預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件

1、第十章 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件本章要求1、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念，了解預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件工作的原理。2、了解預(yù)應(yīng)力的施加方法和對(duì)鋼材及混凝土材料的要求。3、掌握各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生的原因及各項(xiàng)損失減小的措施和各項(xiàng)損失的不同組合。4、熟練掌握預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。5、掌握預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件在受力后的強(qiáng)度、剛度。裂縫及設(shè)計(jì)計(jì)算方面的聯(lián)系和區(qū)別。6、掌握部分預(yù)應(yīng)力混凝土與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念。7、熟悉預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求。第一節(jié) 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)原理及計(jì)算規(guī)定一、預(yù)應(yīng)力混凝土的概念 普通鋼筋混凝土構(gòu)件，在各種荷載作用下，一般都存在混凝土的受拉區(qū)。而混凝土本身的抗拉強(qiáng)度及極限拉

2、應(yīng)變卻很?。ɑ炷量估瓘?qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度1/10，抗拉極限應(yīng)變約為極限壓應(yīng)變的1/12）。其極限拉應(yīng)變約為（0.10.15）10-3，因此，對(duì)使用上不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件，受拉鋼筋的應(yīng)力僅為2030N/mm2（），對(duì)于允許開裂的構(gòu)件，當(dāng)裂縫寬度限制在0.20.3時(shí)，受拉鋼筋的應(yīng)力也只能在左右。所以，如果采用高強(qiáng)度的鋼筋，在使用階段鋼筋達(dá)到屈服時(shí)其拉應(yīng)變很大，約在210-3以上，與混凝土極限拉應(yīng)變相差懸殊，裂縫寬度將很大，無法滿足使用要求。因而在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中采用高強(qiáng)度鋼筋是不能充分發(fā)揮作用的。同樣，在普通鋼筋混凝土構(gòu)件中，采用高強(qiáng)度的混凝土，由于其抗拉強(qiáng)度提高的很小，對(duì)提高構(gòu)件的抗裂性和剛度

3、效果也不明顯。由于無法充分利用高強(qiáng)度鋼材和高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，使普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度或承受動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)成為不可能或很不經(jīng)濟(jì)。另外，對(duì)于處于高濕度或侵蝕性環(huán)境中的構(gòu)件，為了滿足變形和裂縫控制的要求，則須增加構(gòu)件的截面尺寸和用鋼量，將導(dǎo)致自重過大，也不很經(jīng)濟(jì)，甚至無法建造。由此可見，在普通鋼筋混凝土構(gòu)件中，高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋是不能充分發(fā)揮作用的。為了充分利用高強(qiáng)混凝土及鋼筋，可以在混凝土構(gòu)件的受拉區(qū)預(yù)先施加壓應(yīng)力，造成人為的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消混凝土的預(yù)壓應(yīng)力，然后隨著荷載的增加，混凝土才受拉并隨著荷載繼續(xù)增加而出現(xiàn)裂縫，因而可推遲裂縫的出現(xiàn)，減小裂縫的寬

4、度，滿足使用要求。這種在構(gòu)件受荷前預(yù)先對(duì)混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)稱為“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高，高強(qiáng)鋼筋的進(jìn)一步使用，預(yù)應(yīng)力混凝土目前已廣泛應(yīng)用于大跨度建筑高層建筑、橋梁、鐵路、海洋、水利、機(jī)場(chǎng)、核電站等工程中。例如，黃河公路大橋、十一屆亞運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)館、大亞灣核電站的反應(yīng)堆保護(hù)殼、高412.5米的天津廣播電視塔、廣州63層的國(guó)貿(mào)大廈以及量大面廣的多孔橋、吊車梁、屋面梁等都采用了預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)?，F(xiàn)以預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁受力為例，說明預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理。如101所示。在荷載作用之前，預(yù)先在梁的受拉區(qū)施加一對(duì)大小相等，方向相反的偏心預(yù)壓力，使得梁截面下邊邊緣混凝土產(chǎn)生

5、預(yù)壓應(yīng)力（圖101a）。當(dāng)外荷載q作用時(shí)，截面下邊緣產(chǎn)生拉應(yīng)力（圖101b）。最后梁截面的應(yīng)力分布為上述兩種情況下的應(yīng)力疊加，梁截面下邊緣的應(yīng)力可能是數(shù)值較小的拉應(yīng)力，也可能是壓應(yīng)力（圖101c），也就是講，由于預(yù)壓應(yīng)力的存在，可部分抵消或全部抵消外荷載q所引起梁截面的拉應(yīng)力，因而延緩了混凝土構(gòu)件的開裂或不開裂。圖101(a)預(yù)應(yīng)力作用下；(b)外荷載作用下； (c)二者共同作用下圖102所示為三根簡(jiǎn)支梁的荷載跨中撓度試驗(yàn)曲線。這三根梁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)一樣，鋼筋品種和數(shù)量一樣，梁截面尺寸也完全相同，只是預(yù)應(yīng)力大小不一樣。其中一根為普通鋼筋混凝土梁，另兩根為預(yù)應(yīng)力混凝土梁，只是所施加的預(yù)應(yīng)力值大

6、小不同（為控制應(yīng)力）。由圖可見，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的開裂荷載大于鋼筋混凝土梁的開裂荷載，且預(yù)應(yīng)力值越大，開裂荷載值提高，撓度減小，但三根試件中的破壞荷載卻基本相同。因此，預(yù)應(yīng)力的存在對(duì)構(gòu)件的承載力并無明顯影響。 圖102 梁的荷載撓度試驗(yàn)曲線對(duì)比預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：(1)推遲裂縫出現(xiàn)，抗裂性高。(2)可合理利用高強(qiáng)鋼材和混凝土。與鋼筋混凝土相比，可節(jié)約鋼材30%50%，減輕結(jié)構(gòu)自重達(dá)30%左右，且跨度越大越經(jīng)濟(jì)。(3)由于抗裂性能好，提高了結(jié)構(gòu)的剛度和耐久性，加之反拱作用，減少了結(jié)構(gòu)的撓度。(4)擴(kuò)大了混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是計(jì)算繁雜，施工技術(shù)要求高，需要張拉設(shè)備和錨

7、具等。因而宜對(duì)下列結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。(1)要求裂縫控制等級(jí)較高的結(jié)構(gòu)。如水池、油罐、原子能反應(yīng)堆，受到侵蝕性介質(zhì)作用的工業(yè)廠房、水利、海洋、港口工程結(jié)構(gòu)物等。(2)對(duì)構(gòu)件的剛度和變形控制要求較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。如工業(yè)廠房中的吊車梁、碼頭和橋梁中的大跨度梁式構(gòu)件等。(3)對(duì)構(gòu)件的截面尺寸受到限制，跨度大，荷載大結(jié)構(gòu)。二、全預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件根據(jù)預(yù)應(yīng)力大小對(duì)構(gòu)件截面裂縫控制程度不同可設(shè)計(jì)成全預(yù)應(yīng)力或部分預(yù)應(yīng)力，見表101。彎距（）撓度（）曲線見圖103。 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件分類 表101分類裂縫控制等級(jí)構(gòu)件受拉邊緣混凝土應(yīng)力全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件一級(jí)：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫

