an introduction to prestressed concrete

8/10/2019 An Introduction to Prestressed Concrete

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T i


2/30

F o r e w o r d

P r e s t r e s s e d c o n c r e t e i s w i d e l y u s e d t o d a y i n m a n y b r a n c h e s o f c i v i l

e n g i n e e r i n g a n d b u i l d i n g c o n s t r u c t i o n . E l e g a n t a n d s p e c t a c u l a r s t r u c t u r e s

h a v e b e e n c r e a t e d t o b r i d g e a c r o s s r i v e r s a n d r a v i n e s o r r o o f o v e r l a r g e a r e a s

i n d e e d t h e h i s t o r y o f p r e s t r e s s i n g i s r i c h w i t h i n n o v a t i o n a n d i n s p i r e d d e s i g n

b y b r i l l i a n t e n g i n e e r s . O t h e r , m o r e m u n d a n e , a p p l i c a t i o n s i n c l u d e t h e

m a n u f a c t u r e o f e v e r y d a y s t r u c t u r a l i t e m s s u c h a s r a i l w a y s l e e p e r s , p i l e s , l i n t e l s ,

b e a m s a n d f l o o r i n g u n i t s .

T h i s p u b l i c a t i o n i s i n t e n d e d f o r t h o s e r e a d e r s r e q u i r i n g a n i n t r o d u c t i o n t o

p r e s t r e s s e d c o n c r e t e , b u t n o t w i s h i n g t o g e t i n v o l v e d w i t h t h e c o m p l i c a t e d

m a t h e m a t i c a l t r e a t m e n t o f t e n f o u n d i n t e x t b o o k s o n t h e s u b j e c t . I n t h e

f o l l o w i n g p a g e s p r e s t r e s s e d c o n c r e t e i s i n t r o d u c e d b y w o r d s a n d p i c t u r e s i n a

w a y t h a t s h o u l d a p p e a l t o t h e s t u d e n t a n d t h e p r a c t i s i n g a r c h i t e c t o r e n g i n e e r

w h o n e e d s a b a s i c u n d e r s t a n d i n g o f t h e c o n c e p t s a n d t e c h n i q u e . H o w e v e r ,

t h e u s e o f s o m e t e c h n i c a l t e r m s i s i n e v i t a b l e a n d s o m e d e s i g n a s p e c t s a r e

a l s o c o n s i d e r e d .

T h i s p u b l i c a t i o n i s b a s e d o n t h e t e x t o f a n e a r l i e r e d i t i o n w r i t t e n b y A H A l l e n

o f t h e C e m e n t a n d C o n c r e t e A s s o c i a t i o n i n 1 9 8 1 . T h i s 2 0 0 2 e d i t i o n h a s b e e n

u p d a t e d a n d r e - w r i t t e n b y T o n y T h r e l f a l l , f o r m e r l y o f t h e C & C A ( n o w t h e B C A )

a n d c u r r e n t l y a n i n d e p e n d e n t t r a i n i n g c o n s u l t a n t . s p e c i a l i s i n g i n t h e d e s i g n o f

c o n c r e t e s t r u c t u r e s .

4 7 . 0 2 2

F i r s t p u b l i s h e d 1 9 8 1

R e p r i n t e d w i t h a m e n d m e n t s 1 9 8 6 , 1 9 9 2

S e c o n d e d i t i o n 2 0 0 2

I S B N 0 7 2 1 0 1 5 8 6 7

P r i c e g r o u p E

B r i t i s h C e m e n t A s s o c i a t i o n 2 0 0 2

P u b l i s h e d b y t h e B r i t i s h C e m e n t A s s o c i a t i o n

C e n t u r y H o u s e , T e l f o r d A v e n u e

C r o w t h o r n e , B e r k s h i r e R G 4 5 6 Y S

T e l e p h o n e ( 0 1 3 4 4 ) 7 6 2 6 7 6

F a x

( 0 1 3 4 4 ) 7 6 1 2 1 4

w w w . b c a . o r g . u k

w w w . c o n c r e t e b o o k s h o p . c o m

A l l a d v i c e o r i n f o r m a t i o n f r o m t h e B r i t i s h C e m e n t A s s o c i a t i o n i s i n t e n d e d f o r t h o s e w h o w i l l e v a l u a t e t h e s i g n i f i c a n c e a n d l i m i t a t i o n s o f i t s c o n t e n t s a n d

t a k e r e s p o n s i b i l i t y f o r i t s u s e a n d a p p l i c a t i o n . N o l i a b i l i t y ( i n c l u d i n g t h a t f o r n e g l i g e n c e ) f o r a n y l o s s r e s u l t i n g f r o m s u c h a d v i c e o r i n f o r m a t i o n i s

a c c e p t e d . R e a d e r s s h o u l d n o t e t h a t a l l B C A p u b l i c a t i o n s a r e s u b j e c t t o r e v i s i o n f r o m t i m e t o t i m e a n d s h o u l d t h e r e f o r e e n s u r e t h a t t h e y a r e i n p o s s e s s i o n

o f t h e l a t e s t v e r s i o n .


3/30

C o n t e n t s

B a s i c c o n c e p t s

2

W h a t i s p r e s t r e s s i n g '

2

W h y p r e s t r e s s c o n c r e t e 9

2

B e n e f i t s o f p r e s t r e s s i n g

2

M e c h a n i c s o f f o r c e s y s t e m

3

M e t h o d s o f p r e s t r e s s i n g

4

P i e - t e n s i o n i n g

4

P o s t - t e n s i o n i n g

6

M a t e r i a l s

8

C o n c r e t e

a

T e n d o n s

9

E q u i p m e n t

1 2

P r e - t e n s i o n i n g

1 2


1 3

S t r a n d s y s t e m s

1 3

B a r s y s t e m s

1 5

D u c t s

1 5

A p p l i c a t i o n s

1 6

P i e - t e n s i o n i n g

1 6

R a i l w a y s l e e p e r s

1 6

P i l e s a n d p y l o n s

1 6

B r i d g e b e a m s

1 7

F l o o r i n g a n d r o o f i n g

1 8

H a n d l i n g o f u n i t s

1 9


1 9

B u i l d i n g s

1 9

B r i d g e s

2 1

C o n t a i n m e n t v e s s e l s

2 2

A p p e n d i x

2 3

B r i e f h i s t o r y a n d d e v e l o p m e n t

2 3

D e s i g n c o n s i d e r a t i o n s

2 4

F u r t h e r r e a d i n g

2 5

A d d r e s s e s o f c o m p a n i e s a n d o r g a n i s a t i o n s

2 6

A c k n o w l e d g m e n t s

2 7

A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e 1


4/30

2 1 A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e

B a s i c c o n c e p t s

W h a t i s p r e s t r e s s i n g ?

P r e s t r e s s i n g i s b e s t e x p l a i n e d b y c o n s i d e r i n g a r o w o f b o o k s . E a c h b o o k i s a

d i s c r e t e e l e m e n t b u t , i f t h e y a r e s t a c k e d c l o s e l y t o g e t h e r a n d a n a x i a l

c o m p r e s s i v e f o r c e i s a p p l i e d a t e a c h e n d o f t h e s t a c k , i t i s p o s s i b l e t o l i f t t h e

w h o l e r o w a s a s i n g l e u n i t ( F i g u r e 1 ) .

T h i s i s p r e s t r e s s i n g i n i t s s i m p l e s t f o r m . I t p r o v i d e s t h e u n i t , i n t h i s c a s e a r o w

o f b o o k s , w i t h a s t r e n g t h a n d s t a b i l i t y t h a t i t w o u l d n o t o t h e r w i s e p o s s e s s .

O t h e r f o r m s o f p r e s t r e s s e d i t e m s i n e v e r y d a y u s e i n c l u d e :

T h e b a r r e l a n d t h e c a r t w h e e l ( t i m b e r s e g m e n t s h e l d i n c o m p r e s s i o n b y

i r o n b a n d s i n t e n s i o n ) ;

T h e b i c y c l e w h e e l ( s t e e l r i m h e l d i n c o m p r e s s i o n b y s p o k e s i n t e n s i o n ) ;

T h e u m b r e l l a ( m e m b r a n e h e l d i n t e n s i o n b y r i b s i n c o m p r e s s i o n ) .

I n t h e c a s e o f c o n c r e t e , p r e s t r e s s i n g i s u s e d a s i n t h e r o w o f b o o k s , t o f o r m b e a m s

a n d s i m i l a r m e m b e r s , a n d a s i n t h e b a r r e l , t o f o r m c y l i n d r i c a l t a n k s a n d s i l o s .

W h y p r e s t r e s s c o n c r e t e ?

C o n c r e t e i s a b u i l d i n g m a t e r i a l t h a t i s s t r o n g i n c o m p r e s s i o n b u t r e l a t i v e l y w e a k

i n t e n s i o n . I n p r i n c i p l e , t h e r e a r e t w o w a y s o f o v e r c o m i n g t h i s d e f i c i e n c y :

E m b e d w i t h i n t h e c o n c r e t e r e i n f o r c e m e n t t h a t i s s t r o n g i n t e n s i o n -

r e i n f o r c e d c o n c r e t e ;

A v o i d t h e t e n s i o n a l t o g e t h e r b y ( a ) a r c h i n g t h e s t r u c t u r e o r ( b ) p r e s t r e s s i n g

t h e c o n c r e t e .

I n r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n , s t e e l r e i n f o r c i n g b a r s a r e p r o v i d e d i n t h e

r e g i o n s w h e r e t e n s i o n o c c u r s , c o m p e n s a t i n g f o r t h e l o w t e n s i l e s t r e n g t h o f t h e

c o n c r e t e ( F i g u r e 2 ) .

R e i n f o r c e d c o n c r e t e m e m b e r s a r e d e s i g n e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t c r a c k s w i l l

o c c u r u n d e r t h e d e s i g n s e r v i c e l o a d s . I n b e a m s a n d s i m i l a r m e m b e r s c r a c k s

f o r m o n l y o n t h e t e n s i o n s i d e o f t h e m e m b e r , b u t t h e y p a s s t h r o u g h t h e e n t i r e

w a l l t h i c k n e s s i n c y l i n d r i c a l t a n k s a n d s i l o s .

C r a c k i n g c o n s i d e r a b l y r e d u c e s b e a m s t i f f n e s s a n d i n c r e a s e s d e f l e c t i o n . C r a c k

w i d t h i s a c r i t i c a l d e s i g n c r i t e r i o n w i t h r e g a r d t o t h e a p p e a r a n c e , d u r a b i l i t y a n d

w a t e r - t i g h t n e s s o f t h e s t r u c t u r e . S i n c e c r a c k w i d t h s i n c r e a s e a s t h e r e i n f o r c e m e n t

s t r e s s i n c r e a s e s , t h e s t r e n g t h o f r e i n f o r c e m e n t i s l i m i t e d t y p i c a l l y t o 5 0 0 N / m m 2 .

I n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n , s t e e l t e n d o n s a r e s t r e t c h e d a n d

a n c h o r e d a t e a c h e n d s o t h a t c o m p r e s s i v e f o r c e s a r e a p p l i e d t o t h e c o n c r e t e

( F i g u r e 3 ) . T h e f o r c e s a r e t r a n s m i t t e d f r o m t h e t e n d o n s t o t h e c o n c r e t e e i t h e r

b y t h e b o n d c r e a t e d b e t w e e n t h e c o n c r e t e a n d t h e t e n d o n s o r b y e m b e d d e d

a n c h o r a g e s , d e p e n d i n g o n t h e m e t h o d o f p r e s t r e s s i n g .

B e n e f i t s o f p r e s t r e s s i n g

T e n s i o n a n d c r a c k i n g u n d e r s e r v i c e l o a d s m a y b e a v o i d e d o r r e d u c e d t o a

l o w l e v e l , d e p e n d i n g o n t h e m a g n i t u d e o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e .

D o w n w a r d d e f l e c t i o n s o f b e a m s a n d s l a b s u n d e r s e r v i c e l o a d s m a y b e

a v o i d e d o r g r e a t l y r e d u c e d .

