預(yù)應(yīng)力次應(yīng)力的概念與分析

【摘 要】闡述了預(yù)應(yīng)力混凝土中次應(yīng)力的概念、產(chǎn)生機(jī)理，原因，及其常用的分析方法。并簡(jiǎn)要分析次應(yīng)力、次彎矩在實(shí)際工程的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土；次應(yīng)力；產(chǎn)生機(jī)理；分析方法；應(yīng)用

通過(guò)張拉鋼筋（索），使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在承受外荷載之前，受拉區(qū)的混凝土預(yù)先受到一定壓應(yīng)力的混凝土稱為預(yù)應(yīng)力混凝土。

在正常使用階段，普通鋼筋混凝土梁一般是帶裂縫工作的，截面的開(kāi)裂導(dǎo)致構(gòu)件剛度降低/變形增大，結(jié)構(gòu)的耐久性降低。

采用預(yù)應(yīng)力的方法可以彌補(bǔ)上述普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。在構(gòu)件受荷載之前預(yù)先對(duì)荷載將產(chǎn)生的拉應(yīng)力的混凝土施加壓力，結(jié)構(gòu)受荷載作用而產(chǎn)生的拉應(yīng)力必須先抵消混凝土上預(yù)先施加的壓應(yīng)力，然后才能使混凝土受拉。預(yù)壓應(yīng)力可以減少甚至抵消荷載在混凝土中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)在正常的使用荷載作用下不產(chǎn)生很大的裂縫，甚至不出現(xiàn)裂縫。

一、預(yù)應(yīng)力混凝土的概念

（一）預(yù)應(yīng)力混凝土分類

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝可分為先張法和后張法兩種類型。

先張法，指采用永久和臨時(shí)設(shè)備在構(gòu)件混凝土澆筑之前張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，待混凝土強(qiáng)度和齡期達(dá)到設(shè)計(jì)值后，將施加在預(yù)應(yīng)力鋼筋上的拉力逐漸釋放，在預(yù)應(yīng)力鋼筋回縮的過(guò)程中利用其余混凝土之間的粘結(jié)握裹力，對(duì)混凝土施加預(yù)應(yīng)力，采用這種工藝的預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)稱先張預(yù)應(yīng)力。

后張法，指構(gòu)件混凝土在澆筑、養(yǎng)護(hù)劑強(qiáng)度和齡期達(dá)到設(shè)計(jì)后利用在構(gòu)件內(nèi)預(yù)設(shè)的孔道穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋，以混凝土構(gòu)件本身支承采用千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后利用特制的錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固形成預(yù)加力。

二、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件承載力

在荷載逐漸增加的過(guò)程中，配置適當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的混凝土受彎構(gòu)件的受拉區(qū)開(kāi)裂后，鋼筋（受拉區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋）將逐漸進(jìn)入明顯塑性變形或屈服狀態(tài)；隨著裂縫迅速向受壓去延伸，受壓區(qū)邊緣混凝土壓應(yīng)力變化迅速增加、受壓區(qū)混凝土塑性變形發(fā)展，最終受壓區(qū)邊緣混凝土的壓應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變、混凝土壓碎，即構(gòu)件耗盡承載力而破壞。

（一）基本假定

預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的承載力計(jì)算假定與普通混凝土基本一致，只是由于其采用的是高強(qiáng)鋼材或者鋼絲，沒(méi)有明顯的屈服臺(tái)階，一般采用條件屈服強(qiáng)度作為其屈服強(qiáng)度，所以在鋼筋的本構(gòu)關(guān)系兩者不一致，其他的基本相同。

（1）平截面假定

（2）不考慮混凝土的受拉作用

（3）變形協(xié)調(diào)假定

（4）混凝土的極限壓應(yīng)變和應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系

（二）應(yīng)變協(xié)調(diào)分析和界限破壞

對(duì)于有明顯屈服臺(tái)階的鋼筋，根據(jù)平截面假定，利用混凝土中的知識(shí)?？芍?/p>

C——截面實(shí)際受壓高度，；

——截面有效高度；

——受壓區(qū)混凝土的極限壓應(yīng)變；

——從預(yù)應(yīng)力鋼筋合理作用位置的混凝土消壓至預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)變?cè)隽浚?/p>

