预应力损失计算

道路桥梁工程技术专业钢筋混凝土结构计算CalculationofReinforcedConcreteStructures预应力损失及组合能力目标预应力损失产生的原因目标１目标２预应力损失计算目标３预应力损失的组合预应力混凝土任务1.预应力损失产生原因及预防措施任务2.预应力损失计算任务3.预应力损失的组合本节任务资讯•预应力钢筋与管道壁之间的摩擦引起的应力损失–减小措施：①对于较长的构件可在两端进行张拉，则计算中孔道长度可按构件的一半长度计算。②采用超张拉，一般张拉程序为：1l)1()(2xconle（锚固））初应力（持荷持荷conconconcon0.185.005.11.00min2min2任务1.预应力损失产生原因及预防措施•锚具变形、钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩引起的应力损失–减小措施①选择锚具变形和钢筋内缩值较小的锚具；②尽量减少垫板的数量；③对先张法，可增加台座的长度。2lplEll2•混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间的温度引起的应力损失–减小措施①采用分阶段升温养护方法。先在常温或略高于常温下养护，待混凝土达到一定强度后，再逐渐升温至养护温度，这时因为混凝土已硬化与钢筋粘结成整体，能够一起伸缩而不会引起应力变化。②采用整体式钢模板。预应力钢筋锚固在钢模上，因钢模与构件一起加热养护，不会引起此项预应力损失。）（MPattEEltlEllESSsSsl233l•混凝土的弹性压缩引起的应力损失–后张法预应力混凝土构件当采用分批张拉时，先张拉的钢筋由张拉后批钢筋所引起的预应力损失，可按下式计算：–先张法预应力混凝土构件，放松钢筋时由混凝土弹性压缩引起的预应力损失，可按下式计算：–减小措施•分批张拉时，由于每批钢筋的应力损失不同，则实际有效预应力不等。补救方法如下：•①重复张拉先张拉过的预应力钢筋；•②超张拉先张拉的预应力钢筋。4lpcEPl4pcEPl4•钢筋松弛引起的应力损失–减小措施•为减小预应力钢筋应力松弛损失可采用超张拉，先将预应力钢筋张拉至1.05，持荷2分钟，再卸荷至张拉控制应力。因为在高应力状态下，短时间所产生的应力松弛值即可达到在低应力状态下较长时间才能完成的松弛值。所以，经超张拉后部分松弛已经完成，锚固后的松弛值即可减小。5lconcon•混凝土收缩和徐变引起的预应力钢筋应力损失6lpspcEPcsplttttEt151),(),(9.0)(006pspcEPcsplttttEt151),(),(9.0)(006•预应力损失值的组合–上述预应力损失有的只发生在先张法中，有的则发生于后张法中，有的在先张法和后张法中均有，而且是分批出现的。为了便于分析和计算，设计时可将预应力损失分为两批：（1）传力锚固时的损失，称第一批损失lⅠ；（2）传力锚固后出现的损失，称第二批损失lII。先、后张法预应力构件在各阶段的预应力损失组合见表5l2l3l4l5l1l2l4l5l6l5l6l•预应力钢筋的有效预应力–预加力阶段：–使用阶段：lconpelconpe•预应力是保证桥梁安全、耐久、正常运行的关键分项工程，施工人员必须按照设计要求，精心施工，把握每一道工序•确保工程质量，任何一种失误将会重大经济损失和大桥的安全与耐久•预应力施工有许多隐蔽工程，要树立强烈的责任意识（1）预应力损失的组成及减少预应力损失的措施钢筋的张拉控制应力，从开始张拉至构件使用；由于张拉工艺和材料特性等原因将不断降低，这种预应力降低的现象称为预应力损失。预应力损失包括以下6项：1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl1当为直线型预应力钢筋时slEla1式中a——张拉端锚具变形和钢筋回缩值；l——张拉端至锚固端之间的距离。当为曲线型预应力钢筋时，由于钢筋回缩受到曲线型孔道反向摩擦力的影响，σl1要降低,而且构件各截面所产生的损失值不尽相同，离张拉端越远，其值越小。至离张拉端某一距离lf，预应力损失σl1降为零，此距离为反向摩擦影响长度。减少此项损失的措施有：①选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫板数；②对先张法构件，选择长台座。2）预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失σl2211lconkxe式中k——考虑孔道局部偏差对摩擦影响的系数：x——张拉端至计算截面的孔道长度，可近似取该孔道在纵轴上的投影长度，μ——预应力钢筋与孔道壁的摩擦系数，θ——从张拉端至计算截面曲线型孔道部分切线当0.2kx2()lconkx的夹角（以弧度计）。减少该项损失，可采取以下措施：①对较长的构件可在两端进行张拉；②采用超张拉，张拉程序可采用：conconconmin2min285.01.10荷载荷载当第一次张拉至1.1σcon时，预应力钢筋应力沿EHD分布，当张拉应力降至0.85σcon，由于钢筋回缩受到孔道反向摩擦力的影响，预应力沿FGHD分布，当再张拉至σcon时，钢筋应力沿CFGHD分布，可见，超张拉钢筋中的应力比一次张拉至σcon的应力分布均匀，预应力损失要小一些。