F a t i g u e r e s i s t a n c e ( i . e . t h e a b i l i t y t o r e s i s t t h e e f f e c t o f r e p e a t e d l i v e

l o a d i n g d u e t o , f o r i n s t a n c e , r o a d a n d r a i l t r a f f i c ) i s c o n s i d e r a b l y e n h a n c e d .

S e g m e n t a l f o r m s o f c o n s t r u c t i o n , a s i n t h e r o w o f b o o k s , b e c o m e a

p r a c t i c a l r e a l i t y .

V e r y h i g h s t r e n g t h s t e e l m a y b e u s e d t o f o r m t h e t e n d o n s ( F i g u r e 4 ) .

B e a m a n d s l a b s e c t i o n s m a y b e s m a l l e r t h a n i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e , d u e

m a i n l y t o t h e c a p a c i t y t o r e d u c e d e f l e c t i o n .

H r l f l P

L i L I I I L

F i g u r e 1 . R o w o f b o o k s l i f t e d a s a s i n g l e u n i t

C o n c r e t e

F l e x u r e

c r a c k s

i .

.

' R e i n f o r c i n g b a r s

F i g u r e 2 . R e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m w i t h c r a c k s

i n t e n s i o n z o n e

A n c h o r a g e

" J r

L

A n c h o r a g e

J r

J , J ,

J ,

J , J , J ,

J

.

I

M i l d s t e e l

S t e e l t n d o n s

I i /

F i g u r e 3 . P r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a m w i t h s t e e l

t e n d o n s

C o s t ,

P r e s t r e s i n g

s t r a n d s

. I

I

I

I

5 0 0

1 0 0 0 1 5 0 0

2 0 0 0

S t e e l s t r e n g t h , N / m m 2

F i g u r e 4 . R e l a t i v e u n i t c o s t ( p e r u n i t f o r c e ) o f

r e i n f o r c i n g a n d p r e s t r e s s i n g s t e e l s

H i g h y i e l d s t e e l

P r e s t r e s s i n g b a r


5/30

M e c h a n i c s o f f o r c e s y s t e m

I n o r d e r t o u n d e r s t a n d h o w t h e m a g n i t u d e a n d p o s i t i o n o f t h e p r e s t r e s s i n g

f o r c e a f f e c t s t h e s t r e n g t h a n d s t a b i l i t y o f a b e a m , t h e m e c h a n i c s o f t h e s y s t e m

m u s t b e i n v e s t i g a t e d .

C o n s i d e r t h e r o w o f b o o k s . W h e n a c o m p r e s s i v e f o r c e P i s a p p l i e d a t e a c h e n d

o f t h e r o w , a f r i c t i o n d e v e l o p s b e t w e e n e a c h b o o k t h a t e n a b l e s t h e c o m p l e t e

r o w t o a c t a s a s i n g l e u n i t I f t h e u n i t , o f l e n g t h L , i s s u p p o r t e d a t t h e e n d s a n d

a v e r t i c a l l o a d W i s a p p l i e d a t t h e m i d - s p a n , r e a c t i o n s o f 0 . 5 W a r e p r o d u c e d a t

e a c h e n d .

R e s u l t i n g l i n e s o f t h r u s t d e p e n d e n t o n b o t h P a n d W , e x t e n d f r o m e a c h

s u p p o r t a n d i n t e r s e c t o n t h e l i n e o f a c t i o n o f W . T a k i n g m o m e n t s a b o u t t h e

p o i n t o f i n t e r s e c t i o n , a t h e i g h t ' a ' a b o v e t h e l e v e l o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e ,

g i v e s P a = 0 . 5 W x 0 . 5 L a n d h e n c e W = 4 P a / L ( F i g u r e 5 ) .

I f t h e v e r t i c a l l o a d i s u n i f o r m l y d i s t r i b u t e d , t h e l i n e o f t h r u s t f o r m s a p a r a b o l i c

c u r v e w i t h t h e a p e x a t m i d - s p a n . I n t h i s c a s e , P a = 0 . 5 W x ( 0 . 5 L - 0 . 2 5 L ) a n d

h e n c e W = 8 P a / L ( F i g u r e 6 ) .

F o r a g i v e n p r e s t r e s s i n g f o r c e , i n c r e a s i n g t h e l o a d , W , c a u s e s a c o r r e s p o n d i n g

i n c r e a s e i n a , t h e h e i g h t o f t h e f o r c e d i a g r a m . I f t h e a p e x o f t h e f o r c e d i a g r a m

f a l l s o u t s i d e t h e u n i t t h e s y s t e m o f f o r c e s b e c o m e s u n s t a b l e . C l e a r l y , i t i s

a d v a n t a g e o u s t o l o c a t e t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e t o w a r d s t h e b o t t o m o f t h e u n i t

T h e l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e u n i t a n d t h e l o c a t i o n o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e

a r e l i m i t e d b y t h e c o m p r e s s i v e s t r e s s e s i n t h e c o n c r e t e a n d a l s o

b y t e n s i o n a n d c r a c k i n g c o n s i d e r a t i o n s . I f t e n s i o n i s t o b e a v o i d e d e n t i r e l y i n a

r e c t a n g u l a r s e c t i o n , t h e f o r c e d i a g r a m s h o u l d b e k e p t w i t h i n t h e m i d d l e - t h i r d

o f t h e s e c t i o n d e p t h . T h i s r e g i o n , w h i c h v a r i e s w i t h t h e s h a p e o f t h e

c r o s s - s e c t i o n , i s c a l l e d t h e k e m o f t h e s e c t i o n .

I f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e i s l o c a t e d c l o s e t o t h e b o t t o m o f t h e u n i t t e n s i o n

d e v e l o p s a t t h e t o p o f t h e u n i t t h r o u g h o u t i t s l e n g t h . A l t h o u g h t h e e f f e c t o f t h e

a p p l i e d l o a d i s t o n e g a t e t h e t e n s i o n w i t h i n t h e m i d d l e p o r t i o n o f t h e u n i t

t e n s i o n z o n e s w i l l r e m a i n a t e a c h e n d ( F i g u r e 7 ) . S i m i l a r l y , i f t h e m a g n i t u d e o f

t h e a p p l i e d l o a d c a u s e s t h e a p e x o f t h e f o r c e d i a g r a m t o r i s e c l o s e t o t h e t o p

o f t h e u n i t t e n s i o n d e v e l o p s a t t h e b o t t o m o f t h e u n i t w i t h i n t h e m i d d l e p o r t i o n

( F i g u r e 8 ) .

F u r t h e r a d v a n t a g e m a y b e g a i n e d i f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e c a n b e e i t h e r

d e f l e c t e d ( F i g u r e 9 ) o r d r a p e d ( F i g u r e 1 0 ) , i n o r d e r t o m i r r o r t h e l i n e o f t h r u s t

I n t h i s w a y , t h e l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e u n i t m a y b e e n h a n c e d w i t h o u t

d e v e l o p i n g t e n s i o n i n t h e c o n c r e t e a t t h e e n d s o f t h e u n i t

I t c a n b e s e e n t h a t t h e a d d i t i o n a l l o a d - c a r r y i n g c a p a c i t y o f t h e u n i t i s p r o v i d e d

b y t h e v e r t i c a l r e a c t i o n o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e o n t h e c o n c r e t e . I f a l l o f t h e

l o a d w e r e t o b e r e m o v e d , t h e n t e n s i o n z o n e s w o u l d d e v e l o p i n t h e t o p o f

t h e u n i t a t m i d - s p a n . I n r e a l i t y , a s u b s t a n t i a l p a r t o f t h e l o a d i s d u e t o t h e

s e l f - w e i g h t o f t h e u n i t w h i c h i s p e r m a n e n t

I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h e h o r i z o n t a l c o m p o n e n t o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e h a s

b e e n t a k e n a s P , r a t h e r t h a n P c o s e , s i n c e 6 i s n o r m a l l y s m a l l .

: E E H

f i g u r e 6 . P r e s t r e s s e d u n i t w i t h u n i f o r m L y

d i s t r i b u t e d l o a d

' I ,

U n e o f

' t h r u s t

1 0 . 5 W

/

I

K e r n

F i g u r e & B e a m w i t h c e n t r a l p o i n t l o a d a n d

d e f l e c t e d t e n d o n s

f i g u r e i O . B e a m w i t h u n i f o r m L y d i s t r i b u t e d l o a d

a n d d r a p e d t e n d o n s

A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e

0 . 5 W

F i g u r e a P r e s t r e s s e d u n i t w i t h c e n t r a l p o i n t l o a d

W / L p e r

u n i t

I r g h t

t

0 . 5 W

1

I

F "

F i g u r e Z C r a c k i n g a t t o p o f u n i t d u e t o

p r e s t r e s s i n g f o r c e b e i n g l o c a t e d b e l o w t h e k e m

0 . S L

J J , W

F i g u r e & C r a c k i n g a t b o t t o m o f u n i t d u e t o a p e x

o f f o r c e d i a g r a m r i s i n g a b o v e t h e k e m

0 . 5 W 1 L I ' 0 . 5 W

W / L p e r u n i t l e n g h t

* F t . j w i e r u n n s # 4

0 . 5 W 1


6/30

M e t h o d s o f p r e s t r e s s i n g

S t a g e 1 - T e n d o n s a r e t e n s i o n e d a n d a n c h o r e d

S t a g e 2 - C o n c r e t e i s

p l a c e d

4

S t a g e 3 - T e n d o n s

a r e r e l e a s e d a n d f o r c e i s

t r a n s f e r r e d t o c o n c r e t e

4

F i g u r e 1 1 . P r e s t r e s s i n g u s i n g p r e - t e n s i o n e d

t e n d o n s

Z e r o s t r e s s i n

t e n d o n a f t e r

t r a n s f e r

T i a n s i n a x o n l e n g t h

4 O t o 6 0 t h a m e e r s f o r s t a n d

M a x i m u m s t r e s s

i

4 i n t e n d o n s

4

4

E l a s t i c

s h o r t e n i n g o f m e m b e r

a t t r a n s f e r o f p r e s t r e s s

F i g u r e 1 2

T r a n s m i s s i o n z o n e a t e n d o f m e m b e r

P r e s t r e s s i n g t e n d o n s m a y b e t e n s i o n e d b e f o r e t h e c o n c r e t e i s p l a c e d

( p r e - t e n s i o n e d ) o r a f t e r t h e c o n c r e t e h a s h a r d e n e d ( p o s t - t e n s i o n e d ) . T h e

r e s u l t i n g p r e s t r e s s e d c o n c r e t e m e m b e r s a r e a l s o f r e q u e n t l y d e s c r i b e d a s b e i n g

e i t h e r p r e - t e n s i o n e d o r p o s t - t e n s i o n e d .


H e r e t h e t e n d o n s a r e t e n s i o n e d a n d a n c h o r e d b e t w e e n f i x e d s u p p o r t s b e f o r e

t h e c o n c r e t e i s p l a c e d a r o u n d t h e t e n d o n s . T h e c o n c r e t e i s e i t h e r c a s t i n

m o u l d s o r f o r m e d b y a n e x t r u s i o n o r s l i p - f o r m p r o c e s s t o p r o v i d e t h e r e q u i r e d

c r o s s - s e c t i o n . W h e n t h e c o n c r e t e h a s a c h i e v e d s u f f i c i e n t s t r e n g t h , t h e t e n d o n s

a r e s l o w l y r e l e a s e d f r o m t h e s u p p o r t a t o n e e n d ( F i g u r e 1 1 ) .

T h e p r e s t r e s s i n g f o r c e i s t r a n s f e r r e d f r o m t h e t e n d o n s t o t h e c o n c r e t e b y t h e

b o n d e x i s t i n g b e t w e e n t h e h a r d e n e d c o n c r e t e a n d t h e t e n d o n s . T h e t r a n s f e r o f

f o r c e o c c u r s o v e r a s h o r t t r a n s m i s s i o n l e n g t h a t e a c h e n d o f t h e c o n c r e t e , a s

t h e t e n d o n s o u t s i d e t h e c o n c r e t e r e v e r t t o t h e i r o r i g i n a l u n t e n s i o n e d c o n d i t i o n

( F i g u r e 1 2 ) . T h e e l a s t i c s h o r t e n i n g o f t h e c o n c r e t e t h a t o c c u r s a t t h i s s t a g e

c a u s e s a c o r r e s p o n d i n g r e d u c t i o n o f t h e t e n d o n f o r c e .