8、的構(gòu)件按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件A類：有限預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件二級(jí)：一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件按荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合時(shí)，不出現(xiàn)拉應(yīng)力，即，按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)，控制拉應(yīng)力在一定范圍內(nèi)，即B類：部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件（狹義）三級(jí)：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件最大裂縫寬度按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用的影響進(jìn)行計(jì)算，并不大于允許值，即表中：、荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，準(zhǔn)永久組合下抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土法向應(yīng)力；扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣混凝土的預(yù)壓應(yīng)力； 混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長(zhǎng)期作用影響計(jì)算的最大裂縫寬度；最大裂縫寬度限值。全預(yù)應(yīng)力混凝

9、土的特點(diǎn)是：(1)抗裂性能好。由于全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所施加的預(yù)應(yīng)力大，混凝土不開裂，因而其抗裂性能好，構(gòu)件剛度大，常用于對(duì)抗裂或抗腐蝕性能要求較高的結(jié)構(gòu)，如貯液罐、核電站安全殼等。(2)抗疲勞性能好。預(yù)應(yīng)力鋼筋從張拉完畢直至使用階段整個(gè)過程中，其應(yīng)力值的變化幅度小，因而在重復(fù)荷載作用下抗疲勞性能好，如吊車梁等。(3)反拱值一般過大。由于預(yù)加應(yīng)力較高，而恒載小，活荷載較大的結(jié)構(gòu)中經(jīng)常發(fā)生影響正常使用。(4)延性較差。由于全預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂荷載與極限荷載較為接近，導(dǎo)致延性較差，對(duì)抗震不利。部分預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)是：(1)可合理控制裂縫節(jié)約鋼材。由于可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同使用要求，可變荷載作

10、用情況及環(huán)境條件等對(duì)裂縫進(jìn)行控制，降低了預(yù)加應(yīng)力值，從而節(jié)約鋼材。(2)控制反拱值不致過大。由于預(yù)加應(yīng)力值相對(duì)較小，構(gòu)件初始反拱值較小，徐變小。(3)延性較好。部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件由于配置了非預(yù)應(yīng)力鋼筋，可提高構(gòu)件延性，有利于結(jié)構(gòu)抗震，改善裂縫分布，減小裂縫寬度。(4)與全預(yù)應(yīng)力混凝土相比，其綜合經(jīng)濟(jì)效果好。對(duì)于抗裂要求不高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，部分預(yù)應(yīng)力混凝土是一種有應(yīng)用前途的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。圖103 預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件曲線三、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的概念與特點(diǎn)： 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土指的是采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋（經(jīng)涂抹防銹油脂，以減小摩擦力防止銹蝕，用聚乙烯材料包裹制成的專用預(yù)應(yīng)力筋）的預(yù)應(yīng)力混凝土。施工時(shí)，無粘結(jié)預(yù)

11、應(yīng)力筋可如同非預(yù)應(yīng)力筋一樣，按設(shè)置要求鋪放在模板內(nèi)，然后澆筑混凝土，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，再?gòu)埨^固。此時(shí)，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與混凝土不直接接觸，而成無粘結(jié)狀態(tài)。在外荷載作用下，結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)筋束與混凝土橫向、豎向存在線變形協(xié)調(diào)關(guān)系，但在縱向可以相對(duì)周圍混凝土發(fā)生縱向滑移。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的設(shè)計(jì)理論與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力相似，一般須增設(shè)普通受力筋以改善結(jié)構(gòu)的性能，避免構(gòu)件在極限狀態(tài)下發(fā)生集中裂縫。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土是繼有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和部分預(yù)應(yīng)力混凝土之后又一種新的預(yù)應(yīng)力形式。大量實(shí)踐與研究表明，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土及其結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)；(1)結(jié)構(gòu)自重輕。由于不需預(yù)留孔道，可減少構(gòu)件截面尺寸，減輕自重。

12、(2)施工簡(jiǎn)便，速度快。它無需預(yù)留孔道、穿筋、灌漿等復(fù)雜工序，簡(jiǎn)化了施工工藝，加快了施工進(jìn)度。特別適合用于構(gòu)造復(fù)雜的曲線布筋構(gòu)件或結(jié)構(gòu)。(3)抗腐蝕能力強(qiáng)。涂有防腐油脂外包塑料套管的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋束，具有雙重防腐能力，可以避免預(yù)留孔道穿筋的構(gòu)件因壓漿不密實(shí)而發(fā)生預(yù)應(yīng)力筋銹蝕以至斷絲的危險(xiǎn)。(4)使用性能良好。(5)防火性能滿足要求。(6)抗震性能好。實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐表明，在地震荷載作用下，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)承受大幅度位移時(shí)，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋一般始終處于受拉狀態(tài)，不像有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋可能由受拉轉(zhuǎn)為受壓。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋承受的應(yīng)力變化幅度較小，可將局部變形均勻地分布到鋼筋全長(zhǎng)上，使無粘結(jié)筋的應(yīng)力保持在

13、彈性階段，并且部分預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中配置的非預(yù)應(yīng)力普通鋼筋，使結(jié)構(gòu)的能量消耗能力得到保證，并仍保持良好的撓度恢復(fù)性能。(7)應(yīng)用廣泛。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土用于多層和高層建筑中的單向板、以及井字梁、懸臂梁、框架梁、扁梁等。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土也適用于橋梁結(jié)構(gòu)中的簡(jiǎn)支板（梁）、連續(xù)梁、預(yù)應(yīng)力拱橋、橋梁下部結(jié)構(gòu)、灌注樁的橋墩等，也可以應(yīng)用于舊橋加固工程中。四、施加預(yù)應(yīng)力的方法 根據(jù)張拉預(yù)應(yīng)力筋與澆筑混凝土的先后次序不同，可分為先張法和后張法兩種。1、先張法指采用永久或臨時(shí)臺(tái)座在構(gòu)件混凝土澆筑之前張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法。張拉的預(yù)應(yīng)筋由夾具固定在臺(tái)座上（此時(shí)預(yù)應(yīng)筋的反力由臺(tái)座承受），然后澆筑混凝土；待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)

