)，7、偏心塊圓套筒三片式夾具（a）裝配圖；（b）夾片；（c）套筒1-套筒；2-夾片；3-預(yù)應(yīng)力筋(3）張拉設(shè)備張拉設(shè)備要求工作可靠，控制應(yīng)力準(zhǔn)確，能以穩(wěn)定的速率加大拉力。常用的張拉設(shè)備有油壓千斤頂、卷揚(yáng)機(jī)、電動(dòng)螺桿張拉機(jī)等。

張拉機(jī)具的張拉力應(yīng)不小于預(yù)應(yīng)力筋張拉力的1.5倍；張拉機(jī)具的張拉行程不小于預(yù)應(yīng)力筋伸長(zhǎng)值的1.1～1.3倍。如圖6.11、圖6.12。圖6.11圖6.12卷揚(yáng)機(jī)張拉布置1、臺(tái)座，2、放松裝置，3、橫梁，4、鋼筋，5、鐓頭錨固，6、穿心式夾具，7、張拉夾具，8、彈簧測(cè)力計(jì)，9、固定梁，10、滑輪組，11、卷揚(yáng)機(jī)

(4）先張法施工工藝1)先張法的工藝流程先張法的工藝流程如下圖6.13所示，其中關(guān)鍵是預(yù)應(yīng)力筋的張拉與固定，混凝土澆筑以及預(yù)應(yīng)力筋的放張。圖6.13先張法工藝流程2)控制應(yīng)力。張拉控制應(yīng)力是指在張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)所達(dá)到的規(guī)定應(yīng)力，應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定采用。預(yù)應(yīng)力筋的張拉控制應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定且不應(yīng)小于：①消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線②中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲③預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋指的是預(yù)應(yīng)力筋極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；指的是預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，上述張拉控制應(yīng)力限值可相應(yīng)提高或：①要求提高構(gòu)件在施工階段的抗裂性能而在使用階段受壓區(qū)內(nèi)設(shè)置的預(yù)應(yīng)力筋；②要求部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、鋼筋分批張拉以及預(yù)應(yīng)力筋與張拉臺(tái)座之間的溫差等因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失。2.后張法后張法是先制作混凝土構(gòu)件，并在預(yù)應(yīng)力筋的位置預(yù)留出相應(yīng)孔道，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)值后，穿入預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行張拉，并利用錨具把預(yù)應(yīng)力筋錨固，最后進(jìn)行孔道灌漿。預(yù)應(yīng)力筋的張拉力主要是靠構(gòu)件端部的錨具傳遞給混凝土，使混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。如圖6.14為預(yù)應(yīng)力混凝土后張法生產(chǎn)示意圖。圖6.14預(yù)應(yīng)力混凝土后張法生產(chǎn)示意圖后張法的特點(diǎn)是直接在構(gòu)件上張拉預(yù)應(yīng)力筋，構(gòu)件在張拉過程中受到預(yù)壓力而完成混凝土的彈性壓縮，因此，混凝土的彈性壓縮，不直接影響預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力值的建立。

用途：后張法適宜于在施工現(xiàn)場(chǎng)制作大型構(gòu)件（如屋架等），以避免大型構(gòu)件長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)穆闊＿€可以作為一種預(yù)制構(gòu)件的拼裝手段。大型構(gòu)件（如拼裝式大跨度屋架）可以預(yù)制成小型塊體，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，通過預(yù)加應(yīng)力的手段拼裝成整體；或各種構(gòu)件安裝就位后，通過預(yù)加應(yīng)力手段，拼裝成整體預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

