[教育]預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的一般知識(shí)

1、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)一般知識(shí),本章主要介紹預(yù)應(yīng)力混凝土的基本概念、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本計(jì)算規(guī)定、預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的設(shè)計(jì)、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的構(gòu)造要求。重點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的基本概念。,本章提要,本 章 內(nèi) 容,8.1 基本概念8.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的材料8.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本計(jì)算規(guī)定8.4 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件8.5 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,8.1 基本概念,混凝土受拉構(gòu)件、受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)

2、件等，在各種荷載作用下，都存在受拉區(qū)。由于混凝土的抗拉強(qiáng)度低，極限拉應(yīng)變很小，當(dāng)荷載不是太大時(shí)，上述構(gòu)件中將出現(xiàn)裂縫。 　　混凝土的極限抗拉應(yīng)變值εctu大約為0.0001～0.00015，不允許開裂的構(gòu)件鋼筋應(yīng)力只能達(dá)到:σs=Esεs=Esεctu=2×105×（0.0001～0.00015）=20～30N/mm2　　 允許開裂的構(gòu)件，鋼筋應(yīng)力達(dá)到250N/mm2，裂縫寬度已達(dá)0.2～0.3mm，構(gòu)件耐久性

3、降低。為了滿足變形和裂縫寬度要求，需增大截面尺寸和用鋼量，將使自重過大，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度結(jié)構(gòu)成為不可能或不經(jīng)濟(jì)。 鋼筋混凝土構(gòu)件的另一大缺點(diǎn)是不能采用高強(qiáng)度鋼筋。（使用荷載下，應(yīng)力可達(dá)500～1000N/mm2，此時(shí)裂縫寬度滿足不了要求）,一、 普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),最后一點(diǎn)是：提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)構(gòu)件抗裂性能所起的作用也是極其有限的，因?yàn)楦鲝?qiáng)度等級(jí)混凝土的極限抗拉應(yīng)變相差不大；增大構(gòu)件截面尺寸能提高抗

4、裂性，但所需混凝土多，構(gòu)件自重大。,二、預(yù)應(yīng)力混凝土的基本原理,所謂預(yù)應(yīng)力混凝土就是在混凝土構(gòu)件承受使用荷載前的制作階段，預(yù)先對(duì)使用階段的受拉區(qū)施加預(yù)壓力使之產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，減小或抵消外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力達(dá)到推遲開裂甚至不開裂，以提高構(gòu)件的抗裂度和剛度?！　‘?dāng)構(gòu)件承受使用荷載而產(chǎn)生拉應(yīng)力時(shí)，首先要抵消混凝土的預(yù)壓應(yīng)力，然后隨著荷載的增加，受拉區(qū)混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此，可推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展，以滿足使用要求。這種在結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受荷載以前

5、預(yù)先對(duì)受拉區(qū)混凝土施加壓應(yīng)力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，就稱為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。,如圖8.1所示，一簡(jiǎn)支梁在承受外荷載之前，預(yù)先在梁的受拉區(qū)施加一對(duì)大小相等、方向相反的集中力P,則構(gòu)件各截面的應(yīng)力分布如圖8.1(a)，下邊混凝土纖維的壓應(yīng)力為σpc；　　僅在使用荷載作用下，梁跨中截面應(yīng)力分布如圖8.1(b)，跨中截面下邊緣混凝土的拉應(yīng)力為σt；　　當(dāng)兩種應(yīng)力狀態(tài)相互疊加時(shí)（如圖8.1(c)所示)，梁跨中下邊緣的應(yīng)力可能是數(shù)值很小的拉應(yīng)力，也可能是壓

6、應(yīng)力，甚至應(yīng)力為零，視施加壓力P和荷載的相對(duì)大小而定。,圖8.1　預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件,三、預(yù)應(yīng)力混凝土的受力特征,圖8.2為兩根梁的荷載撓度曲線對(duì)比圖。從圖8.2可知預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件具有如下受力特征：　?。?） 對(duì)混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力可以提高構(gòu)件的抗裂性?！　?（2） 預(yù)應(yīng)力的大小可人為地根據(jù)需要調(diào)整?！　。?） 在使用荷載作用下，構(gòu)件基本處于彈性工作階段。材料力學(xué)的公式完全適用?！　。?） 施加預(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)件正截面承

