张拉控制应力与预应力损失

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。

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。

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）。

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。