缺點(diǎn)：①錨具不能重復(fù)使用②耗用鋼材多③錨具加工要求高、費(fèi)用昂貴④施工工藝較復(fù)雜⑤成本較高(1）錨具和張拉機(jī)具1)錨具的種類在后張法構(gòu)件生產(chǎn)中，錨具、預(yù)應(yīng)力筋和張拉機(jī)具是配套使用的，目前我國在后張法構(gòu)件生產(chǎn)中采用的預(yù)應(yīng)力筋鋼材主要有冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)鋼筋，熱處理鋼筋，精軋螺紋鋼筋，碳素鋼絲和鋼絞線等。歸納成三種類型預(yù)應(yīng)力筋，即單根粗鋼筋（如圖6.15）、鋼筋束（或鋼絞線束）和鋼絲束。適用范圍體系名稱預(yù)應(yīng)力筋張拉機(jī)具螺絲端桿錨具直徑36mm冷拉Ⅱ、Ⅲ級(jí)鋼筋YL600螺桿式錐形螺桿錨具5鋼絲束YC600精軋螺紋鋼筋錨具精軋螺紋鋼筋YC200墩頭式鋼絲束墩頭錨具5鋼絲束錐銷式鋼質(zhì)錐形錨具5鋼絲束YZ380、600KT-Z型錨具鋼筋束、鋼絞線束YC600JM型錨具Ⅳ級(jí)鋼筋束、鋼絞線束YC600、1200夾片式XM型錨具15鋼絞線束YC1000、2000QM型錨具12、15鋼絞線束YCQ1000、2000、3500單根鋼絞線錨具12、15鋼絞線束YC180、200其它幫條錨具冷拉Ⅱ、Ⅲ級(jí)鋼筋固定端用圖6.15單根粗鋼筋錨具預(yù)應(yīng)力鋼筋束或鋼絞線錨具（多孔夾片錨固）1、鋼絞線，2、金屬螺旋管，3、帶預(yù)埋板的喇叭管，4、錨板，5、夾片，6、灌漿孔預(yù)應(yīng)力鋼筋束或鋼絞線錨具（KT-Z型錨具）（a）裝配圖；（b）錨環(huán)；（c）錨塞錐形螺桿錨具與拉桿式千斤頂?shù)陌惭b示意圖1，鋼絲束，2、套筒，3、錐形螺桿，4、墊板，5、螺母，6、千斤頂連接螺母，7、千斤頂，8、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼絲束錨具2)張拉設(shè)備

拉桿式千斤頂(YL－60)，如圖6.16所示；穿心式千斤頂(YC－60、YC－20、YC－18),如圖6.17所示,配置撐腳和拉桿等附件后,可作為拉桿式千斤頂使用。圖6.16拉桿式千斤頂圖6.17穿心式千斤頂(2）后張法施工工藝后張法構(gòu)件制作的工藝流程如圖6.18.圖6.18后張法施工工藝流程(3)后張法預(yù)應(yīng)力筋張拉后張法預(yù)應(yīng)力筋張拉是要做好各種準(zhǔn)備工作。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，所需的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定，但不宜低于設(shè)計(jì)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)值的75%。以確保在張拉過程中，混凝土不至于受壓而破壞。

3.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土上述后張施加預(yù)應(yīng)力方法的缺點(diǎn)是工序多，需預(yù)留孔道、穿筋、壓力灌漿，施工復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，造價(jià)高。目前預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝已有了很大改進(jìn)，采用另一種后張法—后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，可以克服這些缺點(diǎn)。其特點(diǎn)是不需要預(yù)留孔道，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋可與非預(yù)應(yīng)力鋼筋同時(shí)鋪設(shè)，并可采用曲線配筋，布置靈活。后張無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力的施工工序?yàn)椋?1)制作無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋。在預(yù)應(yīng)力鋼筋表面涂抹防腐油脂層，用油紙包裹，再套以塑料套管。涂層的作用是保證預(yù)應(yīng)力鋼筋的自由拉伸，減少摩擦損失，并能防止預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕。套管包裹層的作用是保護(hù)涂層與混凝土隔離，具有一定的強(qiáng)度，以防止施工中破損，一端安裝固定端錨具，另一端為張拉端。

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（a）塑料外包層，（b）防腐潤(rùn)滑劑，（c）鋼絞線（或碳素鋼絲束）(2)綁扎鋼筋。無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋與非預(yù)應(yīng)力鋼筋一樣預(yù)先鋪設(shè)，可按設(shè)計(jì)要求綁扎成鋼筋骨架，如圖6.19(a)所示。(3)澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度后，在張拉端以結(jié)構(gòu)為支座張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，如圖6.19(b)所示；當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到設(shè)計(jì)要求的拉力后，用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在結(jié)構(gòu)上，如圖6.19(c)所示。圖6.19后張法無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力主要工序示意圖

優(yōu)點(diǎn)：施工時(shí)不需要預(yù)留孔道、穿筋、灌漿等繁雜費(fèi)力過程，施工簡(jiǎn)單，預(yù)應(yīng)力鋼筋易彎成多跨曲線形狀等。