P r e - t e n s i o n i n g m a y b e u s e d o n s i t e w h e r e l a r g e n u m b e r s o f s i m i l a r p r e c a s t

u n i t s a r e r e q u i r e d , b u t i s u s u a l l y c a r r i e d o u t i n a f a c t o r y w h e r e p e r m a n e n t

s t r e s s i n g b e d s h a v e b e e n i n s t a l l e d . S i n g l e u n i t s a n d u n i t s c a s t s i d e - b y - s i d e

m a y b e p r o d u c e d i n r i g i d s t e e l m o u l d s , a g a i n s t w h i c h t h e t e n d o n s a r e

t e n s i o n e d a n d a n c h o r e d u n t i l t h e f o r c e s c a n b e t r a n s f e r r e d t o t h e c o n c r e t e , b u t

t h e m o s t e f f e c t i v e u s e o f p r e - t e n s i o n i n g i s i n l o n g - l i n e p r o d u c t i o n .

L o n g - l i n e p r o d u c t i o n

I n t h i s c a s e , a n u m b e r o f s i m i l a r u n i t s a r e p r o d u c e d i n l i n e a t t h e s a m e t i m e .

T e n d o n s , g e n e r a l l y 7 - w i r e s t r a n d s , a r e t e n s i o n e d b e t w e e n a n c h o r p l a t e s p l a c e d

a t o p p o s i t e e n d s o f a l o n g s t r e s s i n g b e d . T h e a n c h o r p l a t e s b e a r a g a i n s t s t e e l

j o i s t s e m b e d d e d i n c o n c r e t e a b u t m e n t s . T h e b a s e t o t h e c a s t i n g s u r f a c e m a y

s o m e t i m e s a c t a s a s t r u t b e t w e e n t h e a b u t m e n t s b u t , i n m o s t c a s e s , t h e

a b u t m e n t s a r e s u f f i c i e n t l y m a s s i v e t o b e i n d e p e n d e n t l y s t a b l e . I n v e r y l o n g

s t r e s s i n g b e d s , i n t e r m e d i a t e a b u t m e n t s w i t h p r e f o r m e d p o c k e t s t o r e c e i v e

t e m p o r a r y s t e e l j o i s t s m a y b e p r o v i d e d , s o t h a t a s h o r t e r s t r e s s i n g b e d c a n b e

c r e a t e d s h o u l d t h e n e e d a r i s e .

P o s i t i o n i n g t h e t e n d o n s

A t o n e e n d t h e a n c h o r p l a t e b e a r s d i r e c t l y a g a i n s t t h e s u p p o r t i n g j o i s t s . A t t h e

o t h e r e n d , t h e j a c k i n g e n d , t e m p o r a r y s t e e l s t r u t s a r e i n t r o d u c e d b e t w e e n t h e

a n c h o r p l a t e a n d t h e j o i s t s . T h e a n c h o r p l a t e s a r e l a r g e t h i c k s t e e l p l a t e s w i t h

h o l e s t h r o u g h w h i c h t h e t e n d o n s c a n b e p a s s e d a n d a n c h o r e d . F o r i t e m s s u c h

a s b r i d g e b e a m s , w h e r e t h e c o n c r e t e

i s p l a c e d w i t h i n m o u l d s , s t o p - e n d

p l a t e s a r e p r o v i d e d a t t h e e n d s o f

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

e a c h u n i t . T h e s e p l a t e s c o n t a i n

T e m p o r a r y

s t r u t s

f l / L

S t r e s s i n g t h e t e n d o n s

s t a n d a r d p a t t e r n s o f h o l e s t o

a c c o m m o d a t e t h e p a r t i c u l a r l a y o u t

o f t e n d o n s r e q u i r e d f o r e a c h u n i t A

t y p i c a l a r r a n g e m e n t f o r l o n g - l i n e

p r o d u c t i o n i s s h o w n i n F i g u r e 1 3 .

T e n d o n s a r e d r a w n d o w n t h e f u l l l e n g t h o f t h e s t r e s s i n g b e d , t h r e a d e d t h r o u g h

t h e h o l e s i n t h e s t o p - e n d s a n d a n c h o r p l a t e s a n d a n c h o r e d - o f f a t t h e

f i x e d a b u t m e n t A t t h e o t h e r e n d , w h e n a l l t h e t e n d o n s h a v e b e e n p o s i t i o n e d ,

e a c h o n e i s t e n s i o n e d . A s t r e s s i n g j a c k i s a t t a c h e d t o t h e t e n d o n , t h e

s l a c k t a k e n u p a n d t h e l o a d a p p l i e d . T h e e x t e n s i o n o f t h e t e n d o n i s

c h e c k e d a g a i n s t a c a l c u l a t e d v a l u e , t h e t e n d o n i s a n c h o r e d - o f f a n d t h e j a c k


S t e e l

j o i s t s

A n c h o r p l a t e

S t e e l

I I I

a n c h o r a g e

S t o p - e n d s

l

I

I

I

I

I

i i

I I

F

F i x e d

:

a b u t m e n t

: - -

F i g u r e

1 3 .

T y p i c a l a r r a n g e m e n t f o r l o n g - l i n e

p r o d u c t i o n

J a c k i n g

e n d


7/30

i s r e l e a s e d . T h e o p e r a t i o n i s t h e n r e p e a t e d o n t h e r e m a i n i n g t e n d o n s .

T h e s t r e s s i n g s e q u e n c e i s n o t i m p o r t a n t i n p r e - t e n s i o n i n g b u t , a s w i t h a l l

p r e s t r e s s i n g , t h e s t r e s s i n g o p e r a t i o n n e e d s t o b e c a r e f u l l y c o n t r o l l e d

F i x i n g a d d i t i o n a l r e i n f o r c e m e n t

I f r e i n f o r c e m e n t i s r e q u i r e d w i t h i n t h e t r a n s m i s s i o n z o n e s a n d f o r s h e a r

p u r p o s e s , t h e a m o u n t n e c e s s a r y f o r e a c h u n i t w i l l h a v e b e e n g r o u p e d n e a r t h e

s t o p - e n d s w h e n t h e t e n d o n s w e r e b e i n g d r a w n d o w n t h e s t r e s s i n g b e d . O n c e

t h e t e n d o n s h a v e b e e n s t r e s s e d , t h e r e i n f o r c e m e n t c a n b e s p a c e d o u t a n d

f i x e d i n i t s f i n a l p o s i t i o n . T h e m o u l d s c a n t h e n b e a s s e m b l e d i n p r e p a r a t i o n f o r

c o n c r e t i n g . C a r e n e e d s t o b e t a k e n t o e n s u r e t h a t t h e t e n d o n s a r e k e p t f r e e o f

a n y m a t e r i a l , s u c h a s m o u l d o i l , t h a t w o u l d i m p a i r t h e b o n d w i t h t h e c o n c r e t e .

C o m p a c t i n g a n d c u r i n g t h e c o n c r e t e

V i b r a t o r s a r e u s e d t o a c h i e v e f u l l c o m p a c t i o n o f t h e c o n c r e t e . I n t e r n a l v i b r a t o r s ,

i f b a d l y h a n d l e d , c a n r e s u l t i n s m a l l p o c k e t s o f w a t e r a d j a c e n t t o t h e t e n d o n s

t h a t w i l l r e d u c e t h e e f f e c t i v e b o n d . E x t e r n a l v i b r a t o r s a r e g e n e r a l l y m o r e

e f f e c t i v e p r o v i d e d t h e r e a r e e n o u g h o f t h e m a n d t h e m o u l d s a r e s u f f i c i e n t l y

r i g i d . A s w i t h a l l c o n c r e t e , p r o p e r c u r i n g i s e s s e n t i a l . I n o r d e r t o o b t a i n a h i g h

c o n c r e t e s t r e n g t h a t a n e a r l y a g e , t h e h a r d e n i n g p r o c e s s i s o f t e n a c c e l e r a t e d

b y r a i s i n g t h e t e m p e r a t u r e o f t h e c o n c r e t e ; t h i s e n a b l e s a m o r e r a p i d

t u r n - r o u n d i n p r o d u c t i o n .

R e l e a s i n g t h e t e n d o n s

W h e n t h e c o n c r e t e h a s a t t a i n e d s u f f i c i e n t s t r e n g t h , t y p i c a l l y a f t e r 8 t o 1 6 h o u r s ,

t h e t e m p o r a r y s t r u t s a t t h e j a c k i n g e n d o f t h e b e d a r e r e p l a c e d b y l a r g e j a c k s

t h a t c a n b e s l o w l y r e l e a s e d . A s t h e t e n d o n s a t t e m p t t o r e t u r n t o t h e i r o r i g i n a l

l e n g t h , t h e c o n c r e t e i n e a c h u n i t i s p u t i n t o c o m p r e s s i o n , p r o v i d e d t h e u n i t s a r e

f r e e t o s l i d e b a c k a l o n g t h e b e d . T h e t e n d o n s c a n n o w b e c u t , u s i n g a n

a b r a s i v e d i s c c u t t e r , i n t h e g a p s b e t w e e n t h e u n i t s . T h e e n d p l a t e s a r e r e m o v e d

a n d t h e p r o j e c t i n g l e n g t h s o f t e n d o n c u t b a c k t o t h e e n d f a c e s o f t h e u n i t s .

I n s o m e p r e s t r e s s i n g a r r a n g e m e n t s , l a r g e j a c k s b e t w e e n t h e a n c h o r p l a t e a n d

t h e j o i s t s f o r m a n i n t e g r a l p a r t o f t h e s y s t e m a n d a r e u s e d t o b o t h t e n s i o n a n d

r e l e a s e a l l t h e t e n d o n s s i m u l t a n e o u s l y .

E x t r u s i o n a n d s l i p - f o r m i n g p r o c e s s e s

F o r m a n y p r o p r i e t a r y i t e m s , w h e r e a d d i t i o n a l r e i n f o r c e m e n t i s n o t r e q u i r e d ,

m o u l d s a r e n o t n e e d e d a n d t h e c o n c r e t e c a n b e s i m u l t a n e o u s l y p l a c e d a n d

c o m p a c t e d . S m a l l b e a m s , s o l i d s l a b s a n d l i n t e l s c a n b e s l i p - f o r m e d , w h i l e

h o l l o w c o r e s l a b s ( s e e l a t e r ) c a n b e e i t h e r s l i p - f o r m e d ( F i g u r e 1 4 ) o r e x t r u d e d .

A f t e r r e l e a s i n g t h e t e n d o n s t h e c o n c r e t e s t r i p i s c u t i n t o l e n g t h s , u s i n g a c i r c u l a r

s a w , t o f o r m s e p a r a t e u n i t s . A t t h i s s t a g e a s m a l l p u l l - i n o f t h e t e n d o n s o c c u r s a t

t h e e n d s o f e a c h u n i t

A l t e r i n g t h e p r e s t r e s s a l o n g t h e l e n g t h o f t h e u n i t

I n t h e a r r a n g e m e n t s c o n s i d e r e d s o f a r , t h e t e n d o n s h a v e a l l b e e n s t r a i g h t a n d

b o n d e d t o t h e c o n c r e t e f o r t h e i r e n t i r e l e n g t h . A l t h o u g h m o s t p r e - t e n s i o n e d

u n i t s a r e m a d e i n t h i s w a y , t h e a r r a n g e m e n t d o e s n o t p r o v i d e t h e m o s t e f f i c i e n t

u s e o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e i n m e m b e r s o f c o n s t a n t c r o s s - s e c t i o n . T h e l o c a t i o n

o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e i s l i m i t e d b y t h e c o n d i t i o n s t h a t c a n b e p e r m i t t e d a t t h e

e n d s o f t h e m e m b e r , a s s h o w n e a r l i e r i n F i g u r e 7 . I n l a r g e u n i t s , w h e r e

s e l f - w e i g h t i s s i g n i f i c a n t , a s m a l l e r f o r c e c a n b e u s e d i f t h e e c c e n t r i c i t y o f t h e

f o r c e c a n b e i n c r e a s e d w i t h i n t h e c e n t r a l p o r t i o n o f t h e s p a n w i t h o u t e x c e e d i n g

t h e c r i t i c a l v a l u e a t t h e e n d s . T y p i c a l l y , t h e t e n d o n s a r e a r r a n g e d i n s e v e r a l

l a y e r s w i t h m u l t i p l e t e n d o n s i n e a c h l a y e r , a n d t h e e c c e n t r i c i t y a n d m a g n i t u d e

o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e a r e p r o g r e s s i v e l y r e d u c e d t o w a r d s t h e e n d s o f t h e u n i t

b y d e f l e c t i n g a n d / o r d e b o n d i n g s o m e o f t h e t e n d o n s .


