张拉控制应力与预应力损失
预应力损失
预应力损失预应力损失的大小影响到已建立的预应力，当然也影响到结构的工作性能，因此，如何计算预应力损失值，是预应力混凝土结构设计的一个重要内容。
引起预应力损失的原因很多，而且许多因素相互制约、影响，精确计算十分困难。
我国新的《混凝土结构设计规范》GB50010-2002经历四年半修订,已顺利完成。
此次修订对原规范GBJ10-89进行补充和完善，增加和改动了不少内容。
现就其中预应力损失计算部分谈谈自己的理解，供大家参考指正。
1.预应力损失基本计算在预应力损失值的计算原则方面，各国规范基本一致，均采用分项计算然后叠加以求得总损失。
全部损失由两部分组成，即瞬时损失和长期损失。
其中，瞬时损失包括摩擦损失，锚固损失（包括锚具变形和预应力筋滑移）和混凝土弹性压缩损失。
长期损失包括混凝土的收缩，徐变和预应力钢材的松弛等三项，它们需要经过较长时间才能完成。
我国新规范采用分项计算然后按时序逐项叠加的方法。
下面将分项讨论引起预应力损失的原因，损失值的计算方法。
1.1孔道摩擦损失σl2孔道摩擦损失是指预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失。
包括长度效应（kx）和曲率效应（μθ）引起的损失。
宜按下列公式计算：σl2=σcon(1-1/ekx+μθ)当(kx+μθ)≤0.2时(原规范GBJ10-89为0.3)，σl2可按下列近似公式计算：σl2=(kx+μθ)σcon1．张拉端 2.计算截面式中:X--张拉端至计算截面的孔道长度(m),可近似取该段孔道在纵轴上的投影长度；θ--张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角(rad);K--考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，按规范取值；μ--预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数，按规范取值。
对摩擦损失计算用的K，μ值取为定值，是根据当前国内有关试验值确定的，与原规范GBJ10-89不同，与国外相比，μ值较高，是由于铁皮管质量不高或预压力筋与混凝土直接接触，从而增大摩擦力的缘故。
预应力损失解析
第十章 预应力混凝土构件
10.1.7 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，使得预应力钢筋变松，预
应力筋中的应力会从con逐步减小，并经过相当长
的时间才会最终稳定下来，这种现象称为预应力
损失。
第十章 预应力混凝土构件
1、锚固损失l1 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中的内缩引起的预应力损失记为l1。 对直线预应力筋：
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
d 2 p (
r
)dx
第十章 预应力混凝土构件
摩擦损失引起钢筋的变形为:
p d 2 d d dx dx 2 ( )dx Ep Ep r
0.0030 0.0015 0.0010 0.0014 0.0040 0.0035
钢丝束 钢绞线 光面钢筋 0.35 0.25 0.30 0.55 0.12 0.10
变形 钢筋 0.40 — — 0.60 — —
第十章 预应力混凝土构件
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。
直线预应力筋
曲线预应力筋
第十章 预应力混凝土构件
1 l 2 con p con 1 (x ) e
当
(x ) 0.2
l 2 con (x )
第十章 预应力混凝土构件
摩擦系数
孔道成型方式 预埋铁皮管 预埋波纹管 预埋钢管 抽芯成型 无粘结预应力筋12、15 钢绞线 无粘结预应力筋15 消除应力钢丝
预应力混凝土复习题目与答案
递预（一）填空题1.先张法构件的预应力总损失至少应取 ，后强法构件的预应力总损失至少应取 。
2.预应力混凝土中，混凝土的强度等级一般不宜低于 ，当采用高强钢丝、钢绞线时，强度等级一般不宜低于 。
3.已知各项预应力损失：锚固损失11σ；管道摩擦损失12σ；温差损失13σ；钢筋松驰损失14σ；混凝土收缩和徐变损失15σ；螺旋式钢筋对混凝土的挤压损失16σ。