14、度和齡期（約為設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%以上，且混凝土齡期不小于7d，以保證具有足夠的粘結(jié)力和避免徐變值過大，簡(jiǎn)稱混凝土強(qiáng)度和齡期雙控制）后，放松預(yù)應(yīng)力鋼筋，在預(yù)應(yīng)筋回縮的過程中利用其與混凝土之間的粘結(jié)力，對(duì)混凝土施加預(yù)壓應(yīng)力，見圖104。因此，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，預(yù)應(yīng)力是靠鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力來傳遞的。2、后張法 指在混凝土結(jié)硬后在構(gòu)件上張拉鋼筋的方法，見圖105，在構(gòu)件混凝土澆筑之前按預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)置位置預(yù)留孔道；待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再將預(yù)應(yīng)力筋穿入孔道；然后利用構(gòu)件本身作為加力臺(tái)座，張拉預(yù)應(yīng)力筋使混凝土構(gòu)件受壓；當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值后，在張拉端用錨具錨住鋼筋，使混凝土獲得預(yù)

15、壓應(yīng)力；最后在孔道內(nèi)灌漿，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與構(gòu)件混凝土形成整體。也可不灌漿，完全通過錨具施加預(yù)壓力，形成無粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。由此可見，后張法是靠錨具保持和傳遞預(yù)加應(yīng)力的。圖104先張法預(yù)應(yīng)力工藝流程（a）預(yù)應(yīng)力鋼筋就位、張拉、錨固；(b)混凝土施工； (c)預(yù)應(yīng)力鋼筋放松圖105 后張法預(yù)應(yīng)力工藝流程（a） 預(yù)留孔道混凝土施工；(b)穿筋、張拉、錨固；(c)孔道壓漿（或不壓漿）、封錨五、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的夾具和錨具錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼絲的工具通常分為夾具和錨具兩種類型。在構(gòu)件制作完畢后，能夠取下重復(fù)使用的，稱為夾具（先張法用）；永遠(yuǎn)錨固在構(gòu)件端部，與構(gòu)件聯(lián)成一體共同受力，不能取下重復(fù)使用，稱為錨具（

16、后張法用）。有時(shí)為了方便其見，將錨具和夾具統(tǒng)稱為錨具。錨、夾具的種類很多，圖106所示為幾種常用錨、夾具示意圖。其中，圖106a為錨固鋼絲用的套筒式夾具，圖106b為錨固粗鋼筋用的螺絲端桿錨具，圖106c為錨固光面鋼筋束用的JM12夾片式錨具。對(duì)錨具設(shè)計(jì)，制作，選擇和使用時(shí)，應(yīng)盡可能滿足下列各項(xiàng)要求：(1)安全可靠，其本身有足夠的強(qiáng)度和剛度；(2)應(yīng)使預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨具內(nèi)盡可能不產(chǎn)生滑移，以減少預(yù)應(yīng)力損失；(3)構(gòu)造簡(jiǎn)單，便于機(jī)械加工制作；(4)使用方便，省材料，價(jià)格低。圖106幾種常見的錨夾具示意圖（a）套筒式夾具；(b)螺絲端桿錨具； (c)JM12夾片錨具六、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土材料(一)混凝

17、土預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件對(duì)混凝土的基本要求是：(1)高強(qiáng)度。預(yù)應(yīng)力混凝土必須具有較高的抗壓強(qiáng)度，這樣才能承受大噸位的預(yù)應(yīng)力，有效地減小構(gòu)件截面尺寸，減輕構(gòu)件自重節(jié)約材料。對(duì)于先張法構(gòu)件，高強(qiáng)度的混凝土具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，可減少端部應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度；對(duì)于后張法構(gòu)件，采用高強(qiáng)度混凝土，可承受構(gòu)件端部很高的局部壓應(yīng)力。因此在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30；當(dāng)采用鋼鉸線、鋼絲、熱處理鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C40；當(dāng)采用冷軋帶肋鋼筋作為預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C25；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)于板，不低于C30；對(duì)于梁及其它構(gòu)件，不宜低于C40。(2)收縮、徐變

18、小。這樣可以減少由于收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失。(3)快硬、早強(qiáng)。這樣，可以盡早的施加預(yù)應(yīng)力，以提高臺(tái)座、模具、夾具的周轉(zhuǎn)率，加快施工進(jìn)度，降低管理費(fèi)用。(二)鋼材 與普通混凝土構(gòu)件不同，鋼筋在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，從構(gòu)件制作開始，到構(gòu)件破壞為止，始終處于高應(yīng)力狀態(tài)，故對(duì)鋼筋有較高的質(zhì)量要求。(1)高強(qiáng)度。為了使混凝土構(gòu)件在發(fā)生彈性回縮、收縮及徐變后，其內(nèi)部仍能建立較高的預(yù)壓應(yīng)力，就需要采用較高的初始張拉應(yīng)力，故要求預(yù)應(yīng)力鋼筋具有較高的抗拉強(qiáng)度。(2)與混凝土間有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，由于在受力傳遞長(zhǎng)度內(nèi)鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力是先張法構(gòu)件建立預(yù)應(yīng)力的前提，因此必須有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。當(dāng)采用光面高強(qiáng)鋼絲時(shí)，表面應(yīng)

19、經(jīng)“刻痕”或“壓波”等措施處理后方能使用。(3)良好的加工性能。良好的可焊性，冷墩性及熱墩性能等。(4)具有一定的塑性。為了避免構(gòu)件發(fā)生脆性破壞，要求預(yù)應(yīng)力筋在拉斷時(shí)具有一定的延伸率，當(dāng)構(gòu)件處于低溫環(huán)境和沖擊荷載條件下，此點(diǎn)更為重要。我國(guó)目前用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼材有熱處理鋼筋，消除應(yīng)力鋼絲（有光面、螺旋肋、刻痕）和鋼絞線三大類，見圖107。圖107預(yù)應(yīng)力鋼筋（a） 鋼筋束；(b)平行鋼絲； (c)鋼絞線（1）熱處理鋼筋熱處理鋼筋具有強(qiáng)度高、松弛小等特點(diǎn)。它以盤圓形式供貨，可省掉冷拉、對(duì)焊等工序，大大方便施工。(2)高強(qiáng)鋼絲用高碳鋼軋制成盤圓后經(jīng)過多次冷拔而成。它多用于大跨度構(gòu)件，如橋梁上

20、的預(yù)應(yīng)力大梁等。(3)鋼絞線一般由多股高強(qiáng)鋼絲經(jīng)鉸盤擰成螺旋狀而形成，分7s3，7s4，7s5三種，它多在后張法預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中采用。七、張拉控制應(yīng)力張拉控制應(yīng)力是指張拉鋼筋時(shí)，張拉設(shè)備（如千斤頂上的油壓表）所指出的總張拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積得出的應(yīng)力值以表示。 根據(jù)預(yù)應(yīng)力的基本原理，預(yù)應(yīng)力配筋一定時(shí)，越大，構(gòu)件產(chǎn)生的有效預(yù)應(yīng)力越大，對(duì)構(gòu)件在使用階段的抗裂能力及剛度越有利。但如果鋼筋的與其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)比值 或過大時(shí)，可能出現(xiàn)下列問題。1、越大，若預(yù)應(yīng)力鋼筋為軟鋼，個(gè)別鋼筋超過實(shí)際屈服強(qiáng)度而變形過大，可能失去回縮能力；若為硬鋼個(gè)別鋼筋可能被拉斷。2、越大，構(gòu)件抗裂能力越好，出現(xiàn)裂縫越晚，抗裂

