預應力混凝土構件 (2)

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

2、土構造要求預應力混凝土構造要求 10.9 10.9 部分預應力混凝土構件和無粘結預應力混凝土部分預應力混凝土構件和無粘結預應力混凝土 目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.910.1 概 述10.1.1 預應力混凝土的基本概念預應力混凝土的基本概念普通鋼筋混凝土結構工程應用存在的問題1）在正常使用條件下構件受拉區(qū)裂縫的存在，導致了受拉區(qū)混凝土浪費，還使得構件剛度降低，變形較大。2）考慮到結構的耐久性與適用性，必須控制構件的裂縫寬度和變形。 在普通鋼筋混凝土結構中，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預應力混凝土結構的定義在正常受荷前預先對混凝土受拉區(qū)施加壓應力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結構稱為“預應力混凝土結構”。ACI對預應力混凝土的定義為“預應力混凝土是根據需要人為施加某一數值與分布的壓應力用以部分或全部抵消荷載應力的一種加筋混凝土?！?預應力混凝土結構的原理加載加載目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9預應力混凝土結構的特點預應力結構的工程應用(1)改善結構的使用性能(2)減小構件截面尺寸，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)具有良好的經濟性（1）大跨度

4、結構（2）對抗裂縫有特殊要求的結構（3）某些高聳結構（5）特殊要求的一般建筑（4）大量制造的預制構件10.1.2（3） 預應力混凝土構件的分類及預加力的方法預應力混凝土構件的分類及預加力的方法根據預應力施加的程度分類 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)拉應力或裂縫全預應力混凝土構件使用荷載下允許混凝土受拉區(qū)產生寬度不大的裂縫部分預應力混凝土構件混凝土構件的分類混凝土構件的分類目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9張拉鋼筋澆注混凝土構件混凝土強度達設計強

5、度的70%以上時剪斷鋼筋澆混凝土構件，并在構件中預留孔道在構件中預留孔道中穿鋼筋并張拉錨固灌漿根據預應力的施加方式 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有粘結預應力混凝土構件 無粘結預應力混凝土構件有粘結預應力混凝土先張法生產的預應力混凝土構件以及后張法張拉鋼筋后在孔道中灌漿所生產的預應力混凝土構件特點受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小或無粘結預應力混凝土后張法張拉鋼筋后不在孔道中灌漿所生產的預應力混凝土構件特點造價低，便于以后再次張拉或更換預應力鋼筋根據預應力鋼材與混凝土之間是否存在粘結作用目錄目錄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，它不留在構件上，剪斷預應力筋后夾它不留在構件上，剪斷預應力筋后夾具的作用即消失具的作用即消失* *錨具：錨具：永久地留在構件上，如錨具永久地留在構件上，如錨具失效構件中的預應力將全部消失。失效構件中的預應力將全部消失。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力；良好的加工性能和一定的塑性要求處于侵蝕介質中的預應力混凝土構件，不宜采用處于侵蝕介質中的預應力混凝土構件，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、鋼絞線等作為預應力鋼筋為預應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力混凝土構件，不得采用有對直接承受動荷載的預應力混凝土構件，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 預應力混凝土構件設計的一般規(guī)定預應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，且不應低于C30 張拉控制應力張拉控制應力pconAN張拉控制應力范圍con越大，混凝土中的預壓應力越大，但過大會產生如下問題使構件出現(xiàn)脆性破壞預應力筋過早進入流幅，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力鋼筋的彈性模量張拉

9、端錨具的變形和鋼筋的內縮值，見教材表10.110.3 預應力損失10.3.1 張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失張拉端錨具變形和鋼筋內縮引起的預應力損失 1l直線預應力鋼筋后張曲線或折線預應力鋼筋)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 預應力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失預應力鋼