7、載力無明顯影響。但預(yù)應(yīng)力對(duì)斜截面承載力有一定提高。,圖8.2　簡(jiǎn)支梁荷載撓度曲線,四、施加預(yù)應(yīng)力的方法,（1） 先張法　　先張法是指首先在臺(tái)座上或鋼模內(nèi)張拉鋼筋，并作臨時(shí)錨固，然后澆筑混凝土。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后剪斷或放松鋼筋。鋼筋剪斷后將產(chǎn)生彈性回縮，但鋼筋與混凝土之間存在著粘結(jié)力，混凝土就會(huì)阻止鋼筋回縮而混凝土本身受到預(yù)壓應(yīng)力?！　∠葟埛ǖ闹饕ば蛞妶D8.3所示。,圖8.3　先張法主要工序示意圖,(a) 張拉鋼筋；(b) 支模

8、并澆搗混凝土；(c)放松并截?cái)囝A(yù)應(yīng)力鋼筋,（2） 后張法　　后張法是指先澆筑混凝土構(gòu)件并預(yù)留好孔道，待混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后在孔道內(nèi)穿入鋼筋，然后直接在構(gòu)件上張拉鋼筋，最后用錨具在構(gòu)件兩端將鋼筋錨固，阻止鋼筋回縮，從而對(duì)構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力。鋼筋張拉完畢并將張拉端錨固后，預(yù)留孔道內(nèi)應(yīng)按要求灌漿?！　『髲埛ǖ闹饕ば蛞妶D8.4所示。,圖8.4　后張法主要工序示意圖,(a) 制作混凝土構(gòu)件；(b) 張拉鋼筋；(c)張拉端錨固并對(duì)孔道灌漿,先

9、張法、后張法各有優(yōu)缺點(diǎn)：　　先張法生產(chǎn)工序少，工藝簡(jiǎn)單，施工質(zhì)量容易保證，不需在構(gòu)件上設(shè)永久性錨具，生產(chǎn)成本低，在長(zhǎng)線臺(tái)座上，一次可生產(chǎn)多個(gè)構(gòu)件。先張法主要適合于工廠內(nèi)生產(chǎn)中、小型構(gòu)件。　　后張法不需要臺(tái)座，構(gòu)件既可在工廠也可在現(xiàn)場(chǎng)制作；后張法構(gòu)件只能單一逐個(gè)地施加預(yù)應(yīng)力，工序多，操作也麻煩；而且需設(shè)永久性錨具，成本高；一般用于運(yùn)輸不便的大、中型構(gòu)件。,,,,,,,,,五、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的優(yōu)缺點(diǎn),預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的抗裂性能遠(yuǎn)高于普

10、通鋼筋混凝土構(gòu)件，增加了混凝土結(jié)構(gòu)的使用范圍；在使用荷載作用下一般不出現(xiàn)裂縫，構(gòu)件的耐久性好、剛度大、變形也?。荒艹浞掷酶邚?qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)度混凝土，減少了鋼筋用量，截面小，減輕了構(gòu)件自重，從而為混凝土結(jié)構(gòu)用于大跨度結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了良好的條件；預(yù)應(yīng)力技術(shù)的采用，也為裝配式結(jié)構(gòu)提供了良好的裝配、拼裝手段，可通過縱、橫方向施加預(yù)應(yīng)力鋼筋，把裝配式結(jié)構(gòu)連成理想的整體。　　其主要缺點(diǎn)是施工設(shè)備要求高，施工較復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算較繁。,8.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)

11、構(gòu)的材料,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用的混凝土，應(yīng)滿足下列要求：　?。?） 強(qiáng)度高。　?。?） 收縮、徐變小?！　。?） 快硬、早強(qiáng)?！　∵x擇混凝土強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮施工方法（先張或后張）、構(gòu)件跨度、使用情況（如有無振動(dòng)荷載）以及鋼筋種類等因素。,一、混凝土,二、鋼材,預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用的鋼筋（絲）應(yīng)滿足下列要求：　?。?） 強(qiáng)度高?！　。?） 具有一定的塑性。　?。?） 良好的加工性能。　?。?） 與混凝土之間有較好的粘結(jié)

12、強(qiáng)度。特別是先張法構(gòu)件，當(dāng)采用光面高強(qiáng)鋼絲時(shí)，表面應(yīng)經(jīng)“刻痕”或“壓波”等措施處理后方能使用。,8.3 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本計(jì)算規(guī)定,因預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在施工階段和使用階段處于完全不同的受力狀態(tài)，故應(yīng)分別進(jìn)行施工階段和使用階段的設(shè)計(jì)計(jì)算或驗(yàn)算?！　∫?guī)范規(guī)定，一般需進(jìn)行下列計(jì)算或驗(yàn)算：,一、計(jì)算內(nèi)容,（1） 承載力計(jì)算　　對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件只進(jìn)行正截面承載力計(jì)算。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)同時(shí)進(jìn)行正截面和斜截面承載力計(jì)

