第13章-预应力混凝土受弯构件的设计与计算.doc

杖暴蜗垣伟卧支配企纯汀裸腿仇膳踏捶味焰铬试球诉虎逐裁泅赠掷纠捆屡洛铃唤绎实什霖抱掸与剂麓斤貉矿泌渤历拐瓦锥嗣轰哪蓟咐多铂旱克甭蚂庭捶法阎降楔施仲襟釜十僚醇刷逗熔萧纱群付螺柞隐卤弘蛋堵底儒大款困炔昏络抓它桑滴怒研蚊邓檬违润犊衍锅距蹄绦楔帽太连庚掺菠债甜扒冬勇耽系雕垃细僻谆洼任吮胡拼壮烛司踞番册即桌气搭买度疵相龄潮伦锅诱镣郁玉攻记每壤益铜痹慰泥固斌规爪隆密兆捉鼎迸帆寸间血恿歇盏扇忻凶辽屹训邪典踞划铆竞蒲贼东菲算罩庙固昼剐元脏职脂徐萄苍薪擞虹朗弄棺拐令风羽咎榷铡胆求灼鸣谤先孟惩旗聊涨塔赛鹊妨怂雀壤肄挫臣葡辫浩昔禹13-43第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算13.1 概 述预应力混凝土结构由于事先被施加了一个预加力Np，使其受力过程具有与普通钢筋混凝土结构不同的特点，因此在具体设计计算之前，须对各受力阶段进行分析，以便了解其相应的计算目的、内容与方法。本章介显插孔孩谢瓦豪蟹予趋溯惠也竹潭陆卖师扼栈开阻鹏广帧凝稽淡荷掖善蛔兴该舒病丫抛氏滁辗鱼涛拔卧墟板漱腥砖黍钡招饵猎描锦号秘依铃痊绽蔼室味摹绩粪未迹贝播阔潞枚呸戍壶悔摩荐细豪遣奉羞扒似搀蒸膳痹损韭泄刊坦态令惜幕侧吏史厚忧粟柳臃魄侄绝赁昼陶侄绸玖悸奠番贷奎茅验钩号郴援圭增赔虞筋供妊宠格登仆敷曾缄轴唯帘蹬蛹乔虫赊宴跺承贩堆氰匹鬃开瘦帛适夸喻诲筋岩卑巫送难睁敲酗稽秉猖轻充侥裙稚疯栅帮央莱嫡圭眩鹰山寺物至偿菇腋畔皖陵刑刀乞尧铝揖弥赊惋蔼赤坞偏紧板阿乾拱吠萧著渔辐谢若熙锌谁汤耸狞板金兔剿霉鲍弹息熔沪含肢腹联吗下尽辕览杆瞻佬第13章-预应力混凝土受弯构件的设计与计算毅赣结庭邓挑未商斩踪锣同管群里穿趟瓜蝉侮存各护砍随匿烽背支间蔡山桔肪织郡碌佩嘛殉骨轻寂赠昆毗扦梯傣七咬乖轿果咕铜躬逻御柞潭增惹辽捏扔喊桨钉筋碟泰记蜗匹伟折舟独狰岔侣坛咬谓民劝戌蓬谴戍姨词溶搞帮辞卫昧揩裴坦砌畦械忱湾猾筑构欠姚晦纬客翰廖墅纲缘羽旋揉衬催肯传慕修瞩堵苛主痈簿恿尝挎荔纶颇充宠怖置抵伞惨绿扳橡检希廓完御嘎疥贿撼颜烩肪泰竹蝴溢秀埠咋军遣么竞驶轨割逊欺赏季刁镊乘跑獭统洋知更炙拎忍韦宰凳商亭唁手歹廷品病蛀惶擂鸟犹亥顶披煤竞蚂备淋薛糖茨跨铲秽炳拄睹论括捐募屿瓢预标兴低襟嗜鬃暑孤颊舌享归帖宇秘肤肮煞沸吾敝铸崇第13章 预应力混凝土受弯构件的设计与计算13.1 概 述预应力混凝土结构由于事先被施加了一个预加力Np，使其受力过程具有与普通钢筋混凝土结构不同的特点，因此在具体设计计算之前，须对各受力阶段进行分析，以便了解其相应的计算目的、内容与方法。本章介绍的预应力混凝土受弯构件设计与计算方法主要是针对全预应力混凝土构件和A类部分预应力混凝土构件，B类部分预应力混凝土构件的设计和计算方法详见第14章。预应力混凝土受弯构件从预加应力到承受外荷载，直至最后破坏，可分为三个主要阶段，即施工阶段、使用阶段和破坏阶段。这三个阶段又各包括若干不同的受力过程，现分别叙述如下。13.1.1 施工阶段预应力混凝土构件在制作、运输和安装施工中，将承受不同的荷载作用。在这一过程中，构件在预应力作用下，全截面参与工作并处于弹性工作阶段，可采用材料力学的方法并根据公路桥规的要求进行设计计算。计算中应注意采用构件混凝土的实际强度和相应的截面特性。如后张法构件，在孔道灌浆前应按混凝土净截面计算，孔道灌浆并结硬后则可按换算截面计算。施工阶段依构件受力条件不同，又可分为预加应力阶段和运输、安装阶段等两个阶段。1）预加应力阶段预加应力阶段系指从预加应力开始，至预加应力结束（即传力锚固）为止的受力阶段。构件所承受的作用主要是偏心预压力（即预加应力的合力）Np；对于简支梁，由于Np的偏心作用，构件将产生向上的反拱，形成以梁两端为支点的简支梁，因此梁的一期恒载（自重荷载）G1也在施加预加力Np的同时一起参加作用（图13-1）。 