先张法混凝土预压前（第一批）损失为 ；混凝土预压后（第二批）损失为 ；预应力总损失为 。
后张法混凝土预压前（第一批）损失为 ；混凝土预压后（第二批）损失为 ；预应力总损失为 。
4.施回预应力时混凝土立方体强度应经计算确定，但不低于设计强度的 。
5.影响混凝土局压强度的主要因素是 ； ； 。
6.先张法预应力混凝土轴心受拉构件，当加荷至混凝土即将出现裂缝时，预应力钢筋的应力是 。
7.预应力混凝土轴心受拉构件（对一般要求不出现裂缝的构件）进行抗裂验算时，对荷载效应的超标准组合下应符合 ，在荷载效应的准永久组合下，宜符合 。
8.预应力混凝土轴心受拉构件（对于严格要求不出现裂缝的构件）进行抗裂验算时，对荷载效应的标准组合下应符合 。
9.为了保证在张拉（或放松）预应力钢筋时，混凝土不被压碎，混凝土的预压应力cc σ应符合 。
其中先张法的cc σ应为 ，后张法的cc σ应为 。
10.轴心受拉构件施工阶段的验算包括 、 两个方面的验算。
11.在进行预应力混凝土受弯构件斜截面抗裂给算时，对严格要求不出现裂缝的构件奕符合 、 。
对一般要求不出现裂缝的构件应符合 、 。
12.施加预应力的方法有 、 。
13.全预应力是指 。
部分预应力是指 。
14.有粘结预应力是指 。
无粘结预应力是指 。
15.张拉控制应力是指 。
16.先张法轴心受拉构件完成第一批损失时，混凝土的预压应力为 ，完成第二批损失时，混凝土的预压应力为 。
17.后张法轴心受拉构件完成第一批损失时，混凝土的预压应力为 ，完成第二批损失时，混凝土的预压应力为 。
张拉控制应力
张拉控制应力张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。
其值为张拉设备（如千斤顶油压表）所指示的总张拉力除以应力钢筋截面面积而得的应力值，以σcon表示。
张拉控制应力的取值，直接影响预应力混凝土的使用效果，如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。
如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：（1）在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力（称为预拉力）甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏。
（2）构件出现裂缝时的荷载值很接近,使构件在破坏前无明显的预兆,构件的延性较差。
（3）为了减少预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。
张拉控制应力值的大小与施加预应力的方法有关，对于相同的钢种，先张法取值高于后张法。
这是由于先张法和后张法建立预应力的方式是不同的。
先张法是在浇灌混凝土之前在台座上张拉钢筋，故在预应力钢筋中建立的拉应力就是张拉控制应力σcon。
后张法是在混凝土构件上张拉钢筋，在张拉的同时，混凝土被压缩，张拉设备千斤顶所指示的张拉控制应力已扣除混凝土弹性压缩后的钢筋应力。
为此，后张法构件的σcon值应适当低于先张法。
张拉控制应力值大小的确定，还与预应力的钢种有关。
由于预应力混凝土采用的都为高强度钢筋，其塑性较差，故控制应力不能取得太高。
根据长期积累的设计和施工经验，《混凝土结构设计规范》规定，在一般情况下，张拉控制应力不宜超过下表的限值。
张拉控制应力限值注：1.表中fptk为预应力钢筋的强度标准值，见，《混凝土结构设计规范》附录2附表2-8；2.预应力钢丝、钢绞线、热处理钢筋的张拉控制应力值不应小于是0.4 fptk。
符合一列情况之一时，表中的张拉控制应力限值可提高0.05 fptk：（1）要求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钢筋；（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差等因素产生的预应力损失。
预应力及预应力损失计算
dN dN1 dN2
从而推导出：
dN ( d kdl ) N
积分并引入张拉端的边界条件可得
N N0e
( kl )
为方便计算，上式中l近似用预应力钢筋从张拉端 至计算截面在构件轴线上的投影长度x代替：
N N0e
( kx )
从张拉端至计算截面预应力钢筋预加力的减少为：
第一节 预应力钢筋张拉控制应力
