第第9章章 预应力混凝土构件预应力混凝土构件的受力性能与设计的受力性能与设计9.1 概述概述9.2 预应力损失预应力损失9.3 预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的受力性能受力性能分析分析9.4 预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的设计计算设计计算9.5 预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的构造措施构造措施本章主要内容本章主要内容第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.19.1.1预应力混凝土的一般概念预应力混凝土的一般概念一、钢筋混凝土的缺点一、钢筋混凝土的缺点（1 1）抗裂性能差）抗裂性能差）抗裂性能差）抗裂性能差 砼的砼的极限拉应变极限拉应变一般为（一般为（11.5）10-4， 因此，因此，因此，因此，通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。通常带裂缝工作，构件刚度小，耐久性差。（2 2）不能使用高强钢筋）不能使用高强钢筋）不能使用高强钢筋）不能使用高强钢筋9.1 9.1 概述概述第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第一：第一：砼的砼的极限拉应变极限拉应变一般为（一般为（11.5）10-4 ， 故砼故砼开裂开裂时，钢筋应力只有时，钢筋应力只有2030MPa；第二：第二：对应于对应于裂缝宽度裂缝宽度为为(0.2 0.3) mm时的钢筋应力时的钢筋应力 约为（约为（150250） MPa。这这应力应力与与HRB400、HRB335、HPB300钢筋钢筋正常正常使用阶段使用阶段的工作应力接近。的工作应力接近。可见，可见，若在普通砼中若在普通砼中采用采用高强钢筋，不能发挥高强钢筋，不能发挥高强钢筋高强钢筋 的强度优势。的强度优势。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.二、预应力的基本概念二、预应力的基本概念sb第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计. pc较大，全截面处于较大，全截面处于受压受压状态，状态，不会不会开裂；开裂；称称称称全全全全预应力砼预应力砼预应力砼预应力砼。拉应力拉应力超过超过ftk ，会产生裂缝，会产生裂缝，称称称称部分部分部分部分预应力砼或预应力砼或预应力砼或预应力砼或B B类类类类预应力预应力预应力预应力砼砼砼砼构件构件构件构件。有有ftk的拉应力作用，的拉应力作用，一般不一般不开裂；开裂； 称称称称有限有限有限有限预应力砼或预应力砼或预应力砼或预应力砼或A A类类类类预应力预应力预应力预应力砼砼砼砼构件构件构件构件。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.生活中的预应力生活中的预应力第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.2 9.1.2 预应力混凝土的分类预应力混凝土的分类先张法先张法1.1.按施加预应力的方法分类按施加预应力的方法分类第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.传递长度ltrsptspcspc第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.后张法后张法10.2 施加预应力的方法第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.后张法后张法第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.2.2.按施加预应力的程度分类按施加预应力的程度分类全全预应力混凝土预应力混凝土部分部分预应力混凝土预应力混凝土A类类预应力混凝土构件预应力混凝土构件B类类预应力混凝土构件预应力混凝土构件也称有限预应力混凝土构件第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.3.3.按预应力筋与混凝土之间的按预应力筋与混凝土之间的粘结程度粘结程度分类分类有有粘结预应力混凝土粘结预应力混凝土 如：如：先张法构件先张法构件、经过孔道灌浆处理的后张法构件经过孔道灌浆处理的后张法构件无无粘结预应力混凝土粘结预应力混凝土在预应力筋表面在预应力筋表面涂油脂并设外包层涂油脂并设外包层等措施来阻断预等措施来阻断预应力筋与混凝土之间的应力筋与混凝土之间的粘结粘结作用作用。