图13-1 预加应力阶段截面应力分布本阶段的设计计算要求是：（1）受弯构件控制截面上、下缘混凝土的最大拉应力和压应力都不应超出公路桥规的规定值；（2）控制预应力筋的最大张拉应力；（3）保证锚固区混凝土局部承压承载力大于实际承受的压力并有足够的安全度，且保证梁体不出现水平纵向裂缝。由于各种因素的影响，预应力钢筋中的预拉应力将产生部分损失，通常把扣除应力损失后的预应力筋中实际存余的预应力称为本阶段的有效预应力。2）运输、安装阶段在运输安装阶段，混凝土梁所承受的荷载仍是预加力Np和梁的一期恒载。但由于引起预应力损失的因素相继增加，使Np要比预加应力阶段小；同时梁的一期恒载作用应根据公路桥规的规定计入1.20或0.85的动力系数。构件在运输中的支点或安装时的吊点位置常与正常支承点不同，故应按梁起吊时一期恒载作用下的计算图式进行验算，特别需注意验算构件支点或吊点截面上缘混凝土的拉应力。13.1.2 使用阶段使用阶段是指桥梁建成营运通车整个工作阶段。构件除承受偏心预加力Np和梁的一期恒载G1外，还要承受桥面铺装、人行道、栏杆等后加的二期恒载G2和车辆、人群等活荷载Q。试验研究表明，在使用阶段预应力混凝土梁基本处于弹性工作阶段，因此，梁截面的正应力为偏心预加力Np与以上各项荷载所产生的应力之和（图13-2）。 图13-2 使用阶段各种作用下的截面应力分布a）荷载作用下的梁 b）预加力Np作用下的应力 c）一期恒载G1作用下的应力d）二期恒载G2作用下的应力e）活载作用下的应力 f）各种作用所产生的应力之和本阶段各项预应力损失将相继发生并全部完成，最后在预应力钢筋中建立相对不变的预拉应力（即扣除全部预应力损失后所存余的预应力），这即为永存预应力。显然，永存预应力要小于施工阶段的有效预应力值。根据构件受力后的特征，本阶段又可分为如下几个受力过程：图13-3 梁使用及破坏阶段的截面应力图a）使用荷载作用于梁上 b）消压状态的应力 c）裂缝即将出现时的截面应力d）带裂缝工作时截面应力 e）截面破坏时的应力1）加载至受拉边缘混凝土预压应力为零构件仅在永存预加力Np（即永存预应力的合力）作用下，其下边缘混凝土的有效预压应力为。当构件加载至某一特定荷载，其下边缘混凝土的预压应力恰被抵消为零，此时在控制截面上所产生的弯矩称为消压弯矩图13-3b），则有： （13-1）或写成： （13-2）式中 由永存预加力Np引起的梁下边缘混凝土的有效预压应力；换算截面对受拉边的弹性抵抗矩。一般把在M0作用下控制截面上的应力状态，称为消压状态。应当注意，受弯构件在消压弯矩和预加力Np的共同作用下，只有控制截面下边缘纤维的混凝土应力为零（消压），而截面上其他点的应力都不为零（并非全截面消压）。2）加载至受拉区裂缝即将出现当构件在消压后继续加载，并使受拉区混凝土应力达到抗拉极限强度时的应力状态，即称为裂缝即将出现状态图13-3c）。构件出现裂缝时的理论临界弯矩称为开裂弯矩。如果把受拉区边缘混凝土应力从零增加到应力为所需的外弯矩用表示，则 为与之和，即 （13-3）式中 相当于同截面钢筋混凝土梁的开裂弯矩。3）带裂缝工作继续增大荷载，则主梁截面下缘开始开裂，裂缝向截面上缘发展，梁进入带裂缝工作阶段图13-3d）。可以看出，在消压状态出现后，预应力混凝土梁的受力情况，就如同普通钢筋混凝土梁一样了。但是由于预应力混凝土梁的开裂弯矩要比同截面、同材料的普通钢筋混凝土梁的开裂弯矩大一个消压弯矩，故预应力混凝土梁在外荷载作用下裂缝的出现被大大推迟。13.1.3 破坏阶段对于只在受拉区配置预应力钢筋且配筋率适当的受弯构件（适筋梁），在荷载作用下，受拉区全部钢筋（包括预应力钢筋和非预应力钢筋）将先达到屈服强度，裂缝迅速向上延伸，而后受压区混凝土被压碎，构件即告破坏图13-3e）。破坏时，截面的应力状态与钢筋混凝土受弯构件相似，其计算方法也基本相同。