1、第十一章 預應力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能同濟大學土木工程學院建筑工程系顧祥林一、基本概念 1. 預應力混凝土的特點加載加載*提高剛度和抗裂度提高剛度和抗裂度*減輕結(jié)構(gòu)自重減輕結(jié)構(gòu)自重*提高梁的抗扭和抗剪承載力，提高梁的抗扭和抗剪承載力，但不提高抗彎承載力但不提高抗彎承載力*提高梁的抗疲勞承載力保護鋼提高梁的抗疲勞承載力保護鋼筋免受大氣腐蝕筋免受大氣腐蝕一、基本概念 2. 先張法和后張法張拉鋼筋并在臺座上固定澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設計強度的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一、基本概念 3. 有粘結(jié)和無粘結(jié)預應力混凝土有粘結(jié)預應力混凝土先張

2、法生產(chǎn)的預應力混凝土構(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，裂縫寬度較小一、基本概念 3. 有粘結(jié)和無粘結(jié)預應力混凝土無粘結(jié)預應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力鋼筋一、基本概念 4. 全預應力和部分預應力使用荷載下不出現(xiàn)拉應力或裂縫全預應力混凝土構(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力混凝土構(gòu)件二、施加預應力的方法 1. 張拉預應力筋的方法*直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C械工具直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C械工具直接張拉預應力鋼筋直接張拉預應力鋼筋*電熱法：低電壓強電流

3、通過鋼筋使電熱法：低電壓強電流通過鋼筋使其發(fā)熱伸長，達設計要求時斷電其發(fā)熱伸長，達設計要求時斷電*連續(xù)配筋法：用旋轉(zhuǎn)工作臺將預應力筋纏繞于混凝土塊體上或水池連續(xù)配筋法：用旋轉(zhuǎn)工作臺將預應力筋纏繞于混凝土塊體上或水池壁上壁上*自張法：用自應力水泥制成混凝土，結(jié)硬時混凝土膨脹帶動混凝土自張法：用自應力水泥制成混凝土，結(jié)硬時混凝土膨脹帶動混凝土中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產(chǎn)生壓力中的鋼筋一起伸長，在混凝土中產(chǎn)生壓力*直接加壓法：用千斤頂直接在構(gòu)件兩端加力使其獲得預壓力直接加壓法：用千斤頂直接在構(gòu)件兩端加力使其獲得預壓力二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，夾具：主要

4、依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預應力筋后它不留在構(gòu)件上，剪斷預應力筋后夾具的作用即消失夾具的作用即消失*錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具錨具：永久地留在構(gòu)件上，如錨具失效構(gòu)件中的預應力將全部消失。失效構(gòu)件中的預應力將全部消失。二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具摩擦型錨具二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具墩頭錨具二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具粘結(jié)型錨具：利用構(gòu)件端部預留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預應力鋼筋灌漿口（灌漿錨固）6 8螺旋筋8箍筋3鉛絲線圈預應力筋二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具承壓型錨具：利用螺帽、墊板等的承壓作用將預應力鋼筋錨固在端部預應力筋墊板螺絲

5、桿端螺母對焊接頭三、預應力混凝土所用的材料 1. 鋼筋強度高；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、鋼絞線等作為預應力鋼筋鋼筋冷拉鋼筋、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(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋三、預應力混凝土所用的材料 2. 混凝土C30一般預應力混凝土構(gòu)件采用熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線的預應力混凝土構(gòu)件C40四、張拉控制應力con的確定 1. con對結(jié)構(gòu)的影響ApconApconApconApcon使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞con越

6、大，混凝土中的預壓應力越大，但過大會產(chǎn)生如下問題預應力筋過早進入流幅，降低其塑性增加鋼筋的松弛損失四、張拉控制應力con的確定 2. con的取值A(chǔ)pconApconApconApcon預應力鋼筋屈服強度的0.50.9冷拉鋼筋預應力鋼筋極限抗拉強度的0.40.75預應力鋼筋極限抗拉強度的0.40.70碳素鋼絲、刻痕鋼絲、鋼絞線冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋五、預應力損失值 1. 預應力損失的種類ApconApconApconApcon前期損失或第一批損失如錨具變形、管道摩擦、臺座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛損失等發(fā)生在預應力傳到混凝土之前后期損失或第二批損失如混凝土收縮徐變、局部擠壓損失等發(fā)生在預應力傳到

7、混凝土之后五、預應力損失值 1. 預應力損失的種類前期損失或第一批損失ApconApconApconApcon后期損失或第二批損失預應力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應予分項計算，然后相加確定總的損失值但各項預應力損失值又不是截然無關(guān)的。試圖求得各項預應力損失的“凈值”是很困難的。五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP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五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應

8、力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxr由孔道偏差引起的損失值與預應力和孔道長度成正比dxkPrdkPdPxx1負號表示dP1和Px方向相反五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxdPPxdPPdPx2五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxdPdxkPdPdPdPxx21xPPx

