第十十一一章章預預應應力力混混凝凝土土結結構構的的受受力力性性能能同濟濟大大學學土土木木工工程程學學院院建建筑筑工工程程系系顧顧祥林混凝土結結構基本本原理一、基本本概念1.預預應力力混凝土土的特點點加載加載*提高剛剛度和抗抗裂度*減輕結結構自重重*提高梁梁的抗扭扭和抗剪剪承載力力，但不不提高抗抗彎承載載力*提高梁梁的抗疲疲勞承載載力保護護鋼筋免免受大氣氣腐蝕一、基本本概念2.先先張法法和后張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一、基本本概念3.有有粘結結和無粘粘結預應應力混凝凝土有粘結預應力混凝土先張法生生產的預預應力混混凝土構構件以及及后張法法張拉鋼鋼筋后在在孔道中中灌漿所所生產的的預應力力混凝土土構件特點受力性能能好，裂裂縫分布布均勻，，裂縫寬寬度較小小一、基本本概念3.有有粘結結和無粘粘結預應應力混凝凝土無粘結預應力混凝土后張法張張拉鋼筋筋后不在在孔道中中灌漿所所生產的的預應力力混凝土土構件特點造價低，，便于以以后再次次張拉或或更換預預應力鋼鋼筋一、基本本概念4.全全預應應力和部部分預應應力使用荷載下不出現拉應力或裂縫全預應力力混凝土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應力混凝凝土構件件二、施加加預應力力的方法法1.張張拉預預應力筋筋的方法法*直接張張拉法：：用千斤斤頂等機機械工具具直接張張拉預應應力鋼筋筋*電熱法法：低電電壓強電電流通過過鋼筋使使其發熱熱伸長，，達設計計要求時時斷電*連續配配筋法：：用旋轉轉工作臺臺將預應應力筋纏纏繞于混混凝土塊塊體上或或水池壁壁上*自張法法：用自自應力水水泥制成成混凝土土，結硬硬時混凝凝土膨脹脹帶動混混凝土中中的鋼筋筋一起伸伸長，在在混凝土土中產生生壓力*直接加加壓法：：用千斤斤頂直接接在構件件兩端加加力使其其獲得預預壓力二、施加加預應力力的方法法2.錨錨具和和夾具*夾具：：主要依依靠摩擦擦力來夾夾住鋼筋筋，它不不留在構構件上，，剪斷預預應力筋筋后夾具具的作用用即消失失*錨具：：永久地地留在構構件上，，如錨具具失效構構件中的的預應力力將全部部消失。。二、施加加預應力力的方法法2.錨錨具和和夾具摩擦型錨錨具二、施加加預應力力的方法法2.錨錨具和和夾具墩頭錨具具二、施加加預應力力的方法法2.錨錨具和和夾具粘結型錨錨具：利用構件件端部預預留錐形形自錨孔孔的后澆澆混凝土土錨固預預應力鋼鋼筋灌漿口（灌漿錨固）6~8螺旋筋8箍筋3鉛絲線圈預應力筋二、施加加預應力力的方法法2.錨錨具和和夾具承壓型錨錨具：利用螺帽帽、墊板板等的承承壓作用用將預應應力鋼筋筋錨固在在端部預應力筋墊板螺絲桿端螺母對焊接頭三、預應應力混凝凝土所用用的材料料1.鋼鋼筋強度高；；與混凝凝土間有有足夠的的粘結力力；良好好的加工工性能和和一定的的塑性要求處于侵蝕蝕介質中中的預應應力混凝凝土構件件，不宜宜采用熱熱處理鋼鋼筋、碳碳素鋼絲絲、刻痕痕鋼絲、、鋼絞線線等作為為預應力力鋼筋鋼筋筋冷拉鋼筋、熱熱處理鋼筋、、碳素鋼絲、、刻痕鋼絲、、鋼絞線、冷冷拔低碳鋼絲絲注意對直接承受動動荷載的預應應力混凝土構構件，不得采采用有焊接接接頭的冷拉鋼鋼筋三、預應力混混凝土所用的的材料2.混凝凝土C30一般預應力混混凝土構件采用熱處理鋼鋼筋、碳素鋼鋼絲、刻痕鋼鋼絲、鋼絞線線的預應力混混凝土構件C40四、張拉控制制應力con的確定1.con對結構的影響響ApconApconApconApcon使構件出現脆脆性破壞con越大，混凝土土中的預壓應應力越大，但但過大會產生生如下問題預應力筋過早早進入流幅，，降低其塑性性增加鋼筋的松松弛損失四、張拉控制制應力con的確定2.con的取值ApconApconApconApcon預應力鋼筋屈屈服強度的0.5~0.9冷拉鋼筋預應力鋼筋極極限抗拉強度度的0.4~0.75預應力鋼筋極極限抗拉強度度的0.4~0.70碳素鋼絲、刻刻痕鋼絲、鋼鋼絞線冷拔低碳鋼絲絲、熱處理鋼鋼筋五、預應力損損失值1.預應力損失的的種類ApconApconApconApcon前期損失或第第一批損失如錨具變形、、管道摩擦、、臺座與鋼筋筋的溫差、鋼鋼筋松弛損失失等發生在預應力傳到混凝土之前后期損失或第第二批損失如混凝土收縮縮徐變、局部部擠壓損失等等發生在預應力傳到混凝土之后五、預應力損損失值1.預應力損失的的種類前期損失或第第一批損失ApconApconApconApcon后期損失或第第二批損失預應力損失值值不宜籠統地地估算，應予予分項計算，，然后相加確確定總的損失失值但各項預應力力損失值又不不是截然無關關的。試圖求求得各項預應應力損失的““凈值”是很很困難的。五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后張法中，張張拉鋼筋時，，鋼筋在孔道道中滑動，就就會產生摩擦擦力主要由兩部分組成*孔道偏差等等因素引起的的*曲線型孔道道而引起的五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應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負號表示dP1和Px方向相反五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPx考慮孔道每米米長度局部偏偏差的摩擦系系數，教材表表10-2預應力鋼筋與與孔道壁間的的摩擦系數，，教材表10-2五、預應力損損失值2.