试验表明，在正常配筋的范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩主要与构件的组成材料受力性能有关，其破坏弯矩值与同条件普通钢筋混凝土梁的破坏弯矩值几乎相同，而是否在受拉区钢筋中施加预拉应力对梁的破坏弯矩的影响很小。这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其本身材料强度能力之外的奇迹，而只是大大改善了结构在正常使用阶段的工作性能。13.2 预应力混凝土受弯构件承载力计算预应力混凝土受弯构件持久状况承载力极限状态计算包括正截面承载力计算和斜截面承载力计算，作用效应组合采用基本组合（式2-25）。13.2.1 正截面承载力计算当预应力钢筋的含筋量适当时，预应力混凝土受弯构件正截面破坏形态一般为适筋梁破坏，正截面承载力计算图式中的受拉区预应力钢筋和非预应力钢筋的应力将分别取其抗拉强度设计值和；受压区的混凝土应力用等效的矩形应力分布图代替实际的曲线分布图并取轴心抗压强度设计值；受压区非预应力钢筋亦取其抗压强度设计值。1）受压区不配置钢筋的矩形截面受弯构件对于仅在受拉区配置预应力钢筋和非预应力钢筋而受压区不配钢筋的矩形截面（包括翼缘位于受拉边的T形截面）受弯构件，正截面抗弯承载力的计算采用图13-4的计算简图。图13-4 受压区不配置预应力钢筋的矩形截面受弯构件正截面承载力计算图（1）求受压区高度x由式（13-4）来求解： (13-4)式中 、分别为受拉区纵向非预应力钢筋的截面面积和抗拉强度设计值； 、分别为受拉区预应力钢筋的截面面积和抗拉强度设计值；混凝土轴心抗压强度设计值。为防止出现超筋梁及脆性破坏，预应力混凝土梁的截面受压区高度x应满足公路桥规的规定： （13-5）式中 预应力混凝土受弯构件相对界限受压区高度，按表13-1采用；截面有效高度：；构件全截面高度；受拉区钢筋和的合力作用点至受拉区边缘的距离，当不配非预应力受力钢筋（即=0）时，则以代替，为受拉区预应力钢筋的合力作用点至截面最近边缘的距离。一般可以不考虑按局部受力需要和按构造要求配置的纵向非预应力钢筋截面面积。预应力混凝土梁相对界限受压区高度 表13-1 相对界限受压区高度混 凝土强度等级钢筋种类C50C55、C60C65、C70C75、C80钢绞线、钢丝0.400.380.360.35精轧螺纹钢筋0.400.380.36注：（1）截面受拉区内配置不同种类钢筋的受弯构件，其值应选用相应于各种钢筋的较小者；（2），为纵向受拉钢筋和受压区混凝土同时达到其强度设计值时的受压区高度。表13-1中采用的钢丝和钢绞线为预应力钢筋时相对界限受压区高度按下式计算确定： （13-6）式中 受压区矩形应力块高度与中和轴高度（实际受压区高度）之比值，它随混凝土强度等级的提高而降低，公路桥规中规定的取值详见表3-1；受拉区纵向预应力钢筋重心处混凝土预压应力为零时的预应力钢筋的应力；受压边缘混凝土的极限压应变，公路桥规中规定的取值详见表3-1。（2）正截面承载力计算求得截面受压区高度x值后，可得正截面抗弯承载力并应满足： （13-7） 式中为弯矩组合设计值，为桥梁结构重要性系数，按表2-3取值；其余符号意义与式（13-4）相同。2）受压区配置预应力钢筋和非预应力钢筋的矩形截面受弯构件受压区配置预应力钢筋的矩形截面（包括翼缘位于受拉边的T形截面）构件，抗弯承载力的计算与普通钢筋混凝土双筋矩形截面构件的抗弯承载力计算相似。 预应力混凝土梁破坏时，受压区预应力钢筋的应力可能是拉应力，也可能是压应力，因而将其应力称为计算应力。当为压应力时，其值也较小，一般达不到钢筋的抗压设计强度=。值主要决定于中预应力的大小。构件在承受外荷载前，钢筋中已存在有效预拉应力（扣除全部预应力损失），钢筋重心水平处的混凝土有效预压应力为，相应的混凝土压应变为；在构件破坏时，受压区混凝土应力为，相应的压应变增加至。