F i g u r e 1 4 .

L o n g - i l n e p r o d u c t i o n o f p r e s t r e s s e d

h o l l o w c o r e f l o o r i n g . A f t e r 8 - 1 6 h o u r s t h e t e n d o n s

w i l l b e r e l e a s e d a n d t h e c o n c r e t e c u t i n t o l e n g t h s

o f 3 m t o 2 0 m .


8/30


U f i f l S f f

u c j

D e f l e c t i n g t y p i c a l l y i n v o l v e s h o l d i n g d o w n t h e t e n d o n s a t t w o s y m m e t r i c a l l y

p l a o e d p o s i t i o n s w i t h i n e a o h u n i t a n d h o l d i n g u p t h e t e n d o n s w i t h i n t h e g a p s

b e t w e e n u n i t s a n d a t t h e e n d s o f t h e l i n e , a s s h o w n i n F i g u r e 1 5 .

T h e t e n d o n s a r e u s u a l l y t e n s i o n e d b e f o r e b e i n g d e f l e c t e d . T h e y m a y b e h e l d i n

t h e u p p e r p a r t o f t h e s e c t i o n d u r i n g t e n s i o n i n g , a n d t h e n p u s h e d d o w n f r o m

a b o v e a t t h e h o l d - d o w n p o i n t s . A l t e r n a t i v e l y , t h e y m a y b e h e l d i n t h e b o t t o m

p a r t o f t h e . s e c t i o n d u r i n g t e n s i o n i n g a n d t h e n h o i s t e d u p f r o m . a b o v e a t t h e

h o l d - u p p o i n t s . I n t h i s c a s e , a t t h e h o l d - d o w n p o i n t s , a s t e e l t u b e w i t h

p r o j e c t i n g l u g s t o d e f l e c t t h e t e n d o n s i s b o l t e d t o t h e b a s e o f t h e b e d . A f t e r t h e

c o n c r e t e h a s g a i n e d s u f f i c i e n t s t r e n g t h , t h e b o l t s a r e r e m o v e d b e f o r e r e l e a s i n g

t h e t e n d o n s . A t y p i c a l s e t - u p f o r a b r i d g e b e a m , b e f o r e t h e s i d e - m o u l d s a r e p u t

i n p l a c e , i s s h o w n i n F i g u r e 1 6 .

D e b o n d i n g i s a m o r e s t r a i g h t f o r w a r d p r o c e d u r e , i n w h i c h s p e c i f i e d l e n g t h s o f

p l a s t i c t u b i n g a r e p l a c e d a r o u n d s e v e r a l t e n d o n s i n d i f f e r e n t l a y e r s , s o t h a t n o

b o n d c a n d e v e l o p b e t w e e n t h e t e n d o n s a n d t h e c o n c r e t e . I n t h i s w a y , t h e

t r a n s m i s s i o n l e n g t h s f o r t h e e n c a s e d t e n d o n s b e g i n a t t h e e n d o f t h e t u b i n g

a n d , b y v a r y i n g t h e l e n g t h s o f t u b i n g , b o t h t h e m a g n i t u d e a n d t h e e c c e n t r i c i t y

o f t h e p r e s t r e s s i n g f o r c e m a y b e a d j u s t e d i n s t e p s , a s s h o w n i n F i g u r e 1 7 .


H e r e t h e t e n d o n s , . w h i c h m a y b e l o c a t e d i n s i d e - o r o u t s i d e t h e c o n c r e t e , a r e

t e n s i o n e d a f t e r t h e c o n c r e t e h a s h a r d e n e d . I n t e r n a l t e n d o n s , w h i c h a r e

c o n t a i n e d w i t h i n d u c t s o r s h e a t h s t o p r e v e n t t h e m f r o m b o n d i n g t o t h e

c o n c r e t e , c a n b e a r r a n g e d t o f o l l o w t h e c u r v a t u r e o f t h e s t r u c t u r e a n d p r o v i d e

t h e m o s t a p p r o p r i a t e p r o f i l e t o s u i t t h e a p p l i e d l o a d i n g . E x t e r n a l t e n d o n s c a n

b e a r r a n g e d a s a s e r i e s o f s t r a i g h t l e n g t h s w i t h c h a n g e s o f d i r e c t i o n a t s p e c i f i c

p o s i t i o n s . I n c y l i n d r i c a l s t r u c t u r e s , e x t e r n a l t e n d o n s m a y b e p l a c e d d i r e c t l y

a g a i n s t t h e s u r f a c e o f t h e c o n c r e t e .

I n a l l c a s e s , a f t e r t h e c o n c r e t e h a s a t t a i n e d s u f f i c i e n t s t r e n g t h , t h e t e n d o n s a r e

t e n s i o n e d . u s i n g j a c k s t h a t b e a r u p o n t h e e x p o s e d f a c e - o f c a s t - i n a n c h o r a g e s

a t t h e e n d s o f t h e t e n d o n . W h e n t h e r e q u i r e d f o r c e h a s b e e n a t t a i n e d , t h e

t e n d o n s a r e m a d e s e c u r e a t t h e a n c h o r a g e s ( F i g u r e 1 8 ) .

P o s t - t e n s i o n i n g m a y b e u s e d i n t h e f a c t o r y p r o d u c t i o n o f s i n g l e

s p e c i a l - p u r p o s e p r e c a s t u n i t s , b u t i s u s u a l l y a s s o c i a t e d w i t h c o n s t r u c t i o n o n

s i t e w h e r e t h e c o n c r e t e i s f o r m e d e n t i r e l y i n s i t u o r b y a s s e m b l i n g a s e r i e s o f

p r e c a s t s e g m e n t s . S t r u c t u r e s m a y b e f u l l y f o r m e d o r a s s e m b l e d b e f o r e a n y

p r e s t r e s s i n g i s c a r r i e d o u t , b u t t h e r e i s g r e a t b e n e f i t i n b e i n g a b l e t o a s s e m b l e

a n d p r e s t r e s s t h e s t r u c t u r e i n s t a g e s , a s w i l l b e s h o w n l a t e r .

P r o t e c t i o n o f t e n d o n s

A n i m p o r t a n t c o n s i d e r a t i o n i s t h e l o n g - t e r m p r o t e c t i o n o f t h e t e n d o n s a g a i n s t

c o r r o s i o n . T w o d i f f e r e n t m e t h o d s a r e u s e d p r o d u c i n g e i t h e r b o n d e d o r

u n - b o n d e d f o r m s o f c o n s t r u c t i o n . T h e p a r t i c u l a r f o r m h a s n o s i g n i f i c a n t e f f e c t

u p o n t h e b e h a v i o u r o f t h e m e m b e r u n d e r n o r m a l l o a d i n g c o n d i t i o n s , b u t d o e s

a f f e c t t h e n a t u r e o f t h e c r a c k i n g t h a t w o u l d o c c u r i n t h e e v e n t o f o v e r - l o a d i n g ,

a n d t h e u l t i m a t e s t r e n g t h . U n - b o n d e d f o r m s o f p r e s t r e s s e d c o n s t r u c t i o n a r e

p r o v i d e d w i t h s o m e o r d i n a r y r e i n f o r c e m e n t t o e n s u r e t h a t t h e p a s t - c r a c k i n g

b e h a v i o u r a n d t h e u l t i m a t e s t r e n g t h a r e s a t i s f a c t o r y .

D u c t s t o c o n t a i n g r o u p s o f t e n d o n s c a n b e f o r m e d w i t h i n t h e c o n c r e t e , e i t h e r b y

u s i n g r e m o v a b l e v o i d f o r m e r s o r b y c a s t i n g i n s t e e l o r p l a s t i c s l e e v e s . T e n d o n s m a y

b e c o n t a i n e d w i t h i n t h e s l e e v e s b e f o r e t h e c o n c r e t e i s p l a c e d o r m a y b e t h r e a d e d

t h r o u g h t h e d u c t s a f t e r t h e c o n c r e t e h a s h a r d e n e d . A f t e r t e n s i o n i n g , t h e d u c t s a r e

i n j e c t e d w i t h a c e m e n t g r o u t t o p r o v i d e a b o n d e d c o n s t r u c t i o n ( F i g u r e 1 9 ) .

A l t e r n a t i v e l y , t e n d o n s m a y b e i n d i v i d u a l l y e n c a s e d i n p l a s t i c t u b i n g , h a v i n g

b e e n f i r s t c o a t e d w i t h p r o t e c t i v e g r e a s e ( F i g u r e 2 0 ) . T h e s e t e n d o n s a r e t h e n

f i x e d i n p o s i t i o n b e f o r e t h e c o n c r e t e i s p l a c e d a n d , a f t e r t e n s i o n i n g , r e m a i n

F i g u r e 1 5 .

T y p i c a l a r r a n g e m e n t f i x d e f l e c t i n g

p m - t e n s i o n e d t e n d o n s

F i g u r e 1 6 . P r o d u c t i o n o f S Y b r i d g e b e a m s

i n c o r p o r a t i n g d e f l e c t e d t e n d o n s

P l a s t i c t u b i n g T e n d o n l a y e r s

: I f f - 1 .

I

1 2 3 4

N u m b e r o f t e n d o n l a y e r s e f f e c t i v e

( i t t u b i n g i s p l a c e d a , o u n d a l l t e n d o n s i n e a c h l a y e r )

F i g u r e 1 Z T y p i c a l a r r a n g e m e n t f o r d e b o n d i n g

p m - t e n s i o n e d t e n d o n s

s t a g e 1 - C o n c r e t e c a s t w i t h t e n d o n s i n d u c t

I

I .

t a g e 2 - T e n d o n s t e n s i o n e d a f t e r c o n c r e t e h a s h s r d e n e

I

t a g e 3 - T e n d o n s s e c u r e d a t e n c h o r a g e a

I I .

F i g u r e 1 8 . P r e s t r e s s i n g u s i n g p o s t - t e n s i o n e d

i n t e r n a l t e n d o n s


9/30

u n - b o n d e d t o t h e c o n c r e t e . T h e s y s t e m , w h i c h r e s u l t s i n

v e r y l o w t e n d o n f r i c t i o n d u r i n g s t r e s s i n g , i s p a r t i c u l a r l y

u s e f u l i n t h i n s e c t i o n s s u c h a s f l o o r s l a b s a n d t h e w a l l s

o f c y l i n d r i c a l s t r u c t u r e s .

A l l d u c t - f a r m e r s , s l e e v e s a n d i n t e r n a l s h e a t h e d t e n d o n s

m u s t b e f i x e d s e c u r e l y s o t h a t t h e y a r e n o t d i s p l a c e d

d u r i n g c o n c r e t i n g . I t i s i m p o r t a n t t h a t t h e c o n c r e t e i s

p r o p e r l y c u r e d b u t , u n l i k e p r e - t e n s i o n i n g , a c c e l e r a t e d c u r i n g i s u n n e c e s s a r y a s

t h e a g e o f t h e c o n c r e t e a t t r a n s f e r o f p r e s t r e s s i s t y p i c a l l y b e t w e e n 3 d a y s a n d

2 8 d a y s , a c c o r d i n g t o t h e l e v e l o f p r e s t r e s s t o b e a p p l i e d .

