預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件目錄

1預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本概念及分類

2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定

3預(yù)應(yīng)力各項損失的計算及工程應(yīng)用

4預(yù)應(yīng)力筋傳遞長度及端錨區(qū)局壓計算

5軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析

6預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件計算

7預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件

8預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)造要求

9部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土1概述1.1預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用存在的問題1）在正常使用條件下構(gòu)件受拉區(qū)裂縫的存在，導(dǎo)致了受拉區(qū)混凝土浪費，還使得構(gòu)件剛度降低，變形較大。2）考慮到結(jié)構(gòu)的耐久性與適用性，必須控制構(gòu)件的裂縫寬度和變形。在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，高強混凝土及高強鋼材是不能充分利用

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的定義在正常受荷前預(yù)先對混凝土受拉區(qū)施加壓應(yīng)力以改善其在使用荷載作用下混凝土抗拉性能的結(jié)構(gòu)稱為“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)”。ACI對預(yù)應(yīng)力混凝土的定義為“預(yù)應(yīng)力混凝土是根據(jù)需要人為施加某一數(shù)值與分布的壓應(yīng)力用以部分或全部抵消荷載應(yīng)力的一種加筋混凝土?！?/p>

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理加載加載預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用(1)改善結(jié)構(gòu)的使用性能(2)減小構(gòu)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(jīng)濟性（1）大跨度結(jié)構(gòu)（2）對抗裂縫有特殊要求的結(jié)構(gòu)（3）某些高聳結(jié)構(gòu)（5）特殊要求的一般建筑（4）大量制造的預(yù)制構(gòu)件1.2（3）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的分類及預(yù)加力的方法根據(jù)預(yù)應(yīng)力施加的程度分類

或

各符號含義見教材P215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)件混凝土構(gòu)件的分類張拉鋼筋澆注混凝土構(gòu)件混凝土強度達設(shè)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(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根據(jù)預(yù)應(yīng)力的施加方式

先張法后張法鋼筋在臺座上就位有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土先張法生產(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)件特點受力性能好，裂縫分布均勻，裂縫寬度較小或無粘結(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)件特點造價低，便于以后再次張拉或更換預(yù)應(yīng)力鋼筋根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼材與混凝土之間是否存在粘結(jié)作用*夾具：主要依靠摩擦力來夾住鋼筋，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*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。1.4錨具與夾具螺絲端桿錨錐形錨具鐓頭錨具

夾片錨具

Back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(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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，不得采用有焊接接頭的冷拉鋼筋2預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計的一般規(guī)定預(yù)應(yīng)力鋼筋鋼絞線混凝土要求高強度、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(yīng)低于C30張拉控制應(yīng)力張拉控制應(yīng)力范圍

con越大，混凝土中的預(yù)壓應(yīng)力越大，但過大會產(chǎn)生如下問題使構(gòu)件出現(xiàn)脆性破壞預(yù)應(yīng)力筋過早進入流幅，降低其塑性增加鋼筋的松弛損失預(yù)應(yīng)力筋強度標(biāo)準(zhǔn)值（N/mm2）

Back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，見教材表13預(yù)應(yīng)力損失3.1張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失

直線預(yù)應(yīng)力鋼筋后張曲線或折線預(yù)應(yīng)力鋼筋各符號含義見教材P184PPxPx-dPx預(yù)應(yīng)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(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3.2預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁之間摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失

考慮孔道每米長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！溫度為t0時的應(yīng)力為

con溫度升到t1時由于混凝土未結(jié)硬此處的應(yīng)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(yīng)力為

con’’<

con混凝土蒸汽養(yǎng)護時,預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺座之間溫差引起的損失鋼筋的線膨脹系數(shù)*采用二次升溫法可減少

l3:先在常溫下養(yǎng)護,當(dāng)混凝土的強度達到7.5~10N/mm2時再逐漸升溫3.3加熱養(yǎng)護時鋼筋與設(shè)備之間溫差引起的損失

鋼筋在高應(yīng)力作用下，長度不變而應(yīng)力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象稱為應(yīng)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%，以后逐漸收斂采用超張拉時為0.9，不采用時為1.0常數(shù)參見教材P186或規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定選用3.4預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力松弛引起的預(yù)應(yīng)力損失

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20~30%系數(shù)A、B、C、D參見教材P186中的相關(guān)規(guī)定3.5溫凝土收縮和徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失

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)力筋對混凝土的局部擠壓使構(gòu)件直徑減小所引起的損失當(dāng)d3m時3.6環(huán)形構(gòu)件用螺旋式預(yù)應(yīng)力配筋時所引起的損失

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

lI

l1+

l2+

l3+

l4

l1+

l2第二批損失

lII

l5

l4+

l5+

l6預(yù)應(yīng)力總損失的下限值先張法構(gòu)件：

ll100N/mm2后張法構(gòu)件：

ll80N/mm23.7預(yù)應(yīng)力損失的組合Back4預(yù)應(yīng)力筋的傳遞長度和構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算4.1預(yù)應(yīng)力筋的傳遞長度