13、算。（2） 裂縫控制驗(yàn)算　　根據(jù)使用要求及耐久性要求，確定構(gòu)件是不允許開裂還是允許開裂。不允許開裂的構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗裂驗(yàn)算，允許開裂的構(gòu)件則應(yīng)進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算。（3） 變形驗(yàn)算　　對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行撓度驗(yàn)算。,1. 使用階段計(jì)算,施工階段驗(yàn)算是指對(duì)構(gòu)件在制作、運(yùn)輸和吊裝過程中所受力的實(shí)際情況而進(jìn)行的承載力和抗裂性的驗(yàn)算?！　?duì)后張法構(gòu)件還應(yīng)驗(yàn)算錨具處的局部受壓承載力。,2. 施工階段驗(yàn)算,二、張拉控制應(yīng)力σcon,（

14、1）σcon的定義　　張拉控制應(yīng)力是指張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)達(dá)到的拉應(yīng)力規(guī)定值（控制達(dá)到的最大應(yīng)力值），用σcon表示。張拉時(shí)預(yù)應(yīng)力筋實(shí)有的應(yīng)力可由張拉設(shè)備上的測(cè)力計(jì)所示的總拉力除以預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積得出。 （2） 張拉控制應(yīng)力的確定　　張拉控制應(yīng)力的數(shù)值與鋼筋的種類和施加預(yù)應(yīng)力的方法有關(guān)。 　　規(guī)范規(guī)定的張拉控制應(yīng)力允許值見表8.1。,表8.1　張拉控制應(yīng)力允許值［σcon］,三、預(yù)應(yīng)力損失σl,按照某一控制張拉應(yīng)力值張拉好

15、的預(yù)應(yīng)力鋼筋，其初始張拉應(yīng)力由于張拉工藝和材料特性等原因而降低，這種預(yù)應(yīng)力降低的現(xiàn)象稱為預(yù)應(yīng)力損失?！　∫痤A(yù)應(yīng)力損失的因素很多，規(guī)范給出了以下六種因素及其產(chǎn)生的相應(yīng)預(yù)應(yīng)力損失值的計(jì)算方法。,在先張法和后張法中，張拉鋼筋一般總是先將鋼筋一端錨固而在另一端張拉，待鋼筋張拉到規(guī)定的控制應(yīng)力σcon后，便再把張拉端的預(yù)應(yīng)力筋錨固在臺(tái)座或構(gòu)件上?！　″^具變形和預(yù)應(yīng)力鋼筋滑動(dòng)回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1，按下式計(jì)算： 　　　　　　其中，張

16、拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋滑動(dòng)的內(nèi)縮值（mm），按表8.2取用；,1. 張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮引起預(yù)應(yīng)力損失,后張法構(gòu)件在張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，由于鋼筋與孔道壁之間的摩擦力存在，它將使預(yù)應(yīng)力筋截面的應(yīng)力隨距張拉端的距離的增大而減?。▓D8.5）。這種應(yīng)力損失稱為摩擦損失?！　∫?guī)范規(guī)定，摩擦損失σl2按下列公式計(jì)算： 　　其中，k,μ按表8.3取用； 　　對(duì)于κx+μθ≤0.2的預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，σl2可按下式近似計(jì)算：,預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔

17、道壁之間的摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失,設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋與臺(tái)座之間的溫差為Δt，鋼筋的線膨脹系數(shù)α=1.0×10-5/℃，彈性模量Es=2.0×105　N/mm2，于是預(yù)應(yīng)力損失σl3為：　　　　σl3=Esεs=EsαΔt=2×105×1.0×10-5Δt　　即　　　　σl3=2Δt,受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間溫差引起的預(yù)應(yīng)力損失,所謂鋼筋應(yīng)力松弛，是指鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)下，在長(zhǎng)度

18、不變條件下，由于鋼筋的塑性變形而使應(yīng)力隨時(shí)間的延續(xù)而降低的現(xiàn)象。 　?。?） 預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線普通松弛：　　鋼絲、鋼絞線低松弛：　　當(dāng)σcon≤0.7fptk時(shí),4. 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力松馳引起的預(yù)應(yīng)力損失,當(dāng)0.7fptk＜σcon≤0.8fptk時(shí)　　(2) 熱處理鋼筋：　　一次張拉　　　　σl4=0.05σcon　　超張拉　　　　σl4=0.035σcon,根據(jù)試驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范規(guī)定：混凝土收縮、徐變引起的預(yù)

19、應(yīng)力損失σl5按下列公式計(jì)算?！　。?） 先張法構(gòu)件,5. 混凝土收縮、徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失,(2) 后張法構(gòu)件,對(duì)先張法構(gòu)件　　對(duì)后張法構(gòu)件,此處不作詳細(xì)介紹。,6. 用螺旋式預(yù)應(yīng)力鋼筋作配筋的環(huán)形構(gòu)件，由于混凝土的局部擠壓引起的預(yù)應(yīng)力損失,表8.2 錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值a(mm),圖8.5 預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力損失σl2,表8.3 摩擦系數(shù),為了分析和計(jì)算方便起見，規(guī)范將預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在各階段的預(yù)應(yīng)力損失值按表8.4