21、荷載越高，若與構(gòu)件的破壞荷載越接近，一旦裂縫，構(gòu)件很快達(dá)到極限狀態(tài)，即可產(chǎn)生無預(yù)兆的脆性破壞。3、越大，受彎構(gòu)件的反拱越大，構(gòu)件上部可能出現(xiàn)裂縫，而后可能與使用階段荷載作用下的下部裂縫貫通。4、越大，會(huì)增加鋼筋松弛而造成的預(yù)應(yīng)力損失。所以，預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉應(yīng)力必須加以控制, 的大小應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的具體情況，按照預(yù)應(yīng)力鋼筋的鋼種及施加預(yù)應(yīng)力的方法等因素加以確定。與鋼材種類的關(guān)系：冷拉熱軋鋼筋塑性好，達(dá)到屈服后有較長(zhǎng)的流幅，可定的高些，高強(qiáng)鋼絲和熱處理鋼筋塑性差，沒有明顯的屈服點(diǎn)，故值應(yīng)低些。與張拉方法關(guān)系：先張法，當(dāng)放松預(yù)應(yīng)力鋼筋使混凝土受到壓力時(shí)，鋼筋即隨著混凝土的彈性壓縮而回縮，此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的

22、預(yù)拉應(yīng)力已小于張拉控制應(yīng)力。后張法的張拉力由構(gòu)件承受，它受力后立即因受壓而縮短，故儀表指示的張拉控制應(yīng)力是已扣除混凝土彈性壓縮后的鋼筋應(yīng)力。因此。當(dāng)值相同時(shí)，不論受荷前，還是受荷后，后張法構(gòu)件中鋼筋的實(shí)際應(yīng)力值總比先張法構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力值高，故后張法的值適當(dāng)?shù)陀谙葟埛?。由此看來，控制大小是個(gè)很重要的問題，既不能過大，也不能過小。規(guī)范根據(jù)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)，施工經(jīng)驗(yàn)及近年來的科研成果，按不同鋼種，不同的施工方法給出了最大控制應(yīng)力允許值，見表102允許張拉控制應(yīng)力值 表102序號(hào)鋼筋種類張拉方法先張法后張法1消除應(yīng)力鋼絲鋼絞線2熱處理鋼筋表中為預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件時(shí)，表102所列數(shù)值可根據(jù)具

23、體情況和施工經(jīng)驗(yàn)作適當(dāng)調(diào)整，可將提高。(1)為了提高構(gòu)件制作、運(yùn)輸及吊裝階段的抗裂性，而設(shè)置在使用階段受壓區(qū)的預(yù)應(yīng)力鋼筋。(2)為了部分抵消由于應(yīng)力松弛、摩擦、分批張拉以及預(yù)應(yīng)力鋼筋與張拉臺(tái)座間的溫差因素產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行超張拉。為了避免將定的過小，規(guī)范規(guī)定對(duì)消除應(yīng)力鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋、無明顯屈服點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力鋼筋 值不應(yīng)小于。八、預(yù)應(yīng)力損失預(yù)應(yīng)力損失是指預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到后，由于種種原因，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力將逐步下降到一定程度，這就是預(yù)應(yīng)力損失。經(jīng)過預(yù)應(yīng)力損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力值才是有效的預(yù)應(yīng)力。即，見圖108。 圖108預(yù)應(yīng)力損失的大小直接影響到預(yù)應(yīng)力的效果，因此，準(zhǔn)備計(jì)

24、算各種因素引起的預(yù)應(yīng)力損失，及采取必要措施減小預(yù)應(yīng)力損失是一個(gè)非常重要的課題。規(guī)范提出了六項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失，現(xiàn)將逐以分析，而后根據(jù)先張法、后張法的施加預(yù)應(yīng)力特點(diǎn)，再進(jìn)行不同組合。(一)預(yù)應(yīng)力損失1直線預(yù)應(yīng)力鋼筋由于錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失直線預(yù)應(yīng)力鋼筋當(dāng)張拉到后錨固在臺(tái)座上或構(gòu)件上時(shí)，由于錨具、墊板與構(gòu)件之間的縫隙被擠緊，或者由于鋼筋和螺帽在錨具內(nèi)的滑移，這些因素都會(huì)促使預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮，使張拉程度降低，應(yīng)力減小，從而引起預(yù)應(yīng)力損失。其值可按下式計(jì)算： (101)式中a錨具變形及鋼筋回縮值，見表103；張拉端到錨固端之間的距離（），先張法為臺(tái)座或鋼筋長(zhǎng)度，后張法為構(gòu)件長(zhǎng)度；預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模

25、量（）。錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值a() 表103錨 具 類 別a支承式錨具（鋼絲束墩頭錨具等）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(zhì)錐形錨具等）5夾片式錨具有頂壓時(shí)5無頂壓時(shí)68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)據(jù)確定；2、其它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；錨具的損失只考慮張拉端，對(duì)于錨固端，由于錨具在張拉過程中已被擠緊，故不考慮其引起的預(yù)應(yīng)力損失。對(duì)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)采用混凝土或砂漿作為填充材料時(shí)，每條填縫的預(yù)壓變形值應(yīng)取1。2曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋（后張法），見圖109，當(dāng)張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁已發(fā)生

26、指向錨固端的摩擦力，而當(dāng)錨具變形預(yù)應(yīng)力筋回縮，在離張拉端范圍內(nèi)，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力減小，摩擦力也隨之減小，最后發(fā)生與前相反方向的摩擦力，以阻止預(yù)應(yīng)力筋回縮，考慮這種反摩擦影響，當(dāng) ?30時(shí)，由錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失，可按下面近似公式計(jì)算圖109 直線或曲線張拉鋼筋因錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失值 (102) (103)式中 反摩擦長(zhǎng)度預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁摩擦系數(shù)，見表104圓弧曲線預(yù)應(yīng)力筋曲率半徑（m）；考慮每米孔道局部偏差對(duì)摩查影響的系數(shù)，見表104；張拉端到計(jì)算截面的距離（m），當(dāng)時(shí)，取由式（102）可知，在張拉端（）處為最大，在（）處降為零，其間按線性變化。 偏差系數(shù)K和摩擦系數(shù)?值 表104孔道

27、成形方式k?預(yù)埋金屬波紋管0.00150.25預(yù)埋鋼管0.00100.30橡膠管或鋼管抽芯成型0.00140.55無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線0.00400.12無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絲束0.00350.10注： 1.當(dāng)有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料時(shí)，表中系數(shù)也根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定；2.當(dāng)采用鋼絲束的鋼質(zhì)錐形錨具及類似形式的錨具時(shí)，尚應(yīng)考慮錨環(huán)口處的附加摩擦損失，其值可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定；3.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)據(jù)適用于公稱直徑12.70mm或15.20mm鋼絞線制成的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絲束的數(shù)據(jù)適用于75mm平行鋼絲束制成的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋。減少此項(xiàng)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、

