預應(yīng)力混凝土構(gòu)件

1、10 預應(yīng)力混凝土構(gòu)件本章目錄 10.1 10.1 預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本概念及分類預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本概念及分類 10.2 10.2 預應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定預應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定 10.3 10.3 預應(yīng)力各項損失的計算及工程應(yīng)用預應(yīng)力各項損失的計算及工程應(yīng)用 10.4 10.4 預應(yīng)力筋傳遞長度及端錨區(qū)局壓計算預應(yīng)力筋傳遞長度及端錨區(qū)局壓計算 10.5 10.5 軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析 10.6 10.6 預應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計算預應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計算 10.7 10.7 預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件 10.8 10.8 預應(yīng)力混凝

2、土構(gòu)造要求預應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求 10.9 10.9 部分預應(yīng)力混凝土構(gòu)件和無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土部分預應(yīng)力混凝土構(gòu)件和無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土 目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.1 概 述10.1.1 預應(yīng)力混凝土的基本概念預應(yīng)力混凝土的基本概念普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用存在的問題1）在正常使用條件下構(gòu)件受拉區(qū)裂縫的存在，導致了受拉區(qū)混凝土浪費，還使得構(gòu)件剛度降低，變形較大。2）考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性與適用性，必須控制構(gòu)件的裂縫寬度和變形。 在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強混凝土及高強鋼材是不能充分利用 目錄目錄10.110.210.310.410.510.6

3、10.710.810.9預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的定義在正常受荷前預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結(jié)構(gòu)稱為“預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。ACI對預應(yīng)力混凝土的定義為“預應(yīng)力混凝土是根據(jù)需要人為施加某一數(shù)值與分布的壓應(yīng)力用以部分或全部抵消荷載應(yīng)力的一種加筋混凝土?！?預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理加載加載目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用(1)改善結(jié)構(gòu)的使用性能(2)減小構(gòu)件截面尺寸，減輕自重(3)充分利用高強度鋼材(4)具合良好的裂縫閉合性能(5)提高抗疲勞強度(6)具有良好的經(jīng)濟性（1）大跨度

4、結(jié)構(gòu)（2）對抗裂縫有特殊要求的結(jié)構(gòu)（3）某些高聳結(jié)構(gòu)（5）特殊要求的一般建筑（4）大量制造的預制構(gòu)件10.1.2（3） 預應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類及預加力的方法預應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類及預加力的方法根據(jù)預應(yīng)力施加的程度分類 0MM或 0NN各符號含義見教材P215目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9使用荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力或裂縫全預應(yīng)力混凝土構(gòu)件使用荷載下允許混凝土受拉區(qū)產(chǎn)生寬度不大的裂縫部分預應(yīng)力混凝土構(gòu)件混凝土構(gòu)件的分類混凝土構(gòu)件的分類目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9張拉鋼筋澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設(shè)計強

5、度的70%以上時剪斷鋼筋澆混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預留孔道在構(gòu)件中預留孔道中穿鋼筋并張拉錨固灌漿根據(jù)預應(yīng)力的施加方式 先張法 后張法 鋼筋在臺座上就位目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9有粘結(jié)預應(yīng)力混凝土構(gòu)件 無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土構(gòu)件有粘結(jié)預應(yīng)力混凝土先張法生產(chǎn)的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小或無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產(chǎn)的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點造價低，便于以后再次張拉或更換預應(yīng)力鋼筋根據(jù)預應(yīng)力鋼材與混凝土之間是否存在粘結(jié)作用目錄目錄10.110.

6、210.310.410.510.610.710.810.9* *夾具：夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預應(yīng)力筋后夾它不留在構(gòu)件上，剪斷預應(yīng)力筋后夾具的作用即消失具的作用即消失* *錨具：錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具永久地留在構(gòu)件上，如錨具失效構(gòu)件中的預應(yīng)力將全部消失。失效構(gòu)件中的預應(yīng)力將全部消失。10.1.4錨具與夾具螺絲端桿錨螺絲端桿錨目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9錐形錨具錐形錨具鐓頭錨具鐓頭錨具 夾片錨具夾片錨具 Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.8

7、10.9強度高；與混凝土間有足夠的粘結(jié)力；良好的加工性能和一定的塑性要求處于侵蝕介質(zhì)中的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不宜采用處于侵蝕介質(zhì)中的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不宜采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線等作熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線等作為預應(yīng)力鋼筋為預應(yīng)力鋼筋鋼筋類型冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線、冷拔低碳鋼絲注意對直接承受動荷載的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有對直接承受動荷載的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋焊接接頭的冷拉鋼筋10.2 預應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定預應(yīng)力鋼筋鋼絞線目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.

