钢筋混凝土预应力构件损失

第十章预应力混凝土结构PrestressedConcreteStructure山东大学陈瑛第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失10.3预应力损失预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，预应力筋中应力会从scon逐步减少，并经过相当长的时间才会最终稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题，过高或过低估计预应力损失，都会对结构的使用性能产生不利影响。由于预应力的通过张拉预应力筋得到，凡是能使预应力筋产生缩短的因素，都将引起预应力损失，主要有：混凝土弹性压缩、混凝土的收缩和徐变以及锚固损失（锚具变形、预应力筋的回缩、滑移）等。长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下会产生松弛，会引起预应力损失。在预应力筋张拉过程中，后张法预应力筋与孔道壁之间的摩擦，先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会使张拉应力造成损失。此外，还有先张法中的热养护引起的温差损失，后张法中后拉束对先张拉束造成的压缩变形而产生分批张拉损失等。第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失1、锚固损失sl1预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙的挤紧以及钢筋在锚具种的内缩引起的预应力损失记为sl1。对直线预应力筋，slEla1s锚具变形和钢筋内缩值a（mm）锚具类别a带螺帽的锚具（包括钢丝束的锥形螺杆锚具、筒式锚具等）：螺帽缝隙每块后加垫板的缝隙11钢丝束的镦头锚具1钢丝束的钢制锥形锚具5有预压时4夹片式锚具无预压时6~8第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失2、摩擦损失sl2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。直线预应力筋曲线预应力筋•式中：x——从张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该段孔道在纵轴上的投•影长度(m)；•θ——从张拉端至计算截面曲线孔道各部分切线的夹角之和(rad)；•κ——考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数•μ——预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失NpNp-dF1dxNpNp-dF2pdqdq/2dq/2dxrdxNdFp1qdNdxppqdNpdxdFp2取dx=rdq，Np=spApqssdArdFdFdAdFpppp)(21qssdrdpp)(qss)(lnlnconrp第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失qss)(lnlnconrpqss)(conkrpeq为张拉端与计算截面曲线部分的切线夹角（rad），设该夹角很小，可近似取张拉端到计算截面的距离x=rq，则摩擦损失sl2为，)(concon211qssssxple()0.3xq)(con2qssxl第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失对于曲线预应力筋张拉锚固时，由于锚具变形和钢筋内缩a(mm)，使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。dxrdp)(2ss反向摩擦力只在一定的影响长度lf(m)内发生，即在距张拉端lf处，预应力筋的内缩值为零。设反向摩擦和正向摩擦相同，因此在张拉和锚固时产生的摩擦损失为前述摩擦损失的2倍，即第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失dxrdp)(2ss摩擦损失引起钢筋的变形为，2)(2dxrEdxEddxddpppssflppadxrEd020)(2s2con)(fplrEas(m))(1000conscpfraEl)1)((2con1fcfllxrlss第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失一端张拉两端张拉超张拉减少摩擦损失的措施第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失3、热养护损失sl3为缩短先张法构件的生产周期，常采用蒸汽养护加快混凝土的凝结硬化。升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。而降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失sl3无法恢复。设养护升温后，预应力筋与台座的温差为Dt℃，取钢筋的温度膨胀系数为0.00001/℃，则有，tttEslDDD210200001.000001.053s第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失4、钢筋松弛损失sl4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，应力值会随时间的增长而逐渐降低，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。预应力混凝土构件中，预应力筋长期处于高应力状态，因此根据应力松弛的长期试验结果，《规范》取对普通松弛预应力钢丝和钢绞线：conptkconlfsss)5.0(4.04对低松弛预应力钢丝和钢绞线：当scon≤0.7fptk时，conptkconlfsss)5.0(125.04当0.7fptkscon≤0.8fptk时，conptkconlfsss)5.0(2.04ψ为超张拉系数，一次张拉时，取ψ=1；超张拉时，取ψ=0.9。当scon≤0.5fptk时，可取可不考虑应力松弛损失，即取sl4=0。第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失5、收缩徐变损失sl5混凝土硬化时产生的收缩和在长期预压作用下产生的徐变，都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和时随变化规律相似，《规范》将二者合并考虑。《规范》对混凝土收缩和徐变引起的受拉区预应力筋Ap和受压区预应力筋A'p的收缩和徐变损失，按下列公式计算：rss151220455cupclfrss151220455cupclf先张法rss151220255cupclfrss151220255cupclf后张法第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失An=Ac+asAs0AAAspr0AAAspr先张法nspAAArnspAAAr后张法A0=Ac+apAp+asAs第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失三、预应力损失的组合对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。通常以混凝土预压时刻为界限，将预应力损失分为两批，即：⑴混凝土预压前完成的损失slI；⑵混凝土预压后完成的损失slII。根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。预应力损失的组合预应力损失的组合先张法构件后张法构件混凝土预压前（第一批）损失slIsl1+sl2+sl3+sl4sl1+sl2混凝土预压后（第二批）损失slIIsl5sl4+sl5第十章预应力混凝土结构的原理及计算规定10.3张拉控制应力和预应力损失考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，《规范》规定当总损失值sl=slI+slII小于下列数值时，按下列数值取用，先张法构件100MPa后张法构件80MPa四、混凝土弹性压缩引起的损失sle先张法构件放张时，预应力筋与混凝土一起受压缩短，引起预应力筋应力降低。设混凝土预压应力在弹性范围，则根据钢筋与混凝土共同变形的条件，可得混凝土弹性压缩引起的损失sle为，pcEpccpleEEsass对后张法构件，当一次张拉所有预应力筋时，无弹性压缩损失。