缺點(diǎn)：由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土無黏結(jié)作用，整根預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力基本相同，彎矩破壞時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度不能充分發(fā)揮，且一旦錨具失效，整根預(yù)應(yīng)力鋼筋也將完全失去作用。因此，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力通常用于樓板結(jié)構(gòu)，這樣即使個(gè)別錨具失效，不會(huì)造成嚴(yán)重結(jié)構(gòu)安全問題。此外，如僅配無黏結(jié)鋼筋，構(gòu)件中將產(chǎn)生應(yīng)力集中且寬度較大的裂縫。因此在無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，要求錨具具有更高的可靠性，并一定要配置足夠的非預(yù)應(yīng)力鋼筋以控制裂縫寬度和保證構(gòu)件的延性。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是由7根φ5mm高強(qiáng)鋼絲組成的鋼絲束或扭結(jié)成的鋼絞線，通過專門設(shè)備涂包涂料層和包裹外包層構(gòu)成的(圖6.20、圖6.21)。圖6.20無粘結(jié)筋橫截面示意圖（a）無粘結(jié)鋼絞線束；（b）無粘結(jié)鋼絲束或單根鋼絞線1-鋼絞線；2-瀝青涂料；3-塑料布外包層；4-鋼絲；5-油脂涂料圖6.21無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋課題2預(yù)應(yīng)力混凝土計(jì)算與構(gòu)造6.2.1預(yù)應(yīng)力損失按照某一控制應(yīng)力值張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋，其初始張拉應(yīng)力會(huì)因各種原因而降低，這種預(yù)應(yīng)力降低的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失，用σl表示。預(yù)應(yīng)力的損失會(huì)降低預(yù)應(yīng)力的效果，降低構(gòu)件的抗裂度和剛度，故設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)設(shè)法降低預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力混凝土中的預(yù)應(yīng)力損失值具體內(nèi)容見表6-1。表6-1預(yù)應(yīng)力損失值(N/mm2)引起損失的因素符號(hào)先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮按規(guī)范規(guī)定計(jì)算按規(guī)范規(guī)定計(jì)算預(yù)應(yīng)力筋的摩擦與孔道壁之間的摩擦－按規(guī)范規(guī)定計(jì)算張拉端錨口摩擦按實(shí)測(cè)值或廠家提供的數(shù)據(jù)確定在轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦按實(shí)際情況確定混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差2△t－預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛按規(guī)范規(guī)定計(jì)算混凝土的收縮和徐變按規(guī)范規(guī)定計(jì)算用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件，當(dāng)直徑d不大于3m時(shí)，由于混凝土的局部擠壓－30注：1.表中△t為混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的預(yù)應(yīng)力筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差(℃)；2.當(dāng)/≤0.5時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力松弛損失值可取為零。

1.張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1直線預(yù)應(yīng)力鋼筋當(dāng)張拉到σcon后，錨固在臺(tái)座或構(gòu)件上時(shí)，由于錨具、墊板與構(gòu)件之間的縫隙被擠緊，以及由于鋼筋和楔塊在錨具內(nèi)的滑移，使得被拉緊的鋼筋內(nèi)縮a所引起的預(yù)應(yīng)力損失值l1（N/mm2），按下列計(jì)算：（6.1）式中a－張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值（mm），按表6-2取用；l－張拉端至錨固端之間的距離（mm）；Es－預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量（N/mm2）。錨具類別a支承式錨具（鋼絲束墩頭錨具等）螺帽縫隙1夾片錨具有頂壓時(shí)5無頂壓時(shí)6～8表6-2錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值a注：1.表中的錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值也可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)值確定；2.其他類型的錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定。塊體拼成的結(jié)構(gòu)，其預(yù)應(yīng)力損失尚應(yīng)計(jì)及塊體間填縫的預(yù)壓變形。當(dāng)采用混凝土或砂漿為填縫材料時(shí)，每條填縫的預(yù)壓變形值可取為1mm。錨具損失只考慮張拉端，至于錨固端因在張拉過程中已被擠緊，故不考慮其所引起的應(yīng)力損失。減少損失的措施有：1)選擇錨具變形小或使預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮小的錨具、夾具，并盡量少用墊板，因每增加一塊墊板，a值就增加1mm。2)增加臺(tái)座長(zhǎng)度。因值與臺(tái)座長(zhǎng)度成反比，采用先張法生產(chǎn)的構(gòu)件，當(dāng)臺(tái)座長(zhǎng)度100m以上時(shí)，可忽略不計(jì)。