28、夾具、盡量少用墊板。2)增加臺(tái)座長(zhǎng)度，因?yàn)橹蹬c臺(tái)座長(zhǎng)度成反比。3)采用超張拉施工方法。(二)應(yīng)力損失后張法張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，由于曲線預(yù)應(yīng)力筋與孔道壁產(chǎn)生擠壓摩擦以及由于制作時(shí)孔道偏差、粗糙等原因，使直線、曲線筋與孔道壁產(chǎn)生接觸摩擦，且摩擦力隨著離張拉端的距離而增大，其累積值即為摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，使預(yù)應(yīng)力值逐漸減小。預(yù)應(yīng)力損失如圖1010宜按下式計(jì)算 (104)當(dāng)時(shí), 可按下列近似公式計(jì)算 (104a)圖1010曲線配筋張拉鋼筋因摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失值式中：從張拉端到計(jì)算截面的孔道長(zhǎng)度，亦可近似取該段孔道在縱軸上的投影長(zhǎng)度（）；從張拉端到計(jì)算截面曲線孔道部分切線的夾角（）預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁的

29、摩擦系數(shù)。減少此項(xiàng)損失的措施有1)對(duì)于較長(zhǎng)的構(gòu)件可采用兩端張拉，兩端張拉可減少一半損失。圖1011一端張拉，兩端張拉對(duì)減小摩查損失的辦法2）采用超張拉工藝，施工程序?yàn)椋?1.03(1.05)持荷2分鐘它比一次長(zhǎng)拉到的預(yù)應(yīng)力更均勻。(三)預(yù)應(yīng)力損失采用先張法構(gòu)件時(shí)，為縮短工期，澆筑混凝土常用蒸汽養(yǎng)護(hù)，加快混凝土結(jié)硬。加熱時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的溫度隨之升高，而張拉臺(tái)座與大地相接，且表面大部分暴露于空氣中，加熱對(duì)其影響很小，可認(rèn)為臺(tái)座溫度基本不變，故預(yù)應(yīng)力鋼筋與張拉臺(tái)座之間形成了溫差，這樣預(yù)應(yīng)力鋼筋和張拉臺(tái)座熱脹伸長(zhǎng)不一樣。但實(shí)際上鋼筋被緊緊錨固在臺(tái)座上，其長(zhǎng)度不變，鋼筋內(nèi)部張緊程度降低了（放松了）；當(dāng)降溫

30、時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋已與混凝土結(jié)硬成整體，無法恢復(fù)到原來的應(yīng)力狀態(tài)，于是產(chǎn)生了應(yīng)力損失。設(shè)預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)制造場(chǎng)地的自然氣溫為，蒸汽養(yǎng)護(hù)或其它方法加熱混凝土的最高溫度為，溫度差為，則預(yù)應(yīng)力筋因溫度升高而產(chǎn)生的變形為 (105) 式中：預(yù)應(yīng)力筋的線膨脹系數(shù)，一般取 預(yù)應(yīng)力筋的有效長(zhǎng)度。預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算公式為： (106)式中符號(hào)意義同前。如果臺(tái)座是與預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件等同受熱一起變形的，則不需計(jì)算此項(xiàng)損失。減少此項(xiàng)損失的措施是二次升溫法。(四)預(yù)應(yīng)力損失鋼筋在高應(yīng)力下，具有隨時(shí)間而增長(zhǎng)的塑性變形，稱為徐變；當(dāng)長(zhǎng)度保持不變時(shí)，表現(xiàn)為隨時(shí)間而增長(zhǎng)的應(yīng)力降低，稱為松弛。鋼筋的徐變和松弛均將引起鋼筋中的應(yīng)

31、力損失，這種損失稱為鋼筋應(yīng)力松弛損失，可按表105規(guī)定計(jì)算。預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛引起的應(yīng)力損失 表105預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線普通松弛一次張拉，超張拉低松弛當(dāng)時(shí)為當(dāng)時(shí)為熱處理鋼筋一次張拉超張拉注：1、當(dāng)取表中超張拉的應(yīng)力松弛損失值時(shí)，張拉程序應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50204）的要求。2、預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線當(dāng) 時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛損失值應(yīng)取為零。 根據(jù)我國(guó)鋼材試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛有如下特點(diǎn)：(1)預(yù)應(yīng)力筋的初拉應(yīng)力越高，其應(yīng)力松弛越大。(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋松弛量的大小與其材料品質(zhì)有關(guān)系。一般熱軋鋼筋松弛較鋼絲小，而鋼絞線的松弛則比原單根鋼絲大。(3)預(yù)應(yīng)力筋松弛與時(shí)間有關(guān)

32、，開始階段發(fā)展較快，第一小時(shí)內(nèi)松弛量最大，24小時(shí)內(nèi)完成約為50%以上，以后逐漸趨于穩(wěn)定。減少次項(xiàng)損失的措施有：(1)采用低松弛預(yù)應(yīng)力筋；(2)采用超張拉方法及增加持荷時(shí)間。(五)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。二者均使構(gòu)件長(zhǎng)度縮短，預(yù)應(yīng)力鋼筋隨之回縮造成預(yù)應(yīng)力損失、?；炷潦湛s，徐變引起的受拉區(qū)和受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋和中的預(yù)應(yīng)力損失和按下式計(jì)算。1.對(duì)一般情況先張法構(gòu)件， （107）后張法構(gòu)件 ， （108）、受拉區(qū)、受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力點(diǎn)處混凝土的法向壓應(yīng)力。施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土立方抗壓強(qiáng)度；（需經(jīng)計(jì)算確定，且不宜低于設(shè)計(jì)

33、混凝土強(qiáng)度等級(jí)的75%）；、受拉區(qū)，受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率對(duì)先張法構(gòu)件，對(duì)后張法構(gòu)件 ，、受拉區(qū)、受壓區(qū)縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積；、受拉區(qū)、受壓區(qū)縱向非預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積；混凝土換算截面面積（包括扣除孔道，凹槽等削弱部分以外的混凝土全部截面面積以及全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土的截面面積）；凈截面面積（換算截面面積減去全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土的截面面積）； 圖1012 、 受力圖對(duì)于對(duì)稱配置預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的構(gòu)件，取 = ，此時(shí)配筋率應(yīng)按其鋼筋總截面面積一半計(jì)算。2.對(duì)重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件：當(dāng)需要考慮施加預(yù)應(yīng)力時(shí)混凝土齡期的影響，以及需要考

