第4章 预应力损失.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,预应力结构设计,土木工程学院,尹红宇,Email:yhyamy,预应力结构设计,第,4,章,预应力损失计算,预应力张拉控制应力,预应力损失计算,有效预应力的计算及减小预应力,损失的措施,预应力成功的关键,预应力损失的控制,预应力损失,由于钢筋混凝土的非线性性能和施工工艺，预应力钢筋应力从张拉时的应力（控制应力）在制作使用过程中不断的降低。,4.1,张拉控制应力,张拉控制应力,con,对结构的影响,A,p,con,A,p,con,A,p,con,A,p,con,破坏前预兆少，,使构件出现脆性破坏,con,越大，混凝土中的预压应力越大，,从发挥预应力的优点出发宜高，,但过大会产生如下问题,预应力筋过早进入流幅，降低其塑性,增加钢筋的松弛损失,个别实际强度较低的钢筋可能达到屈服强度,张拉控制应力,它是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。,张拉控制应力,取值越高，预应力筋对混凝土的预压作用越大，可以使预应力筋充分发挥作用。,但,取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生过大应力松弛。,因此，,规范,规定了张拉控制应力限值,。,一、张拉控制应力的确定,混凝土结构设计规范,规定，预应力钢筋端部（锚下）的控制应力,应符合下列规定：,张拉方法,钢筋种类,先张法,后张法,预应力钢丝、钢绞线,热处理钢筋,0.75,f,ptk,0.70,f,ptk,0.75,f,ptk,0.65,f,ptk,因为张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中,是以预应力筋的标准强度给出的，且,可不受抗拉强度设计值的限制,。,在下列情况下,，,可提高,0.05,f,ptk,：,为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋；,为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损失。,为避免,的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用，,规范,规定,不应小于,0.4,f,ptk,。,公路桥规,规定，预应力钢筋端部（锚下）的控制应力 应符合下列规定：,对于钢丝、钢绞线,对于精轧螺纹钢筋,在实际工程中，对于仅需在短时间内保持高应力的钢筋，可以进行,超张拉，,但在,任何情况下,，钢筋的最大张拉控制应力：,对于钢丝、钢绞线,对于精轧螺纹钢筋,一、张拉控制应力的确定,预应力损失的种类,A,p,con,A,p,con,A,p,con,A,p,con,前期损失或第一批损失,如锚具变形、管道摩擦、台座与钢筋的温差、钢筋松弛损失等,发生在预应力传到混凝土之前,后期损失或第二批损失,如混凝土收缩徐变、局部挤压损失等,发生在预应力传到混凝土之后,二、预应力损失及其计算,预应力损失的种类,前期损失或第一批损失,A,p,con,A,p,con,A,p,con,A,p,con,后期损失或第二批损失,预应力损失值不宜笼统地估算，应予分项计算，然后相加确定总的损失值,但各项预应力损失值又不是截然无关的。试图求得各项预应力损失的“净值”是很困难的。,二、预应力损失及其计算,1,、摩擦损失,s,l,2,直线预应力筋,曲线预应力筋,二、预应力损失及其计算,摩擦损失是指在,后张法,张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增加而逐渐减少的现象。,后张法中，张拉钢筋时，钢筋在孔道中滑动，就会产生摩擦力,主要由两部分组成,*管道偏差等因素引起的,*弯道影响而引起的,1,、摩擦损失,s,l,2,1,）弯道影响引起的,摩擦损失,1,、摩擦损失,s,l,2,由孔道偏差引起的损失值与预应力和孔道长度成正比,2,）管道偏差影响引起的摩擦力,1,、摩擦损失,s,l,2,总摩擦力,钢筋轴向力,1,、摩擦损失,s,l,2,考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数,预应力钢筋与孔道壁间的摩擦系数,1,、摩擦损失,s,l,2,采用,两端张拉,，以减小弯曲角,及管道长度 ，可以减少,l1,张拉端,锚固端,con,张拉端,con,张拉端,con,减少摩擦损失的措施,采用,超张拉,可以减少,l1,建议的张拉程序为,张拉端,锚固端,con,张拉端,锚固端,1.1,con,0.85,con,con,对于后张法预应力钢筋，其张拉工艺按下列要求进行：,对于钢绞线束,对于钢丝束,减少摩擦损失的措施,2,、锚具变形和钢筋内缩,损失,l1,由于锚具、垫块本身的变形，其间裂缝的压紧及钢筋在锚具中的滑移引起的损失，沿构件通长是均匀分布的。