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.1高密度聚乙烯或聚丙烯套管2防腐润滑油脂（12mm厚）3钢绞线（裸线直径为6.2528.6mm)无粘结钢绞线无粘结钢绞线第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.3 9.1.3 施加预应力的方法施加预应力的方法一般通过一般通过张拉预应力筋张拉预应力筋来来施加预应力施加预应力，有有先张法先张法和和后张法后张法两种两种。先张法先张法施加预应力的施加预应力的工艺流程工艺流程见见P229图图9-2后后张法张法施加预应力的施加预应力的工艺流程工艺流程见见P229图图9-3第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.图图10.3 先张法先张法工艺流程工艺流程.图图10.4 后后张法张法工艺流程工艺流程.先张法和后张法的特点比较先张法和后张法的特点比较先张法先张法优点优点： 张拉工艺简单；张拉工艺简单； 不需在构件上设不需在构件上设置永久性锚具；置永久性锚具； 适合于量大面广的适合于量大面广的中小型中小型构件。构件。先张法先张法缺点缺点： 需要较大台座或成批钢模等固定设备，需要较大台座或成批钢模等固定设备，一次投资大；一次投资大； 预应力筋为直线型，曲线布置困难。预应力筋为直线型，曲线布置困难。 后后后后张张法法法法优优点点点点： 直接在构件上直接在构件上直接在构件上直接在构件上张张拉拉拉拉预应预应力筋；力筋；力筋；力筋； 预应预应力筋可力筋可力筋可力筋可为为直线型直线型直线型直线型、曲线曲线曲线曲线型等型等型等型等； 适宜运适宜运适宜运适宜运输输不便、不便、不便、不便、现场现场施施施施工的工的工的工的大型大型大型大型构件等；构件等；构件等；构件等；后后后后张张法法法法缺点缺点缺点缺点：永久性永久性永久性永久性锚锚具的耗具的耗具的耗具的耗钢钢量大；量大；量大；量大； 张张拉工序拉工序拉工序拉工序比先比先比先比先张张法复法复法复法复杂杂，施工周期，施工周期，施工周期，施工周期长长。 第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.4 锚具和夹具锚具和夹具镦头型锚具镦头型锚具锚块锚塞型锚具锚块锚塞型锚具螺丝端杆型锚具螺丝端杆型锚具三三种种基基本本类类型型第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计见见P230. 锚夹具实例锚夹具实例1 1、单孔夹片锚、单孔夹片锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.单孔夹片锚单孔夹片锚及相应锚垫板及相应锚垫板第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.2 2、多孔夹片锚、多孔夹片锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.多孔夹片锚、锚垫板及多孔夹片锚、锚垫板及螺旋筋螺旋筋第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.3 3、扁锚、扁锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.扁锚扁锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.扁锚施工现场扁锚施工现场.挤压锚具锚杯及挤压锚具锚杯及异形钢丝环异形钢丝环4 4、挤压锚、挤压锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.挤压机挤压机第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.镦头锚及镦头锚及镦头器镦头器5 5、镦头锚、镦头锚第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.5 9.1.5 预应力混凝土材料预应力混凝土材料1 1混凝土混凝土对其对其性能性能要求如下：要求如下： 强度高强度高。其承受预压应力的能力就高，可以减小构。其承受预压应力的能力就高，可以减小构件截面尺寸，还可以提高构件的抗拉、抗剪、粘结和承件截面尺寸，还可以提高构件的抗拉、抗剪、粘结和承压能力；压能力； 收缩和徐变小收缩和徐变小。