• 张拉控制应力定义： 指预应力钢筋张拉锚固前的设计预加应 力，其值即为千斤顶施加的总拉力除以 预应力钢筋截面面积所得的应力。张拉 控制应力用符号 con 表示。 • 张拉控制应力大的优点： 经济性好，同样面积的钢筋能使混凝土 建立较大预压应力；构件达到同样的抗 裂性时钢筋的面积可以减小
l2
？
其思想如下：
1、先计算预应力钢筋的回缩的影响长度 和张拉端的预应力损失 张拉端回缩最大，
lf
l2
l 2 也最大。 l 2 也越小。 反之，离张拉端越远，
当距离张拉端长度为
lf
时，
l 2 为零。
2、假设预应力钢筋回缩的反摩阻力与其张拉时的 摩阻力作用机理相同。
• 控制张拉应力大可能引起的问题： （1）引起预应力钢丝断裂； （2）钢筋的应力松弛也大； （3）没有足够的安全系数防止预应力混凝土 构件脆断。
考虑以上因素，我国的预应力混凝土结构 设计规范给出的预应力钢筋张拉控制应力 的限制。
钢种 钢丝、钢绞丝 热处理钢筋 冷拉热轧钢筋 先张法
0.75 fpk
预应力混凝土结构设计原理
预应力及预应力损失计算
本章要点
1、预应力损失定义 2、张拉控制应力确定 3、预应力损失的计算 4、减少预应力损失的措施
30m小箱梁后张法预应力张拉计算与应力控制
30m小箱梁后张法预应力张拉计算与应力控制1 工程概况（1）跨径30m的预应力混凝土简支连续箱梁，梁体高度1.6m,宽度2.4m,采用C50混凝土，（2）钢绞线规格：采用高强低松驰钢绞线Φs15.2规格，标准强度Rby=1860Mpa，公称截面面积140mm2，弹性模量根据检测报告取Ep＝2.00×105Mpa。
钢束编号从上到下依次为N1、N2、N3、N4，其中：中跨梁：N1、N2、N3、N4为4Φs15.2；边跨梁：N1、N2为5Φs15.2，N3、N4为4Φs15.2；(3) 根据施工设计图钢绞线张拉控制应力按75%控制，即σcon=1860×75%=1395Mpa，单股钢绞线张拉吨位为：P＝1395×140＝195.3KN，锚口摩阻损失厂家提供为2%，5股钢绞线张拉吨位为：F＝195.3×5×1.02＝996.03KN，4股钢绞线张拉吨位为：F＝195.3×4×1.02＝796.82KN，采用两端张拉，夹片锚固。
(4)箱梁砼强度达到90%、N4钢束。
(5)张拉：0～10%（测延伸量）～20%（测延伸量）～100%（测延伸量并核对）～（持荷5分钟，以消除夹片锚固回缩的预应力损失）～锚固（观测回缩）。
2 油压表读数计算根据千斤顶的技术性能参数，结合计量测试研究院检定证书检定结果所提供的线性方程，计算实际张拉时的压力表示值Pu：前端：千斤顶型号：YCYP150型编号：6067 油压表编号：9398或3676校准方程：编号6067千斤顶配9398油表：P=0.0333XF+0.2ApEp PpL 编号6067千斤顶配3676油表：P=0.0334XF-0.06后端：千斤顶型号：YCYP150型 编号：6068 油压表编号：2246或2360编号6068千斤顶配2246油表：P=0.0331XF+0.28编号6068千斤顶配2360油表：P=0.0328XF+0.48XF=所需力值P=压力表读数3 伸长量计算(1) 预应力筋的理论伸长△L （mm ）按下式计算：△L=式中：Pp-预力筋的平均张拉力为（N ），直线筋取张拉端的拉力，两端张拉的曲线筋，计算方法见曲线段预应力筋平均张拉力：L=预应力筋的长度（mm ）Ap=预应力筋的截面面积（mm 2）：取140Ap=预应力筋的弹性模量（N/mm 2）。
预应力混凝土构件
35
280
f
pc '
(7-7)
l5
cu
115
(7-8)
'
35 280 pc
'
fcu
l5
115
(7-9)
凝 土pc、法向'pc压--应受力拉;区、受压区预应力钢筋在各自合力点处的混
f
' cu
--施加预应力时的混凝土立方体抗压强度;
、 ' --受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋
率:对先张法构件， 对后张法构件
结构处于年平均相对湿度低于40%的环境下， l5及 ' 值
应增加:30%。
l5
当采用泵送混凝土时，宜根据实际情况考虑混凝土收缩、徐 变引起预应力损失值增大的影响。
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第三节张拉控制应力和预应力损失
