1、第九章 預應力混凝土結構的受力性能紹興文理學院土木工程系梁超鋒一、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*減輕結構自重減輕結構自重*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、軸拉承載力但不提高抗彎、軸拉承載力*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適用于對裂縫、剛度、變形適用于對裂縫、剛度、變形要求較高及大跨度情況要求較高及大跨度情況一、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件混凝土強度達設計強度的75%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

2、中穿鋼筋并張拉錨固灌漿依靠粘結力傳遞預應力依靠粘結力傳遞預應力依靠端部錨具傳遞預應力依靠端部錨具傳遞預應力一、基本概念 3. 全預應力和部分預應力使用荷載下不出現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產生寬度不大的裂縫部分預應力混凝土構件(包括限值預應力混凝土)一、基本概念 4. 有粘結和無粘結預應力混凝土(P286)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，裂縫寬度較小一、基本概念 4. 有粘結和無粘結預應力混凝土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

3、特點造價低，便于以后再次張拉或更換預應力鋼筋二、施加預應力的方法 1. 張拉預應力筋的方法*直接張拉法：用千斤頂等機械工具直接張拉法：用千斤頂等機械工具直接張拉預應力鋼筋直接張拉預應力鋼筋*電熱法：低電壓強電流通過鋼筋使電熱法：低電壓強電流通過鋼筋使其發熱伸長，達設計要求時斷電其發熱伸長，達設計要求時斷電*連續配筋法：用旋轉工作臺將預應力筋纏繞于混凝土塊體上或水池連續配筋法：用旋轉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，在混凝土中產生壓力中的鋼筋一起伸

4、長，在混凝土中產生壓力*直接加壓法：用千斤頂直接在構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：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，它不留在構件上，剪斷預應力筋后它不留在構件上，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：永久地留在構件上，如錨具錨具：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。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螺絲端桿錨具螺絲端桿錨具二、施加預應力的方法 2. 錨具

5、和夾具墩頭錨具墩頭錨具二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具摩擦型錨具摩擦型錨具二、施加預應力的方法 2. 錨具和夾具粘結型錨具：利用構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鉛絲線圈預應力筋三、預應力混凝土所用的材料 1. 混凝土要求：高強、收縮徐變小、快硬早強要求：高強、收縮徐變小、快硬早強混凝土強度等級不宜低于混凝土強度等級不宜低于C40，不應低于不應低于C30三、預應力混凝土所用的材料 2. 鋼筋強度高；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鋼筋預應力鋼絲(消除應力光面鋼絲和螺旋肋鋼絲)鋼絞線預應力螺紋鋼筋(如熱處理鋼筋)四

6、、張拉控制應力con的確定 1. con對結構的影響ApconApconApconApcon使構件出現脆性破壞con越大，混凝土中的預壓應力越大，但過大會產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con不宜過小四、張拉控制應力con的確定 2. con的取值張拉控制應力限值鋼筋種類預應力鋼絲、鋼絞線0.75fptk中強度預應力鋼絲0.70fptk預應力螺紋鋼筋0.85fpykcon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、鋼筋松弛損失等發生在預應力傳到混凝土之前后期損失或第二批

7、損失如混凝土收縮徐變、局部擠壓損失等發生在預應力傳到混凝土之后五、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. 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縮值，見教材表9-2五、預應力損失值 2. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1應

8、注意的幾個問題plEla1*由塊體拼裝的結構，尚應考慮填逢由塊體拼裝的結構，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*先張法構件，當臺座長度超過先張法構件，當臺座長度超過100m時，可忽略時，可忽略l1*后張法構件，后張法構件，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較小較小 l1l1的措施？的措施？五、預應力損失值 3. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPx

9、Px-dP2dxrP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五、預應力損失值 3. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxd)11 ()(2kxconle考慮孔道每米長度局部偏差的摩擦系數，教材表9-3預應力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數，教材表9-3張拉端至計算截面曲線孔道部分切線夾角；0.3kx時conlkx)(2五、預應力損失值 3. 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兩端張拉也

10、可以減少l2五、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con3m時06l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： l100N/mm2后張法構件： l80N/mm2六、軸心受拉構件的分析 1. 受力特征PPP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

11、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、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析施工階段-張拉鋼筋conp鋼筋應力：0c混凝土應力：0s非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構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0s非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析施工階段-放松鋼筋pcIElIconp鋼筋應力：pcIcpEEEppcIElIconssIcpcIAAA)(pcIspcIcssIEE非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 1