可以减小预应力损失；。可以减小预应力损失； 快硬早强快硬早强。可以尽早施加预应力，以提高台座等的。可以尽早施加预应力，以提高台座等的使用效率。使用效率。GB50010规定：定：预应力混凝土力混凝土结构的混凝土构的混凝土强强度等度等级不不宜宜C40，且，且不不应 C30 第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（1 1）强度高强度高：第一第一要在钢筋中建立起要在钢筋中建立起高应力高应力； 第二第二预应力混凝土会产生各种预应力混凝土会产生各种预应力损失。预应力损失。 （2 2）一定的塑性：一定的塑性：避免避免超载超载、低温低温、冲击冲击及及地震地震时时 的的脆性断裂脆性断裂。（3 3）良好的加工性能良好的加工性能：以满足：以满足焊接焊接、镦粗镦粗等的加工要求。等的加工要求。（4 4）与混凝土良好的粘结性能与混凝土良好的粘结性能：以：以减小减小先张法构件先张法构件的的预预应力传递长度应力传递长度。2 2、预应力筋、预应力筋、预应力筋、预应力筋对其对其性能性能要求如下：要求如下：第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.预应力筋种类预应力筋种类(d)预应力螺纹钢筋（精轧螺纹钢筋）(c)光面钢丝第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.种类种类符号符号公称直径公称直径（mm）屈服强度标准值屈服强度标准值fpyk /Mpa极限强度标准值极限强度标准值fptk /Mpa中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝光面光面螺旋肋螺旋肋 PM HM5、7、9 6208007809709801270预应力预应力螺纹钢筋螺纹钢筋螺纹螺纹 T18、25、32、40、50785980930108010801230消除应力钢丝消除应力钢丝光面光面螺旋肋螺旋肋 P H51570186071570914701570钢绞线钢绞线13(三股三股) S8.6、10.8、12.915701860196017(七股七股)9.5、12.7、15.2、17.817201860196021.61860.防止或减缓防止或减缓施工阶段施工阶段预拉区的裂缝；预拉区的裂缝；防止施加预应力时，在构件端部防止施加预应力时，在构件端部 产生产生截面中部截面中部的纵向水平裂缝；的纵向水平裂缝；有利于锚具的布置。有利于锚具的布置。 提高构件端部斜截面的抗裂度和承载力；提高构件端部斜截面的抗裂度和承载力；（2）适用性）适用性：荷载、跨度较大时采用，荷载、跨度较大时采用， 一般用一般用后张法后张法施工。施工。 预应力筋的布置预应力筋的布置1 1、直线布置、直线布置适用于荷载、跨度不大，适用于荷载、跨度不大，先张法和后张法施工均可。先张法和后张法施工均可。2 2、曲线、折线布置、曲线、折线布置直线布置直线布置曲线布置曲线布置折线布置折线布置（1 1）采用曲线布置的原因）采用曲线布置的原因第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.1.6 预应力混凝土的特点预应力混凝土的特点与与钢筋混凝土钢筋混凝土相比，其相比，其优点优点如下：如下：1）提高了构件的抗裂能力提高了构件的抗裂能力2）增大了构件的刚度增大了构件的刚度3）充分发挥高强材料的性能充分发挥高强材料的性能4）扩大了混凝土结构的应用范围扩大了混凝土结构的应用范围其其缺点缺点有：有：对施工要求较高，施工工序复杂、且需要对施工要求较高，施工工序复杂、且需要张拉设备、锚夹具及人工费用高张拉设备、锚夹具及人工费用高。因此因此因此因此，其其其其适用于适用于适用于适用于钢筋混凝土难以满足的钢筋混凝土难以满足的钢筋混凝土难以满足的钢筋混凝土难以满足的以下以下以下以下情形情形情形情形：（1 1）裂缝控制等级较高的结构；裂缝控制等级较高的结构；裂缝控制等级较高的结构；裂缝控制等级较高的结构；（2 2）大跨度结构、承受重荷载的结构以及承受反复大跨度结构、承受重荷载的结构以及承受反复大跨度结构、承受重荷载的结构以及承受反复大跨度结构、承受重荷载的结构以及承受反复荷载的结构；荷载的结构；荷载的结构；荷载的结构；（3 3）对对构件构件构件构件刚刚度和度和度和度和变变形控制要求形控制要求形控制要求形控制要求较较高的高的高的高的结结构构件。构构件。构构件。构构件。 