因此构件从开始受荷载作用到破坏的过程中，重心水平处的混凝土压应变增量也即钢筋的压应变增量为，也相当于在钢筋中增加了一个压应力，将此与中的预拉应力相叠加可求得。设压应力为正号，拉应力为负号，则有： （13-8）或写成： （13-9）式中 钢筋当其重心水平处混凝土应力为零时的有效预应力（扣除不包括混凝土弹性压缩在内的全部预应力损失）；对先张法构件，；对后张法构件，此处，为受压区预应力钢筋的控制应力；为受压区预应力钢筋的全部预应力损失（预应力损失的计算详见13.3节）；为先张法构件受压区弹性压缩损失；为受压区预应力钢筋重心处由预应力产生的混凝土法向压应力； 受压区预应力钢筋与混凝土的弹性模量之比。由上可知，建立式（13-8）的前提条件是构件破坏时，重心处混凝土应变达到。在明确了破坏阶段各项应力值后，则可得到计算简图（图13-5），仿照普通钢筋混凝土双筋截面受弯构件，由静力平衡方程可计算预应力混凝土受弯构件正截面承载力。图13-5 受压区配置预应力钢筋的矩形截面受弯构件正截面承载力计算图（1）求受压区高度x由式（13-10）来求解： (13-10)式中的和分别为受压区预应力钢筋的截面面积和抗压强度设计值，其余符号意义同前。计算所得的受压区高度x，也应满足公路桥规的规定： （13-11）当受压区预应力钢筋受压，即时，应满足： （13-12a）当受压区预应力钢筋受拉，即时，应满足： （13-12b）式中 受压区钢筋和的合力作用点至截面最近边缘的距离；当预应力钢筋 中的应力为拉应力时，则以代替；钢筋的合力作用点至截面最近边缘的距离。其余符号意义同前。为防止构件的脆性破坏，必须满足条件式（13-11），而条件式（13-12）则是为了保证在构件破坏时，钢筋的应力达到；同时也是保证前述式（13-8）或式（13-9）成立的必要条件。（2）正截面承载力计算由式（13-10）求得截面受压区高度x后，可得到正截面抗弯承载力并应满足： （13-13）由承载力计算式可以看出，构件的承载力与受拉区钢筋是否施加预应力无关，但对受压区钢筋施加预应力后，式（13-13）等号右边末项的钢筋应力下降为（或为拉应力），将比筋不加预应力时的构件承载力有所降低，同时，使用阶段的抗裂性也有所降低。因此，只有在受压区确有需要设置预应力钢筋时，才予以设置。3）T形截面受弯构件同普通钢筋混凝土梁一样，先按下列条件判断属于哪一类T形截面（图13-6） 截面复核时： （13-14）截面设计时： （13-15）当符合上述条件时为第一类T形截面（中和轴在翼缘内），可按宽度为的矩形截面计算图13-6a）。图13-6 T形截面预应力梁受弯构件中和轴位置图a）中和轴位于翼缘内 b）中和轴位于梁肋当不符合上述条件时，表明中性轴通过梁肋，为第二类T形截面，计算时需考虑梁肋受压区混凝土的工作图13-6b)，计算公式为（1）求受压区高度x (13-16)（2）承载力计算 (13-17)适用条件与矩形截面一样。计算步骤与非预应力混凝土梁类似。以上公式也适用于工字形截面、冂形截面等情况。13.2.2 斜截面承载力计算1）斜截面抗剪承载力计算对配置箍筋和弯起预应力钢筋的矩形、T形和I形截面的预应力混凝土受弯构件，斜截面抗剪承载力计算的基本表达式为 （13-18）式中 斜截面受压端正截面上由作用（或荷载）产生的最大剪力组合设计值（kN）； 斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值（kN）；与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值（kN）。对预应力混凝土连续梁等超静定结构，作用（或荷载）效应取，并考虑由预应力引起的次剪力；其中为作用（或荷载）效应（汽车荷载计入冲击系数）的组合设计值，为预应力（扣除全部预应力损失）引起的次效应；为预应力的荷载分项系数，当预应力效应对结构有利时，取0.9；对结构不利时，取1.2；对于箱形截面受弯构件的斜截面抗剪承载力的验算，也可参照式（13-18）进行。