T e n d o n s m a y b e t e n s i o n e d o n e a t a t i m e o r i n g r o u p s , d e p e n d i n g o n t h e s y s t e m

a n d t h e t y p e o f j a c k b e i n g u s e d . W h e n t h e r e a r e s e v e r a l t e n d o n s o r g r o u p s o f

t e n d o n s a t d i f f e r e n t p o s i t i o n s w i t h i n t h e c r o s s - s e c t i o n o f a m e m b e r , t h e

t e n s i o n i n g s e q u e n c e s p e c i f i e d b y t h e d e s i g n e r m u s t b e f o l l o w e d i n o r d e r t o

a v o i d o v e r - s t r e s s i n g t h e c o n c r e t e a t a n y s t a g e . T h e e l a s t i c s h o r t e n i n g o f t h e

c o n c r e t e t h a t o c c u r s d u r i n g t e n s i o n i n g h a s n o e f f e c t o n t h e f o r c e i n t h e t e n d o n s

b e i n g s t r e s s e d . H o w e v e r , w i t h e a c h s t r e s s i n g o p e r a t i o n , t h e r e i s a p r o g r e s s i v e

r e d u c t i o n o f f o r c e i n a n y t e n d o n s t h a t h a v e b e e n p r e v i o u s l y a n c h o r e d .

M e a s u r e m e n t s d u r i n g t e n s i o n i n g

I t i s i m p o r t a n t t o v e r i f y t h e e x t e n s i o n o f t h e t e n d o n b y r e c o r d i n g t h e m o v e m e n t

o f t h e j a c k , a s w e l l a s r e c o r d i n g t h e j a c k i n g l o a d . T h e e x t e n s i o n i s c h e c k e d

a g a i n s t a c a l c u l a t e d v a l u e , a l l o w a n c e h a v i n g b e e n m a d e f o r t h e e f f e c t s o f

f r i c t i o n b e t w e e n t h e t e n d o n a n d t h e s u r f a c e o f t h e d u c t d u r i n g t h e t e n s i o n i n g

p r o c e s s . A n i r r e g u l a r i t y i n t h e o b s e r v e d e x t e n s i o n d u r i n g t e n s i o n i n g m a y

i n d i c a t e t h a t a d u c t h a s d e v e l o p e d a b l o c k a g e , i n w h i c h c a s e r e m e d i a l a c t i o n

w i l l n e e d t o b e t a k e n . A n y s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e o b s e r v e d a n d

c a l c u l a t e d e x t e n s i o n s m a y m e a n t h a t t h e e f f e c t s o f f r i c t i o n a r e n o t a s a s s u m e d ,

a n d t h e j a c k i n g l o a d m a y n e e d t o b e a d j u s t e d .

P e r m a n e n t c o r r o s i o n

p r e v e n t i n g g r e a s e

E x t e r n a l t e n d o n s

I n m a j o r b r i d g e c o n s t r u c t i o n , e x t e r n a l t e n d o n s

c o n t a i n e d w i t h i n s h e a t h s c a n b e i n s t a l l e d i n t h e v o i d s o f

h o l l o w b o x s e c t i o n s . T h e t e n d o n p r o f i l e t a k e s t h e f o r m o f

a s e r i e s o f s t r a i g h t l e n g t h s w i t h d e v i a t i n g s a d d l e s

p r o v i d e d a t i n t e r m e d i a t e d i a p h r a g m s ( F i g u r e 2 1 ) .

U n - b o n d e d t e n d o n s a r e u s e d i n s t r u c t u r e s w h e r e t h e

d e s i g n r e q u i r e s t h e t e n d o n s t o b e e x a m i n e d a t i n t e r v a l s

a n d , i f n e c e s s a r y , r e m o v e d a n d r e p l a c e d .

I n c y l i n d r i c a l t a n k s a n d s i l o s , e x t e r n a l t e n d o n s m a y b e u s e d t o f o r m a s e r i e s o f

s e p a r a t e r i n g s o r a c o n t i n u o u s b a n d e n c i r c l i n g t h e o u t s i d e o f t h e s t r u c t u r e .

P r o t e c t i o n a g a i n s t c o r r o s i o n a n d a c c i d e n t a l d a m a g e i s p r o v i d e d b y a s p r a y

a p p l i c a t i o n o f a c e m e n t - b a s e d m o r t a r .

A n c h o r a g e z o n e s

T h e r e a r e s e v e r a l d i f f e r e n t p o s t - t e n s i o n i n g s y s t e m s , a s w i l l b e s h o w n l a t e r .

E a c h o n e i n v o l v e s t h e u s e o f a n c h o r a g e s t h a t r e m a i n p a r t o f t h e f i n i s h e d

s t r u c t u r e . A n c h o r a g e s a p p l y l a r g e c o n c e n t r a t e d c o m p r e s s i v e f o r c e s t o t h e

c o n c r e t e w i t h a n e f f e c t l i k e t h a t o f d r i v i n g a w e d g e i n t o a b l o c k o f w o o d . T h e

r e s u l t i n g b u r s t i n g f o r c e s i n t h e c o n c r e t e a r e r e s i s t e d b y c o n c e n t r a t i o n s o f

r e i n f o r c e m e n t i n t h e r e g i o n s c o n t a i n i n g t h e a n c h o r a g e s . I t i s v e r y i m p o r t a n t

t h a t t h e c o n c r e t e i n t h e s e r e g i o n s i s t h o r o u g h l y c o m p a c t e d d e s p i t e t h e

c o n g e s t i o n c a u s e d b y t h e a n c h o r a g e s , d u c t s a n d r e i n f o r c e m e n t I n o r d e r t o

m a k e c o n c r e t i n g e a s i e r , t h e e n d - b l o c k c o n t a i n i n g t h e a n c h o r a g e s i s

s o m e t i m e s p r o d u c e d a s a p r e c a s t i t e m i n a d v a n c e o f t h e . m a i n s t r u c t u r e .

A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e l

G r o u t t u b e

L

S t r e s s i n g a n c h o r a g e

V e n t .

_ r o u t t u b e

T e n s i o n i n g

D e a d - e n d a n h o r a g e

F i g u r e

1 9 .

T y p i c a l a r r a n g e m e n t f o r i n t e r n a l

p o s t - t e n s i o n e d t e n d o n s i n b o n d e d c o n s t r u c t i o n

P l a s t i c s h e a t h

F i g u r e 2 0 .

S h e a t h e d - s t r a n d u s e d i n u n - b o n d e d

c o n s t r u c t i o n

L t * $ E 4 I ?

I

I I


T e n d o n i n s h e a t h i n g


F i g u r e 2 1 . T y p i c a l a r r a n g e m e n t f o r e x t e r n a l

p o s t - t e n s i o n e d t e n d o n s i n b r i d g e c o n s t r u c t i o n


10/30


M a t e r i a l s

I t i s i m p o r t a n t t o c o n s i d e r t h e p h y s i c a l p r o p e r t i e s o f b o t h t h e c o n c r e t e a n d t h e

t e n d o n s i n o r d e r t o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t t h a t e a c h h a s o n t h e o t h e r ,

p a r t i c u l a r l y w i t h r e g a r d t o t h e l o s s e s o f p r e s t r e s s t h a t o c c u r a t v a r i o u s s t a g e s .

S o m e l o s s e s o c c u r i m m e d i a t e l y , d u e t o f r i c t i o n d u r i n g t h e t e n s i o n i n g o f t h e

t e n d o n s a n d e l a s t i c s h o r t e n i n g o f t h e m e m b e r d u r i n g t h e t r a n s f e r o f p r e s t r e s s

t o t h e c o n c r e t e . O t h e r l o s s e s o c c u r o v e r a n e x t e n d e d p e r i o d o f t i m e , d u e t o

s t e e l r e l a x a t i o n a n d c r e e p a n d s h r i n k a g e o f t h e c o n c r e t e . T h e s o u r c e s a n d

m a g n i t u d e o f t h e l o s s e s , w h i c h d i f f e r f o r p r e - t e n s i o n i n g a n d p o s t - t e n s i o n i n g ,

w i l l b e e x a m i n e d i n m o r e d e t a i l l a t e r .

C o n c r e t e

T h e s e l e c t i o n o f s u i t a b l e m a t e r i a l s a n d t h e s p e c i f i c a t i o n o f c o n c r e t e w i t h

r e g a r d t o d u r a b i l i t y a n d r e s i s t a n c e t o c h e m i c a l a t t a c k a r e a d e q u a t e l y d e a l t w i t h

e l s e w h e r e ( s e e A p p e n d i x f o r f u r t h e r r e a d i n g ) . G r a d e s o r s t r e n g t h c l a s s e s o f

c o n c r e t e a r e s e l e c t e d i n a c c o r d a n c e w i t h t h e r e c o m m e n d a t i o n s o f c o d e s o f

p r a c t i c e a n d s t a n d a r d s s u c h a s B S 5 3 2 8 a n d B S E N 2 0 6 1 / 8 5 0 0 . I t i s s u f f i c i e n t

h e r e t o m e n t i o n p a r t i c u l a r f a c t o r s t h a t a r e i m p o r t a n t i n r e l a t i o n t o p r e s t r e s s i n g ;

n a m e l y t h e s t r e n g t h o f t h e c o n c r e t e a n d t h e d e f o r m a t i o n s t h a t o c c u r b e f o r e ,

d u r i n g a n d a f t e r t h e t r a n s f e r o f p r e s t r e s s .

S t r e n g t h

C o n c r e t e n e e d s t o b e w o r k a b l e w h e n f r e s h , a n d s t r o n g w h e n i t h a s h a r d e n e d .

T h e s t i f f e n i n g a n d h a r d e n i n g i s d u e t o a c h e m i c a l r e a c t i o n b e t w e e n t h e c e m e n t

a n d w a t e r i n t h e m i x . T h e w o r k a b i l i t y ( c o n s i s t e n c e ) o f f r e s h c o n c r e t e i s

e n h a n c e d b y g o o d a g g r e g a t e g r a d i n g a n d b y u s i n g a d m i x t u r e s . T h e s t r e n g t h

o f h a r d e n e d c o n c r e t e , w h i c h i n c r e a s e s w i t h a g e , i s e n h a n c e d b y g o o d

c o m p a c t i o n a n d b y r e d u c i n g t h e w a t e r / c e m e n t r a t i o . T h e c o n d i t i o n a t t r a n s f e r ,

w h e n t h e p r e s t r e s s i s a p p l i e d , i s n o r m a l l y c r i t i c a l , a n d r e q u i r e s c o n c r e t e w i t h a

h i g h e a r l y s t r e n g t h , e . g . o n e u s i n g C E M I 4 2 , 5 o r h i g h e r s t r e n g t h c l a s s c e m e n t ,

w i t h t h o r o u g h v i b r a t i o n o f t h e f r e s h c o n c r e t e .

I n o r d e r t o c h e c k t h e c o n c r e t e s t r e n g t h a t t r a n s f e r , s a m p l e s a r e t a k e n f r o m t h e

f r e s h c o n c r e t e . T e s t s p e c i m e n s , u s u a l l y i n t h e f o r m o f c u b e s , b u t c y l i n d e r s m a y

a l s o b e u s e d , a r e m a d e i n s t e e l m o u l d s . T h e c u b e s , w h i c h a r e s u b j e c t e d t o t h e

s a m e c u r i n g c o n d i t i o n s a s t h e c o n c r e t e u n i t s , a r e p l a c e d i n a t e s t i n g m a c h i n e

a n d t h e c r u s h i n g s t r e n g t h i s r e c o r d e d . A l t e r n a t i v e l y , t h e i n - s i t u c o n c r e t e

s t r e n g t h c a n b e m e a s u r e d b y p u l l - o u t t e s t s o r b y u s i n g a c a l i b r a t e d r e b o u n d

( S c h m i d t ) h a m m e r .