第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.2 9.2 预应力损失预应力损失1 1、 con的定义的定义：张拉预应力筋：张拉预应力筋完毕完毕时，张拉设备（千斤时，张拉设备（千斤顶或油泵）顶或油泵）测力仪表所显示的测力仪表所显示的总张拉力总张拉力Np,con除以除以预应力预应力筋面积筋面积Ap得到的应力称为得到的应力称为张拉控制应力张拉控制应力 con。9.2.1 9.2.1 张拉控制应力张拉控制应力 con 它是预应力筋在构件它是预应力筋在构件受荷以前受荷以前所经受的所经受的最大最大应力。应力。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.2 2、 con的取值的取值（1）取值的一般概念：）取值的一般概念： 张拉控制应力张拉控制应力 con取值越高，取值越高， 预应力筋对预应力筋对混凝土的预压作用混凝土的预压作用越大，越大， 可以使可以使预应力筋预应力筋充分发挥作用。充分发挥作用。（2） con的上限值的上限值 con取值过高，取值过高， 第一第一可能发生预应力筋可能发生预应力筋拉断拉断事故；事故； 第二第二使使开裂荷载开裂荷载接近接近破坏荷载破坏荷载，易脆性，易脆性破坏破坏。 因此，因此，规范规范规定了张拉控制规定了张拉控制应力应力 con的的上限值上限值。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.张拉控制应力张拉控制应力上上限值限值预应力筋种类预应力筋种类张拉控制应力限值张拉控制应力限值消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线0.75fptk中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝0.70fptk预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋0.85fpyk第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（3） con的下限值的下限值 con的取值的取值过低过低，将影响，将影响预应力筋预应力筋发挥作用，发挥作用， 因此因此，规范规范规定规定:消除应力钢丝消除应力钢丝钢绞线钢绞线中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋 的的 con宜宜 0.5fpyk的的 con应应 0.4fptk第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计. 随时间增长，预应力筋中的随时间增长，预应力筋中的应力应力从从 con 逐步逐步减减少少，这种，这种应力降低应力降低现象现象称为称为“预应力损失预应力损失”。9.2.2 9.2.2 预应力损失预应力损失预应力损失预应力损失1 1、预应力损失的概念、预应力损失的概念、预应力损失的概念、预应力损失的概念只有只有稳定后的应力值稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力才对构件产生实际的预应力效果。效果。 因此，因此，预应力损失预应力损失是预应力混凝土结构设计和是预应力混凝土结构设计和施工中的一个施工中的一个关键问题关键问题。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（1 1）锚固损失锚固损失：由：由“锚具变形锚具变形”引起。引起。（2 2）摩擦损失：摩擦损失：在在“张拉过程张拉过程”中发生。中发生。 后张法后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦；预应力筋与孔道壁之间的摩擦； 先张法先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦。摩擦。（3 3）混凝土的混凝土的收缩和徐变收缩和徐变引起的损失引起的损失。（4 4）松弛损失松弛损失： 在高应力的在高应力的长期长期作用下，预应力筋的作用下，预应力筋的松弛松弛，引起，引起的的“预应力损失预应力损失”。（能使能使“预应力筋预应力筋”产生产生缩短缩短的一切因素的一切因素）2 2、引起预应力损失的因素、引起预应力损失的因素、引起预应力损失的因素、引起预应力损失的因素第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（6 6）混凝土的局部挤压损失混凝土的局部挤压损失 直径直径 3m的环形构件中的的环形构件中的螺旋式螺旋式预应力筋。预应力筋。