9、xdkdxPdPx00kdxPPxln)(kdxxePP五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx)(kdxxePP)11 ()(kdxxePPP)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預應力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數(shù)，教材表10-2五、預應力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxd采用超張拉可以減少l2建議的張拉程序為01.1con停2分鐘0.85con停2分鐘con

10、五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1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端錨具的變形和鋼筋的內(nèi)縮值，見教材表10-3五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1應注意的幾個問題plEla1*由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應考慮填逢由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應考慮填逢間的預壓變形。當采用混凝土或砂間的預壓變形。當采用混凝土或砂漿為填逢材料時，每條縫的預壓變漿為填逢材料時，每條縫的預壓變形值為形值為1mm*先張法構(gòu)件，當臺座長度超過先張法構(gòu)件，當臺座長度超過100m時，可忽略時，可忽略l1*后張法構(gòu)件

11、，后張法構(gòu)件，l1只考慮張拉端，因錨固端錨具在張拉過程只考慮張拉端，因錨固端錨具在張拉過程中已被壓緊中已被壓緊五、預應力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1應注意的幾個問題plEla1*此式不適用于曲線配筋此式不適用于曲線配筋的后張法構(gòu)件（具體算的后張法構(gòu)件（具體算法可參考相關(guān)文件）法可參考相關(guān)文件）錨固前的應力圖錨固后的應力圖摩擦力l1l1/2lfcon（0）五、預應力損失值 4. 溫差應力損失l3溫度為t0時的應力為con溫度升到t1時由于混凝土未結(jié)硬此處的應力為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

12、起的損失)/(210200001. 000001. 0253mmNtttEpl鋼筋的線膨脹系數(shù)*采用二次升溫法可減少采用二次升溫法可減少l3:先在常溫下養(yǎng)護先在常溫下養(yǎng)護,當混當混凝土的強度達到凝土的強度達到7.510N/mm2時再逐漸升溫時再逐漸升溫五、預應力損失值 5. 應力松弛損失l4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(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)參見規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容五、預應力損失值 5. 應力松弛損失l4采用超張拉可以減少l4建議的張

13、拉程序為0(1.051.16)con停25分鐘0con在高應力下，本需1小時才能完成的損失，在25分鐘內(nèi)就完成了大部分五、預應力損失值 6. 混凝土收縮徐變損失l5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(shù)系數(shù)A、B、C、D參見教材中的相關(guān)規(guī)定參見教材中的相關(guān)規(guī)定五、預應力損失值 6. 鋼筋擠壓混凝土損失l6采用螺旋式預應力筋作為配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于預應力筋對混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所

14、引起的損失當d3m時Mpal306五、預應力損失值 7. 預應力損失的組合預應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預應力總損失的下限值先張法構(gòu)件： l100N/mm2后張法構(gòu)件： l80N/mm2六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 受力特征PPP預應力混凝土構(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）預應力鋼筋開裂前，荷載-位移關(guān)系為線性的，預應力鋼筋的應力增長較少開裂后，預應力鋼筋的應力急增，進入非線性階段六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-張拉鋼筋conp鋼筋應力：0c混

15、凝土應力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-完成第一批預應力損失lIconp鋼筋應力：0c混凝土應力：澆注混凝土但不受力六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-放松鋼筋pcIElIconp鋼筋應力：0)(AAplIconcpI混凝土應力：pcIpEAAA) 1(0csEEEppcIElIconppcIAAA)()(六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-完成第二批損失pcIIElIIlIconp鋼筋應力：0)(AAplIIlIconpcI混凝土應力：pcIIpEAAA) 1(0csEEEppcIIElIIlIc

16、onppcIIAAA)()(混凝土中的有效預壓應力六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析加載階段-加載至混凝土中的應力為0pcIIElIIlIconp0c混凝土應力：plIIlIconpAN)(0c=0Np0lIIlIconp鋼筋應力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析加載階段-加載至混凝土開裂lIIlIconptcf混凝土應力：)()(ptptElIIlIconcrAAfAfNtElIIlIconpf鋼筋應力：ftNcr六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應力分析加載階段-加載到破壞0c混凝土應力：ppyuAfN pypf鋼筋應力：Nu六、

17、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-穿鋼筋conp鋼筋應力：0c混凝土應力：0p鋼筋應力：0c混凝土應力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-張拉鋼筋完成第一批預應力損失lIconp鋼筋應力：nplIconpcIAA)(混凝土應力：pnAAA凈面積：pcIpcIElIconp鋼筋應力：0)(AAplIconcpI混凝土應力：pcI六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應力分析施工階段-完成第二批損失lIIlIconp鋼筋應力：nplIIlIconpcIIAA)(混凝土應力：混凝土中的有效預壓應力pcIIpcIIElIIlIconp鋼筋應力：0)(AAplIIlIconpcI混凝土應力：pcII六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應力分析加載階段-加載至混凝土中的應力為00c混凝土應力：ppcIIElIIlIconpAN)(0pcIIElIIlIconp鋼筋應力：c=0Np0lIIlIconp鋼筋應力：0c混凝土應力：Np0六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的