將混凝土截面受壓區(qū)相對(duì)高度系數(shù)定義為

考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土的鋼材通常都是高強(qiáng)度鋼絞線或高強(qiáng)鋼。其沒(méi)有明顯的屈服強(qiáng)度，經(jīng)常去殘余應(yīng)變?yōu)?.2%對(duì)應(yīng)的應(yīng)力為其屈服強(qiáng)度，稱為條件屈服強(qiáng)度，記為.

那么根據(jù)上述公式，只需修改，則公式仍然適用。對(duì)于預(yù)應(yīng)力其鋼筋合力位置的混凝土消壓至破壞時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)變?cè)隽繛?/p>

類似有明顯的屈服臺(tái)階的情況，名義上界限破壞時(shí)受壓相對(duì)高度系數(shù)及其等價(jià)關(guān)系：

（三）正截面抗彎承載力計(jì)算

受彎構(gòu)件正截面抗彎承載力計(jì)算較精確的方法是變形協(xié)調(diào)法，結(jié)合實(shí)際預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變曲線，基本原理、公式與普通混凝土一致。

（四）斜截面承載力計(jì)算

預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件相比普通混凝土受彎構(gòu)件，不僅斜截面抗裂性能好，并具有較高的抗剪承載力。預(yù)應(yīng)力改變了主拉應(yīng)力的方向，提高了斜裂縫出現(xiàn)荷載；若有彎起預(yù)應(yīng)力鋼筋則其豎向分力還可以抵消外荷載剪力；斜裂縫傾角的較少增大了斜裂縫的水平投影長(zhǎng)度，從而提高了腹筋的抗剪作用，預(yù)應(yīng)力能阻滯裂縫發(fā)展、減少裂縫寬度，減緩斜裂縫沿截面高度放下過(guò)發(fā)展、增大剪壓去高度，加大斜裂縫之間骨料的咬合作用，從而提高抗剪承載能力。

同時(shí)，通過(guò)試驗(yàn)，影響預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件剪切破壞形態(tài)的主要因素，仍然是剪跨比、腹筋配筋率；其剪切破壞形態(tài)與普通鋼筋混凝土相似。

仍然將其抗剪能力分為三類：

分別表示混凝土和、箍筋共同提供的抗剪承載力，彎曲鋼筋提供的抗剪承載力和預(yù)應(yīng)力對(duì)抗剪承載力的加強(qiáng)作用。

前兩項(xiàng)與普通混凝土基本一致，只是個(gè)別系數(shù)略有差別，主要是

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，一般有：

三、預(yù)應(yīng)力混凝土的次應(yīng)力

結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形，如果結(jié)構(gòu)是靜定的，變形不受到任何約束，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下不會(huì)產(chǎn)生附加的支撐反力，因而也不會(huì)產(chǎn)生此彎矩。但是，如果結(jié)構(gòu)是超靜定的，變形會(huì)受到支撐的約束，結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生附加的支撐反力（即次反力），該反力在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的彎矩稱為次彎矩。由次彎矩產(chǎn)生的內(nèi)力稱為次應(yīng)力。

四、結(jié)論

（1）本文闡述了預(yù)應(yīng)力的基本概念，產(chǎn)生機(jī)理，與普通混凝土的異同點(diǎn)等幾個(gè)基本問(wèn)題，特別是對(duì)其承載力問(wèn)題，論述了其的計(jì)算原理。

（2）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土中重要的次應(yīng)力作了簡(jiǎn)要的描述，特別是其產(chǎn)生機(jī)理，計(jì)算方法和思想等作了簡(jiǎn)要論述

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