（7 7）弹性压缩损失弹性压缩损失 “ 后后”张拉钢筋张拉钢筋对对“先先”张拉钢筋造成的压缩等。张拉钢筋造成的压缩等。（5 5）温差损失温差损失 先张法构件先张法构件加热养护加热养护时，由时，由“预应力筋预应力筋与与 台座之间的台座之间的温差温差”引起。引起。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（a a） l l1 1的概念的概念的概念的概念 垫板间缝隙的挤紧垫板间缝隙的挤紧 锚具的受压变形锚具的受压变形 钢筋在锚具中的内缩钢筋在锚具中的内缩（b b） l l1 1的计算的计算的计算的计算3、预应力损失的种类、预应力损失的种类（1 1）锚固）锚固回缩回缩损失损失 l1对直线预应力筋对直线预应力筋的的 l l1 1引起的损失引起的损失 l1锚固锚固预应力筋预应力筋时时第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（c）减小）减小 l1的措施的措施一是一是选择变形小的锚夹具选择变形小的锚夹具, 少用垫板；少用垫板；二是二是增加台座长度增加台座长度lP234表表9-1锚具变形和预应力筋内缩值锚具变形和预应力筋内缩值a锚具具类别a/mm支承式支承式锚具（具（钢丝束束镦头锚具等）具等）螺帽螺帽缝隙隙1每每块后加后加垫板的板的缝隙隙1夹片式片式锚具具有有顶压时5无无顶压时68第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.对后张法对后张法曲线曲线预应力筋预应力筋的的 l l1 1按按GB50010附录附录J计算计算对于对于下图下图情形：情形：则：则：式中：式中：、 见见P235表表9-2 第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.P235表表9-2 摩擦系数摩擦系数孔道成型方式孔道成型方式孔道孔道局部偏差局部偏差的的摩擦系数摩擦系数摩擦系数摩擦系数钢绞线、钢绞线、钢丝束钢丝束预应力螺预应力螺纹钢筋纹钢筋预埋金属波纹管预埋金属波纹管0.00150.250.50预埋塑料波纹管预埋塑料波纹管0.00150.15预埋钢管预埋钢管0.00100.30抽芯成型抽芯成型0.00140.550.60无粘结预应力筋无粘结预应力筋0.00400.09第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.这里仅指这里仅指后张法后张法后张法后张法预应力筋与预应力筋与孔道壁的摩擦孔道壁的摩擦而引起而引起预应力预应力筋的筋的应力减少值应力减少值。先张法折线形布筋时应考虑。先张法折线形布筋时应考虑。（2 2）摩擦损失）摩擦损失 l2 concon x x l2l2x（b b） l l2 2的计算的计算的计算的计算（a a） l l2 2的概念的概念的概念的概念第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（c）减少减少 l2的措施的措施超张拉超张拉程序为：程序为：01.1 con持荷持荷2min0.85 con持荷持荷2min con两端张拉两端张拉两端张拉两端张拉超张拉超张拉超张拉超张拉两端张拉两端张拉一端张拉一端张拉（张拉端）（张拉端）第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（3 3）热养护时，温差引起的损失）热养护时，温差引起的损失 l3（先张法构件，缩短生产周期先张法构件，缩短生产周期）升温时升温时升温时升温时， 混凝土尚未结硬混凝土尚未结硬 钢筋受热膨胀钢筋受热膨胀 台座不动，即钢筋长度不变台座不动，即钢筋长度不变引起的损失引起的损失 l3第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.降温时降温时降温时降温时，混凝土，混凝土与与预应力筋预应力筋之间之间已有粘结作用，已有粘结作用， 两者两者共同回缩，共同回缩， l3无法恢复。无法恢复。 温差温差D D t ， 钢筋的温度膨胀系数为钢筋的温度膨胀系数为110-5/1.两阶段升温养护两阶段升温养护浇砼浇砼先升温先升温20250cf cu=7.510Mpa再升温至再升温至养护温度养护温度0.71.0fcu则则则则有有有有减少减少减少减少 l l3 3的措施的措施的措施的措施: :2.