8、9混凝土要求高強度、收縮與徐變小、快硬、早強混凝土強度等級不宜低于C40，且不應(yīng)低于C30 張拉控制應(yīng)力張拉控制應(yīng)力pconAN張拉控制應(yīng)力范圍con越大，混凝土中的預壓應(yīng)力越大，但過大會產(chǎn)生如下問題使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞預應(yīng)力筋過早進入流幅，降低其塑性增加鋼筋的松弛損失目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9預應(yīng)力筋強度標準值（N/mm2） Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9由于錨具、墊塊本身的變形，其間裂縫的壓緊及鋼筋在錨具中的滑移引起的損失plEla1張拉端至錨固端之間的距離預應(yīng)力鋼筋的彈性模量張拉

9、端錨具的變形和鋼筋的內(nèi)縮值，見教材表10.110.3 預應(yīng)力損失10.3.1 張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應(yīng)力損失張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預應(yīng)力損失 1l直線預應(yīng)力鋼筋后張曲線或折線預應(yīng)力鋼筋)1)(21fcfconllxrl)/(1000cconsfraEl各符號含義見教材P184目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9PPxPx-dPx預應(yīng)力筋軸線張拉端錨固端xdxd后張法中，張拉鋼筋時，鋼筋在孔道中滑動，就會產(chǎn)生摩擦力主要由兩部分組成*孔道偏差等因素引起的*曲線型孔道而引起的10.3.2 預應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應(yīng)力損失預應(yīng)力鋼

10、筋與孔道壁之間摩擦引起的預應(yīng)力損失 )11 ()(2kdxconle考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數(shù)，教材表10-2預應(yīng)力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數(shù)，教材表10-2減小摩擦損失的措施：一是采用超張拉工藝；二是采用兩端張拉 ！2l目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9溫度為t0時的應(yīng)力為con溫度升到t1時由于混凝土未結(jié)硬此處的應(yīng)力為con溫度回落到t0時由于混凝土已結(jié)硬和鋼筋同時回縮，此處的應(yīng)力為con con混凝土蒸汽養(yǎng)護時,預應(yīng)力鋼筋與臺座之間溫差引起的損失)/(210200001. 000001. 0253mmNtttEpl鋼筋的線膨脹系數(shù)*采用

11、二次升溫法可減少l3:先在常溫下養(yǎng)護,當混凝土的強度達到7.510N/mm2時再逐漸升溫10.3.3 加熱養(yǎng)護時鋼筋與設(shè)備之間溫差引起的損失加熱養(yǎng)護時鋼筋與設(shè)備之間溫差引起的損失 3l目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9鋼筋在高應(yīng)力作用下，長度不變而應(yīng)力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛鋼筋張拉后1小時內(nèi)約完成總松弛的50%，24小時內(nèi)完成總松弛的80%，以后逐漸收斂conptconlbfa)(4采用超張拉時為0.9，不采用時為1.0常數(shù)參見教材P186或規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定選用10.3.4 預應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預應(yīng)力損失預應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預

12、應(yīng)力損失 4l目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9收縮和徐變兩者相互有關(guān)，很難精確計算，為了簡化兩項損失可合并考慮DCfBAcupcl5受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預應(yīng)力鋼筋和非預應(yīng)力鋼筋的配筋率受拉區(qū)或受壓區(qū)預應(yīng)力鋼筋在各自合力作用點處混凝土的法向壓應(yīng)力高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應(yīng)增加2030%系數(shù)系數(shù)A、B、C、D參見教材參見教材P186中的相關(guān)規(guī)定中的相關(guān)規(guī)定10.3.5 溫凝土收縮和徐變引起的預應(yīng)力損失溫凝土收縮和徐變引起的預應(yīng)力損失 5l目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9采用螺旋式預應(yīng)力筋作為配筋的