34、慮松弛、收縮、徐變損失隨時(shí)間變化和較精確計(jì)算時(shí)，可按GB50010規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。注：當(dāng)采用泵送混凝土?xí)r，宜根據(jù)實(shí)際情況考慮混凝土收縮、徐變引起預(yù)應(yīng)力損失值的增大。減少次項(xiàng)損失的措施有：(1)采用一般普通硅酸鹽水泥，控制每立方混凝土中的水泥用量及混凝土的水灰比；(2)采用延長(zhǎng)混凝土的受力時(shí)間，即控制混凝土的加載齡期。(六)預(yù)應(yīng)力損失對(duì)于后張法環(huán)形構(gòu)件，如水池，、水管等，預(yù)加應(yīng)力方法是先拉緊預(yù)應(yīng)力鋼筋并外纏于池壁或管壁上，而后在外表噴涂砂漿作為保護(hù)層。當(dāng)施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋的徑向擠壓使混凝土局部產(chǎn)生擠壓變形，因而引起預(yù)應(yīng)力損失，見圖1013。變形前預(yù)應(yīng)力鋼筋的環(huán)形直徑為，變形后直徑縮小為

35、，因此，預(yù)應(yīng)力鋼筋的長(zhǎng)度縮短為，單位長(zhǎng)度的變形為則 （109）圖1013環(huán)形鋼筋變形引起的預(yù)應(yīng)力損失值規(guī)范規(guī)定：時(shí)，時(shí)，九預(yù)應(yīng)力損失值的組合預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在各階段的預(yù)應(yīng)力損失值宜按表106的規(guī)定進(jìn)行組合。當(dāng)計(jì)算求得的預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值時(shí)，則按下列數(shù)值采用；對(duì)先張法構(gòu)件；對(duì)后張法構(gòu)件。各階段預(yù)應(yīng)力損失值組合 表106預(yù)應(yīng)力損失值組合先張法構(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）損失注：先張法構(gòu)件由于鋼筋應(yīng)力松弛引起的損失值在第一批和第二批損失中所占的比例，如需區(qū)分，可根據(jù)實(shí)際情況確定。上述六種損失中，沒有包括混凝土彈性壓縮引起的預(yù)應(yīng)力損失，只是在具體計(jì)算中加以考慮。對(duì)于

36、先張法構(gòu)件，當(dāng)放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，由于預(yù)壓力導(dǎo)致混凝土彈性壓縮，預(yù)應(yīng)力筋亦隨構(gòu)件壓縮而縮短，其應(yīng)力也隨之降低。設(shè)構(gòu)件在彈性壓縮時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋單位縮短變形等于該處混凝土的單位受壓變形 ，若該處混凝土由于彈性壓縮產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力為，則，預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力減少。 （1010）式中：混凝土彈性模量；預(yù)應(yīng)力筋彈性模量與混凝土彈性模量之比；預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力損失。 對(duì)于后張法，則由于張拉鋼筋的同時(shí)壓縮混凝土，當(dāng)鋼筋張拉到控制應(yīng)力時(shí)，混凝土彈性壓縮已完成（預(yù)應(yīng)力鋼筋分批張拉除外）。因此混凝土彈性壓縮對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力無影響。十.先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋的傳遞長(zhǎng)度及錨固長(zhǎng)度 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力的傳遞不能在端部集中地突

37、然完成，必須經(jīng)過一定的傳遞長(zhǎng)度才能在相應(yīng)的混凝土截面建立有效的預(yù)壓應(yīng)力。先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度應(yīng)按下式計(jì)算 （1011）式中：放張時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力值；預(yù)應(yīng)力鋼絲，鋼絞線的公稱直徑；預(yù)應(yīng)力鋼筋的外形系數(shù)，按表1010采用； 與放張時(shí)混凝土立方抗壓強(qiáng)度相應(yīng)的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。注：1、當(dāng)采用驟然放松預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工工藝時(shí)，的起點(diǎn)應(yīng)從距構(gòu)件末端處開始計(jì)算。2、對(duì)熱處理鋼筋，可不考慮預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度。預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固長(zhǎng)度應(yīng)按下式計(jì)算； （1012）式中： 預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；預(yù)應(yīng)力區(qū)混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑;鋼筋的外形系數(shù),按表1010采用 鋼筋的外形系數(shù) 表1010

38、鋼筋類型光面鋼筋帶肋鋼筋刻痕鋼筋螺旋肋鋼絲三股鋼絞線七股鋼絞線0.160.140.190.130.160.17注:光面鋼筋系指HPB235鋼筋;帶肋鋼筋系指HRB335, HRB400,RRB400熱軋鋼筋及熱處理鋼筋。 當(dāng)HRB335, HRB400和RRB400的鋼筋直徑大于25mm時(shí)，按上式算得的錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以系數(shù)1.1。當(dāng)采用HRB335, HRB400和RRB400的環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，按上式算得的錨固長(zhǎng)度應(yīng)乘以修正系數(shù)1.25。十一.后張法構(gòu)件端部錨固區(qū)的局部承壓驗(yàn)算后張法構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力是通過錨具經(jīng)過墊板傳給混凝土的。由于預(yù)壓力很大，而錨具下的墊板與混凝土的傳力接觸面往往較小，錨具下的

39、混凝土將承受較大的局部壓力。因此規(guī)范規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)既要保證在張拉鋼筋時(shí)錨具下的錨固區(qū)的混凝土不開裂和不產(chǎn)生過大的變形，又要計(jì)算錨具下所配置的間接鋼筋以滿足局部受壓承載力的要求。1、局部受壓截面尺寸驗(yàn)算為了避免局部受壓區(qū)混凝土由于施加預(yù)應(yīng)力而出現(xiàn)沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向的裂縫，對(duì)配置間接鋼筋的混凝土構(gòu)件，其局部受壓區(qū)截面尺寸應(yīng)符合下列要求： （1013） （1014） 式中：局部受壓面上作用的局部荷載或局部壓力設(shè)計(jì)值；在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的錨頭局壓區(qū)的壓力設(shè)計(jì)值，應(yīng)取1.2倍張拉控制力；在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，尚應(yīng)與值相比較，取其中較大值； 混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過C50時(shí)，取，當(dāng)混

40、凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取，其間按線性內(nèi)插法取用;混凝土的局部受壓面積；混凝土局部受壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)；混凝土局部受壓凈面積；對(duì)后張法構(gòu)件，應(yīng)在混凝土局部受壓面積中扣除孔道，凹槽部分的面積；局部受壓時(shí)的計(jì)算底面積，可由局部受壓面積與計(jì)算底面積按同心，對(duì)稱原則確定，對(duì)常用情況，見圖1014。2、局部受壓承載力計(jì)算當(dāng)配置方格網(wǎng)式或螺旋式間接鋼筋且其核心面積時(shí)（見圖1015），局部受壓承載力應(yīng)按下列公式計(jì)算： （1015） （1016）當(dāng)為方格網(wǎng)配筋時(shí)，其體積配筋率應(yīng)按下式計(jì)算： （1017）此時(shí)，在鋼筋網(wǎng)兩個(gè)方向的單位長(zhǎng)度內(nèi)，其鋼筋截面面積相差不大于1.5倍。當(dāng)為螺旋鋼筋時(shí)，其體積配筋率應(yīng)按下式計(jì)