在钢模上张拉预应力筋在钢模上张拉预应力筋 l3=0第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（a a） l l4 4的概念的概念的概念的概念 高应力作用高应力作用 预应力筋预应力筋长度不变长度不变（4 4）预应力筋预应力筋应力应力松弛松弛损失损失 l4影响影响影响影响 l l4 4的因素的因素的因素的因素而产生的应力而产生的应力降低值降低值初始应力水平，初始应力水平，即即 concon的大小的大小作用时间长短，作用时间长短，应力松弛先快后慢应力松弛先快后慢钢材品种钢材品种，预应力螺纹钢筋的预应力螺纹钢筋的 l l4 4最小最小第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.对于对于对于对于消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线消除应力钢丝、钢绞线（b） l4的计算的计算 （根据试验结果，（根据试验结果，规范规范取）取）普通松弛普通松弛低松弛低松弛 当当con0.7fptk时时当当0.7fptk 3m时时第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.1、考虑预应力损失组合的原因、考虑预应力损失组合的原因 预应力砼构件从预应力砼构件从加预应力开始加预应力开始即需要进行计算；即需要进行计算； 而而预应力损失是预应力损失是分批分批发生的。发生的。2、预应力损失组合的分批、预应力损失组合的分批 第一批第一批：混凝土：混凝土预压预压前前完成的损失完成的损失 lI； 第二批第二批：混凝土：混凝土预压预压后后完成的损失完成的损失 lII。9.2.3 预应力损失值的预应力损失值的分阶段分阶段组合组合第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（1 1）规定最小值的原因）规定最小值的原因）规定最小值的原因）规定最小值的原因 考虑到预应力损失的考虑到预应力损失的计算误差计算误差。（2 2）最小值）最小值）最小值）最小值 规范规范规定：规定： 先张法构件先张法构件 100MPa 后张法构件后张法构件 80MPa3、预应力损失的最小值、预应力损失的最小值第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.四、混凝土弹性压缩四、混凝土弹性压缩 le 先张法构件先张法构件：放张时：放张时，预应力筋预应力筋与混凝土与混凝土一起一起受受压压缩短缩短，引起，引起预应力筋预应力筋应力降低。应力降低。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.后张法构件：后张法构件： 当一次张拉所有预应力筋时当一次张拉所有预应力筋时： 无弹性压缩无弹性压缩 ;当分批张拉时当分批张拉时：则则后张拉预应力筋后张拉预应力筋使混凝土产生的使混凝土产生的压缩变形压缩变形将导致将导致先先张拉预应力筋张拉预应力筋中的中的应力减小应力减小，即，即先张拉的预应力筋先张拉的预应力筋就就有有弹性压缩弹性压缩 le 。工程中工程中常常按下式计算：按下式计算：第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.9.2.5 9.2.5 预应力筋的预应力筋的预应力传递长度预应力传递长度和和锚固长度锚固长度一、预应力传递长度一、预应力传递长度l ltrtr1 1、 l ltrtr的概念的概念先张法先张法构件构件放张后放张后 pe钢筋应力钢筋应力 pc砼应力砼应力构件端部构件端部： c=0 p =0经过某一长度经过某一长度l ltrtr后后： c= pc p = peltrltr第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.2 2、 ltr的计算的计算 pe-放张时放张时预应力筋预应力筋的有效预应力的有效预应力 -预应力筋的预应力筋的外形系数外形系数， 与计算与计算la时的取值相同。时的取值相同。 见见P241表表9-43 3、 ltr在设计中的应用在设计中的应用对先张法构件对先张法构件端部端部端部端部进行进行正、斜截面抗裂验算正、斜截面抗裂验算正、斜截面抗裂验算正、斜截面抗裂验算时，时，应考虑预应力筋在应考虑预应力筋在l ltr tr范围内的应力值的变化。范围内的应力值的变化。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.l la al la a4 4、预应力筋的锚固长度、预应力筋的锚固长度la（1 1） l la a的计算的计算（2 2） l la a在设计中的应用在设计中的应用计算计算先张法构件先张法构件锚固区的锚固区的正、斜截面正、斜截面受弯承载力时，受弯承载力时， l la a范围内的范围内的预应力筋预应力筋抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：fpy在锚固在锚固起点起点处取为处取为零零；在锚固在锚固终点终点处取为处取为fpy ；其间按其间按线性插值线性插值。