第十一章預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能

1、第十一章 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院建筑工程系顧祥林一、基本概念 1. 預(yù)應(yīng)力混凝土的特點(diǎn)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(hù)鋼提高梁的抗疲勞承載力保護(hù)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(tái)座上固定澆注混凝土構(gòu)件混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上時(shí)剪斷鋼筋澆混凝土構(gòu)件，并在構(gòu)件中預(yù)留孔道在構(gòu)件中預(yù)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(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土先張

2、法生產(chǎn)的預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點(diǎn)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(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件特點(diǎn)造價(jià)低，便于以后再次張拉或更換預(yù)應(yīng)力鋼筋一、基本概念 4. 全預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力使用荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力或裂縫全預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 1. 張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法*直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C(jī)械工具直接張拉法：用千斤頂?shù)葯C(jī)械工具直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋直接張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋*電熱法：低電壓強(qiáng)電流

3、通過(guò)鋼筋使電熱法：低電壓強(qiáng)電流通過(guò)鋼筋使其發(fā)熱伸長(zhǎng)，達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)斷電其發(fā)熱伸長(zhǎng)，達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)斷電*連續(xù)配筋法：用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)將預(yù)應(yīng)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(tái)將預(yù)應(yīng)力筋纏繞于混凝土塊體上或水池壁上壁上*自張法：用自應(yīng)力水泥制成混凝土，結(jié)硬時(shí)混凝土膨脹帶動(dòng)混凝土自張法：用自應(yīng)力水泥制成混凝土，結(jié)硬時(shí)混凝土膨脹帶動(dòng)混凝土中的鋼筋一起伸長(zhǎng)，在混凝土中產(chǎn)生壓力中的鋼筋一起伸長(zhǎng)，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(yù)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(yù)壓力二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具*夾具：主要依靠摩擦力來(lái)夾住鋼筋，夾具：主要

4、依靠摩擦力來(lái)夾住鋼筋，它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)力筋后它不留在構(gòu)件上，剪斷預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力將全部消失。失效構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力將全部消失。二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具摩擦型錨具二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具墩頭錨具二、施加預(yù)應(yīng)力的方法 2. 錨具和夾具粘結(jié)型錨具：利用構(gòu)件端部預(yù)留錐形自錨孔的后澆混凝土錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋灌漿口（灌漿錨固）6 8螺旋筋8箍筋3鉛絲線圈預(yù)應(yīng)力筋二、施加預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋錨固在端部預(yù)應(yīng)力筋墊板螺絲

5、桿端螺母對(duì)焊接頭三、預(yù)應(yīng)力混凝土所用的材料 1. 鋼筋強(qiáng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(duì)直接承受動(dòng)荷載的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋三、預(yù)應(yīng)力混凝土所用的材料 2. 混凝土C30一般預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件C40四、張拉控制應(yīng)力con的確定 1. con對(duì)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(yù)壓應(yīng)力越大，但過(guò)大會(huì)產(chǎn)生如下問(wèn)題預(yù)應(yīng)力筋過(guò)早進(jìn)入流幅，降低其塑性增加鋼筋的松弛損失四、張拉控制應(yīng)力con的確定 2. con的取值A(chǔ)pconApconApconApcon預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服強(qiáng)度的0.50.9冷拉鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼筋極限抗拉強(qiáng)度的0.40.75預(yù)應(yīng)力鋼筋極限抗拉強(qiáng)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(yù)應(yīng)力損失值 1. 預(yù)應(yīng)力損失的種類(lèi)ApconApconApconApcon前期損失或第一批損失如錨具變形、管道摩擦、臺(tái)座與鋼筋的溫差、鋼筋松弛損失等發(fā)生在預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力傳到

7、混凝土之后五、預(yù)應(yīng)力損失值 1. 預(yù)應(yīng)力損失的種類(lèi)前期損失或第一批損失ApconApconApconApcon后期損失或第二批損失預(yù)應(yīng)力損失值不宜籠統(tǒng)地估算，應(yīng)予分項(xiàng)計(jì)算，然后相加確定總的損失值但各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失值又不是截然無(wú)關(guān)的。試圖求得各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的“凈值”是很困難的。五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrP后張法中，張拉鋼筋時(shí)，鋼筋在孔道中滑動(dòng)，就會(huì)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(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)

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(yù)應(yīng)力和孔道長(zhǎng)度成正比dxkPrdkPdPxx1負(fù)號(hào)表示dP1和Px方向相反五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxdPPxdPPdPx2五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)力筋軸線張拉端錨固端xdxddPxPx-dP1dP1dxrdP2dPxPx-dP2dxrPdPxPxddP2+dP1Px-dPxdPdxkPdPdPdPxx21xPPx

9、xdkdxPdPx00kdxPPxln)(kdxxePP五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)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(zhǎng)度局部偏差的摩擦系數(shù)，教材表10-2預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁間的摩擦系數(shù)，教材表10-2五、預(yù)應(yīng)力損失值 2. 管道摩擦損失l2PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)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?yàn)?1.1con停2分鐘0.85con停2分鐘con