W i t h p r o - t e n s i o n i n g , i t i s i m p o r t a n t t o b e a b l e t o a c h i e v e a h i g h c o n c r e t e

s t r e n g t h a t e a r l y a g e s o t h a t t h e p r e s t r e s s e d u n i t s c a n b e l i f t e d f r o m t h e b e d

a s s o o n a s p o s s i b l e , s i n c e a r a p i d t u r n - r o u n d i s v i t a l t o t h e s u c c e s s o f t h e

p r o d u c t i o n p r o c e s s . T h e s p e c i f i c a t i o n o f c e m e n t a n d c o m b i n a t i o n t y p e s s h o u l d

b e b a s e d o n d u r a b i l i t y c o n s i d e r a t i o n s a n d t h e p r o d u c e r w i l l s e l e c t f r o m t h e s e

t h e o n e t h a t i s m o s t c o s t - e f f e c t i v e f o r t h e i r p r o c e s s . I n p r a c t i c e a r a p i d -

h a r d e n i n g c e m e n t s u c h a s C E M I 5 2 , 5 i s u s e d .

C o n c r e t e a t n o r m a l t e m p e r a t u r e s c o u l d t a k e s e v e r a l d a y s t o d e v e l o p t h e

r e q u i r e d s t r e n g t h f o r t r a n s f e r , b u t t h e p r o c e s s c a n b e a c c e l e r a t e d s o t h a t t h e

s t r e n g t h i s r e a c h e d i n 8 t o 1 6 h o u r s . T h i s c a n b e a c h i e v e d e i t h e r b y i n t r o d u c i n g

s a t u r a t e d s t e a m i n t o a n e n c l o s u r e c o n t a i n i n g t h e u n i t s o r b y c i r c u l a t i n g h o t

w a t e r i n p i p e s e m b e d d e d i n t h e s t r e s s i n g b e d .

T h e r e q u i r e d c o n c r e t e s t r e n g t h s d e p e n d o n t h e t y p e o f u n i t a n d t h e l e v e l o f

p r e s t r e s s a p p l i e d .

F o r f l o o r i n g u n i t s , t h e c u b e s t r e n g t h s a r e t y p i c a l l y 2 8 - 4 0 N / m m 2 a t

t r a n s f e r a n d 5 0 - 6 0 N / m m 2 a t 2 8 d a y s .

F o r s t a n d a r d b r i d g e b e a m s , t h e v a l u e s a r e t y p i c a l l y 4 0 N / m m 2 a t t r a n s f e r

a n d 6 0 N / m m 2 a t 2 8 d a y s .


11/30

l M t h p o s t - t e n s i o n i n g , t h e a g e a t t r a n s f e r i s l e s s c r i t i c a l a n d a c c e l e r a t e d c u r i n g

i s n o r m a l l y n o t n e c e s s a r y .

F o r f l o o r s i n b u i l d i n g s , w h e r e t h e l e v e l o f p r e s t r e s s i s l o w a n d t r a n s f e r

t a k e s p l a c e a t 3 t o 7 d a y s , c u b e s t r e n g t h s a r e t y p i c a l l y 2 5 N / m m 2 a t

t r a n s f e r a n d 4 0 N / m m 2 a t 2 8 d a y s .

F o r o t h e r f o r m s o f c o n s t r u c t i o n , w h e r e t r a n s f e r u s u a l l y o c c u r s a t a l a t e r

s t a g e , t h e c u b e s t r e n g t h s a t 2 8 d a y s a r e t y p i c a l l y 4 0 N / m m 2 f o r c y l i n d r i c a l

s t r u c t u r e s a n d 5 0 N / m m 2 f o r b r i d g e s .

L o s s o f p r e s t r e s s

W h e n s t r e s s i s a p p l i e d t o c o n c r e t e , i t u n d e r g o e s d i m e n s i o n a l c h a n g e s : a n

i m m e d i a t e e l a s t i c d e f o r m a t i o n f o l l o w e d b y a t i m e - r e l a t e d c r e e p d e f o r m a t i o n

( F i g u r e 2 2 ) . T h e s e c h a n g e s a r e i n a d d i t i o n t o t h e s h r i n k a g e c a u s e d b y c h a n g e s

i n m o i s t u r e c o n t e n t . A n y s h o r t e n i n g o f t h e c o n c r e t e t h a t o c c u r s a f t e r t h e

t e n d o n s h a v e b e e n t e n s i o n e d a n d a n c h o r e d c a u s e s a l o s s o f p r e s t r e s s t h a t

m u s t b e a l l o w e d f o r i n t h e d e s i g n o f t h e m e m b e r .

C o n c r e t e s h r i n k s o v e r t i m e b y a n a m o u n t t h a t v a r i e s w i t h t h e i n i t i a l w a t e r

c o n t e n t o f t h e m i x , t h e t h i c k n e s s o f t h e s e c t i o n a n d t h e r e l a t i v e h u m i d i t y o f t h e

e n v i r o n m e n t . T h e s h r i n k a g e d e v e l o p s r a p i d l y a t f i r s t a n d c o n t i n u e s a t a

r e d u c i n g r a t e f o r m a n y y e a r s . T h e r e s u l t i n g l o s s o f p r e s t r e s s t h a t o c c u r s i n t h e

t e n d o n s d e p e n d s o n t h e a g e o f t h e c o n c r e t e a t t r a n s f e r , a n d i s g r e a t e r w i t h

p r e - t e n s i o n i n g t h a n w i t h p o s t - t e n s i o n i n g .

T h e l o s s o f p r e s t r e s s d u e t o t h e e l a s t i c d e f o r m a t i o n o f t h e c o n c r e t e t h a t o c c u r s

a t t r a n s f e r i s g r e a t e s t i n p r e - t e n s i o n i n g , s i n c e t h e t e n d o n s a r e a l r e a d y

a n c h o r e d b y b o n d , a n d a l l t h e s t r e s s i s a p p l i e d t o t h e c o n c r e t e a t t h e s a m e

t i m e . I n p o s t - t e n s i o n i n g , t h e r e i s n o l o s s i f a l l t h e t e n d o n s a r e s t r e s s e d a t t h e

s a m e t i m e , s i n c e t h e e l a s t i c d e f o r m a t i o n t a k e s p l a c e b e f o r e t h e t e n d o n s a r e

a n c h o r e d . W h e n t h e t e n d o n s a r e s t r e s s e d s e q u e n t i a l l y , a p r o g r e s s i v e l o s s

o c c u r s i n a n y t e n d o n s t h a t a r e a l r e a d y a n c h o r e d . T h e t o t a l l o s s i s t h e n

i n t e r m e d i a t e b e t w e e n n i l a n d h a l f t h e v a l u e t h a t o c c u r s i n p r e - t e n s i o n i n g .

C o n c r e t e u n d e r a p p l i e d s t r e s s a l s o u n d e r g o e s a n i n e l a s t i c c r e e p d e f o r m a t i o n .

L i k e s h r i n k a g e , c r e e p d e v e l o p s r a p i d l y a t f i r s t a n d c o n t i n u e s a t a d e c r e a s i n g

r a t e f o r m a n y y e a r s . T h e c r e e p v a l u e d e p e n d s u p o n t h e t h i c k n e s s o f t h e

s e c t i o n , t h e r e l a t i v e h u m i d i t y o f t h e e n v i r o n m e n t a n d t h e m a t u r i t y o f t h e

c o n c r e t e a t t r a n s f e r o f p r e s t r e s s . A s a r e s u l t , t h e l o s s o f p r e s t r e s s t h a t o c c u r s

i n t h e t e n d o n s i s g r e a t e r w i t h p r e - t e n s i o n i n g t h a n w i t h p o s t - t e n s i o n i n g .

T e n d o n s

P r e s t r e s s i n g t e n d o n s a r e u s u a l l y f o r m e d f r o m h i g h t e n s i l e s t e e l w i r e s o r a l l o y

s t e e l b a r s . T h e w i r e s c a n b e u s e d s i n g l y o r t w i s t e d t o g e t h e r t o f o r m s t r a n d

( u s u a l l y o f s e v e n w i r e s ) . S e v e r a l t e n d o n s m a y b e a r r a n g e d i n a g r o u p w i t h a

c o m m o n a n c h o r a g e t o f o r m a c a b l e ( F i g u r e 2 3 ) .

W i r e

C o l d - d r a w n w i r e i s p r o d u c e d i n c o i l f o r m f r o m h o t - r o l l e d r o d w h i c h i s h e a t

t r e a t e d t o m a k e i t s u i t a b l e f o r c o l d d r a w i n g . T h e w i r e s u r f a c e i s i n i t i a l l y s m o o t h

b u t m a y b e i n d e n t e d b y a s u b s e q u e n t m e c h a n i c a l p r o c e s s . I n t h e a s - d r a w n

c o n d i t i o n , t h e w i r e h a s a n a t u r a l c u r v a t u r e a p p r o x i m a t e l y e q u i v a l e n t t o t h e

c a p s t a n o f t h e d r a w i n g m a c h i n e . A f i n a l s t r e s s - r e l i e v i n g h e a t t r e a t m e n t t o

i m p r o v e s o m e o f t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e w i r e i s c a r r i e d o u t b e f o r e i t

i s w o u n d i n t o l a r g e d i a m e t e r c o i l s . T h e s t r e s s - r e l i e v i n g t r e a t m e n t

p r e - s t r a i g h t e n s t h e w i r e , s o t h a t i t w i l l p a y o u t s t r a i g h t f r o m t h e c o i l , a n d

e n h a n c e s i t s e l a s t i c a n d r e l a x a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s . W i r e t o b e u s e d f o r

p r e - t e n s i o n i n g i s s u p p l i e d i n a d e - g r e a s e d c o n d i t i o n a n d i s o f t e n i n d e n t e d t o

e n s u r e t h a t t h e m a x i m u m b o n d i s o b t a i n e d b e t w e e n s t e e l a n d c o n c r e t e . W i r e

i s u s e d i n f a c t o r y - p r o d u c e d i t e m s s u c h a s l i n t e l s a n d s m a l l f l o o r i n g u n i t s .

c r e e p d e f o r m a t i o n

E l a s t i c d e f o r m a t i o n

l i m e

F I g u r e 2 2 . T y p i c a l c u i v e o f e l a s t i c a n d c r e e p

d e f o r m a t i o n f o r c o n c r e t e

F i g u r e 2 3 . T y p e s o f t e n d o n ( f r o m t h e t o p ) : w i r e ,

s e v e n - w i r e s t r a n d , d r a w n s t r a n d , c a b l e o f s e v e n

s t r a n d s , D y w i d a g b a r a n d M a c a l l o y b a r


S t r a i n


12/30

S t m n d

S t r a n d i s m a d e f r o m c o l d - d r a w n w i r e s : a s e v e n - w i r e s t r a n d c o n s i s t i n g o f a

s t r a i g h t c o r e w i r e ( t h e k i n g w i r e ) a r o u n d w h i c h a r e s p u n s i x h e l i c a l w i r e s i n o n e

l a y e r . T h e d i a m e t e r s o f t h e o u t e r w i r e s h a v e t o b e s l i g h t l y l e s s t h a n t h a t o f t h e

k i n g w i r e t o a l l o w f o r t h e i r h e l i c a l f o r m . S t r a n d c a n b e s u p p l i e d w i t h t h e o u t e r

w i r e s h a v i n g e i t h e r a l e f t - h a n d o r a r i g h t - h a n d t w i s t a n d t h e s t r e s s i n g j a c k s

a

b

n e e d t o b e a d j u s t e d a c c o r d i n g l y . I n B S 5 8 9 6 , t h e r e a r e t h r e e t y p e s o f s e v e n -

w i r e s t r a n d : s t a n d a r d , s u p e r a n d d r a w n ( F i g u r e 2 4 ) .

F i g u r e

2 4 .