2.預(yù)應(yīng)力鋼筋和孔道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失采用后張法張拉直線預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的表面形狀，孔道成型質(zhì)量情況，預(yù)應(yīng)力鋼筋的焊接外形質(zhì)量情況，預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道接觸程度（孔道的尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間的間隙大小、預(yù)應(yīng)力鋼筋在孔道中的偏心距數(shù)值）等原因，使鋼筋在張拉過程中與孔壁接觸而產(chǎn)生摩擦阻力。這種摩擦阻力距離預(yù)應(yīng)力張拉端越遠(yuǎn)，影響越大，使構(gòu)件各截面上的實(shí)際預(yù)應(yīng)力有所減少，稱為摩擦損失，以表示。可按下述方法計(jì)算。（6.2）當(dāng)時(shí)，可按下列近似公式計(jì)算：（6.3）式中：x――從張拉端至計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度（m），亦可近似取該段孔道從縱軸上的投影長(zhǎng)度；――從張拉端計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角（rad）。K——考慮孔道每米長(zhǎng)度局部偏差的摩擦系數(shù)，按表6-3采用。——預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道道壁之間的摩擦系數(shù)，按表6-3采用。圖6.22預(yù)應(yīng)力摩擦損失計(jì)算1—張拉端；2—計(jì)算截面表6-3摩擦系數(shù)孔道成型方式鋼絞線、鋼絲束預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋預(yù)埋金屬波紋管0.00150.250.50預(yù)埋塑料波紋管0.00150.15——預(yù)埋鋼管0.00100.30——抽芯成型0.00140.550.60無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋0.00400.09——減少損失的措施有；1)對(duì)于較長(zhǎng)的構(gòu)件可在兩端進(jìn)行張拉，則計(jì)算中孔道長(zhǎng)度可按構(gòu)件的一半長(zhǎng)度計(jì)算。但這個(gè)措施將引起的增加，應(yīng)用時(shí)需加以注意。2)采用超張拉，減少松弛損失與摩擦損失。3．混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的鋼筋與受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失為了縮短先張法構(gòu)件的生產(chǎn)周期，澆灌混凝土后常采用蒸汽養(yǎng)護(hù)的辦法加速混凝土的硬結(jié)。升溫時(shí)，鋼筋受熱自由膨脹，產(chǎn)生了預(yù)應(yīng)力損失。設(shè)混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的預(yù)應(yīng)力鋼筋與承受拉力的設(shè)備（臺(tái)座）之間的溫差為△t(℃)，鋼筋的線膨脹系數(shù)為=0.00001/℃,則可按下列式計(jì)算：（6.4）減少損失的措施有：1)用兩次升溫養(yǎng)護(hù)。先在常溫下養(yǎng)護(hù)，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定強(qiáng)度等級(jí)，例如C7.5～C10時(shí)，再逐漸升溫到規(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應(yīng)力損失。2)鋼模上張預(yù)應(yīng)力鋼筋。由于預(yù)應(yīng)力鋼筋是錨固在鋼模上的，升溫時(shí)兩者溫度相同，可以不考慮此項(xiàng)損失。4.預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失鋼筋在高應(yīng)力作用下其塑性變形具有隨時(shí)間而增長(zhǎng)的性質(zhì)，在鋼筋長(zhǎng)度保持不變的條件下則鋼筋的應(yīng)力會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，這種現(xiàn)象稱為鋼筋的應(yīng)力松弛。另一方面在鋼筋應(yīng)力保持不變的條件下，其應(yīng)變會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸增大，這種現(xiàn)象稱為鋼筋的徐變。鋼筋的松弛和徐變均將引起預(yù)應(yīng)力的鋼筋中的應(yīng)力損失，這種損失統(tǒng)稱為鋼筋應(yīng)力松弛損失。GB50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果作如下規(guī)定1)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線規(guī)定：①普通松弛