13、環(huán)形構(gòu)件，由于預應(yīng)力筋對混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所引起的損失當d3m時Mpal30610.3.6 環(huán)形構(gòu)件用螺旋式預應(yīng)力配筋時所引起的損失環(huán)形構(gòu)件用螺旋式預應(yīng)力配筋時所引起的損失 6l預應(yīng)力損失的組合先張法構(gòu)件后張法構(gòu)件第一批損失lIl1+l2+l3+l4l1+l2第二批損失lIIl5l4+l5+l6預應(yīng)力總損失的下限值先張法構(gòu)件： ll100N/mm2后張法構(gòu)件： ll80N/mm210.3.7 預應(yīng)力損失的組合預應(yīng)力損失的組合Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.4 預應(yīng)力筋的傳遞長度和構(gòu)件端部錨固區(qū)局部預應(yīng)力筋的傳遞長度和構(gòu)件

14、端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算受壓承載力計算10.4.1 預應(yīng)力筋的傳遞長度預應(yīng)力筋的傳遞長度 r tl先張法構(gòu)件預應(yīng)力筋的預應(yīng)力傳遞長度： dfltkpetr各符號含義見教材P187目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.4.2 構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算 后張法構(gòu)件端部后張法構(gòu)件端部壓應(yīng)力分布圖壓應(yīng)力分布圖 局部受壓區(qū)的截面尺寸驗算 nlclclAfF35. 1lblAA混凝土局部受壓時的強度提高系數(shù) 式中各符號的含義見教材p188目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.

15、9局部受壓的局部受壓的計算底面積計算底面積局部承壓承載力計算 yv0.9(2)lclcvcorlnFffA sAlAnlAncorssv22211114ssvcorAds 方格網(wǎng)式配筋方格網(wǎng)式配筋 螺旋式配筋螺旋式配筋 局壓承載力局壓承載力公式公式（10.23）局部受壓區(qū)的間接鋼筋局部受壓區(qū)的間接鋼筋（a）方格網(wǎng)式（）方格網(wǎng)式（b）螺旋式）螺旋式Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9PPP預應(yīng)力混凝土構(gòu)件（使用荷載下不帶裂縫）普通混凝土構(gòu)件（使用荷載下常帶裂縫）預應(yīng)力鋼筋開裂前，荷載-位移關(guān)系為線性的，預應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力增長較少開裂后，預應(yīng)力鋼筋

16、的應(yīng)力急增，進入非線性階段10.5 軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析受力特征各階段應(yīng)力受力示意圖（a）截面圖（）截面圖（b）放松預應(yīng)力筋（）放松預應(yīng)力筋（c）完成第二批損失（）完成第二批損失（d）加荷至混凝土應(yīng)力為零（）加荷至混凝土應(yīng)力為零（e）裂縫即將出現(xiàn)（）裂縫即將出現(xiàn)（f）破壞）破壞目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.91pconl 鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：10.5.1 先張法構(gòu)件1）張拉鋼筋施工階段2）完成第一批預應(yīng)力損失澆注混凝土但不受力lIconp鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：431I5 . 0llll目錄目錄10.110.210.310.410.

17、510.610.710.810.93）放松鋼筋pcIElIconp鋼筋應(yīng)力：0)(AAplIconcpI混凝土應(yīng)力：pcIpEAAA) 1(0csEEEppcIElIconppcIAAA)()(4）完成第二批損失pcII混凝土中的有效預壓應(yīng)力pcIIElIIlIconp鋼筋應(yīng)力：550()()conlplsconlplspccEsEpAAAAAAAA 混 凝 土 有 效 預 應(yīng) 力 ：54II5 . 0lllcpcslpcEppcElconAAA)()(5目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.91）消壓狀態(tài)-加載至混凝土中的應(yīng)力為0c=0Np0使用階段

18、slPlconpAAN5000ANpcp消壓軸力： 或2）即將開裂狀態(tài)ftNcr目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.90c混凝土應(yīng)力：pypf鋼筋應(yīng)力：Nu3）構(gòu)件破壞狀態(tài)syPpyuAfAfN開裂荷載 tkpEsEcslplconctksltkEptkElconcrfAAAAAAfAfAfN)()()()(55或0AfNtkpccr)(注意：預應(yīng)力并不能提高構(gòu)件的極限承載力目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.91）穿鋼筋0p鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：10.5.2 后張法構(gòu)件施工階段公式各符號含義相見教材P19

19、2目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.93）完成第二批損失混凝土中的有效預壓應(yīng)力pcII654llllII使用階段1）消壓狀態(tài)-加載至混凝土中的應(yīng)力為0Np0目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.92）即將開裂狀態(tài)Ncrft3）構(gòu)件破壞狀態(tài)Nu0c混凝土應(yīng)力：pypf鋼筋應(yīng)力：syPpyuAfAfN目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.5.3 先張法與后張法計算公式之比較鋼筋應(yīng)力混凝土應(yīng)力軸向拉力Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.