管道摩擦損失失l2PPxPx-dPx預應力筋軸線張拉端錨固端xdxd采用超張拉可可以減少l2建議的張拉程序為01.1con停2分鐘0.85con停2分鐘con五、預應力損損失值3.錨具變變形和鋼筋回回縮損失l1由于錨具、墊墊塊本身的變變形，其間裂裂縫的壓緊及及鋼筋在錨具具中的滑移引引起的損失張拉端至錨固固端之間的距距離預應力鋼筋的的彈性模量張拉端錨具的的變形和鋼筋筋的內縮值，，見教材表10-3五、預應力損損失值3.錨具變變形和鋼筋回回縮損失l1應注意的幾個問問題*由塊體拼裝裝的結構，尚尚應考慮填逢逢間的預壓變變形。當采用用混凝土或砂砂漿為填逢材材料時，每條條縫的預壓變變形值為1mm*先張法構件，當臺座座長度超過100m時，可忽略l1*后張法構件，l1只考慮張拉端，，因錨固端錨錨具在張拉過過程中已被壓壓緊五、預應力損損失值3.錨具變變形和鋼筋回回縮損失l1應注意的幾個問問題*此式不適用于曲線配配筋的后張法法構件（具體體算法可參考考相關文件））錨固前的應力圖錨固后的應力圖摩擦力l1l1/2lfcon（0）五、預應力損損失值4.溫差應應力損失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con’’<con混凝土蒸汽養養護時,預應應力鋼筋與臺臺座之間溫差差引起的損失失鋼筋的線膨脹脹系數*采用二次升溫溫法可減少l3:先在常溫下養養護,當混凝凝土的強度達達到7.5~10N/mm2時再逐漸升溫溫五、預應力損損失值5.應力松松弛損失l4鋼筋在高應力力作用下，長長度不變而應應力隨時間逐逐漸降低的現現象稱為應力力松弛鋼筋張拉后1小時內約完完成總松弛的的50%，24小時內完完成總松弛的的80%，以以后逐漸收斂斂采用超張拉時時為0.9，，不采用時為為1.0常數參見規范范的相關內容容五、預應力損損失值5.應力松松弛損失l4采用超張拉可可以減少l4建議的張拉程序為0(1.05~1.16)con停2~5分鐘0con在高應力下，，本需1小時時才能完成的的損失，在2~5分鐘內內就完成了大大部分五、預應力損損失值6.混凝土土收縮徐變損失l5收縮和徐變兩兩者相互有關關，很難精確確計算，為了了簡化兩項損損失可合并考考慮受拉區或受壓壓區各自預應應力鋼筋和非非預應力鋼筋筋的配筋率受拉區或受壓壓區預應力鋼鋼筋在各自合合力作用點處處混凝土的法法向壓應力高濕環境中可可降低50%干燥環境中應應增加20~30%系數A、B、C、、D參見教材中的的相關規定五、預應力損損失值6.鋼筋擠擠壓混凝土損失l6采用螺旋式預預應力筋作為為配筋的環形形構件，由于于預應力筋對對混凝土的局局部擠壓使構構件直徑減小小所引起的損損失當d3m時五、預應力損損失值7.預應力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預應力總損失失的下限值先張法構件：l100N/mm2后張法構件：l80N/mm2六、軸心受拉拉構件的分析析1.受力特特征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-位位移關系為線線性的，預應應力鋼筋的應應力增長較少少開裂后，預應力鋼鋼筋的應力急急增，進入非非線性階段六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析施工階段----張拉鋼鋼筋六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析施工階段----完成第第一批預應力力損失澆注混凝土但不受力六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析施工階段----放松鋼鋼筋pcI六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析施工階段----完成第第二批損失pcII混凝土中的有有效預壓應力力六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析加載階段----加載至至混凝土中的的應力為0c=0Np0六、軸心受拉拉構件的分析析1.先張法法構件各階段段的應力分析析加載階段----加載至至混凝土開裂裂ftNcr六、、軸軸心心受受拉拉構構件件的的分分析析1.先先張張法法構構件件各各階階段段的的應應力力分分析析加載載階階段段----加加載載到到破破壞壞Nu六、、軸軸心心受受拉拉構構件件的的分分析析2.后后張張法法構構件件各各階階段段的的應應力力分分析析施工工階階段段----穿穿鋼鋼筋筋六、、軸軸心心受受拉拉構構件件的的分分析析2.后后張張法法構構件件各各階階段段的的應應力力分分析析施工工階階段段----張張拉拉鋼鋼筋筋完完成成第第一一批批預預應應力力損損失失pcIpcI六、、軸軸心心受受拉拉構構件件的的分分