(6.5)②低松馳當(dāng)≤0.7時(shí)(6.6)當(dāng)0.7＜≤0.8時(shí)（6.7）2)對(duì)中強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絲規(guī)定：（6.8）3)對(duì)預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋規(guī)定：（6.9）試驗(yàn)表明，鋼筋應(yīng)力松弛與下列因素有關(guān)；①應(yīng)力松弛與時(shí)間有關(guān)，開始階段發(fā)展較快，第一小時(shí)松弛損失可達(dá)全部松弛損失的50％左右，24h后右達(dá)80％左右，以后發(fā)展緩慢。②應(yīng)力松弛損失與鋼材品種有關(guān)。熱處理鋼筋的應(yīng)力松弛值比鋼絲、鋼絞線的小。③張拉控制應(yīng)力值高，應(yīng)力松弛大，反之，則小。減少損失的措施有進(jìn)行超張拉，這里所指的超張拉有兩種形式：①從應(yīng)力零開開始直接張拉到1.03；②從應(yīng)力零開開始直接張拉至1.05，持荷兩分鐘之后，再卸載。5.混凝土收縮、徐變的預(yù)應(yīng)力損失混凝土在一般溫度條件下結(jié)硬時(shí)會(huì)發(fā)生體積收縮，而在預(yù)應(yīng)力作用下，沿壓力方向混凝土發(fā)生徐變。兩者均使構(gòu)件的長(zhǎng)度縮短，預(yù)應(yīng)力鋼筋也隨之內(nèi)縮，造成預(yù)應(yīng)力損失。收縮與徐變雖是兩種性質(zhì)完全不同的現(xiàn)象，但它們的影響因素、變化規(guī)律較為相似，故GB50010—2010《《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》將這兩項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失合在一起考慮此處不再詳解。減少的措施有：①采用高標(biāo)號(hào)水泥，減少水泥用量，降低水灰比，采用干硬性混凝土；②采用級(jí)配較好的骨料，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。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)力損失采用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件（電桿、水池、油罐、壓力管道等），由于預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土的擠壓，使環(huán)形構(gòu)件的直徑有所減小，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的拉應(yīng)力就會(huì)降低，從而引起預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力損失。的大小與環(huán)形構(gòu)件的直徑d成反比。直徑越小，損失越大，故《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)時(shí)，；時(shí)，【特別提示】區(qū)分六種預(yù)應(yīng)力損失，并注意各自減小損失的方法。6.2.2預(yù)應(yīng)力損失值的組合(1)預(yù)應(yīng)力損失的特點(diǎn)1）有的在先張法構(gòu)件中產(chǎn)生，有的在后張法構(gòu)件中產(chǎn)生，有的在先、后張法構(gòu)件中均產(chǎn)生；2）有的是單獨(dú)產(chǎn)生，有的是和別的預(yù)應(yīng)力損失同時(shí)產(chǎn)生；3）前述各公式是分別計(jì)算，未考慮相互關(guān)系；（2）預(yù)應(yīng)力損失值的組合為了便于分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)可將預(yù)應(yīng)力損失分為兩批：1）混凝土預(yù)壓完成前出現(xiàn)的損失，稱第一批損失；2）混凝土預(yù)壓完成后出現(xiàn)的損失，稱第二批損失。見表6-4.表6-4各階段的預(yù)應(yīng)力損失組合預(yù)應(yīng)力的損失組合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件混凝土預(yù)壓前(第一批)損失

+

+

+

+混凝土預(yù)壓后(第二批)損失

+

+(3)預(yù)應(yīng)力總損失的下限值考慮到預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算值與實(shí)際值可能存在一定差異，為確保預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的抗裂性，GB50010—2010規(guī)定，當(dāng)計(jì)算求得的預(yù)應(yīng)力總損失小于下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)按下列數(shù)據(jù)取用：先張法構(gòu)件100N/mm2；后張法構(gòu)件80N/mm2【特別提示】6項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失，它們有的只發(fā)生在先張法構(gòu)件中，有的只發(fā)生在后張法構(gòu)件中，有的兩種構(gòu)件均有，而且是分批產(chǎn)生的。6.2.3預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，除應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行承載力計(jì)算及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算外，尚應(yīng)對(duì)施工階段進(jìn)行驗(yàn)算。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)計(jì)入預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)；對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的次彎矩、次剪力及次軸力應(yīng)參與組合計(jì)算。對(duì)承載能力極限狀態(tài)，當(dāng)預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)有利時(shí)，預(yù)應(yīng)力作用分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0，不利時(shí)應(yīng)取1.2；對(duì)正常使用極限狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力作用分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.0。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件受力狀況，包括有若干個(gè)具有代表性的受力過程，它們與施加預(yù)應(yīng)力是采用先張法還是采用和后張法有著密切的關(guān)系，其計(jì)算較為繁瑣，在此不一一論述。本部分以施工階段和正常使用階段的預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件為例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。在后面的分析中，分別以、、表示各階段預(yù)應(yīng)力鋼筋、非預(yù)應(yīng)力鋼筋及混凝土的應(yīng)力。(1)先張法（如圖6.24所示）