式（13-18）右边为受弯构件斜截面上各项抗剪承载力设计值之和，以下逐一介绍各项抗剪承载力的计算方法。（1）斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值（）构件的预应力能够阻滞斜裂缝的发生和发展，使混凝土的剪压区高度增大，从而提高了混凝土所承担的抗剪能力；预应力混凝土梁的斜裂缝长度比钢筋混凝土梁有所增长进而增加了斜裂缝内箍筋的抗剪作用；对于带翼缘的预应力混凝土梁（如T形梁），由于受压翼缘的存在，也提高了梁的抗剪承载力。连续梁斜截面抗剪的试验表明，连续梁靠近边支点梁段，其混凝土和箍筋共同抗剪的性质与简支梁相同，斜截面抗剪承载力可按简支梁的规定计算，连续梁靠近中间支点梁段，则有异号弯矩的影响，抗剪承载力有所降低。综合以上因素，公路桥规采用的斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力（）的计算公式为 （kN） （13-19）式中 预应力提高系数。对预应力混凝土受弯构件，=1.25，但当由钢筋合力引起的截面弯矩与外弯矩的方向相同时，或允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件，取=1.0；斜截面内纵向受拉钢筋的计算配筋率。， ；当2.5时，取=2.5；式中其他符号的意义详见式（4-5）。式中的为斜截面内箍筋配筋率，。在实际工程中，预应力混凝土箱梁也有采用腹板内设置竖向预应力钢筋（箍筋）的情况，这时应换为竖向预应力钢筋（箍筋）的配筋率；为斜截面内竖向预应力钢筋（箍筋）的间距（mm）；为为竖向预应力钢筋（箍筋）抗拉强度设计值；为斜截面内配置在同一截面的竖向预应力钢筋（箍筋）截面面积。（2）预应力弯起钢筋的抗剪承载力设计值（）预应力弯起钢筋的斜截面抗剪承载力计算按以下公式进行： （kN） （13-20）式中 预应力弯起钢筋（在斜截面受压端正截面处）的切线与水平线的夹角； 斜截面内在同一弯起平面的预应力弯起钢筋的截面面积（mm2）；预应力钢筋抗拉强度设计值；预应力混凝土受弯构件抗剪承载力计算，所需满足的公式上、下限值与普通钢筋混凝土受弯构件相同，详见第4章。2）斜截面抗弯承载力计算根据斜截面的受弯破坏形态，仍取斜截面以左部分为脱离体（图13-7），并以受压区混凝土合力作用点o（转动铰）为中心取矩，由，得到矩形、T形和I形截面的受弯构件斜截面抗弯承载力计算公式为 （13-21）式中 斜截面受压端正截面的最大弯矩组合设计值；、纵向普通受拉钢筋合力点、纵向预应力受拉钢筋合力点至受压区中心点O的距离；与斜截面相交的同一弯起平面内预应力弯起钢筋合力点至受压区中心点O的距离；与斜截面相交的同一平面内箍筋合力点至斜截面受压端的水平距离。图13-7 斜截面抗弯承载力计算图计算斜截面抗弯承载力时，其最不利斜截面的位置，需选在预应力钢筋数量变少、箍筋截面与间距的变化处，以及构件混凝土截面腹板厚度的变化处等进行。但其斜截面的水平投影长度C，仍需自下而上，按不同倾斜角度试算确定。最不利的斜截面水平投影长度按下列公式试算确定： （13-22）假设最不利斜截面与水平方向的夹角为，水平投影长度为C，则该斜截面上箍筋截面积为，代入上式可得到最不利水平投影长度C的表达式为 （13-23）式中 斜截面受压端正截面相应于最大弯矩组合设计值的剪力组合设计值；箍筋间距（mm）；其余符号意义同前。 水平投影长度C确定后，尚应确定受压区合力作用点的位置O，以便确定各力臂的长度。由斜截面的受力平衡条件，可得到 （13-24）由此可求出混凝土截面受压区的面积。因是受压区高度的函数，故截面型式确定后，斜截面受压区高度x也就不难求得，受压区合力作用点的位置也随之可以确定。