20、的規(guī)定組合。發(fā)生在混凝土預(yù)壓以前的預(yù)應(yīng)力損失稱為第一批預(yù)應(yīng)力損失，用σLⅠ表示；發(fā)生在混凝土預(yù)壓以后的稱為第二批預(yù)應(yīng)力損失，用σLⅡ表示?！　∫?guī)范同時(shí)還規(guī)定，當(dāng)按上述規(guī)定計(jì)算求得的預(yù)應(yīng)力總損失值小于下列數(shù)值時(shí)，則按下列數(shù)值取用：　　先張法構(gòu)件　　100　N/mm2；　　后張法構(gòu)件　　80 N/mm2。,四、預(yù)應(yīng)力損失的組合及減少預(yù)應(yīng)力損失的措施,（一） 各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合,表8.4　各階段預(yù)應(yīng)力損失值的組合表,（1

21、） 選擇變形小或預(yù)應(yīng)力筋滑動(dòng)小的錨具或夾具，盡量減少墊板的數(shù)量，增加先張法臺(tái)座長(zhǎng)度，以減小σl1值；　?。?） 采用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、高標(biāo)號(hào)水泥，降低水泥用量，減小水灰比，采用良好級(jí)配的骨料，盡可能提高混凝土的密實(shí)度并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，從而減少預(yù)應(yīng)力損失σl5；　?。?） 鋼筋放張時(shí)混凝土的實(shí)有立方體強(qiáng)度值不能定得太低，并使得混凝土的預(yù)壓應(yīng)力σpc和σpc′不大于0.5fcu′；,（二） 減少預(yù)應(yīng)力損失的措施,（4） 對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行超張拉

22、，以減少鋼筋松弛所引起的預(yù)應(yīng)力損失；　?。?） 采用合適的施工工藝，如對(duì)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行兩端張拉，加熱養(yǎng)護(hù)采用“兩階段升溫養(yǎng)護(hù)”，即先在較低溫度下養(yǎng)護(hù)，使混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再升溫至規(guī)定的溫度下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，從而可減少由溫差和摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失。,8.4 預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件,軸心受拉預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件中一般配有預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)p和非預(yù)應(yīng)力鋼筋A(yù)s，而且應(yīng)對(duì)稱布置，預(yù)應(yīng)力鋼筋一般布置于構(gòu)件的中間部位，配筋情況見圖8.6所示?！　Q算截

23、面就是將鋼筋和混凝土兩種不同材料組成的截面，根據(jù)應(yīng)變相等的原則換算成相應(yīng)的純混凝土截面。所謂應(yīng)變相等原則是指在截面的同一纖維層上的鋼筋應(yīng)變?chǔ)舠和混凝土應(yīng)變?chǔ)與是相等的。,一、 應(yīng)力分析,普通鋼筋的應(yīng)變值　　　εs=σs/Es　　預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)變值 　εp=σp/Es　　混凝土的應(yīng)變值　　εc=σc/Ec　　因應(yīng)變相等，即　　εs=εc，故　　　　σs/Es=σc/Ec　　普通鋼筋應(yīng)力的合力為 σsAs=σcαEAs　

24、　預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力的合力為 σpAp=σcαEAp　　經(jīng)換算后的總截面面積用A0表示：　　　　A0=Ac+αEAs+αEAp,凈截面面積An指換算截面面積減去全部縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋截面面積換算成混凝土的截面面積，即：　　　　An=A0-αEAp=Ac+αEAs,1.施工階段 （1） 張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋和澆筑混凝土?！　∠葟埛?gòu)件在臺(tái)座上按規(guī)定張拉好鋼筋后，將預(yù)應(yīng)力筋錨固在臺(tái)座上，布置非預(yù)應(yīng)力筋，澆搗混凝土，養(yǎng)護(hù)。　　預(yù)應(yīng)力鋼筋

25、應(yīng)力為σp=σcon-σlⅠ；混凝土和非預(yù)應(yīng)力鋼筋均未受壓，則相應(yīng)的應(yīng)力分別為：σpc=0和σs=0，詳見圖8.7所示。,（一）先張法構(gòu)件,（2） 切斷（放松）預(yù)應(yīng)力鋼筋。 　　混凝土壓應(yīng)力沿截面均勻分布，其值為σpcⅠ；非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力自然為σsⅠ=αesσpcⅠ；預(yù)應(yīng)力鋼筋因縮短，則應(yīng)力為：　　　　σpⅠ=σcon-σlⅠ-αeσpcⅠ　　由截面內(nèi)力平衡條件可得（見圖8.8):　　　　 σpcⅠA