（a）放張前（b）放張后（c）完成第二批損失圖6.23先張法施工階段受力分析1.施工階段受力分析1）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋階段。在固定的臺(tái)座上穿好預(yù)應(yīng)力鋼筋，其截面面積為,用張拉設(shè)備張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋直至達(dá)到張拉控制應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力鋼筋所受到的總拉力，此時(shí)該拉力由臺(tái)座承擔(dān)。2）預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固、混凝土澆筑完畢并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)階段。由于錨具變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮、預(yù)應(yīng)力鋼筋的部分松弛和混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)引起的溫差等原因，使得預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生了第一批預(yù)應(yīng)力損失,此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效拉應(yīng)力為（-），預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力為:

(6.10)

(6.11)

(6.12)3）放張預(yù)壓階段放松預(yù)應(yīng)力鋼筋后，預(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)生彈性回縮而縮短，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間存在粘結(jié)力，所以預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮量與混凝土受預(yù)壓的彈性壓縮量相等，由變形協(xié)調(diào)條件可得，混凝土受到的預(yù)壓應(yīng)力為，非預(yù)應(yīng)力鋼筋受到的預(yù)壓應(yīng)力為，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力減少了。即:(6.13)此時(shí)，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件處于自平衡狀態(tài)，由內(nèi)力平衡條件可知，預(yù)應(yīng)力鋼筋所受的拉力等于混凝土和非預(yù)應(yīng)力鋼筋所受的壓力。即有從而有(6.14)式中，，即為預(yù)應(yīng)力鋼筋在完成第一批損失后的合力；

A0―換算截面面積，為混凝土截面面積與非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋換算成混凝土的截面面積之和，

―非預(yù)應(yīng)力鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的彈性模量與混凝土彈性模量的比值。4）完成第二批應(yīng)力損失階段構(gòu)件在預(yù)應(yīng)力的作用下，混凝土發(fā)生收縮和徐變，預(yù)應(yīng)力鋼筋繼續(xù)松弛，構(gòu)件進(jìn)一步縮短，完成第二批應(yīng)力損失。此時(shí)混凝土的應(yīng)力由減少為，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)壓應(yīng)力由減少為，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的應(yīng)力由減少了，為（6.15)式中，為全部預(yù)應(yīng)力損失。根據(jù)構(gòu)件截面的內(nèi)力平衡條件，可得(6.16)式中，，即為預(yù)應(yīng)力鋼筋完成全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。【應(yīng)用案例6-1】一先張法軸心受拉預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，截面為b×h=120×200mm,預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積Ap=804mm2，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpy=580MPa，彈性模量Es=1.8×105MPa，無非預(yù)應(yīng)力筋，混凝土為C40級(jí)（ftk=2.40MPa，Ec=3.25×104MPa），完成第一批預(yù)應(yīng)力損失并放松預(yù)應(yīng)力鋼筋后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為，然后又發(fā)生第二批預(yù)應(yīng)力損失。試求：（1）完成第二批預(yù)應(yīng)力損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力和混凝土的應(yīng)力；（2）加荷至混凝土應(yīng)力為零時(shí)的軸力。[解]問題1：①截面幾何特征②完成第二批預(yù)應(yīng)力損傷后混凝土所受的預(yù)壓應(yīng)力根據(jù)截面平衡條件由得，則：混凝土的應(yīng)力為：③完成第二批預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為：?jiǎn)栴}（2）：見應(yīng)用案例6-2【案例點(diǎn)評(píng)】熟悉并掌握預(yù)應(yīng)力構(gòu)件各個(gè)階段截面應(yīng)力情況非常重要，對(duì)于不同階段，要用相應(yīng)的公式計(jì)算