20、710.810.910.6 軸心受拉構(gòu)件計算計算內(nèi)容 使用階段承載力計算 使用階段承載力計算與裂縫控制驗算 施工階段承載力計算 后張法構(gòu)件端部局部承壓承載力驗算10.6.1 使用階段承載力計算！構(gòu)件破壞時，全部荷載有鋼筋承擔，正截面承載能力可按下式計算： syppyAfAfN軸向拉力設(shè)計值 目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.6.2 使用階段裂縫控制計算1）一級：嚴格要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件 0ANkck2）二級：一般要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件 在荷載標準組合下，受拉邊緣應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強度的標準值，即： ktcpkcf目錄目錄10.110

21、.210.310.410.510.610.710.810.90cPckc在荷載標準組合下受拉邊緣不出現(xiàn)拉應(yīng)力3）三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件 limmaxww按荷載的標準組合并考慮長期作用影響計算的最大裂縫寬度 最大裂縫寬度限值對環(huán)境類別為二a 類的預應(yīng)力混凝土構(gòu)件： 一般情況：tkcpqcf 0ANqcq荷載準永久組合下抗裂驗算邊緣的混凝土法向應(yīng)力 按荷載效應(yīng)準永久組合計算的軸向拉力 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值Wlim（mm） 其中目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.6.3 施工階段驗算.ckccf80各符號含義見教材P18410

22、.6.4 端部錨固區(qū)局部受壓承載能力驗算 包括局部受壓區(qū)的截面尺寸驗算和局部受壓承載力計算，同學們結(jié)合教材P195的例題仔細研讀Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7 預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計算10.7.1 受彎構(gòu)件應(yīng)力分析施工階段（已產(chǎn)生第一批預應(yīng)力損失）先張法后張法plconplconpIAAN)()(ppplconpplconpNyAyAe000)()(0000yIeNANppppcpcElconppcEsnnpnpnppcyIeNANplconplconpAAN)()(ppnplconpnplconpnNyAyAe)()(lco

23、nppcEs各公式的符號含義可參見教材P198目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9施工階段（已完成第二批預應(yīng)力損失）先張法后張法slslplconplconpAAAAN55)()(psslsslpplconpplconpNyAyAyAyAe0505000)()(0000yIeNANppppcpcElconp5lpcEsslslplconplconpAAAAN55)()(pnsslnsslnpplconnpplconpnNyAyAyAyAe55)()(lconp5lpcEsnnpnpnppcyIeNAN各公式的符號含義可參見教材P198目錄目錄10.1

24、10.210.310.410.510.610.710.810.9使用階段（消壓狀態(tài)）截面下邊緣應(yīng)力為零時 000WMpc00WMpc或 消壓彎矩 換算截面受拉邊緣的彈性抵抗矩 使用階段（即將開裂狀態(tài)）即將開裂狀態(tài) 0WfMtkpccr)(開裂彎矩換算截面抵抗矩塑性影響系數(shù) mh).(12070！其他符號詳見教材目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9承載能力極限狀態(tài)構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)和計算方法與普通混凝土受彎構(gòu)件類似 正常工作狀態(tài)正常工作狀態(tài) 承載力極限狀態(tài)承載力極限狀態(tài) 目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7.2 使用階段正截面承載力計算除了考慮預應(yīng)力筋的抗拉作用之外，其他方面計算與普通混凝土類似，此處不贅述。10.7.3 使用階段斜截面承載力計算ppypbsysbpcsfAfAVVVsin8 . 0sin8 . 00050ppNV.各公式的符號含義可參見教材P19810.7.4 使用階段正截面裂縫控制驗算預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面裂縫控制驗算與預應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件類似 ，具體計算可參見教材或規(guī)范目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.7.5 使用階段斜截面裂縫控制驗算預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)分別對截面