后混凝土受拉构件张法预应力

后张法预应力混凝土轴心受拉构件的受力全过程及各阶段的应力状态如图11-2所示。

1）施工阶段

（1）张拉预应力钢筋、预压混凝土

后张法预应力混凝土构件与先张法预应力混凝土构件不同，它是首先浇灌混凝土构件，待混凝土达到一定强度后（一般不低于设计规定的强度等级的75%），在构件上直接张拉预应力钢筋。因此，在张拉预应力钢筋的同时，混凝土已受到弹性压缩（图11-2b）。在张拉过程中，摩擦损失σl2已产生，所以，预应力钢筋中的应力为

σpe（Ⅰ）=σcon-σl2

非预应力钢筋的应力为

σse（Ⅰ）=-αEσpc（Ⅰ）

这时混凝土中的预压应力可由截面上内力平衡条件求得，即

σpe（Ⅰ）Ap+σse（Ⅰ）As=σpc（Ⅰ）Ac

将σpe（Ⅰ）、σse（Ⅰ）代入上式后可得

即

式中 Ac——混凝土截面面积；

An——净换算截面面积，可简称为净截面面积（换算截面面积减去全部纵向预应力钢筋截面面积换算成混凝土的截面面积）。

（2）完成第一批预应力损失

当预应力钢筋张拉完毕并加以锚固后，由于锚具变形引起预应力损失σl1，这时预应力钢筋完成了第一阶段应力损失σlⅠ=σl1+σl2（图11-2c）。

于是，预应力钢筋的应力为

非预应力钢筋中的压应力为

混凝土的预压应力σpcⅠ可由截面内力平衡条件求得，即

σpeⅠAp+σseⅠAs=σpcⅠAc

将σpeⅠ和σseⅠ代入上式可得

或

图11-2 后张法预应力混凝土轴心受拉构件各阶段的应力状态

式中 NpeⅠ——完成第一批预应力损失后预应力钢筋的合力。

（3）完成第二批预应力损失

在出现预应力钢筋应力松弛、混凝土收缩徐变以及用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形截面中由混凝土局部挤压引起的预应力损失σl4、σl5及σl6后，即预应力钢筋完成了第二批预应力损失σlⅡ后，这时预应力钢筋的总预应力损失为σl=σlⅠ+σlⅡ，预应力钢筋的拉应力将从σpeⅠ降低到σpe，非预应力钢筋应力将从σseⅠ变化为σse；混凝土的预压应力也从σpcⅠ降低到σpc（图11-2d）。

于是，σpe可按下列公式确定：

又

由截面内力平衡条件可得(www.xing528.com)

σpeAp+σseAs=σpcAc

将σpe和σse代入上式可得

或

式中 An——净截面面积；

Npe——完成第二批预应力损失后预应力钢筋和非预应力钢筋的合力。

2）使用阶段

与先张法预应力混凝土轴心受拉构件一样，从加荷到破坏，后张法预应力混凝土轴心受拉构件的受力过程可分为三个阶段，即开裂前阶段、开裂阶段和破坏阶段。

（1）开裂前阶段

开裂前阶段又可分为两个过程。

①加荷至混凝土应力为零

在荷载（轴心拉力）作用下，后张法预应力混凝土轴心受拉构件正截面由荷载产生的法向应力σc 仍可按公式（11-7）计算。当σc-σpc＜0时，混凝土处于受压状态，当σc-σpc=0时，混凝土应力为零，处于消压状态（图11-2e）。这时，预应力钢筋的拉应力σp0是在σpe的基础上增加αEσpc，即

类似地，非预应力钢筋的应力σs0为

σs0=-（αEσpc+σl5）+αEσpc=-σl5

由此可见，σs0仍可按公式（11-10）计算。

于是，这时截面所承担的轴向拉力，即消压轴向拉力Np0可根据截面上平衡条件求得，

即

或

Np0也可由σc-σpc=0求得，即

②加荷至裂缝即将出现

当轴向力继续增加，超过Np0时，即σc-σpc＞0时，混凝土已出现拉应力。随荷载继续增加，混凝土的拉应力不断增大，当达到混凝土的抗拉强度（设计时，取混凝土轴心抗拉强度标准值ftk）时，混凝土即将出现裂缝。这时截面所承担的轴心拉力即为抗裂轴心拉力Ncr（图11-2f）。在这过程中，预应力钢筋和非预应力钢筋的拉应力增加了αEftk。

于是，在裂缝即将出现时，预应力钢筋的应力σp，cr、非预应力钢筋的应力σs，cr和抗裂轴向拉力Ncr可按下列公式计算：

即

Ncr=Np0+ftkA0

或

Ncr=（σpc+ftk）A0

显然，上述公式与公式（11-13）和公式（11-13a）相同。

（2）开裂阶段和破坏阶段

开裂阶段（图11-2g）和破坏阶段（图11-2h）与先张法预应力轴心受拉构件相同，不再赘述。