3）混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的损失σl3为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应力筋与台座之间的温差△t使钢筋受热自由伸长，但两端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近，二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法构件有该项损失。σl3=2△t（N/mm2）减少此项损失的措施有：①采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强度等级达到C7.5～C10，再逐渐升温至规定的养护温度，这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而不引起预应力损失;②在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。4）钢筋应力松弛引起的预应力损失σl4钢筋的应力松弛是指钢筋在高应力作用下及钢筋长度不变条件下，其应力随时间增长而降低的现象。钢筋应力松弛有以下特点：①应力松弛与时间有关，开始快，以后慢；②应力松弛与钢材品种有关。冷拉钢筋、热处理钢筋的应力松弛损失比碳素钢丝、冷拔低碳钢丝、钢绞线要小；③张拉控制应力σcon高，应力松弛大。采用超张拉可使应力松弛损失有所降低。超张拉程序为:concon0)1.1~05.1(0min2持荷因为在较高应力下持荷两分钟所产生的松弛损失与在较低应力下经过较长时间才能完成的松弛损失大体相当，所以经过超张拉后再张拉至σcon时，一部分松弛损失已完成。5）混凝土的收缩徐变引起的预应力损失σl5混凝土结硬时产生体积收缩，在预压力作用作用下，混凝土会发生徐变，这都会使构件缩短，构件中的预应力钢筋跟着回缩，造成预应力损失。先张法构件151/28045151/2804555cupclcupclff后张法构件151/28035151/2803555cupclcupclff式中σpc,σpc′——分别为完成第一批预应力损失后受拉区、受压区预应力钢筋合力点处混凝土法向压应力；fcu′——施加预应力时混凝土的实际立方体抗压强度。一般fcu′不等于构件混凝土的立方体强度fcu，但要求fcu≥0.75fcu′；ρ，ρ′——受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋率。先张法构件00AAAAAAspsp后张法构件nspnspAAAAAA式中Ap,Ap′——分别为受拉区和受压区预应力钢筋截面面积，对称配筋的构件，取ρ，ρ′，此时配筋率应按钢筋截面面积的一半进行计算；A0,An′——分别为混凝土换算截面积、净截面面积。后张法构件收缩徐变损失比先张法构件小，原因是后张法构件在施加预应力时，混凝土的收缩已完成一部分。以上公式适用于一般相对湿度环境，高湿度环境下，σl5，σl5′应降低，反之则增加。减少此项损失的措施有：①采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；②采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性；③加强养护，以减少混凝土的收缩，④控制混凝土应力σpc，要求,以防止发生非线性徐变。cupcf5.06）用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件由于混凝土的局部挤压引起的预应力损失σl6仅后张法有这项损失。当D≤3m，σl6=30MPa，当D＞3m，不考虑该项损失。此处D为环形构件的直径。（2）预应力损失值的组合为了计算方便，《规范》把预应力损失分为两批，混凝土受预压前产生的预应力损失为第一批预应力损失σlⅠ，而混凝土受预压后产生的预应力损失为第二批预应力损失σlⅡ。各阶段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混凝土预压前（第一批）的损失σlⅠσl1+σl2+σl3+σl4σl1+σl2混凝土预压后（第二批）的损失σlⅡσl5σl4+σl5+σl610.2预应力混凝土轴心受拉构件的计算10.2.1预应力混凝土轴心受拉构件各阶段应力分析预应力混凝土轴心受拉构件从张拉钢筋开始直至构件破坏，截面中钢筋和混凝土应力的变化分为两个阶段：施工阶段和使用阶段。每个阶段又包括了若干特征受力过程。1）在施工阶段，构件截面没有开裂，可以把预应力混凝土视作弹性材料，因而可以用材料力学的分析方法对构件截面的应力进行计算，在使用阶段构件开裂前，材料力学的方法仍然适用。此时预应力混凝土构件可看做承受两个力系，一个是由外荷载所产生，另一个是把全部预应力钢筋的合力看作反向作用在构件上的外力所产生。2）抓住施工、使用阶段中的特征受力状态，搞清各个状态已经发生的预应力损失，以及与该状态相应的混凝土强度。