C r o s s - s e c t i o n s o f ( a ) s t a n d a r d a n d

S t a n d a r d a n d s u p e r s t r a n d s a r e v i s i b l y s i m i l a r , b u t t h e o u t e r w i r e s o f d r a w n

s u p e r s t r a n d , a n d ( b ) d r a w n s t r a n d

s t r a n d a r e c l e a r l y f l a t t e n e d a s a r e s u l t o f t h e s t r a n d h a v i n g b e e n d r a w n t h r o u g h

a d i e . A l l s t r a n d s a r e g i v e n a f i n a l s t r e s s - r e l i e v i n g t r e a t m e n t i n t h e s a m e w a y a s

w i r e b e f o r e b e i n g w o u n d i n t o c o i l s . S t r a n d i s w i d e l y u s e d i n f a c t o r y - p r o d u c e d

i t e m s s u c h a s r a i l w a y s l e e p e r s , b r i d g e b e a m s , s i g n g a n t r i e s , f l o o r i n g a n d

t e r r a c i n g , a n d f o r p o s t - t e n s i o n i n g i n a l l f o r m s o f i n - s i t u a n d s e g m e n t a l

c o n s t r u c t i o n .

G r e a s e d a n d p l a s t i c - c o a t e d s t r a n d i s p r o d u c e d f o r d e s i g n s i n v o l v i n g t h e u s e o f

u n - b o n d e d o r e x t e r n a l t e n d o n s . T h e p r o c e s s i n v o l v e s t h e a p p l i c a t i o n o f a

p r o t e c t i v e f l u i d , w h i c h p e n e t r a t e s t o t h e c e n t r e w i r e o f t h e s t r a n d , f o l l o w e d b y

c o a t i n g w i t h a s p e c i a l c o r r o s i o n - r e s i s t a n t g r e a s e a n d a c o n t i n u o u s h o t

e x t r u s i o n o f a h i g h d e n s i t y p o l y p r o p y l e n e o r p o l y e t h y l e n e s h e a t h . T h e s t r a n d i s

w o u n d o n t o a w o o d e n r e e l f o r e x t r a p r o t e c t i o n d u r i n g t r a n s i t a n d i n u s e .

B a r

T h e r e a r e t w o t y p e s o f b a r i n c o m m o n u s e :

M a c a l l o y b a r s a r e p r o d u c e d f r o m h o t - r o l l e d c a r b o n - c h r o m e s t e e l b a r s t h a t

a r e t h e n c o l d - w o r k e d b y s t r e t c h i n g t o o b t a i n t h e s p e c i f i e d p r o p e r t i e s . T h e

b a r s a r e a v a i l a b l e i n l e n g t h s u p t o 1 7 . 8 m f o r d i a m e t e r s b e t w e e n 2 5 m m

a n d 5 0 m m . S t a i n l e s s s t e e l b a r s a r e a v a i l a b l e i n l e n g t h s u p t o 6 m f o r

d i a m e t e r s b e t w e e n 2 0 m m a n d 4 0 m m . B o t h t y p e s o f b a r a r e p r o v i d e d w i t h

c o l d - r o l l e d t h r e a d s a t e a c h e n d , o r o v e r t h e f u l l l e n g t h i f n e e d e d , a n d c a n

b e j o i n e d t o g e t h e r b y t h r e a d e d c o u p l e r s t o o b t a i n l o n g e r t e n d o n l e n g t h s .

D y w i d a g t h r e a d b a r s a r e p r o d u c e d t o a G e r m a n S t a n d a r d s p e c i f i c a t i o n i n

d i a m e t e r s b e t w e e n 2 0 m m a n d 4 0 m m , w i t h a c o a r s e t h r e a d e x t e n d i n g o v e r

t h e f u l l l e n g t h o f t h e b a r . T h e b a r s m a y b e c u t t o f i n i s h e d l e n g t h a t t h e f a c t o r y

o r o n s i t e a n d c o u p l e r s c a n b e u s e d t o c o n n e c t o r e x t e n d b a r s a s r e q u i r e d .

R e l a x a t i o n

W h e n t e n s i o n e d , a s t e e l t e n d o n u n d e r g o e s a r e l a x a t i o n o f s t r e s s o v e r t i m e t h a t

i s p r o p o r t i o n a l t o t h e i n i t i a l l o a d a p p l i e d . R e l a x a t i o n , l i k e c r e e p i n c o n c r e t e ,

d e v e l o p s r a p i d l y a t f i r s t a n d c o n t i n u e s a t a d e c r e a s i n g r a t e f o r m a n y y e a r s .

S t a n d a r d s a r e s e t i n t e r m s o f m a x i m u m v a l u e s , a f t e r a p e r i o d o f 1 0 0 0 h o u r s , f o r

t h e p e r c e n t a g e r e d u c t i o n o f l o a d f o r i n i t i a l l o a d s o f 6 0 % , 7 0 % a n d 8 0 % o f t h e

b r e a k i n g l o a d . T h e v a l u e s a r e b a s e d o n t e s t c o n d i t i o n s o f c o n s t a n t s t r a i n a n d

a t e m p e r a t u r e o f 2 0 C . M u c h h i g h e r v a l u e s c a n o c c u r a t e l e v a t e d

t e m p e r a t u r e s . I n p r a c t i c e , t h e 1 0 0 0 - h o u r v a l u e i s m u l t i p l i e d b y a f a c t o r t o a l l o w

f o r t h e l o n g - t e r m r e l a x a t i o n .

R e l a x a t i o n v a l u e s f o r b o t h w i r e a n d s t r a n d d e p e n d o n t h e w a y i n w h i c h t h e

f i n a l s t r e s s - r e l i e v i n g t r e a t m e n t i s c a r r i e d o u t a n d a r e d e f i n e d i n B S 5 8 9 6 a s

c l a s s 1 ( n o r m a l ) o r c l a s s 2 0 0 w ) . I n p r a c t i c e , w i r e a n d s t r a n d a r e g e n e r a l l y

p r o d u c e d t o t h e c l a s s 2 r e q u i r e m e n t s .

1 A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e


13/30

S t r e n g t h o f t e n d o n s

T h e s t r e n g t h o f a p r e s t r e s s i n g t e n d o n i s s p e c i f i e d i n t e r m s o f c h a r a c t e r i s t i c

l o a d v a l u e s f o r t h e b r e a k i n g ( o r f a i l u r e ) l o a d a n d t h e 0 . 1 % p r o o f l o a d , w h i c h i s

d e f i n e d a s t h e l o a d t h a t p r o d u c e s a p e r m a n e n t e l o n g a t i o n e q u a l t o 0 . 1 % o f t h e

g a u g e l e n g t h . F o r w i r e a n d s t r a n d , t h e l o a d a t 1 % e l o n g a t i o n m a y b e u s e d a s

a n a l t e r n a t i v e t o t h e p r o o f l o a d ( F i g u r e 2 5 ) .

T h e B r i t i s h ( B S 5 8 9 6 a n d B S 4 4 8 6 ) a n d E u r o p e a n ( p r E N 1 0 1 3 8 ) s t a n d a r d s

i n c l u d e a r a n g e o f s i z e s a n d s t r e n g t h s f o r e a c h t y p e o f t e n d o n , a s e l e c t i o n o f

w h i c h i s s h o w n i n T a b l e 1 .

' l p

' I . f l c i r f l i r r s

[ T h 1 i m f l s

0 J f l

0 3 i

1

l o i t i . t j p

0

Q i

W i r a s t o

B S 5 8 9 6

4

7

1 2 . 6

3 8 . 5

1 7 7 0

1 6 7 0

2 2 . 3

6 4 . 3

1 8 . 5

5 3 . 4

1 9 . 0

5 4 . 7

S t a n d a r d

s t r a n d s t o

B S 5 8 9 6

9 . 3

1 2 . 5

1 5 . 2

5 2

9 3

1 3 9

1 7 7 0

1 7 7 0

1 6 7 0

9 2

1 6 4

2 3 2

7 8

1 3 9

1 9 7

8 1

1 4 4

2 0 4

S u p e r

s t r a n d s

t o

B S 5 8 9 6

8 . 0

1 2 . 9

1 5 . 7

3 8

1 0 0

1 5 0

1 8 6 0

1 8 6 0

1 7 7 0

7 0

1 8 6

2 6 5

5 9

1 5 8

2 2 5

6 1

1 6 3

2 3 3

D r a w n

s t r a n d s t o

B S 5 8 9 6

1 2 . 7

1 5 . 2

1 8 . 0

1 1 2

1 6 5

2 2 3

1 8 6 0

1 8 2 0

1 7 0 0

2 0 9

3 0 0

3 8 0

1 7 8

2 5 5

3 2 3

1 8 4

2 6 4

3 3 4

B a r s t o

B S 4 4 8 6

( M a c a l l o y )

2 5

3 2

4 0

5 0

4 9 1

8 0 4

1 2 5 7

1 9 6 3

1 0 3 0

1 0 3 0

1 0 3 0

1 0 3 0

5 0 6

8 2 8

1 2 9 5

2 0 2 2

4 1 0

6 7 0

1 0 5 0

1 6 3 9

C a r e o f t e n d o n s

P r e s t r e s s i n g s t e e l i s v e r y d i f f e r e n t t o o r d i n a r y r e i n f o r c e m e n t a n d p a r t i c u l a r c a r e

m u s t b e t a k e n t o p r o t e c t t e n d o n s a g a i n s t c o r r o s i o n , a n d t o a v o i d d a m a g e b y

m e c h a n i c a l m e a n s o r h e a t i n g w h i l e h a n d l i n g . T e n d o n s s h o u l d b e s t o r e d c l e a r

o f t h e g r o u n d a n d p r o t e c t e d f r o m t h e w e a t h e r a t a l l s t a g e s . C a r e m u s t b e t a k e n

t o p r e v e n t t h e t e n d o n s c o m i n g i n t o c o n t a c t w i t h s p l a s h e s o f m a t e r i a l f r o m

o x y - a c e t y l e n e t o r c h o r a r c - w e l d i n g o p e r a t i o n s b e i n g c a r r i e d o u t i n t h e v i c i n i t y .

T e n d o n s s h o u l d n o t b e l e f t u n p r o t e c t e d i n s i d e d u c t s f o r p r o l o n g e d p e r i o d s o f

t i m e . A l l t e n d o n s a r e e v e n t u a l l y h i g h l y s t r e s s e d , a n d f a i l u r e t o o b s e r v e s i m p l e

p r e c a u t i o n s i n s t o r a g e a n d h a n d l i n g h a s l e d t o u n f o r t u n a t e c o n s e q u e n c e s .

A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e 1 1

/

T a b l e 1 . D i m e n s i o n s a n d p r o p e r t i e s o f w i r e s , 7 - w i r e s t r a n d s a n d b a r s

C

/

I

L o a d

1 . 0

E l o n g a t i o n ,

%

F i g u r e

2 5 .

T y p i c a l l o a d - e l o n g a t i o n c u r v e f o r

s t r a n d s h o w i n g A : 0 . 1 % p r o o f l o a d , B : l o a d a t 1 %

e l o n g a t i o n , C : b r e a k i n g l o a d


14/30

F i g u r e 2 Z

S p r i n g - l o a d e d a n c h o r f o r

p r e - t e n s i o n i n g

F i g u r e 2 8 .

D o u b l e - e n d e d a n c h o r f o r

p r e - t e n s i o n i n g

E q u i p m e n t

W i t h p r e - t e n s i o n i n g , t h e w i r e s o r s t r a n d s a r e h e l d b y t e m p o r a r y g r i p s d u r i n g

a n d a f t e r t e n s i o n i n g . T h e m e t h o d o f t e n s i o n i n g m a y v a r y b u t i n a l l c a s e s t h e

g r i p c o n s i s t s o f a b a r r e l a n d w e d g e ( F i g u r e 2 6 ) .

T h e w e d g e i s g e n e r a l l y i n t w o o r t h r e e p i e c e s w i t h a c o l l a r a n d w i r e c l i p , o r ' 0 '

r i n g , t o k e e p t h e p i e c e s i n t h e c o r r e c t p o s i t i o n . I t i s i m p o r t a n t t h a t t h e w e d g e

i s f i x e d s o t h a t t h e w i r e o r s t r a n d i s i n a c e n t r a l p o s i t i o n , w i t h e a c h s e g m e n t

d r i v e n t h e s a m e d i s t a n c e i n t o t h e b a r r e l . T h e w e d g e s , w h i c h h a v e g r o o v e s o n

t h e s u r f a c e i n c o n t a c t w i t h t h e t e n d o n , w i l l b e u s e d m a n y t i m e s , a n d t h e y n e e d

t o b e c a r e f u l l y c l e a n e d a n d e x a m i n e d b e f o r e e a c h u s e t o e n s u r e t h a t t h e y a r e

n o t w o r n o r d a m a g e d .