所有能减少混凝土收缩、徐变的措施，相应地都将减少 。 (6)l5 :用螺旋式预应力钢丝(或钢筋)作配筋的环形结构构
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第三节张拉控制应力和预应力损失
(2) l2 :由预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起，主要对后张
法x--有张影拉响端，至计计算算如截下面式的:孔道l2 长 度c(o弧n(1长，ekmx1)， )可近似取该(7-段2)孔
第三章 预应力及预应力损失
第三章 预应力筋有效应力计算设计预应力混凝土构件时，需要事先根据承受 外荷载的情况，估算其预应力的大小。
预应力损失：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。
设计所需的预应力筋中的预拉应力，应是扣除 预应力损失后的有效预应力。
因此，一方面要确定 预应力筋张拉时的初始应力（张拉控制应力），另 一方面要正确估算预应力损失值，然后根据两者之 差确定有效预应力值。
σ pe = σ con − σ l一、预应力筋张拉控制应力（σcon）1、含义：通常指预应力筋锚固前，张拉千斤顶所显示的 总拉力（扣除锚圈口摩擦损失）除以预应力钢筋截面积 所求的钢筋应力值。
《公路桥规》特别指出， σcon应为张拉钢筋的锚下控制 应力Apσcon ApσconApσconApσcon2、 σcon对结构的影响σcon越大，混凝土中的预压应力越大，抗裂性越强，越节省钢筋，但过大会产生如下问题 （1）预应力筋过早进入流幅，降低其塑 性，甚至出现断丝现象 （2）增加钢筋的松弛损失 （3）构件出现纵向裂缝 （4）使构件出现脆性破坏3、 σcon的取值一般应在比例极限值或条件屈服点之下 以下，不同性质的预应力筋应分别确定σcon值《公路桥规》和《铁路桥规》规定，预应力钢筋在构件端 部（锚下）： 钢丝、钢绞线： σ con ≤ 0.75 f pk 精轧螺纹钢筋： σ con ≤ 0.90 f pk 注意： 在实际设计预应力混凝土构件时，可根据具体情况 和施工经验对张拉控制应力值进行适当地调整。
但不得 超过以下限界。
钢丝、钢绞线 精轧螺纹钢筋预应力钢筋抗压强度标准值的0.4~0.8倍 预应力钢筋抗压强度标准值的 0.5~0.95倍二、预应力筋的有效预应力（ σpe ）准确计算预应力损失，从而确定预应力筋有效应力是预应 力混凝土结构分析的基础，是设计合理预应力混凝土结构 的前提。
σ pe = σ con − σ lσ pe ( x, t ) = σ con − ∑ σ li ( x, t )第二节 预应力损失计算预应力损失的种类Apσcon Apσcon Apσcon Apσcon前期损失或第 一批损失发生在预应力传到 混凝土之前如管道摩擦（σl1）、锚具变形、 预应力回缩及接缝压密（σl2） 、 台座与钢筋的温差（σl3） 等后期损失或第 二批损失发生在预应力传到混 凝土之后如混凝土弹性压缩损失（σl4） 、 力筋松弛损失（σl5） 、混凝土收 缩徐变（σl6） 等《混凝土规范》：环形结构中螺旋式预应力筋对混凝土的局部挤压损失σl7此外，还应考虑预应力筋与锚圈口之间的摩擦、台 座的弹性变形等引起的预应力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。
预应力的计算公式
预应力的计算公式预应力混凝土结构是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。
在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力（预压力），以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力混凝土结构。
张拉控制应力是预应力混凝土结构张拉施工的依据，它可以根据结构的受力要求和材料的性能确定，在结构设计时一般按设计阶段的验算和张拉阶段预应力损失来综合确定。
预应力的计算公式：σ=N/As±M/W/2预应力的张拉控制应力应根据设计要求进行施工，施工中预应力的张拉控制应力不得超过设计要求，但也不宜小于设计要求的张拉控制应力的1/1.25倍。
这是由于在结构破坏时，如为超张拉的试脸，预应力损失值可按设计要求取用；如为非超张拉的试脸，则其损失值比超张拉损失值要小，所以采用比设计值小的控制应力，尚能满足设计要求。