26、c+σsⅠAs=(σcon-σlⅠ-αeσpcⅠ)Ap　　將上式整理得：,（3） 完成第二批損失之后。 　　預(yù)應(yīng)力總損失為σl=σlⅠ+σlⅡ。設(shè)此時(shí)的混凝土壓應(yīng)力為σpcⅡ，非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σsⅡ=αesσpcⅡ，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為　　　　　σpⅡ=σcon-σl-αeσpcⅡ　　即 σpⅡ=σcon-σl-αeσpcⅡ 　　混凝土預(yù)壓應(yīng)力σpcⅡ仍利用截面平衡條件求得（圖8.9）；,（4）非預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)預(yù)應(yīng)力

27、的影響。 　　非預(yù)應(yīng)力鋼筋對(duì)預(yù)應(yīng)力既有有利的一面，也有不利的一面，綜合考慮后，規(guī)范近似取混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力為,2.使用階段　　使用階段在軸向力逐漸增加時(shí)，預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件不斷伸長(zhǎng)，混凝土預(yù)壓應(yīng)力逐漸減少至零；接著混凝土應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力（非預(yù)應(yīng)力鋼筋也會(huì)稍后一步受拉）；當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，構(gòu)件處于開裂極限狀態(tài)；開裂后裂縫截面的內(nèi)力全部由鋼筋承受，裂縫逐漸開展，當(dāng)鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，構(gòu)件處于承載力極限狀態(tài)。,2.使

28、用階段　　使用階段在軸向力逐漸增加時(shí)，預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件不斷伸長(zhǎng)，混凝土預(yù)壓應(yīng)力逐漸減少至零；接著混凝土應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力（非預(yù)應(yīng)力鋼筋也會(huì)稍后一步受拉）；當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，構(gòu)件處于開裂極限狀態(tài)；開裂后裂縫截面的內(nèi)力全部由鋼筋承受，裂縫逐漸開展，當(dāng)鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)，構(gòu)件處于承載力極限狀態(tài)。,（1） 混凝土應(yīng)力為零時(shí)?！　≡谕饬p0的作用下，使建立起來的預(yù)壓應(yīng)力σpcⅡ全部抵消，混凝土應(yīng)力為零，此狀態(tài)也稱為消壓狀

29、態(tài)?！　∮山孛鎯?nèi)、外力平衡條件可求得消壓狀態(tài)時(shí)的軸心拉力（圖8.10)：　　　　Np0=(σcon-σl)Ap-σl5As=σpcⅡA0,（2） 構(gòu)件即將開裂時(shí)?！　⊥夂奢d繼續(xù)增加，當(dāng)混凝土拉應(yīng)力達(dá)到混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，構(gòu)件處于即將開裂的極限狀態(tài)（圖8.11)，此時(shí)混凝土應(yīng)力為ftk，非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σs=αesftk-σl5，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σp=σcon-σl+αeftk，由內(nèi)外力平衡條件可求得構(gòu)件即將開裂時(shí)的軸心

30、拉力Np,cr，即　　　　Np,cr=A0ftk+σpcⅡA0=(ftk+σpcⅡ)A0　　即　　　　Np,cr=(ftk+σpcⅡ)A0,（2）構(gòu)件破壞時(shí)?！　‘?dāng)荷載繼續(xù)再增加時(shí)，構(gòu)件開裂并逐漸貫穿整個(gè)截面。裂縫截面上全部荷載由鋼筋承擔(dān)。當(dāng)鋼筋達(dá)到屈服時(shí)構(gòu)件宣告破壞（圖8.12)，即達(dá)到其承載力極限狀態(tài)?！　∮善胶鈼l件可得，極限承載能力Nu為：　　　　Nu=fpyAp+fyAs,圖8.6　預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件配筋示意圖,圖

31、8.7 放松預(yù)應(yīng)力鋼筋之前的受力狀態(tài),(a) 構(gòu)件在臺(tái)座上的情況；(b) 脫離體圖,圖8.8 先張法構(gòu)件放松預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)的受力狀態(tài),圖8.9 先張法構(gòu)件完成第二批損失之后的受力狀態(tài),圖8.10 先張法構(gòu)件消壓狀態(tài)時(shí)的受力狀態(tài),圖8.11 先張法構(gòu)件即將開裂時(shí)的受力狀態(tài),圖8.12 先張法構(gòu)件破壞時(shí)的受力狀態(tài),1.施工階段 （1）張拉至預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固后?！　》穷A(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為αesσpcⅠ，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力則