10、五、預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(jiàn)教材表10-3五、預(yù)應(yīng)力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題plEla1*由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)考慮填逢由塊體拼裝的結(jié)構(gòu)，尚應(yīng)考慮填逢間的預(yù)壓變形。當(dāng)采用混凝土或砂間的預(yù)壓變形。當(dāng)采用混凝土或砂漿為填逢材料時(shí)，每條縫的預(yù)壓變漿為填逢材料時(shí)，每條縫的預(yù)壓變形值為形值為1mm*先張法構(gòu)件，當(dāng)臺(tái)座長(zhǎng)度超過(guò)先張法構(gòu)件，當(dāng)臺(tái)座長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí)，可忽略時(shí)，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(guò)程只考慮張拉端，因錨固端錨具在張拉過(guò)程中已被壓緊中已被壓緊五、預(yù)應(yīng)力損失值 3. 錨具變形和鋼筋回縮損失l1應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)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(yīng)力圖錨固后的應(yīng)力圖摩擦力l1l1/2lfcon（0）五、預(yù)應(yīng)力損失值 4. 溫差應(yīng)力損失l3溫度為t0時(shí)的應(yīng)力為con溫度升到t1時(shí)由于混凝土未結(jié)硬此處的應(yīng)力為con溫度回落到t0時(shí)由于混凝土已結(jié)硬和鋼筋同時(shí)回縮，此處的應(yīng)力為con con混凝土蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)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(hù)先在常溫下養(yǎng)護(hù),當(dāng)混當(dāng)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到凝土的強(qiáng)度達(dá)到7.510N/mm2時(shí)再逐漸升溫時(shí)再逐漸升溫五、預(yù)應(yīng)力損失值 5. 應(yīng)力松弛損失l4鋼筋在高應(yīng)力作用下，長(zhǎng)度不變而應(yīng)力隨時(shí)間逐漸降低的現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)力松弛鋼筋張拉后1小時(shí)內(nèi)約完成總松弛的50%，24小時(shí)內(nèi)完成總松弛的80%，以后逐漸收斂conptconlbfa)(4采用超張拉時(shí)為0.9，不采用時(shí)為1.0常數(shù)參見(jiàn)規(guī)范的相關(guān)內(nèi)容五、預(yù)應(yīng)力損失值 5. 應(yīng)力松弛損失l4采用超張拉可以減少l4建議的張

13、拉程序?yàn)?(1.051.16)con停25分鐘0con在高應(yīng)力下，本需1小時(shí)才能完成的損失，在25分鐘內(nèi)就完成了大部分五、預(yù)應(yīng)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(jì)算，為了簡(jiǎn)化兩項(xiàng)損失可合并考慮DCfBAcupcl5受拉區(qū)或受壓區(qū)各自預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率受拉區(qū)或受壓區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋在各自合力作用點(diǎn)處混凝土的法向壓應(yīng)力高濕環(huán)境中可降低50%干燥環(huán)境中應(yīng)增加2030%系數(shù)系數(shù)A、B、C、D參見(jiàn)教材中的相關(guān)規(guī)定參見(jiàn)教材中的相關(guān)規(guī)定五、預(yù)應(yīng)力損失值 6. 鋼筋擠壓混凝土損失l6采用螺旋式預(yù)應(yīng)力筋作為配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于預(yù)應(yīng)力筋對(duì)混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所

14、引起的損失當(dāng)d3m時(shí)Mpal306五、預(yù)應(yīng)力損失值 7. 預(yù)應(yīng)力損失的組合預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋開(kāi)裂前，荷載-位移關(guān)系為線性的，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力增長(zhǎng)較少開(kāi)裂后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力急增，進(jìn)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(yīng)力分析施工階段-張拉鋼筋conp鋼筋應(yīng)力：0c混

15、凝土應(yīng)力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析施工階段-完成第一批預(yù)應(yīng)力損失lIconp鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)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(yīng)力分析施工階段-放松鋼筋pcIElIconp鋼筋應(yīng)力：0)(AAplIconcpI混凝土應(yīng)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(yīng)力分析施工階段-完成第二批損失pcIIElIIlIconp鋼筋應(yīng)力：0)(AAplIIlIconpcI混凝土應(yīng)力：pcIIpEAAA) 1(0csEEEppcIIElIIlIc

16、onppcIIAAA)()(混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析加載階段-加載至混凝土中的應(yīng)力為0pcIIElIIlIconp0c混凝土應(yīng)力：plIIlIconpAN)(0c=0Np0lIIlIconp鋼筋應(yīng)力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 1. 先張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析加載階段-加載至混凝土開(kāi)裂lIIlIconptcf混凝土應(yīng)力：)()(ptptElIIlIconcrAAfAfNtElIIlIconpf鋼筋應(yīng)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(yīng)力分析加載階段-加載到破壞0c混凝土應(yīng)力：ppyuAfN pypf鋼筋應(yīng)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(yīng)力分析施工階段-穿鋼筋conp鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：0p鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的應(yīng)力分析施工階段-張拉鋼筋完成第一批預(yù)應(yīng)力損失lIconp鋼筋應(yīng)力：nplIconpcIAA)(混凝土應(yīng)力：pnAAA凈面積：pcIpcIElIconp鋼筋應(yīng)力：0)(AAplIconcpI混凝土應(yīng)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(yīng)力分析施工階段-完成第二批損失lIIlIconp鋼筋應(yīng)力：nplIIlIconpcIIAA)(混凝土應(yīng)力：混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力pcIIpcIIElIIlIconp鋼筋應(yīng)力：0)(AAplIIlIconpcI混凝土應(yīng)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(yīng)力分析加載階段-加載至混凝土中的應(yīng)力為00c混凝土應(yīng)力：ppcIIElIIlIconpAN)(0pcIIElIIlIconp鋼筋應(yīng)力：c=0Np0lIIlIconp鋼筋應(yīng)力：0c混凝土應(yīng)力：Np0六、軸心受拉構(gòu)件的分析 2. 后張法構(gòu)件各階段的