但也不宜采用比设计值大的控制应力，这是因为预应力筋是有弹性变形的，如张拉控制应力较大，则其预埋端的位移也会较大，这样在浇筑混凝土时将产生较大的上拱，使构件在就位后的标高与设计要求的标高不符。
预应力的计算公式预应力混凝土结构是在结构承受荷载之前，预先对其施加压力，使其在外荷载作用时的受拉区混凝土内力产生压应力，用以抵消或减小外荷载产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。
在结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下的受拉区施加压应力（预压力），以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力混凝土结构。
张拉控制应力是预应力混凝土结构张拉施工的依据，它可以根据结构的受力要求和材料的性能确定，在结构设计时一般按设计阶段的验算和张拉阶段预应力损失来综合确定。
预应力的计算公式：σ=N/As±M/W/2预应力的张拉控制应力应根据设计要求进行施工，施工中预应力的张拉控制应力不得超过设计要求，但也不宜小于设计要求的张拉控制应力的1/1.25倍。
预应力的计算及预应力损失σl的估算
0→初应力（0.1～0.15σcon左右）→1.05σcon （持 荷2min）→σcon(锚固) • 对于钢丝束 0→初应力（0.1～0.15σcon左右）→1.05σcon（持 荷2min）→0→σcon(锚固) 2）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 σl2 (1)概念：在张拉预应力钢筋达到控制应力σcon后， 便将预筋锚固在台座或构件上。由于锚具垫板和构 件之间的缝隙被压紧和压缩，以及预应力钢筋在锚 具中的滑动，造成预应力钢筋回缩而产生的损失
§13.3 预应力的计算及预应力损失σ段σpe不同σcon，σl
有关，σpe=σcon-σl，必确定σcon和σl、
13.3.1钢筋的张拉控制应力σcon 1)概念：σcon是张拉钢筋进行锚固前，张拉千斤顶 所指示的总拉力除以预筋面积所求得的钢筋应力值 2)σcon取值原则 σcon愈高，预应力效果好，但不宜过高。防断丝， 应力松驰大
p
l 2 BB ' 2Bb
《公路桥规》附录D 中推荐一种简化计 算方法，图13-10。直线caa’的斜率为：
d
0 l
l
式中： △σd,单位长度由 管道摩擦引起的预 应力损失（MPa/mm ）σ0;张拉端锚下控制应力（MPa）;σl,预应力钢筋扣 除沿途管道摩阻损失后锚固端的预应力（MPa）;l,张拉 端至锚固端之间的距离（mm）
• • • •
钢筋与台座间的温差引起的损失σl3； 混凝土弹性压缩所引起的应力损失σl4； 钢筋松驰引起的应力损失σl5； 混凝土的收缩和徐变引起的应力损失σl6 1）预应力钢筋与管道间的摩擦引起的应力损失σl1 (1)概念：后张法中，预应力钢筋与管道壁之间产 生的摩擦损失，以致预应力钢筋截面的应力距张 拉端的距离的增加而减小，此应力损失即为 σl1，由两部分组成：一是弯道影响引起的摩擦 力；二是管道偏差影响引起的摩擦力力；三是弯 道部分的总摩擦力；四是钢筋计算截面处因摩擦 力引起的应力损失值
预应力损失分析
减少
l
措施：据应力松驰初期显著的特点，
4
采用超张拉
0 1.05～1.1 con 持时2～5min 0 con
⑤砼收缩和徐变引起 l5
砼在空气中结硬产生收缩，在压力作用下产生徐变，
收缩、徐变一般方向一致，且影响因素基本相同，
故合为一项。
定性分析： l5
f
一次张拉 l4 0.05 con，超张拉 l4 0.035 con
ⅱ.碳素钢丝、刻痕钢丝、钢铰线
目前，国内外供应的各种钢材的松驰损失差别较大， 从设计应用出发，大致可分为两类： 一类（普通松驰），二类（低松驰）
详P389
条件：1000h，20C°
普通松驰
l4
0.4
f
pc
cu
，，
经验公式：前提条件： pc 、 pc 0.5
fcu fcu
ⅰ.先张法构件
45 280 pc
45 280 pc
l5
fcu
1 15
， l5
fcu
1 15
P409须 作修改
Ap As ， Ap As
0 pe
lf
pe
pe x con l1x
反向摩擦影响长度
假设正反两个方向的摩擦系数相等，取端
头预应力损失为
设x为距端头距离，则当x l f时
pe con con kx
当 30时，认为与x成正比