32、為σpⅠ=σcon-σlⅠ。　　混凝土預(yù)壓應(yīng)力σpcⅠ由平衡條件（圖8.13)求得：　　　　σpcⅠAc+σsⅠAs=σpⅠAp　　整理后得：,（二）后張法構(gòu)件,（2） 完成第二批預(yù)應(yīng)力損失之后?！　〈藭r(shí)已完成全部預(yù)應(yīng)力損失σl, σl=σlⅠ+σlⅡ；設(shè)混凝土預(yù)應(yīng)力為σpcⅡ，則非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σsⅡ=αesσpcⅡ+σl5,預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σpⅡ=σcon-σl.　　混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力σpcⅡ可由平衡條件（圖8.14)

33、求得：　　　　σpcⅡAc+σsⅡAs=σpⅡAp 　　經(jīng)推導(dǎo)和整理得：,2.使用階段 （1）混凝土應(yīng)力等于零時(shí)?！　〈藸顟B(tài)為消壓狀態(tài)。此時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為σp0=σcon-σl+αeσpcⅡ，非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力為σs0=σl5（壓）?！　∮山孛嫫胶鈼l件可求得消壓狀態(tài)時(shí)構(gòu)件的軸向拉力Np0為（圖8.15)：　　　Np0=σp0Ap-σs0As=σpcⅡA0,（2） 構(gòu)件即將開裂時(shí)。與先張法構(gòu)件相似，此時(shí)混凝土的應(yīng)力

34、為ftk，非預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力為σs=αesftk-σl5，預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力為σp=σcon-σl+αeσpcⅡ+αeftk?！　∮善胶鈼l件可求得構(gòu)件開裂時(shí)的軸心拉力Np,cr為　　　　Np,cr=ftkAc+σsAs+σpAp=(ftk+σpcⅡ)A0　　(3) 構(gòu)件破壞時(shí)。與先張法構(gòu)件一樣，裂縫截面上的內(nèi)力部分由鋼筋承擔(dān)，承載力公式為Nu=fpyAp+fyAs。,圖8.13 后張法構(gòu)件預(yù)應(yīng)力筋錨固后的受力狀態(tài),圖8.14 后張

35、法構(gòu)件完成第二批損失后的受力狀態(tài),圖8.15 后張法構(gòu)件處于消壓狀態(tài)時(shí)的受力狀態(tài),根據(jù)構(gòu)件破壞時(shí)的受力狀態(tài)（圖8.16)，可得計(jì)算公式為：　　　　γ0N≤fyAs+fpyAp,二、預(yù)應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件的計(jì)算和驗(yàn)算,（一） 正截面承載力,圖8.16 預(yù)應(yīng)力軸心受拉構(gòu)件承載力計(jì)算簡(jiǎn)圖,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》根據(jù)構(gòu)件對(duì)裂縫控制的要求，將混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級(jí)劃分為以下三級(jí)：一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)?！　?duì)裂縫控制等級(jí)為一、二級(jí)的預(yù)

36、應(yīng)力混凝土軸心受拉構(gòu)件，可分別按下列規(guī)定進(jìn)行抗裂驗(yàn)算： 1.嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件　　在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下應(yīng)符合下列規(guī)定：　　　　σck-σpc≤0,（二） 抗裂驗(yàn)算,2.一般要求不出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件　　在荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下應(yīng)符合下列規(guī)定：　　　　σck-σpc≤ftk　　在荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合下宜符合下列規(guī)定：　　　　σcq-σpc≤0,1. 混凝土軸心受壓承載力驗(yàn)算 　　規(guī)范規(guī)定，張拉鋼筋（后張法

37、）或切斷預(yù)應(yīng)力筋（先張法）時(shí)，構(gòu)件應(yīng)滿足下列條件：　　　　σcc≤0.8fck′　　其中，對(duì)先張法構(gòu)件σcc按下式計(jì)算：　　對(duì)后張法構(gòu)件：,（三） 施工階段驗(yàn)算,2.后張法構(gòu)件錨固區(qū)局部受壓承載力計(jì)算　　后張法構(gòu)件中，預(yù)壓應(yīng)力是通過錨具傳給墊板，再由墊板傳遞給混凝土的。預(yù)壓應(yīng)力在構(gòu)件的端面上是集中于墊板下一定的范圍之內(nèi)，然后在構(gòu)件內(nèi)逐步擴(kuò)散，經(jīng)過一定的擴(kuò)散長(zhǎng)度后就均勻地分布到構(gòu)件的全截面上，一般取擴(kuò)散長(zhǎng)度等于構(gòu)件的截面寬度b(