（a）張拉前（b）完成第一批損失（c）完成第二批損失圖6.24后張法施工階段應(yīng)力分析(2)后張法（見圖6.24）1）張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋之前，即從澆筑混凝土開始至穿預(yù)應(yīng)力鋼筋后，構(gòu)件不受任何外力作用，所以構(gòu)件截面不存在任何應(yīng)力。2）張拉鋼筋并錨固張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，與此同時(shí)混凝土受到與張拉力反向的壓力作用，并發(fā)生了彈性壓縮變形。同時(shí)，在張拉過程中預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔壁之間的摩擦引起預(yù)應(yīng)力損失，錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋后，錨具的變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋的回縮引起預(yù)應(yīng)力損失，從而完成了第一批損失。此時(shí)，混凝土受到的壓應(yīng)力為，非預(yù)應(yīng)力鋼筋所受到的壓應(yīng)力為。預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效拉應(yīng)力為(6.16)由構(gòu)件截面的內(nèi)力平衡條件，可得到(6.17)式中，―完成第一批預(yù)應(yīng)力損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力；―構(gòu)件的凈截面面積，即扣除孔道后混凝土的截面面積與非預(yù)應(yīng)力鋼筋換算成混凝土的截面面積之和，。3)二批預(yù)應(yīng)力損失在預(yù)應(yīng)力張拉全部完成之后，構(gòu)件中混凝土受到預(yù)壓應(yīng)力的作用而發(fā)生了收縮和徐變、預(yù)應(yīng)力鋼筋松馳以及預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)孔壁混凝土的擠壓，從而完成了第二批預(yù)應(yīng)力損失，此時(shí)混凝土的應(yīng)力由減少為，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)壓應(yīng)力由減少為，預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效應(yīng)力為(6.18)由力的平衡條件可得式中，，即為預(yù)應(yīng)力鋼筋完成全部預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合力。(3)先張法與后張法的比較1）計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件截面混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力、時(shí)，計(jì)算時(shí)所用構(gòu)件截面面積為：先張法用換算截面面積A0，后張法用構(gòu)件的凈截面面積An。2）在先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件中，存在著放松預(yù)應(yīng)力鋼筋后由混凝土彈性壓縮變形而引起的預(yù)應(yīng)力損失；在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件中，混凝土的彈性壓縮變形是在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉過程中發(fā)生的，因此沒有相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力損失。所以，相同條件的預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力相等時(shí)，先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋中的有效預(yù)應(yīng)力比后張法的小，相應(yīng)建立的混凝土預(yù)壓應(yīng)力也就比后張法的小，具體的數(shù)量差別取決于混凝土彈性壓縮變形的大小；3）在施工階段中，當(dāng)考慮到所有的預(yù)應(yīng)力損失后，計(jì)算混凝土的預(yù)壓應(yīng)力的公式，先張法與后張法從形式上來講大致相同，主要區(qū)別在于公式中的分母分別為A0和An的不同。由于A0>An，因此先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的混凝土預(yù)壓應(yīng)力小于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件。以上結(jié)論可推廣應(yīng)用于計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的混凝土預(yù)應(yīng)力，只需將NpI、NpII改為偏心壓力。2、正常使用階段受力分析預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件在正常使用荷載作用下，其整個(gè)受力特征點(diǎn)可劃分為消壓極限狀態(tài)、抗裂極限狀態(tài)和帶裂縫工作狀態(tài)。(1)消壓極限狀態(tài)對(duì)構(gòu)件施加的軸心拉力N0在該構(gòu)件截面上產(chǎn)生的拉應(yīng)力剛好與混凝土的預(yù)壓應(yīng)力相等，即，稱N0為消壓軸力。