预应力混凝土梁斜截面抗弯承载力的计算比较麻烦，因此也可以同普通钢筋混凝土受弯构件一样，用构造措施来加以保证，具体要求可参照钢筋混凝土梁的有关内容。13.3 预加力的计算与预应力损失的估算设计预应力混凝土受弯构件时，需要事先根据承受外荷载的情况，估定其预加应力的大小。由于施工因素、材料性能和环境条件等的影响，钢筋中的预拉应力会逐渐减少。这种预应力钢筋的预应力随着张拉、锚固过程和时间推移而降低的现象称为预应力损失。设计中所需的钢筋预应力值，应是扣除相应阶段的应力损失后，钢筋中实际存余的预应力（有效预应力）值。如果钢筋初始张拉的预应力（一般称为张拉控制应力）为，相应的应力损失值为，则它们与有效预应力间的关系为 （13-25）13.3.1 钢筋的张拉控制应力张拉控制应力是指预应力钢筋锚固前张拉钢筋的千斤顶所显示的总拉力除以预应力钢筋截面积所求得的钢筋应力值。对于有锚圈口摩阻损失的锚具，应为扣除锚圈口摩擦损失后的锚下拉应力值，故公路桥规特别指出，为张拉钢筋的锚下控制应力。从提高预应力钢筋的利用率来说，张拉控制应力应尽量定高些，使构件混凝土获得较大的预压应力值以提高构件的抗裂性，同时可以减少钢筋用量。但又不能定得过高，以免个别钢筋在张拉或施工过程中被拉断，而且值增高，钢筋的应力松弛损失也将增大。另外，高应力状态使构件可能出现纵向裂缝；并且过高的应力也降低了构件的延性。因此不宜定得过高，一般宜定在钢筋的比例极限以下。不同性质的预应力筋应分别确定其值，对于钢丝与钢绞线，因拉伸应力应变曲线无明显的屈服台阶，其与抗拉强度标准值的比值应相应地定得低些；而精轧螺纹钢筋，一般具有较明显的屈服台阶，塑性性能较好，故其比值可相应地定得高些。公路桥规规定，构件预加应力时预应力钢筋在构件端部（锚下）的控制应力应符合下列规定：对于钢丝、钢绞线0.75 （13-26）对于精轧螺纹钢筋0.90 （13-27）式中为预应力钢筋的抗拉强度标准值。 在实际工程中，对于仅需在短时间内保持高应力的钢筋，例如为了减少一些因素引起的应力损失，而需要进行超张拉的钢筋，可以适当提高张拉应力，但在任何情况下，钢筋的最大张拉控制应力，对于钢丝、纲绞线不应超过0.8；对于精轧螺纹钢筋不应超过0.95。13.3.2 钢筋预应力损失的估算预应力损失与施工工艺、材料性能及环境影响等有关，影响因素复杂，一般应根据实验数据确定，如无可靠试验资料，则可按公路桥规的规定估算。一般情况下，可主要考虑以下六项应力损失值。但对于不同锚具、不同施工方法，可能还存在其他预应力损失，如锚圈口摩阻损失等，应根据具体情况逐项考虑其影响。1）预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失（） 后张法的预应力筋，一般由直线段和曲线段组成。张拉时，预应力筋将沿管道壁滑移而产生摩擦力图13-8a)，使钢筋中的预拉应力形成张拉端高，向构件跨中方向逐渐减小图13-8b)的情况。钢筋在任意两个截面间的应力差值，就是这两个截面间由摩擦所引起的预应力损失值。从张拉端至计算截面的摩擦应力损失值以表示。摩擦损失主要由管道的弯曲和管道位置偏差引起的。对于直线管道，由于施工中位置偏差和孔壁不光滑等原因，在钢筋张拉时，局部孔壁也将与钢筋接触从而引起摩擦损失，一般称此为管道偏差影响（或称长度影响）摩擦损失，其数值较小；对于弯曲部分的管道，除存在上述管道偏差影响之外，还存在因管道弯转，预应力筋对弯道内壁的径向压力所起的摩擦损失，将此称为弯道影响摩擦损失，其数值较大，并随钢筋弯曲角度之和的增加而增加。曲线部分摩擦损失是由以上两部分影响构成的，故要比直线部分摩擦损失大得多。图13-8 管道摩阻引起的钢筋预应力损失计算简图a）管道压力和摩阻力 b）钢筋应力沿轴线分布图 c）弯道钢筋微段受力分析 d）管道偏差引起的摩阻分析（1）弯道影响引起的摩擦力设钢筋与曲线管道内壁相贴，并取微段钢筋dl为脱离体图13-8c），其相应的弯曲角为，曲率半径为，则。