38、圖8.17)。 　　規(guī)范規(guī)定，在預(yù)應(yīng)力筋錨具下及張拉設(shè)備的支承處，應(yīng)配置預(yù)埋鋼墊板及附加橫向鋼筋網(wǎng)片或螺旋式間接鋼筋（圖8.18)。,（1） 局部受壓承載力計(jì)算　　當(dāng)配置方格網(wǎng)式或螺旋式間接鋼筋且其核心面積Acor≥Al時(shí)，構(gòu)件錨固區(qū)的局部受壓承載力應(yīng)按下式計(jì)算（圖８.19）：　　　　Fl≤0.9(βcβlfc+2αρvβcorfy)Aln 　　當(dāng)配置方格網(wǎng)時(shí)（圖８.20(a)）　　　　ρv=(n1As1l1+n2As2l2)

39、/Acors 　　當(dāng)配置螺旋式配筋時(shí)（圖８.20(b))　　　　ρv=4Ass1/dcors,（2） 局部受壓區(qū)的截面尺寸要求。 　　規(guī)范規(guī)定，為了防止構(gòu)件端部局部受壓面積太小而在使用階段出現(xiàn)裂縫，混凝土局部受壓區(qū)的截面尺寸應(yīng)符合下列要求：　　　　Fl≤1.35βcβlfcAln 　　(3) 間接鋼筋的構(gòu)造要求。　　計(jì)算需要的間接鋼筋應(yīng)均勻地配置在圖８.20規(guī)定的范圍內(nèi)，且其體積配筋率ρv不應(yīng)小于0.5%。對(duì)方格網(wǎng)配筋，在

40、h≥l1范圍內(nèi)配置的方格網(wǎng)鋼筋不應(yīng)少于4片；對(duì)螺旋式配筋，在h≥dcor范圍內(nèi)配置的螺旋式鋼筋不應(yīng)少于4圈。,圖8.17 構(gòu)件端部錨固區(qū)的應(yīng)力傳遞,圖8.18 預(yù)埋鋼墊板及附加橫向鋼筋網(wǎng),圖8.19 確定局部受壓計(jì)算底面積Ab,圖8.20 鋼筋網(wǎng)及螺旋鋼筋的配置,８.5 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求,截面形式一般為矩形、T形、工字形和箱形?！　∫蝾A(yù)應(yīng)力對(duì)構(gòu)造剛度和抗裂能力有提高作用，故構(gòu)件截面可選得小些。一般取截面高度h為（1/2

41、0~1/14)l,l為構(gòu)件跨度，寬度也相應(yīng)減小。,一、 截面形式及尺寸,二、 構(gòu)件端部的構(gòu)造鋼筋,為防止預(yù)應(yīng)力構(gòu)件端部及預(yù)拉區(qū)的裂縫，對(duì)各種預(yù)制構(gòu)件應(yīng)按下述構(gòu)造措施配置防裂鋼筋：　　（1） 對(duì)于槽形板類構(gòu)件，應(yīng)在構(gòu)件端部100mm范圍內(nèi)沿構(gòu)件板面設(shè)置附加的橫向鋼筋，其數(shù)量不少于2根，如圖8.21所示。 　　（2） 在預(yù)應(yīng)力混凝土屋面梁、吊車梁等構(gòu)件靠近支座的斜向主拉應(yīng)力較大部位，宜將一部分預(yù)應(yīng)力鋼筋彎起?！　。?） 當(dāng)構(gòu)件在端部有

42、局部凹進(jìn)時(shí)，應(yīng)增設(shè)折線構(gòu)造鋼筋或其它有效的構(gòu)造鋼筋（圖8.22)。,（4） 對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋在構(gòu)件端部全部彎起的受彎構(gòu)件或直線配筋的先張法構(gòu)件，當(dāng)構(gòu)件端部與下部支承結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，應(yīng)考慮混凝土收縮、徐變及溫度變化所產(chǎn)生的不利影響，宜在構(gòu)件端部可能產(chǎn)生裂縫的部位設(shè)置足夠的非預(yù)應(yīng)力縱向構(gòu)造鋼筋。,圖8.21 附加橫向鋼筋,圖8.22 端部凹進(jìn)處構(gòu)造配筋,1—折線構(gòu)造鋼筋；2—豎向構(gòu)造鋼筋,三、先張法構(gòu)件的構(gòu)造要求,1.鋼筋（絲）間距　　先張法