可取：x kx ，则
二.预应力损失
预应力损失：构件最初获得的预应力与该 构件在以后的各阶段所能保持的预应力的差值。
结构设计原理：预应力损失
预应力损失 二、 预应力损失和减小措施
– 减小损失l5的措施
• 设计时使混凝土压应力不要过高 • 用高标号水泥，减小水泥用量，控制水灰比 • 采用级配良好骨料，加强振捣，提高密实性 • 加强养护，使水泥水化作用充分，减小混小措施
▪ 6、螺旋预应力筋局部挤压预应力损失l6
（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢筋分批张拉以及 预应力钢筋与台座之间的温差因素产生的预应力损失
预应力损失 二、 预应力损失和减小措施
▪ 1、张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1
– 损失原因
• 锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，钢筋在锚具 之间滑动
• 使预应力钢筋回缩
– 发生工艺
• 先张法 • 后张法
– 损失原因
• 长线生产先张法构件，加热养护时，台座和钢筋之间 存在温差 t
• 钢筋受热伸长，台座距离不变，预应力损失
– 减小措施
• 两次升温养护：常温养护 + 升温至规定温度
• 构件在钢模上张拉，一起升温养护
预应力损失 二、 预应力损失和减小措施
▪ 4、预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失l4
– 应力松弛和徐变
• 施加预应力的方法：先张法与后张法取值不同
先张法取值高于后张法
– 规范取值：con
钢筋种类
张拉方法 先张法 后张法
消除应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋
下列情况下可以提高0.05fptk
0.75fpt
k
0.70fpt
k
0.75fptk 0.65fptk
（1）要求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
《结构设计原理》课件
082、预应力损失
预应力损失 一、 张拉控制应力
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1.张拉控制应力的概念及其确定原则； 2.预应力损失的概念、种类及减小措施; 3. 预应力混凝土构件的一般构造要求。
难点
预应力损失的概念及减小措施。
§6.2 张拉控制应力与预应力损失
6.2.1 张拉控制应力
1.定义 在张拉预应力钢筋时所达到的规定应力,用σcon表示。 2. 张拉控制应力的确定原则 张拉控制应力取得高些，不但可以提高构件的抗裂性 能和减小挠度，而且可以节约钢材。因此，σcon值适当取高 一些是有利的。但σcon值不能过高。
3.张拉控制应力的数值
钢筋种类
消除应力钢 丝、钢绞线 热处理钢筋
张拉方法
先张法
0.75 fptk
后张法
0.75 fptk
0.70 fptk
0.65 fptk
注：下列情况，表中数值可提高0.05 fptk； ①要求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； ②要求部分抵消由于应力松驰、摩擦、钢筋分批张 拉以及预应力钢筋与张拉台座之间的温差因素产生的预 应力损失。
产生范围：采用蒸汽养护的先张法构件。
减少措施：
(1)蒸汽养护时采用两次升温养护，即第一次升温至 20℃，恒温养护至混凝土强度达到7~10N/mm2 时，再第 二次升温至规定养护温度。
(2)在钢模上张拉，将构件和钢模一起养护。此时， 由于预应力钢筋和台座间不存在温差，故温差损失为0。
4. 预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失 产生原因：预应力钢筋应力松驰引起的预应力损失 实际上是钢筋的应力松驰和徐变引起的预应力损失的统 称。 产生范围：先张法构件、后张法构件。 减小措施： (1)采用应力松驰损失较小的钢筋作预应力钢筋； (2)采用“超张拉”工艺。
产生范围：先张法构件、后张法构件。 减小措施： （1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，并尽 量减少垫板的数量； （2）对于先张法张拉工艺，选择长的台座。台座长度超 过100m时，可忽略不计。