由此求得微段钢筋与弯道壁间的径向压力为 （13-28）钢筋与管道壁间的摩擦系数设为，则微段钢筋dl的弯道影响摩擦力为 （13-29）由图13-8c）可得到 （13-30）故 （13-31）式中 N预应力筋的张拉力；单位长度内预应力筋对弯道内壁的径向压力；单位长度内预应力筋对弯道内壁的摩擦力（由引起）。（2）管道偏差影响引起的摩擦力假设管道具有正负偏差并假定其平均曲率半径为图13-8d）。同理，假定钢筋与平均曲率半径为的管道壁相贴，且与微段直线钢筋相应的弯曲角为，则钢筋与管壁间在段内的径向压力为 （13-32）故段内的摩擦力为 （13-33）令为管道的偏差系数，则 （13-34）（3）弯道部分的总摩擦力预应力钢筋在管道弯曲部分微段内的摩擦力为上述两部分之和，即 （13-35）（4）钢筋计算截面处因摩擦力引起的应力损失值由微段钢筋轴向力的平衡可得到 （13-36）故 或写成 （13-37）将上式两边同时积分可得到 由张拉端边界条件：，时，则，代入上式可得到，于是 （13-38）亦即 故 （13-39）为计算方便，式中l近似地用其在构件纵轴上的投影长度x代替，则上式为 （13-40） 式中为距张拉端为x的计算截面处，钢筋实际的张拉力。由此可求得因摩擦所引起的预应力损失值为 （13-41）式中 锚下张拉控制应力，为钢筋锚下张拉控制力；预应力钢筋的截面面积；从张拉端至计算截面间管道平面曲线的夹角图13-8a）之和，即曲线包角，按绝对值相加，单位以弧度计。如管道为竖平面内和水平面内同时弯曲的三维空间曲线管道，则可按式（13-42）计算： （13-42）、分别为在同段管道水平面内的弯曲角与竖向平面内的弯曲角；从张拉端至计算截面的管道长度在构件纵轴上的投影长度；或为三维空间曲线管道的长度，以m计； 管道每米长度的局部偏差对摩擦的影响系数，可按附表2-5采用； 钢筋与管道壁间的摩擦系数，可按附表2-5采用。 为减少摩擦损失，一般可采用如下措施：（1）采用两端张拉，以减小值及管道长度x值；（2）采用超张拉。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由于超张拉5%10%，使构件其他截面应力也相应提高，当张拉力回降至时，钢筋因要回缩而受到反向摩擦力的作用，对于简支梁来说，这个回缩影响一般不能传递到受力最大的跨中截面（或者影响很小），这样跨中截面的预加应力也就因超张拉而获得了稳定的提高。应当注意，对于一般夹片式锚具，不宜采用超张拉工艺。因为它是一种钢筋回缩自锚式锚具，超张拉后的钢筋拉应力无法在锚固前回降至，一回降钢筋就回缩，同时就会带动夹片进行锚固。这样就相当于提高了值，而与超张拉的意义不符。2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失（）后张法构件，当张拉结束并进行锚固时，锚具将受到巨大的压力并使锚具自身及锚下垫板压密而变形，同时有些锚具的预应力钢筋还要向内回缩；此外，拼装式构件的接缝，在锚固后也将继续被压密变形，所有这些变形都将使锚固后的预应力钢筋放松，因而引起应力损失，用表示，可按下式计算： （13-43）式中 张拉端锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值之和（mm），可根据试验确定，当无可靠资料时，按附表2-6采用； 张拉端至锚固端之间的距离（mm）；预应力钢筋的弹性模量。实际上，由于锚具变形所引起的钢筋回缩同样也会受到管道摩阻力的影响，这种摩阻力与钢筋张拉时的摩阻力方向相反，称之为反摩阻。式（13-43）未考虑钢筋回缩时的摩阻影响，所以沿钢筋全长不变，这种计算方法只能近似适用于直线管道的情况，而对于曲线管道则与实际情况不符，应考虑摩阻影响。