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计9.3 9.3 预应力混凝土构件的预应力混凝土构件的受力性能受力性能分析分析预应力预应力预应力预应力砼砼砼砼构件构件构件构件受力受力受力受力全过程，分全过程，分全过程，分全过程，分施工施工施工施工和和和和使用使用使用使用两两两两阶段。阶段。阶段。阶段。其其其其受力性能受力性能受力性能受力性能分析过程中经常用到以下分析过程中经常用到以下分析过程中经常用到以下分析过程中经常用到以下六个六个六个六个概念：概念：概念：概念：将将开裂之前开裂之前的混凝土视作的混凝土视作弹性弹性材料，材料，并并用用材料力学材料力学方方法进行分析。法进行分析。先张法构件先张法构件在在构件构件开裂开裂之前之前，预应力筋、普通钢筋和，预应力筋、普通钢筋和混凝土三者变形协调。混凝土三者变形协调。 后张法构件后张法构件在在施工阶段施工阶段仅仅普通钢筋普通钢筋和和混凝土混凝土变形协调，变形协调，从从施加外荷载开始施加外荷载开始至至构件开裂构件开裂期间期间预应力筋预应力筋、普通钢筋普通钢筋和和混凝土混凝土三者变形协调。三者变形协调。.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计在变形协调期间，在变形协调期间，钢筋的应力变化量钢筋的应力变化量是同一纤维高度是同一纤维高度处处混凝土应力变化量混凝土应力变化量的的E倍倍，即，即s = E c 。预应力预应力对构件的作用可对构件的作用可等同于等同于一个一个虚拟的轴心压力虚拟的轴心压力或或偏心压力偏心压力对构件的作用。对构件的作用。换算截面换算截面换算截面换算截面适用于适用于适用于适用于：先张法先张法先张法先张法的施工阶段，以及的施工阶段，以及的施工阶段，以及的施工阶段，以及先张法先张法先张法先张法和和和和后张法后张法后张法后张法构件从施加外荷载开始至混凝土开裂前的使用阶构件从施加外荷载开始至混凝土开裂前的使用阶构件从施加外荷载开始至混凝土开裂前的使用阶构件从施加外荷载开始至混凝土开裂前的使用阶段；段；段；段； 净截面净截面净截面净截面仅适用于仅适用于仅适用于仅适用于：后张法后张法后张法后张法的施工阶段。的施工阶段。的施工阶段。的施工阶段。施工阶段施工阶段施工阶段施工阶段混凝土的收缩徐变混凝土的收缩徐变混凝土的收缩徐变混凝土的收缩徐变不引起不引起不引起不引起混凝土自身混凝土自身混凝土自身混凝土自身的应力的应力的应力的应力变化，却引起变化，却引起变化，却引起变化，却引起预应力筋预应力筋预应力筋预应力筋和和和和普通钢筋普通钢筋普通钢筋普通钢筋应力变化应力变化应力变化应力变化 l l5 5。.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计1 1、先张法构件、先张法构件 分析构件从分析构件从开始受力开始受力至至破坏破坏整个过程整个过程各特征阶段各特征阶段的受力性能。的受力性能。 经历经历施工施工和和使用使用两个阶段。两个阶段。9.3.1 9.3.1 轴心受拉构件的受力性能分析轴心受拉构件的受力性能分析 分分先先张法构件法构件和和后后张法构件法构件两种两种 .第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计1 1）施工阶段）施工阶段 放张预应力筋前放张预应力筋前又可分为又可分为 放张预应力筋后放张预应力筋后 三个特征阶段三个特征阶段 完成第二批预应力损失时完成第二批预应力损失时三个特征阶段三个特征阶段的的受力分析受力分析见见下图下图：.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计由由图（图（b）的）的X=0得：得：由由图（图（c）的）的X=0得：得：称称：有效预有效预压压应力，用符号应力，用符号pc表示表示此时，此时，预应力筋的应力称为预应力筋的应力称为有效预应力有效预应力，用符号，用符号pe表示；表示；则则.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计2 2）使用使用阶段阶段 消压状态消压状态又可分为又可分为 开裂临界状态开裂临界状态 三个特征阶段三个特征阶段 承载能力极限状态承载能力极限状态三个特征阶段三个特征阶段的的受力分析受力分析见见下图下图：.