43、預(yù)應(yīng)力鋼筋之間的凈間距應(yīng)根據(jù)澆筑混凝土、施加預(yù)應(yīng)力及鋼筋錨固等要求確定?！　☆A(yù)應(yīng)力鋼筋之間的凈間距不應(yīng)小于其公稱直徑或等效直徑的1.5倍，且應(yīng)符合下列規(guī)定：對(duì)熱處理鋼筋及鋼絲，不應(yīng)小于15mm；對(duì)三股鋼絞線，不應(yīng)小于20mm；對(duì)七股鋼絞線，不應(yīng)小于25mm。,2.鋼絲的并筋配筋方式　　當(dāng)先張法預(yù)應(yīng)力鋼絲按單根方式配筋困難時(shí)，可采用相同直徑鋼絲并筋的配筋方式。并筋的等效直徑，對(duì)雙并筋應(yīng)取為單筋直徑的1.4倍，對(duì)三并筋應(yīng)取為單筋直徑的1

44、.7倍?！　〔⒔畹谋Ｗo(hù)層厚度、錨固長(zhǎng)度及預(yù)應(yīng)力傳遞長(zhǎng)度等均應(yīng)按等效直徑考慮。　　當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線、熱處理鋼筋采用并筋方式時(shí)，應(yīng)有可靠的構(gòu)造措施。,3.鋼筋的保護(hù)層　　縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋的保護(hù)層厚度取值同普通鋼筋混凝土構(gòu)件?！　?.端部附加鋼筋　　先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力鋼筋端部周圍的混凝土應(yīng)采取下列加強(qiáng)措施：　?。?） 對(duì)單根預(yù)應(yīng)力鋼筋，其端部宜設(shè)置長(zhǎng)度不小于150mm且不少于4圈的螺旋筋（圖8.23(a)）；當(dāng)有可靠經(jīng)驗(yàn)時(shí)

45、，亦可利用支座墊板上的插筋代替螺旋筋，但插筋數(shù)量不應(yīng)少于4根，其長(zhǎng)度不宜小于120mm(圖8.23(b))。,（2） 對(duì)分散布置的多根預(yù)應(yīng)力鋼筋，在構(gòu)件端部10d(d為預(yù)應(yīng)力鋼筋的公稱直徑）范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置3~5片與此預(yù)應(yīng)力鋼筋垂直的鋼筋網(wǎng)。　　（3） 對(duì)采用預(yù)應(yīng)力鋼絲配筋的薄板，在板端100mm范圍內(nèi)應(yīng)適當(dāng)加密橫向鋼筋。,圖８.23 端部附加鋼筋的插筋,四、 后張法構(gòu)件的構(gòu)造要求,1.預(yù)留孔道　（1） 對(duì)預(yù)制構(gòu)件，孔道之間的水平凈距

46、不宜小于50mm；孔道至構(gòu)件邊緣的凈距不宜小于30mm，且不宜小于孔道直徑的一半?！。?） 在框架梁中，預(yù)留孔道在豎直方向的凈間距不應(yīng)小于孔道外徑，水平方向的凈間距不應(yīng)小于1.5倍孔道外徑；從孔壁算起的混凝土保護(hù)層厚度：梁底不宜小于50mm，梁側(cè)不宜小于40mm。?。?） 預(yù)留孔道的內(nèi)徑應(yīng)比預(yù)應(yīng)力鋼絲束或鋼絞線束外徑及需穿過孔道的連接器外徑大10~15mm。,（4） 在構(gòu)件兩端及跨中應(yīng)設(shè)置灌漿孔或排氣孔，其孔距不宜大于12m?！。?/p>

47、5） 凡制作時(shí)需要預(yù)先起拱的構(gòu)件，預(yù)留孔道宜隨構(gòu)件同時(shí)起拱?！　?.曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲率半徑　　后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中，曲線預(yù)應(yīng)力鋼絲束、鋼絞線束的曲率半徑不宜小于4m；對(duì)折線配筋的構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力鋼筋彎折處的曲率半徑可適當(dāng)減小。,3.錨具　　后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋所用錨具的形式和質(zhì)量應(yīng)根據(jù)國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370）標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定選用?！　?.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部錨固區(qū)的間接鋼筋　　對(duì)

48、后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的端部錨固區(qū)，還應(yīng)按有關(guān)規(guī)定配置間接鋼筋。,5.后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件端部的鋼筋布置　（1） 宜將一部分預(yù)應(yīng)力鋼筋在靠近支座處彎起，彎起的預(yù)應(yīng)力鋼筋宜沿構(gòu)件端部均勻布置?！。?） 當(dāng)構(gòu)件端部預(yù)應(yīng)力鋼筋需集中布置在截面下部或集中布置在上部和下部時(shí)，應(yīng)在構(gòu)件端部0.2h范圍內(nèi)設(shè)置附加豎向焊接鋼筋網(wǎng)、封閉式箍筋或其它形式的構(gòu)造鋼筋。?。?） 附加豎向鋼筋宜采用帶肋鋼筋。,6.局部擠壓、施工工藝及耐久性的要求　　在