S t r e s s i n g i s c a r r i e d o u t e i t h e r b y e x t e n d i n g t h e t e n d o n s o n e a t a t i m e , o r b y

m u l t i - s t r e s s i n g , w h e r e a l l t h e t e n d o n s a r e e x t e n d e d a t t h e s a m e t i m e . I n b o t h

c a s e s , t h e p r o c e s s s t a r t s a t t h e n o n - j a c k i n g e n d , w h e r e g r i p s a r e f o r c e d o n t o

t h e u n s t r e s s e d t e n d o n s c l o s e t o t h e a n c h o r p l a t e . S p r i n g - l o a d e d a n c h o r s a r e

o f t e n u s e d t o a p p l y a c o n s i s t e n t f o r c e a n d r e t a i n t h e a n c h o r i n p o s i t i o n w h e n

t h e t e n d o n s a r e b e i n g h a n d l e d ( F i g u r e 2 7 ) .

W i t h c o n v e n t i o n a l s t r e s s i n g , w h e n i n d i v i d u a l t e n d o n s a r e b e i n g s t r e s s e d , a g r i p

i s t h e n p l a c e d o n t o t h e u n s t r e s s e d t e n d o n c l o s e t o t h e a n c h o r p l a t e a t t h e

j a c k i n g e n d . T h e j a c k i s a t t a c h e d t o t h e t e n d o n a n d s t r e s s i n g b e g i n s , w i t h t h e

t e n d o n b e i n g p u l l e d t h r o u g h t h e g r i p . W h e n t h e r e q u i r e d l o a d a n d t e n d o n

e x t e n s i o n h a v e b e e n r e a c h e d , t h e w e d g e i s f o r c e d o n t o t h e t e n d o n a n d t h e

j a c k i s r e l e a s e d . A s t h e t e n d o n a t t e m p t s t o p u l l b a c k , t h e w e d g e i s d r a w n

f u r t h e r i n t o t h e b a r r e l a n d t h e t e n d o n i s f i r m l y g r i p p e d .

M u l t i - s t r e s s i n g u s e s t h e s a m e w e d g e a n c h o r a p p r o a c h . W h e n t h e f u l l l e n g t h o f

t h e s t r e s s i n g b e d i s n o t b e i n g u s e d , d o u b l e - e n d e d a n c h o r s a r e i n t r o d u c e d

b e t w e e n t h e a b u t m e n t a n d t h e l a s t c o n c r e t e u n i t T h e s e a n c h o r s e n a b l e t w o

l e n g t h s o f w i r e o r s t r a n d t o b e j o i n e d t o g e t h e r a n d s o a v o i d w a s t a g e ( F i g u r e 2 8 ) .

F o r t e n d o n s t h a t a r e s t r e s s e d i n d i v i d u a l l y , a r e l a t i v e l y s m a l l p o w e r - o p e r a t e d

j a c k i s u s e d t o e n a b l e s t r e s s i n g t o b e c a r r i e d o u t q u i c k l y a n d e f f i c i e n t l y . A

p o p u l a r j a c k f o r t h i s p u r p o s e i s s h o w n i n F i g u r e 2 9 . O n c e t h e c o n t r o l s h a v e

b e e n s e t t o p r e - d e t e r m i n e d v a l u e s , t h e s t r e s s i n g a n d a n c h o r i n g o p e r a t i o n s a r e

c a r r i e d o u t a u t o m a t i c a l l y .

1 2 I A n i n t r o d u c t i o n t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e


F i g u r e 2 6 .

O p e n g r i p f o r p r e - t e n s i o n i n g

F i g u r e 2 9 .

C C L S t r e s s o m a t i c j a c k s a n d p u m p

I

_ _ _ _ _ _ _ _


15/30

A l a r g e n u m b e r o f s y s t e m s h a v e b e e n d e v e l o p e d a n d u s e d t h r o u g h o u t t h e

w o r l d o v e r t h e p a s t 6 0 y e a r s . T h e m a i n a s p e c t s o f t h e s y s t e m s i n c u r r e n t u s e

a n d a v a i l a b l e i n t h e U K w i l l b e b r i e f l y d e s c r i b e d b u t , f o r f u l l d e t a i l s o f t h e f u l l

p r o d u c t r a n g e , r e f e r e n c e s h o u l d b e m a d e t o t h e p a r t i c u l a r c o m p a n y c o n c e r n e d

( s e e A p p e n d i x ) . E a c h c o m p a n y h a s b e e n a t t h e f o r e f r o n t o f d e v e l o p m e n t , t o

m e e t t h e c h a n g i n g n e e d s o f d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n , f o r m a n y y e a r s . T h e y

e a c h p r o v i d e a r a n g e o f a n c h o r a g e s , d u c t s , j a c k s a n d p u m p s , a s w e l l a s

s e r v i c i n g , r e p l a c e m e n t p a r t s a n d c a l i b r a t i o n s e r v i c e a c c e s s o r i e s . T h r e e

c o m p a n i e s u s e s t r a n d s y s t e m s a n d t w o c o m p a n i e s u s e b a r s y s t e m s .

S t r a n d s y s t e m s

S u p p l i e r s i n c l u d e C C L S t r e s s i n g S y s t e m s , F r e y s s i n e t a n d V S L S y s t e m s ( J J K ) .

E a c h s y s t e m h a s i t s o w n r a n g e o f a n c h o r a g e s , c o u p l e r s a n d e q u i p m e n t f o r i n s t a l l i n g ,

s t r e s s i n g a n d g r a u t i n g t h e t e n d o n s - a s e l e c t i o n i s s h o w n i n F i g u r e s 3 0 t o 3 4 .

M u l t i - s t r a n d s y s t e m s a r e a v a i l a b l e t h a t c a n a c c o m m o d a t e u p t o 5 5 s t r a n d s ,

a l l c o n t a i n e d w i t h i n a c i r c u l a r d u c t a n d t e n s i o n e d b y a l a r g e j a c k i n a s i n g l e

s t r e s s i n g o p e r a t i o n . A s e l e c t i o n o f f r e q u e n t l y u s e d s t r a n d g r o u p i n g s w i t h t h e

c o r r e s p o n d i n g u l t i m a t e l o a d c a p a c i t i e s a n d n o m i n a l i n t e r n a l d u c t s i z e s i s

s h o w n i n T a b l e 2 . T h e i n f o r m a t i o n i s i n d i c a t i v e o n l y a n d m a n y o t h e r t e n d o n

g r o u p i n g s c a n a l s o b e p r o v i d e d .

T a b l e 2 . U l t i m a t e l o a d c a p a c i t i e s o f m u l t i - s t r a n d c a b l e s

I T h l i i f t r n ?

l l d

i m r n U i z i

I I

J X 3 i f I I ) r i D l i i f t i l i f l

3 I W I

' H _

0

= _

3

7

1 2

1 9

2 7

3 7

5 5

4 9 2

1 1 4 8

1 9 6 8

3 1 1 6

4 4 2 8

6 0 6 8

9 0 2 0

6 9 6

1 6 2 4

2 7 8 4

4 4 0 8

6 2 6 4

8 5 8 4

1 2 7 6 0

5 5 8

1 3 0 2

2 2 3 2

3 5 3 4

5 0 2 2

6 8 8 2

1 0 2 3 0

7 9 5

1 8 5 5

3 1 8 0

5 0 3 5

7 1 5 5

9 8 0 5

1 4 5 7 5

6 2 7

1 4 6 3

2 5 0 8

3 9 7 1

5 6 4 3

7 7 3 3

1 1 4 9 5

9 0 0

2 1 0 0

3 6 0 0

5 7 0 0

8 1 0 0

1 1 1 0 0

.

1 6 5 0 0

3 5

5 0

6 5

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

4 0

6 0

8 0

1 0 0

1 2 0

1 4 0

1 6 0

T h e t e n d o n s a r e g e n e r a l l y i n s t a l l e d b y u s i n g a m a c h i n e t h a t p u s h e s e a c h s t r a n d

i n t o t h e d u c t f r o m o n e e n d . A t t h e s t r e s s i n g ( o r l i v e ) e n d , e a c h s t r a n d i s g r i p p e d

b y t h e j a w s o f a w e d g e t h a t i s f o r c e d i n t o a t a p e r e d h o l e i n t h e a n c h o r a g e b l o c k .

T h e s a m e t y p e o f a n c h o r a g e c a n a l s o b e u s e d a t t h e n o n - s t r e s s i n g ( o r d e a d )

e n d b u t w h e n t h e t e n d o n s a r e i n s t a l l e d b e f o r e t h e m e m b e r i s c o n c r e t e d , t h e

t e n d o n s c a n b e a n c h o r e d d i r e c t l y i n t o t h e c o n c r e t e . I n t h i s c a s e , t h e d u c t i s

t e r m i n a t e d b e f o r e t h e e n d o f t h e m e m b e r a n d t h e s t r a n d s a r e f a n n e d o u t , w i t h

e a c h o n e a n c h o r e d a g a i n s t a s t e e l p l a t e o r p r o v i d e d w i t h a b u l b o u s s h a p e d e n d

t h a t r e s i s t s p u l l - o u t C o u p l e r s a n d i n t e r m e d i a t e a n c h o r a g e s a r e a l s o a v a i l a b l e t o

m e e t s p e c i f i c d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n r e q u i r e m e n t s .

A n i n t r o d u c t i o n

t o p r e s t r e s s e d c o n c r e t e 1 1 3

F i g u r e 3 0 . C C L m u l t i - s t r a n d s t r e s s i n g

a n c h o r a g e a n d j a c k

F i g u r e 3 1 . F r e y s s i n e t m u l t i - s t r a n d s t r e s s i n g

a n c h o r a g e ( a b o v e ) a n d c o u p l e r ( b e l o w )

f i g u r e 3 2 . V S L m u l t i - s t r a n d d e a d - e n d

a n c h o r a g e s


16/30

a d n g o n o r

h e a d a n d w e d g e s

i n g o f j a c k

O f l

n g

5 t r e

a t i n g o f g e s

F i g u r e 3 4 . M u f t i - s t r a n d j a c k i n g

T h e s t r e s s i n g j a c k s , w h i c h n e e d t o b e h u n g f r o m a l i f t i n g f r a m e , a r e c o m p a c t ,

e a s y t o o p e r a t e a n d h i g h l y m a n o e u v r a b l e . T h e b o d y c a n b e r o t a t e d w i t h

r e s p e c t t o t h e l i f t i n g p o i n t s , e n a b l i n g e a s y a c c e s s t o t h e h y d r a u l i c c o n n e c t i o n s .

T h e i n n e r w o r k i n g s o f t h e j a c k c a n a l s o b e r o t a t e d , f o r e a s y a l i g n m e n t w i t h t h e

t e n d o n s . T h e j a c k s c a n b e o p e r a t e d i n a v e r t i c a l o r h o r i z o n t a l p o s i t i o n a n d

p r o v i d e a u t o m a t i c d e - w e d g i n g a n d h y d r a u l i c l o c k i n g - o f f o f j a w s , t o e n s u r e

c o r r e c t s e a t i n g o f t h e w e d g e s a n d m i n i m i s e l o s s e s a t t r a n s f e r .

B o n d e d s l a b s y s t e m s i n c o r p o r a t e g r o u p s o f t h r e e , f o u r o r f i v e s t r a n d s , o f

1 3 m m o r 1 5 m m n o m i n a l d i a m e t e r , c o n t a i n e d i n o n e l a y e r w i t h i n a f l a t d u c t

T h e f l a t d u c t , w h i c h m a y b e o f

an introduction to prestressed concrete

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