對(duì)于先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為(6.20.1)對(duì)于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為(6.20.2)預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的消壓狀態(tài)，相當(dāng)于普通混凝土軸心受拉構(gòu)件承受荷載的初始狀態(tài)，混凝土不參與受拉，軸心拉力N0由預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋承受，則先張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的消壓軸力N0為（6.21.1)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的消壓軸力N0為(6.21.2)應(yīng)用案例6—2接應(yīng)用案例6—1問題（2）。【解】加荷至混凝土應(yīng)力為零時(shí)的軸力即為消壓軸力N0。由式（6.21.1)得(2)開裂極限狀態(tài)在消壓軸力N0基礎(chǔ)上，繼續(xù)施加足夠的軸心拉力使得構(gòu)件中混凝土的拉應(yīng)力達(dá)到其抗拉強(qiáng)度ftk，混凝土處于受拉即將開裂但尚未開裂的極限狀態(tài)，稱該軸心拉力為開裂軸力Ncr。此時(shí)構(gòu)件所承受的軸心拉力為(6.22)(3)帶縫工作階段當(dāng)構(gòu)件所承受的軸心拉力N過開裂軸力Ncr后，構(gòu)件受拉開裂，并出現(xiàn)多道大致垂直于構(gòu)件軸線的裂縫，裂縫所在截面處的混凝土退出工作，不參與受拉。預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力分別為(6.23)(6.24)【特別提示】（1）無論是先張法還是后張法，消壓軸力N0、開裂軸力Ncr的計(jì)算公式具有對(duì)應(yīng)相同的形式。（2）要使預(yù)應(yīng)力混凝土軸拉構(gòu)件開裂，需要施加比普通混凝土構(gòu)件更大的軸心拉力，顯然在同等荷載水平下，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件具有較高的抗裂能力。3、預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算根據(jù)以上各階段受力分析，為保證預(yù)應(yīng)力預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件各項(xiàng)使用性能，在使用階段應(yīng)進(jìn)行承載力計(jì)算、抗裂度驗(yàn)算或裂縫寬度計(jì)算；在施工階段應(yīng)進(jìn)行混凝土承載力計(jì)算（先張法構(gòu)件放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)或后張法構(gòu)件張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)），對(duì)于后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)應(yīng)進(jìn)行局部受壓承載力驗(yàn)算。6.2.4.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的構(gòu)造要求(1)截面形式和尺寸預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的截面形式應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。如圖6.25圖6.25預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的截面形式(a)雙T形(b)折板式(c)T字形(d)工字形(e)箱形

矩形截面外形簡(jiǎn)單，模板最省。但核心區(qū)域小，自重大，受拉區(qū)混凝土對(duì)抗彎不起作用，截面有效性差。一般適用于實(shí)心板和一些短跨先張預(yù)應(yīng)力混凝土梁。

工形截面核心區(qū)域大，預(yù)應(yīng)力筋布置的有效范圍大，截面材料利用較為有效，自重較小。但應(yīng)注意腹板應(yīng)保證一定的厚度，以使構(gòu)件具有足夠的受剪承載力，便于混凝土的澆筑。

箱形截面和工形截面具有同樣的截面性質(zhì)，并可抵抗較大的扭轉(zhuǎn)作用，常用于跨度較大的公路橋梁。預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的撓度變形控制容易滿足，因此跨高比可取得較大。但跨高比過大，則反拱和撓度會(huì)對(duì)預(yù)加外力的作用位置以及溫度波動(dòng)比較敏感，對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)影響也更為顯著。一般預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的跨高比可比鋼筋混凝土構(gòu)件增大30%。(2)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用及構(gòu)造要求1）對(duì)部分預(yù)應(yīng)力混凝土，當(dāng)通過配置一定的預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)p已能使構(gòu)件滿足抗裂或裂縫控制要求時(shí)，根據(jù)承載力計(jì)算所需的其余受拉鋼筋可以采用非預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)s。2）非預(yù)應(yīng)力鋼筋可保證構(gòu)件具有一定延性。3）在后張法構(gòu)件未施加預(yù)應(yīng)力前進(jìn)行吊裝時(shí)，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配置也很重要。4）為對(duì)裂縫分布和開展寬度起到一定的控制作用，非預(yù)應(yīng)力鋼筋宜采用HRB335級(jí)和HRB400級(jí)鋼筋。5)對(duì)于施工階段預(yù)拉區(qū)（施加預(yù)應(yīng)力時(shí)形成的拉應(yīng)力區(qū)）容許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，應(yīng)在預(yù)拉區(qū)配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)'s，防止裂縫開展過大，但這種裂縫在使用階段可閉合。6）對(duì)施工階段預(yù)拉區(qū)不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率（(A's+A'p)/A）不應(yīng)小于0.2%，但對(duì)后張法不應(yīng)計(jì)入A'p；7）對(duì)施工階段允許出現(xiàn)裂縫，而在預(yù)拉區(qū)不配置預(yù)應(yīng)力鋼筋的構(gòu)件，當(dāng)時(shí)，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋的配筋率（A's/A）不應(yīng)小于0.4%，當(dāng)時(shí)，在0.2%和0.4%之間按直線內(nèi)插取用。8）預(yù)拉區(qū)的非預(yù)應(yīng)力縱向鋼筋宜配置帶肋鋼