41、算： （1018）式中：配置間接鋼筋局部受壓承載力提高系數(shù)；間接鋼筋對(duì)混凝土約束折減系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過C50時(shí)，取1.0；當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，取0.85；其間按線性內(nèi)插發(fā)取用； 配置方格網(wǎng)或螺栓式間接鋼筋內(nèi)表面范圍內(nèi)的混凝土核芯面積，但不應(yīng)大于，且其重心應(yīng)與重心重合，計(jì)算中仍按同心，對(duì)稱原則取值；間接鋼筋體積配筋率（核心面積范圍內(nèi)單位混凝土體積所含間接鋼筋體積）；,方格網(wǎng)沿方向的鋼筋根數(shù)，單根鋼筋的截面面積；,方格網(wǎng)沿方向的鋼筋根數(shù)，單根鋼筋的截面面積；螺旋式單根鋼筋的截面面積；配置螺旋式間接鋼筋范圍內(nèi)的混凝土直徑；方格網(wǎng)或螺旋式間接鋼筋的間距，宜取3080mm。間接鋼筋配置

42、在圖1015規(guī)定的h范圍內(nèi)。對(duì)柱接頭，h尚不應(yīng)小于15倍縱向鋼筋直徑。配置方格網(wǎng)鋼筋不應(yīng)少于4片，配置螺旋式鋼筋不應(yīng)少于4圈。如果計(jì)算不滿足局壓要求時(shí)，對(duì)于方格鋼筋網(wǎng)，可增設(shè)鋼筋根數(shù)或增大鋼筋直徑或減小鋼筋網(wǎng)間距；對(duì)于螺旋鋼筋，應(yīng)加大直徑，減小螺距。圖1014局部受壓計(jì)算面積的確定圖1015鋼筋及螺旋鋼筋的配置第二節(jié) 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計(jì)算一.軸心受拉構(gòu)件應(yīng)力變化過程及各階段應(yīng)力分析 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的應(yīng)力變化和應(yīng)力分析可劃分兩個(gè)大的階段；施工階段和使用階段。在每一個(gè)大的階段內(nèi)又可分為幾個(gè)特定的小階段來詳細(xì)討論其鋼筋和混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，并建立基本公式，作為施工和設(shè)計(jì)的依據(jù)。 在下

43、面的分析中，分別以、及表示各階段預(yù)應(yīng)力鋼筋，非預(yù)應(yīng)力鋼筋及混凝土的應(yīng)力。(一)先張法構(gòu)件 分六個(gè)特定階段加以說明，其中加荷前后各包含三各階段。1加荷前(1)在臺(tái)座上張拉鋼筋到控制應(yīng)力此時(shí)，構(gòu)件還沒有澆灌混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為：見表1011。研究此階段是作為施工時(shí)張拉預(yù)應(yīng)力的依據(jù)。(2)放松預(yù)應(yīng)力鋼筋同時(shí)壓縮混凝土由于張拉鋼筋后，再澆筑混凝土并對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至規(guī)定強(qiáng)度。因放松鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋已經(jīng)過了錨具變形，溫差及預(yù)應(yīng)力松弛的損失，即第一批損失已完成故：放松鋼筋后由于混凝土的彈性壓縮，預(yù)應(yīng)力鋼筋也隨著構(gòu)件縮短，混凝土產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力 ，同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力有降低了。同樣，構(gòu)件內(nèi)非預(yù)應(yīng)

44、力鋼筋的應(yīng)力因構(gòu)件縮短而產(chǎn)生壓應(yīng)力。故此時(shí) 式中： 表示經(jīng)過第一批損失完成后混凝土的壓應(yīng)力、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之比即 , 假定混凝土的凈面積為，根據(jù)截面內(nèi)力平衡條件（見圖1016），可求得混凝土的預(yù)壓應(yīng)力為（表1011）式中：扣除預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積后的混凝土面積換算截面面積（混凝土截面面積以及全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土的截面面積），即 完成第一批損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的總預(yù)拉力，研究這個(gè)階段是為了作為施工階段強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。(3)當(dāng)?shù)诙鷵p失完成后由于混凝土收縮、徐變影響，發(fā)生了第二批預(yù)應(yīng)力損失。經(jīng)過第二批損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的

45、應(yīng)力在第二階段的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低，為此預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)混凝土產(chǎn)生的預(yù)壓力也減小，混凝土的預(yù)壓應(yīng)力降低到，即混凝土的應(yīng)力減少了（），表示經(jīng)過第二批損失后混凝土的壓應(yīng)力。但是，由于混凝土預(yù)壓應(yīng)力減小()，此時(shí)，構(gòu)件的彈性壓縮有所恢復(fù)，故預(yù)應(yīng)力鋼筋將回彈而應(yīng)力卻增大。于是：由于混凝土的收縮和徐變，構(gòu)件內(nèi)非預(yù)應(yīng)力鋼筋隨著構(gòu)件的縮短而縮短，為此其壓應(yīng)力將增大。實(shí)際上，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的存在，對(duì)混凝土的收縮和徐變變形起到約束作用，使混凝土的預(yù)壓應(yīng)力減少了。故構(gòu)件回彈伸長(zhǎng)，非預(yù)應(yīng)力鋼筋亦回彈，其壓應(yīng)力將減少。故 規(guī)范規(guī)定，當(dāng)受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力鋼筋大于時(shí)，應(yīng)考慮非預(yù)應(yīng)力鋼筋由于混凝土收縮和徐變引起的內(nèi)力影響。根據(jù)截面內(nèi)力

46、平衡條件，見圖1016c，可求的混凝土預(yù)壓應(yīng)力為（表1011） ( 1020)式中：完成全部損失后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)拉力，預(yù)應(yīng)力混凝土中所建立的有效預(yù)拉應(yīng)力。研究此階段是為了計(jì)算加荷前在截面中鋼筋和混凝土建立的有效預(yù)應(yīng)力。2加荷后（4）加荷至混凝土預(yù)壓應(yīng)力被抵消時(shí)設(shè)當(dāng)構(gòu)件承受軸心拉力為時(shí)，截面中混凝土預(yù)壓應(yīng)力剛好被全部抵消。即混凝土預(yù)壓應(yīng)力從降到零（即消壓狀態(tài)），應(yīng)力變化為鋼筋則隨構(gòu)件伸長(zhǎng)被拉長(zhǎng)，其應(yīng)力在第三階段基礎(chǔ)上相應(yīng)增大 （預(yù)應(yīng)力鋼筋）及（非預(yù)應(yīng)力鋼筋）。故式中及分別表示截面上混凝土應(yīng)力為零時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋、非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力。軸向拉力可由截面上內(nèi)外力平衡條件，見圖1016d求得為（表101