,张拉端至锚固端之间的距离,预应力钢筋的弹性模量,张拉端锚具的变形、钢筋的内缩和接缝压缩值之和,应,注意的几个问题,*此式不,适用于曲线配筋的后张法构件,锚固前的应力图,锚固后的应力图,摩擦力,l1,l1,/2,l,f,con,（0）,2,、锚具变形和钢筋回缩,损失,l1,预应力筋有回缩的趋势，从而产生,反向摩擦力,以阻止其内缩。,反向摩擦力只在一定的影响长度,l,f,(m),内发生，,即在距张拉端,l,f,处，预应力筋的内缩值为零。,设反向摩擦和正向摩擦相同,Ds,=2,s,l,2,内缩值,公路桥规,规定：,后张法,预应力混凝土构件应计算由锚具变形、钢筋回缩等引起反摩阻后的预应力损失。,当,当,2,、锚具变形和钢筋回缩,损失,l1,减小损失的方法,：,采用超张拉；,注意选用损失值小的锚具，尤其对于短小构件；,尽量,少用锚垫板。,2,、锚具变形和钢筋回缩,损失,l1,温度为,t,0,时的应力为,con,温度升到,t,1,时由于混凝土,未结硬此处的应力为,con,温度回落到,t,0,时由于混凝土,已结硬和钢筋同时回缩，,此处的应力为,con,con,混凝土蒸汽养护时,预应力钢筋与台座之间温差引起的损失,钢筋的线膨胀系数,*,采用,二次升温法,可减少,l3,:,先在常温下养护,当混凝土的强度达到,7.510N/mm,2,时再逐渐升温,3,、温差损失,l3,钢筋长度固定不变，则钢筋中的应力将随时间延长而降低，产生钢筋的应力松弛。,4,、钢筋松弛应力损失,l4,典型的预应力钢筋松弛曲线,钢筋在高应力长期作用下具有随时间增长产生塑性变形的性质。,在长度保持不变的条件下,，应力值随时间增长而逐渐降低，这种现象称为松弛。,应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关。,根据应力松弛的长期试验结果，,规范,取,普通预应力钢丝和钢绞线,：,低松弛预应力钢丝和钢绞线,：,当,s,con,0.7,f,ptk,时，,当,0.7,f,ptk,s,con,0.8,f,ptk,时,，,为超张拉系数，一次张拉时，取,=1,；,超张拉时，取,=0.9,。,当,s,con,0.5,f,ptk,时，可不考虑应力松弛损失，即取,s,l,4,=0,。,4,、钢筋松弛应力损失,l4,公路桥规,，按下列规定计算：,对于精轧螺纹钢筋,一次张拉,超张拉,对于预应力钢丝、钢绞线,对碳素钢丝、钢绞线，当 时，应力松弛损失值为零。,4,、钢筋松弛应力损失,l4,减小的措施：,采用超张拉,采用低松弛的预应力钢筋,4,、钢筋松弛应力损失,l4,混凝土的,收缩,和,徐变,，都会导致预应力混凝土构件长度的缩短，预应力筋随之回缩，引起预应力损失。,由于收缩和徐变是同时随时间产生的，且影响二者的因素相同时随变化规律相似，,规范,将二者合并考虑。,混凝土结构设计规范,，按下列公式计算：,先张法,后张法,5,、混凝土收缩和徐变应力损失,l5,A,n,=,A,c,+,a,s,A,s,先张法,后张法,A,0,=,A,c,+,a,p,A,p,+,a,s,A,s,公路桥规,，按下列公式计算：,5,、混凝土收缩和徐变应力损失,l5,（,2,）受压区配置预应力钢筋 和非预应力钢筋 的构件，由混凝土收缩、徐变引起构件受压区预应力钢筋的预应力损失 为：,（,1,）受拉区预应力钢筋的预应力损失为：,减小 的措施：,采用高强混凝土，提高施工养护质量；,延长混凝土的受力时间，控制加载龄期。,注意：,混凝土收缩、徐变应力损失，与钢筋的松弛应力损失等是相互影响的，目前采用分开单独计算的方法不够完善。,当,时，,当 时，,6,、环形结构螺旋式预应力筋 对混凝土的局部挤压引起的应力损失,l6,预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。因此，应根据计算需要，考虑相应阶段所产生的预应力损失。,混凝土预压前完成的损失,l,I,；,混凝土预压后完成的损失,l,II,。,混凝土结构设计规范,三、钢筋的有效预应力计算,预应力钢筋的有效预应力 为预应力钢筋控制应力 扣除相应阶段的应力损失 后实际存余的应力值。,公路桥规,预应力损失值的组合,预应力损失值的组合,先张法构件,后张法构件,传力锚固时的损失,（第一批）,传力锚固后的损失,（第二批）,三、钢筋的有效预应力计算,在预加应力阶段，预应力筋中的有效预应力为：,三、钢筋的有效预应力计算,在使用阶段，预应力筋中的有效预应力，即永存预应力为：,先张法预应力混凝土构件：,三、钢筋的有效预应力计算,预应力损失的计算值与实际值之间的误差，规范规定了总预应力损失的最小值，当计算所得的总预应力损失值小于下列数值时，应按下列数值取用：,后张法预应力混凝土构件：,