12、. 先張法構件各階段的應力分析施工階段-放松鋼筋00()conlIppIpcIANAA混凝土應力：pcIsspEcAAAA0ppcIElIconssIcpcIAAA)(六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析5lpcIIssII非預應力鋼筋應力：施工階段-完成第二批損失pcIIElIIlIconp鋼筋應力：pcIIcsEEE混凝土中的有效預壓應力ppcIIElIIlIconssIIcpcIIAAA)(六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析施工階段-完成第二批損失5050() =conlplspcIIpIIlsAAANAA混凝土應力：pcII混凝土中的有效預壓應

13、力ppcIIElIIlIconssIIcpcIIAAA)(六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構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：050)(AAANpcIIslplconpc=0Np0lIIlIconp鋼筋應力：5ls非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析加載階段-加載至混凝土開裂lIIlIconptkcf混凝土應力：0)()(AfAfAAfNtkpcIIctkssptkElconcrtkElconpf鋼筋應力：ftNcr)(5拉應力非預應力鋼筋應力：ltkssf提高了抗裂度提高了抗裂度六、軸心受

14、拉構件的分析 1. 先張法構件各階段的應力分析加載階段-加載到破壞0c混凝土應力：syppyuAfAfNpypf鋼筋應力：Nuysf非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析施工階段-穿鋼筋0p鋼筋應力：0c混凝土應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構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：()conlIppIpcInnANAA混凝土應力：sscnAAA凈面積：pcIpcIssI非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構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：55() =co

15、nlplspcIInpIIlsnAAANAA混凝土應力：混凝土中的有效預壓應力pcII5lpcIIssII非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構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：00ANpcIIppcIIElconp鋼筋應力：Np05ls非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析加載階段-加載至混凝土開裂tkcf混凝土應力：0)(AfNtkpcIIcrtkEpcIIElconpf鋼筋應力：Ncrft5ltkEsf非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 2. 后張法構件各階段的應力分析加載階段-加載到破壞0c混

16、凝土應力：syppyuAfAfNpypf鋼筋應力：Nuysf非預應力鋼筋應力：六、軸心受拉構件的分析 3. 先張法/后張法構件應力分析小結預應力混凝土構件提高了抗裂度預應力混凝土構件不提高軸拉承載力預應力混凝土構件充分利用兩種材料性能N0、Ncr、Nu公式形式相同 有區別、形式同，但、nlpcIIpcIAA0七、軸心受拉構件的使用階段計算 1. 使用階段承載力計算syppyuAfAfNN七、軸心受拉構件的使用階段計算 2. 抗裂度驗算及裂縫寬度驗算力的表達式力的表達式0)(AfNNtkpcIIcr應力的表達式應力的表達式tkpcIIcf七、軸心受拉構件的使用階段計算 2. 抗裂度驗算及裂縫寬度

17、驗算一級裂縫控制等級一級裂縫控制等級嚴格要求不出現裂縫嚴格要求不出現裂縫0pcIIck七、軸心受拉構件的使用階段計算 2. 抗裂度驗算及裂縫寬度驗算二級裂縫控制等級二級裂縫控制等級一般要求不出現裂縫一般要求不出現裂縫tkpcIIckf0ANkck七、軸心受拉構件的使用階段計算 2. 抗裂度驗算及裂縫寬度驗算三級裂縫控制等級三級裂縫控制等級允許出現裂縫允許出現裂縫maxlim(1.90.08)eqscrsstedwcwE 0kPspsNNAA0.650.21.11.0tktesf 二類二類a環境時，尚應滿足環境時，尚應滿足cqpcIItkf0qcqNA八、軸心受拉構件的施工階段驗算 1. 張拉或

18、放松預應力筋時的構件承載力驗算先張法先張法0)(AAplIconccnpconccAA后張法后張法8 . 0ckccf八、軸心受拉構件的施工階段驗算 2. 構件端部錨固區局部受壓承載力驗算(后張法)八、軸心受拉構件的施工階段驗算 2. 構件端部錨固區局部受壓承載力驗算(后張法)構件局部受壓區截面尺寸構件局部受壓區截面尺寸2a2bAAln35. 1AfFclcl局部受壓凈面積系數局部受壓時的強度提高lblAA局部受壓時的計算底面積八、軸心受拉構件的施工階段驗算 2. 構件端部錨固區局部受壓承載力驗算2a2bAAAb的確定-原則是Ab和Al同心對稱Ab= AlAb= Alabb bAlAbbb bAbAlabbbabbbbAbAlAlAba a a八、軸心受拉構件的施工階段驗算 2. 構件端部錨固區局部受壓承載力驗算局部受壓承載力計算局部受壓承載力計算ln)2(9 . 0AffFycorvclcl鋼筋范圍內混凝土核芯面積(從最外側間接鋼筋的內表面算起)lcorAA方格網或螺旋式間接鋼筋的體積配筋率方格網Flu螺旋式Flu八、軸心受拉構件的