47、1）當(dāng)時(shí)，可不考慮的影響，即： （1021）研究此階段是為了計(jì)算當(dāng)截面上混凝土應(yīng)力為零時(shí)（相當(dāng)于一般混凝土沒有加荷時(shí)），構(gòu)件此時(shí)能夠承受的軸向拉力。（5）繼續(xù)加荷至混凝土即將開裂時(shí) 當(dāng)軸向拉力超過后，混凝土開始受拉，隨著荷載的增加，其拉應(yīng)力不斷增長(zhǎng)。當(dāng)荷載到，即混凝土的拉應(yīng)力從零達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，混凝土即將出現(xiàn)裂縫，鋼筋隨構(gòu)件伸長(zhǎng)而拉長(zhǎng)，其應(yīng)力在第四階段的基礎(chǔ)上相應(yīng)增大（預(yù)應(yīng)力鋼筋）及（非預(yù)應(yīng)力鋼筋），即 軸向拉力可由截面上內(nèi)外力平衡條件，見圖1016e，1016f求得為（表1011）同理如忽略 （1022） 上式表明，由于預(yù)壓應(yīng)力的作用（比大）使預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的比普通鋼筋

48、混凝土受拉構(gòu)件大，這就是預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件抗裂度高的原因。 研究此階段是為了計(jì)算構(gòu)開裂軸向拉力，作為使用階段抗裂能力計(jì)算的依據(jù)。 （6）繼續(xù)加荷使構(gòu)件破壞 當(dāng)軸向力超過后，裂縫出現(xiàn)并開展，在裂縫截面上，混凝土退出工作，不在承擔(dān)拉力，拉力全部由預(yù)應(yīng)力鋼筋及非預(yù)應(yīng)力鋼筋承擔(dān)。破壞時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋分別達(dá)到其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 和由平衡條件，見圖1016f可求得極限軸向拉力（表1011） （1023）研究此階段是為了計(jì)算構(gòu)件能承受的極限軸向拉力，作為使用階段構(gòu)件承載能力計(jì)算的依據(jù)。（二）后張法構(gòu)件1加荷前(1)在構(gòu)件上張拉鋼筋，同時(shí)壓縮混凝土 張拉鋼筋達(dá)到控制應(yīng)力，則構(gòu)件端部預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為，

49、而離端部其它截面，由于摩擦損失應(yīng)力降低了，而混凝土因在張拉鋼筋的同時(shí)受到壓縮，其應(yīng)力從零到達(dá)，此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋中的應(yīng)力為，而非預(yù)應(yīng)力鋼筋則隨構(gòu)件壓縮而縮短，為此它產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力為，即： 混凝土的預(yù)壓應(yīng)力可由平衡條件，見圖1016a，求得 為（表1011）。式中：應(yīng)扣除非預(yù)應(yīng)力鋼筋所占混凝土面積及預(yù)留孔道面積； 構(gòu)件凈截面積，。 在混凝土構(gòu)件端部，由于等于零。此時(shí)的混凝土預(yù)壓力為： （1024） 研究此階段是為了作為施工階段強(qiáng)度計(jì)算的依據(jù)。(2)預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固于構(gòu)件上時(shí) 預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉完畢，錨具變形又引起預(yù)應(yīng)力損失，此時(shí)第一批損失已全部完成。預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力由降低到，壓縮在混凝土構(gòu)件上的預(yù)壓應(yīng)力也

50、減小，混凝土的應(yīng)力由降到，而非預(yù)應(yīng)力鋼筋則隨構(gòu)件回彈而有所伸長(zhǎng)，其應(yīng)力在第一階段的基礎(chǔ)上變化值為。即： 混凝土壓應(yīng)力由平衡條件，見圖1016b，求得混凝土為（表1011） (1025) 研究此階段是為了計(jì)算構(gòu)件經(jīng)過第一批損失后，截面的應(yīng)力狀態(tài)。(3)完成第二批損失后 預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，將發(fā)生由于預(yù)應(yīng)力筋松弛，混凝土的收縮和徐變（對(duì)于環(huán)形構(gòu)件還有擠壓變形）而引起的預(yù)應(yīng)力損失、（以及），即，至此，認(rèn)為它們已全部完成。 同先張法一樣，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力在第二階段的基礎(chǔ)上再降低，構(gòu)件截面混凝土預(yù)壓力減小，鋼筋隨構(gòu)件回彈而伸長(zhǎng)，即：因較小，可忽略不計(jì)，故： 混凝土的預(yù)壓應(yīng)力由平衡條件，見

51、圖1016c，求得為（表1011） （1026）研究此階段是為了加荷前在截面中鋼筋和混凝土建立的有效預(yù)應(yīng)力。2.加荷后（4）加荷至混凝土的應(yīng)力為零，截面處于消壓狀態(tài)，在軸心拉力作用下，混凝土應(yīng)力由減到零，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力相應(yīng)增大及。即：軸向拉力可按截面上內(nèi)外力平衡條件，見圖1016d，求得為（表1011）當(dāng)時(shí)，可忽略影響，于是得： （1027） 研究此階段是為了計(jì)算當(dāng)混凝土應(yīng)力為零時(shí)（相當(dāng)于一般鋼筋混凝土構(gòu)件未加荷時(shí)），構(gòu)件能承受的軸向拉力。 （5）繼續(xù)加荷至混凝土開裂當(dāng)構(gòu)件承受的開裂荷載為時(shí)，混凝土的應(yīng)力從零變到抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力分別增大和，即：

52、 軸向拉力可由平衡條件，見圖1016e，求得為（表1011）忽略，則： (1028) 研究此階段是為了計(jì)算構(gòu)件開裂時(shí)的軸向拉力，作為使用階段構(gòu)件抗裂能力計(jì)算依據(jù)（6）繼續(xù)加荷使構(gòu)件破壞 構(gòu)件破壞時(shí)，承受的軸向極限拉力為，預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的拉應(yīng)力分別達(dá)到和，由平衡條件，見圖1016f，求得為（表1011） （1029） 研究此階段是為了計(jì)算構(gòu)件極限軸向拉力，作為使用階段構(gòu)件承載能力計(jì)算依據(jù)。圖1016 軸心受拉構(gòu)件各階段截面應(yīng)力圖(三)先張法與后張法軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力綜合及比較(1)由于混凝土預(yù)壓彈性壓縮只對(duì)先張法有影響，因此，從第二階段到第五階段，先張法預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力始終比后張法?。ɑ颍?。(2)第四階段是比較重要階段，此時(shí)混凝土應(yīng)力為零，相當(dāng)于鋼筋混凝土軸拉構(gòu)件未加荷時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。而對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件來講，