10、筋與孔道壁之間摩擦引起的預應力損失 )11 ()(2kdxconle考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數，教材表10-2預應力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數，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時的應力為con溫度升到t1時由于混凝土未結硬此處的應力為con溫度回落到t0時由于混凝土已結硬和鋼筋同時回縮，此處的應力為con con混凝土蒸汽養(yǎng)護時,預應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*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)護時鋼筋與設備之間溫差引起的損失加熱養(yǎng)護時鋼筋與設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鋼筋在高應力作用下，長度不變而應力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應力松弛鋼筋張拉后1小時內約完成總松弛的50%，24小時內完成總松弛的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常數參見教材P186或規(guī)范中的相關規(guī)定選用10.3.4 預應力鋼筋的應力松弛引起的預應力損失預應力鋼筋的應力松弛引起的預

12、應力損失 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，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)各自預應力鋼筋和非預應力鋼筋的配筋率受拉區(qū)或受壓區(qū)預應力鋼筋在各自合力作用點處混凝土的法向壓應力高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應增加2030%系數系數A、B、C、D參見教材參見教材P186中的相關規(guī)定中的相關規(guī)定10.3.5 溫凝土收縮和徐變引起的預應力損失溫凝土收縮和徐變引起的預應力損失 5l目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9采用螺旋式預應力筋作為配筋的

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

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 預應力筋的傳遞長度預應力筋的傳遞長度 r tl先張法構件預應力筋的預應力傳遞長度： 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 構件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算構件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算 后張法構件端部后張法構件端部壓應力分布圖壓應力分布圖 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 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 方格網式配筋方格網式配筋 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）方格網式（）方格網式（b）螺旋式）螺旋式Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.9PPP預應力混凝土構件（使用荷載下不帶裂縫）普通混凝土構件（使用荷載下常帶裂縫）預應力鋼筋開裂前，荷載-位移關系為線性的，預應力鋼筋的應力增長較少開裂后，預應力鋼筋

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

17、510.610.710.810.93）放松鋼筋pcIElIconp鋼筋應力：0)(AAplIconcpI混凝土應力：pcIpEAAA) 1(0csEEEppcIElIconppcIAAA)()(4）完成第二批損失pcII混凝土中的有效預壓應力pcIIElIIlIconp鋼筋應力：550()()conlplsconlplspccEsEpAAAAAAAA 混 凝 土 有 效 預 應 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混凝土應力：pypf鋼筋應力：Nu3）構件破壞狀態(tài)syPpyuAfAfN開裂荷載 tkpEsEcslplconctksltkEptkElconcrfAAAAAAfAfAfN)()()()(55或0AfNtkpccr)(注意：預應力并不能提高構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鋼筋應力：0c混凝土應力：10.5.2 后張法構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力pcII654llllII使用階段1）消壓狀態(tài)-加載至混凝土中的應力為0Np0目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.710.810.92）即將開裂狀態(tài)Ncrft3）構件破壞狀態(tài)Nu0c混凝土應力：pypf鋼筋應力：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力混凝土應力軸向拉力Back目錄目錄10.110.210.310.410.510.610.

20、710.810.910.6 軸心受拉構件計算計算內容 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)受力裂縫的構件 0cpkc0ANkck2）二級：一般要求不出現(xiàn)受力裂縫的構件 在荷載標準組合下，受拉邊緣應力不應大于混凝土抗拉強度的標準值，即： ktcpkcf目錄目錄1

21、0.110.210.310.410.510.610.710.810.93）三級：允許出現(xiàn)裂縫的構件 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 類的預應力混凝土構件： 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力 按荷載效應準永久組合計算的軸向拉力 結構構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P18410.6.4 端部錨固區(qū)局部受壓承載能力驗

22、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 預應力混凝土受彎構件的計算10.7.1 受彎構件應力分析施工階段（已產生第一批預應力損失）先張法后張法plconplconpIAAN)()(ppplconpplconpNyAyAe000)()(0000yIeNANppppcpcElconppcEsnnpnpnppcyIeNANplconplconpAAN)()(ppnplconpnplconpnNyAyAe)()(lconppcEs各公式的符號含義可參見教材

23、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10.110.210.310.410.510.

24、610.710.810.9使用階段（消壓狀態(tài)）截面下邊緣應力為零時 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 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)構件的應力狀態(tài)和計算方法與普通混凝土受彎構件類似 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力混凝土受彎構件正截面裂縫控制驗算與預應力混凝土軸心受拉構件類似 ，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力混凝土受彎構件應分別對截面上的