先張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力傳遞長度：

各符號含義見教材P1874.2構(gòu)件端部錨固區(qū)局部受壓承載力計算

后張法構(gòu)件端部壓應(yīng)力分布圖

局部受壓區(qū)的截面尺寸驗算

混凝土局部受壓時的強度提高系數(shù)

式中各符號的含義見教材p188局部受壓的計算底面積局部承壓承載力計算

方格網(wǎng)式配筋

螺旋式配筋

局壓承載力公式（23）局部受壓區(qū)的間接鋼筋（a）方格網(wǎng)式（b）螺旋式BackP

PP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)力增長較少開裂后，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力急增，進入非線性階段5軸心受拉構(gòu)件各階段應(yīng)力分析受力特征各階段應(yīng)力受力示意圖（a）截面圖（b）放松預(yù)應(yīng)力筋（c）完成第二批損失（d）加荷至混凝土應(yīng)力為零（e）裂縫即將出現(xiàn)（f）破壞5.1先張法構(gòu)件1）張拉鋼筋施工階段2）完成第一批預(yù)應(yīng)力損失澆注混凝土但不受力3）放松鋼筋

pcI4）完成第二批損失

pcII混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力1）消壓狀態(tài)----加載至混凝土中的應(yīng)力為0

c=0Np0使用階段

消壓軸力：

或2）即將開裂狀態(tài)ftNcrNu3）構(gòu)件破壞狀態(tài)開裂荷載或注意：預(yù)應(yīng)力并不能提高構(gòu)件的極限承載力1）穿鋼筋5.2后張法構(gòu)件施工階段公式各符號含義相見教材P1923）完成第二批損失混凝土中的有效預(yù)壓應(yīng)力

pcII使用階段1）消壓狀態(tài)----加載至混凝土中的應(yīng)力為0Np02）即將開裂狀態(tài)Ncrft3）構(gòu)件破壞狀態(tài)Nu5.3先張法與后張法計算公式之比較鋼筋應(yīng)力混凝土應(yīng)力軸向拉力Back6軸心受拉構(gòu)件計算計算內(nèi)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(gòu)件端部局部承壓承載力驗算6.1使用階段承載力計算！構(gòu)件破壞時，全部荷載有鋼筋承擔(dān)，正截面承載能力可按下式計算：

軸向拉力設(shè)計值

6.2使用階段裂縫控制計算1）一級：嚴(yán)格要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件2）二級：一般要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件在荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下，受拉邊緣應(yīng)力不應(yīng)大于混凝土抗拉強度的標(biāo)準(zhǔn)值，即：3）三級：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件按荷載的標(biāo)準(zhǔn)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件：一般情況：

荷載準(zhǔn)永久組合下抗裂驗算邊緣的混凝土法向應(yīng)力

按荷載效應(yīng)準(zhǔn)永久組合計算的軸向拉力

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值Wlim（mm）其中6.3施工階段驗算各符號含義見教材P1846.4端部錨固區(qū)局部受壓承載能力驗算

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(xué)們結(jié)合教材P195的例題仔細(xì)研讀Back7預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的計算7.1受彎構(gòu)件應(yīng)力分析施工階段（已產(chǎn)生第一批預(yù)應(yīng)力損失）先張法后張法各公式的符號含義可參見教材P198施工階段（已完成第二批預(yù)應(yīng)力損失）先張法后張法各公式的符號含義可參見教材P198使用階段（消壓狀態(tài)）截面下邊緣應(yīng)力為零時

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)

開裂彎矩?fù)Q算截面抵抗矩塑性影響系數(shù)

！其他符號詳見教材承載能力極限狀態(tài)構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)和計算方法與普通混凝土受彎構(gòu)件類似

正常工作狀態(tài)

承載力極限狀態(tài)

7.2使用階段正截面承載力計算除了考慮預(yù)應(yīng)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。7.3使用階段斜截面承載力計算各公式的符號含義可參見教材P1987.4使用階段正截面裂縫控制驗算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件正截面裂縫控制驗算與預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件類似，具體計算可參見教材或規(guī)范7.5使用階段斜截面裂縫控制驗算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)分別對截面上的混凝土主拉應(yīng)力和主壓應(yīng)力進行驗算：混凝土主拉應(yīng)力混凝土主壓應(yīng)力一級裂縫控制等級構(gòu)件，應(yīng)符合：二級裂縫控制等級構(gòu)件，應(yīng)符合：對一、二級裂縫等級構(gòu)件，均應(yīng)符合：

7.6使用階段撓度驗算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下并考慮荷載長期作用影響的撓度計算公式：2是考慮荷載長期作用下混凝土徐變作用引起的撓度增大系數(shù)1）對于使用階段不允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件（抗裂等級為一級和二級），構(gòu)件的短期剛度可按下式計算：外荷載引起的撓度預(yù)應(yīng)力引起的反拱2）對于使用階段允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件：

采用荷載標(biāo)準(zhǔn)組合時：

式中各