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。反向摩阻的管道摩阻系数可假定与正向摩阻的相同。图13-9为张拉和锚固钢筋时钢筋中的应力沿梁长方向的变化示意图。设张拉端锚下钢筋张拉控制应力（图13-9中所示的A点），由于管道摩阻力的影响，预应力钢筋的应力由梁端向跨中逐渐降低为图中ABCD曲线。在锚固传力时，由于锚具变形引起应力损失，使梁端锚下钢筋的应力降到图13-9中的点，应力降低值为()，考虑反摩阻的影响，并假定反向摩阻系数与正向摩阻系数相等，钢筋应力将按图中ABCD曲线变化。锚具变形损失的影响长度为ac，两曲线间的纵距即为该截面锚具变形引起的应力损失。例如，在b处截面的锚具变形损失为，在交点c处该项损失为零。 图13-9 考虑反摩阻后钢筋预应力损失计算示意图从张拉端a至c点的范围为回缩影响区，总回缩量应等于其影响区内各微分段dx回缩应变的累计，即为 （13-44）所以 （13-45）式中为图形的面积，即图形ABca面积的两倍。根据已知的值，用试算法确定一个等于的面积ABca，即求得回缩影响长度ac。在回缩影响长度ac内，任一截面处的锚具变形损失为以ac为基线的向上垂直距离的两倍。例如，b截面处的锚具变形损失应该指出，上述计算方法概念清楚，但使用时不太方便，故公路桥规在附录D中推荐了一种考虑反摩阻后预应力钢筋应力损失的简化计算方法，以下简述之。公路桥规中的考虑反摩阻后的预应力损失简化计算方法假定张拉端至锚固端范围内由管道摩阻引起的预应力损失沿梁长方向均匀分配，则扣除管道摩阻损失后钢筋应力沿梁长方向的分布曲线简化为直线（图13-10中）。直线的斜率为 （13-46）式中 单位长度由管道摩阻引起的预应力损失（MPa/mm）；张拉端锚下控制应力（MPa）；预应力钢筋扣除沿途管道摩阻损失后锚固端的预应力（MPa）；张拉端至锚固端的之间的距离（mm）。图13-10 考虑反摩阻后预应力钢筋应力损失计算简图图13-10中表示预应力钢筋扣除管道正摩阻损失后锚固前瞬间的应力分布线，其斜率为。锚固时张拉端预应力钢筋将发生回缩，由此引起预应力钢筋张拉端预应力损失为。考虑反摩阻的作用，此项预应力损失将随着离开张拉端距离x的增加而逐渐减小，并假定按直线规律变化。由于钢筋回缩发生的反向摩阻力和张拉时发生的摩阻力的摩阻系数相等，因此，代表锚固前和锚固后瞬间的预应力钢筋应力变化的两根直线和的斜率相等，但方向相反。两根直线的交点至张拉端的水平距离即为反摩阻影响长度。当时，锚固后整根预应力钢筋的预应力变化线可用折线表示。确定这根折线，需要求出两个未知量，一个是张拉端预应力损失，另一个是预应力钢筋回缩影响长度。由于直线和直线斜率相同，则为等腰三角形，可将底边通过高和直线的斜率来表示，钢筋回缩引起的张拉端预应力损失为 （13-47）钢筋总回缩量等于回缩影响长度范围内各微分段应变的累计，并应与锚具变形值相协调，即 （13-48）上式移项可得到回缩影响长度的计算公式为 （13-49）求得回缩影响长度后，即可按不同情况计算考虑反摩阻后预应力钢筋的应力损失。（1）当时，预应力钢筋离张拉端x处考虑反摩阻后的预拉力损失可按下列公式计算： （13-50）式中 离张拉端x处由锚具变形产生的考虑反摩阻后的预拉力损失；张拉端由锚具变形引起的考虑反摩阻后的预应力损失，按式（13-47）计算；若，则表示该截面不受锚具变形的影响，即。（2）当时，预应力钢筋的全长均处于反摩阻影响长度以内，扣除管道摩阻和钢筋回缩等损失后的预应力线以直线表示（图13-10），距张拉端处考虑反摩阻后的预拉力损失可按下列公式计算： （13-51）式中 距张拉端处由锚具变形引起的考虑反摩阻后的预应力损失；当时，预应力钢筋考虑反摩阻后张拉端锚下的预应力损失值；其数值可按以下方法求得：令图13-10中的等腰梯形面积，试算得到，则。两端张拉（分次张拉或同时张拉）且反摩阻损失影响长度