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计由由图（图（a）的）的X=0得：得：由由图（图（b）的）的X=0得：得：由由图（图（c）的）的X=0得：得：消压轴力消压轴力开裂轴力开裂轴力极限轴力极限轴力.2.2.后张法构件后张法构件第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计. 分析构件从分析构件从开始受力开始受力至至破坏破坏整个过程整个过程各特征阶段各特征阶段的受力性能。的受力性能。 经历经历施工施工和和使用使用两个阶段。两个阶段。2.2.后张法构件后张法构件第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计1 1）施工阶段）施工阶段 张拉至控制应力时张拉至控制应力时又可分为又可分为 完成第一批预应力损失时完成第一批预应力损失时 三个特征阶段三个特征阶段 完成第二批预应力损失时完成第二批预应力损失时三个特征阶段三个特征阶段的的受力分析受力分析见见下图下图：.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计由由图（图（a）的）的X=0得：得：由由图（图（b）的）的X=0得：得：.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计由由图（图（c）的）的X=0得：得：称称：有效预有效预压压应力，用符号应力，用符号pc表示表示此时，此时，预应力筋的应力称为预应力筋的应力称为有效预应力有效预应力，用符号，用符号pe表示；表示；则则.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计2 2）使用使用阶段阶段 消压状态消压状态又可分为又可分为 开裂临界状态开裂临界状态 三个特征阶段三个特征阶段 承载能力极限状态承载能力极限状态三个特征阶段三个特征阶段的的受力分析受力分析见见下图下图：.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计由由图（图（a）的）的X=0得：得：由由图（图（b）的）的X=0得：得：由由图（图（c）的）的X=0得：得：消压轴力消压轴力开裂轴力开裂轴力极限轴力极限轴力.重要公式回顾重要公式回顾-先张法构件先张法构件（1）完成）完成 l时时（2）消压状态）消压状态（4）承载力极限状态）承载力极限状态（3）开裂临界状态）开裂临界状态第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.重要公式回顾重要公式回顾后张法构件后张法构件（1）完成）完成 l时时（2）消压状态）消压状态（4）承载力）承载力极限极限状态状态（3）开裂）开裂临界临界状态状态第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.3 3、先张法、先张法与与后张法后张法计算公式计算公式的比较的比较消消压压开开裂裂极极限限有有效效应应力力先张法先张法后张法后张法- -为为两者两者的区别的区别第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.通过通过计算公式比较计算公式比较发现的一些规律发现的一些规律（1 1）在施工阶段：在施工阶段：混凝土应力混凝土应力 pc的计算公式的计算公式 先后张法的先后张法的形式相同形式相同， 但但先张法用先张法用A0（ A0= Ac+ E As + E Ap） 而而后张法用后张法用An（ An= Ac+ E As ）导致导致后张法后张法的的 pc比比 先张法先张法大大（2 2）开裂前的各阶段：开裂前的各阶段：预应力筋的应力预应力筋的应力 p 先张法先张法总比总比后张法滞后后张法滞后 E pc， 导致导致后张法的后张法的 p比先张法大。比先张法大。（3 3）在使用阶段在使用阶段：两者的：两者的受力过程受力过程是相同的。是相同的。 开始加荷开始加荷消压消压截面开裂截面开裂承载力极限状态。承载力极限状态。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.（4 4）在使用阶段：在使用阶段： Np0、 Ncr的计算公式的计算公式 后张法后张法比比先张法先张法多多一项一项 E pc Ap， 导致导致后张法的后张法的Np0、 Ncr比先张法大。比先张法大。（5 5）在使用阶段：在使用阶段： Nu的计算公式的计算公式 两者两者相同，相同， 因此因此后张法的后张法的Nu与先张法与先张法相同相同。第10章 预应力混凝土构件的受力性能与设计.