2.预应力钢筋与孔道的摩擦引起的预应力损失摩擦阻力而产生的预应力 损失。 产生范围：后张法构件。 减少措施： （1）采用两端张拉； （2）采用“超张拉”工艺。其工艺程序为：
1.5倍，且符合下列规定：对热处理钢筋及钢丝，不应小于 25mm；对3股钢绞线，不应小于20mm；对7股钢绞线， 不应小于25mm。当先张法预应力钢丝按单根方式配筋有 困难时，可采用相同直径钢丝并筋的配筋方式。
后张法构件中，预 应力钢丝束、钢绞线束 的预留孔道间的水平净 间距，在预制构件中不 宜小于50mm；孔道至 构件边缘的净距不宜小 于30mm，且不宜小于 孔道直径的一半。
6. 环形构件采用螺旋预应力筋时局部挤压引起的预 应力损失
产生原因：由于构件环形配筋时，预应力钢筋将混 凝土局部压陷，使构件直径减小而产生的预应力损失。
产生范围：直径d≤3m的后张法构件中。
§6.3 预应力混凝土构件的构造要求
6.3.1 一般构造要求
1. 预应力混凝土构件中钢筋的布置 （1）预应力钢筋 １①）直布线置布形置式
6.2.2 预应力损失及其减小措施
预应力损失：由于张拉工艺和材料特性等原因，从张 拉钢筋开始直到构件使用的整个过程中，经张拉所建立起 来的钢筋预应力将逐渐降低，这种现象称为预应力损失。
1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 产生原因：由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台座 或构件上以后，锚具、垫板与构件之间的缝隙被压紧，以 及预应力钢筋在锚具中的滑动，造成预应力钢筋回缩而产 生的预应力损失。
5. 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 产生原因：由于混凝土的收缩和徐变使构件长度缩 短，被张紧的钢筋回缩而产生的预应力损失。此项预应 力损失是各项损失中最大的一项，在直线预应力配筋构 件中约占总损失的50％，在曲线预应力配筋构件中约占 30％左右。 产生范围：先张法构件、后张法构件。
减少措施： (1)设计时尽量使混凝土压应力不要过高； (2)采用高强度等级水泥，以减少水泥用量，同时严 格控制水灰比； (3)采用级配良好的骨料，增加骨料用量，同时加强 振捣，提高混凝土密实性； (4)加强养护，使水泥水化作用充分，减少同的收缩。 有条件时宜采用蒸汽养护。
停2min
停2min
0
1.1 σcon
0.85 σcon
σcon 。
3. 混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座间温差引 起的预应力损失
产生原因：当先张法构件进行蒸汽养护时，随着钢 筋温度升高，其长度也增加（由于新浇混凝土尚未结硬， 不能约束钢筋增长），而台座长度固定不变，因此张拉 后的钢筋变松，预应力钢筋的应力降低。降温时混凝土 和钢筋已粘结成整体，二者一起回缩，钢筋的应力不能 恢复到原来的张拉应力值。
3）混凝土保护层 预应力钢筋的保护层厚度同钢筋混凝土构件。处于 一类环境且由工厂生产的预应力构件，预应力钢筋的保 护层厚度不应小于预应力钢筋直径d，且板不小于15mm， 梁不小于20mm。 （2）非预应力钢筋 1）纵向非预应力钢筋 纵向非预应力钢筋包括受力钢筋和非受力钢筋。 非 预 应 力 受 力 钢 筋 宜 采 用 HRB335 、 HRB400 和 CRB550级钢筋，也可采用RRB400级钢筋。
主要优点：施工简单 适用范围：主要用于跨度和荷载较小的情况，既可用 于先张法构件，又可用于后张法构件。 下一页
② 曲线布置 适用范围：多用于跨度和荷载较大的构件，如预应力混
凝土梁就多采用这种布置形式。曲线布置一般用于后张法 构件。
预应力钢筋的布置
２）间距及孔道尺寸 预应力钢筋的净距不应小于其公称直径或等效直径的
为了防止受弯构件制作、运输、堆放和吊装时，在预 拉区出现裂缝或减小裂缝宽度，可在构件预拉区配置一定数 量的纵向非预应力钢筋。后张法预应力混凝土结构构件的预 拉区和预压区中应设置纵向非预应力构造钢筋。这些非预应 力钢筋一般布置在预应力钢筋的外侧。
在无粘结后张预应力混凝土受弯构件中，应配置一 定数量的纵向非预应力钢筋，以克服纯无粘结受弯构件 只出现一条或少数几条裂缝使混凝土压应变集中而引起 脆性破坏的缺点，还利于分散裂缝，改善受弯构件的变 形性能和提高正截面受弯承载力。