预应力混凝土

第一讲
预应力定义：预应力混凝土是根据需要人为引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。

狭义定义:在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力,就成为预应力混凝土结构广义定义:预应力混凝土是其中已建立有内应力的混凝土，内应力的大小和分布能够抵消给定的外加荷载所引起的应力至预期的程度。

基本概念：应力概念（预计开裂程度）：预应力混凝土是由于预加应力而使混凝土从一种脆性材料转变成为一种弹性材料。

这种概念：“以无拉应力设计准则”为基础的。

特点：1主要设计阶段为正常使用极限状态；2计算方法采用材料力学方法，符合胡克定律和叠加原理。

强度概念（抵抗破坏安全性）：预加应力是为了使高强钢筋能够和混凝土结合，它是钢筋混凝土的扩大和改进。

特点：主要表现在提高了构件的抗裂和刚度性能，同时也提高了承载力，充分发挥了张拉对承载力的贡献。

荷载平衡概念（计算挠度）：预加应力是为了实现预期的荷载平衡。

特点：使得预应力概念更深入了，给设计计算带来了大大的简化。

早期预应力实践存在的问题：使用的混凝土和钢筋材料的强度较低，对预应力损失的认识不够。

钢筋混凝土与预应力混凝土之间的主要区别钢筋混凝土是将钢筋和混凝土简单地结合在一起，并且任由它们自行地共同工作，而预应力混凝土则不然，它是将高强混凝土和高强钢材“能动”地结合在一起，这种结合是靠张紧钢材并将其锚固于混凝土，从而使混凝土受压来实现。

钢材是延性材料，现在用预加应力的办法使其能在高拉力下工作，混凝土在抗拉能力上是脆性材料，现在由于受到预压而有所改善，同时抗压能力并未真正受到损害。

因此预应力混凝土仍是两种现代高强度材料的一种理想结合。

为什么预应力混凝土能发挥高强钢筋的作用呢？
原因在于钢材的弹性模量一般相差不大，而在正常使用状态时，普通钢筋混凝土拉应变不大，因此不能使用高强钢筋，即受到限制。

预应力混凝土是先将钢筋张拉一段应变，即先增加了应力，然后在外加荷载下还能增加一段应变，这样高强钢筋就能使用了。

预应力混凝土的一般原理：以预应力筋的应力发展规律来看，在开裂以前，预应力筋的应力增量很小，一般不太会超过有效预应力的15%左右。

因此在开裂以前，截面的抵抗外荷载的弯矩增大，主要依靠力臂的增大，而在开裂以后，预应力筋的应力增长较快，此时，截面抵抗外荷载变矩的增大主要依靠钢筋的拉力（或混凝土的压力）的增大，而力臂的增大不明显。

预应力混凝土的发展前景：A混凝土强度1. 采用高强混凝土所带来的优越性是显著的 2. 高性能混凝土才是混凝土技术发展的主要方向 3. 追求更高的强度/容重比是混凝土材料发展的目标之一。

B预应力筋1. 预应力钢材在耐久性方面有所发展2. 新材料预应力筋C智能化预应力材料，D预应力结构体系1部分预应力混凝土结构 2.无粘结体内预应力混凝土结构 3.混凝土受拉区预压、受压区预拉的双预应力体系 4.预弯预应力混凝土结构体系5体外预应力混凝土结构体系6. 轻型的钢混凝土组合式预应力结构E预应力结构施工技术1节段施工法：悬臂施工法、整跨施工法。

2.节段现浇顶推施工法3转体施工法
混凝土结构损坏的机理：钢筋锈蚀、碱骨料反应、化学侵蚀和冻融剥离。

混凝土损坏机制的发展阶段：初始阶段：混凝土碳化和氯化物表层渗入或硫酸盐堆积，保护层被穿越但材料和结构功能没有明显减弱；发展阶段：混凝土主动破坏发展迅速，开始出现钢筋锈蚀和损坏。

防治方法：选择最优的混凝土保护层厚度，以及选择便于施工操作的结构构造和配以较好的养护，都是保证实现耐久性设计的目标手段。

当损坏机制进入发展阶段，应设有减缓腐蚀速度的措施。

体外预应力混凝土结构体系的特点：①在使用它来加固已建结构时，由于受现有结构的限制，加固采用的预应力索只能布置在混凝土体外，这反而使预应力索布置构造简化、补索方便、施工操作简单，预应力管道摩阻损失大大减小。

②体内预应力混凝土桥梁结构因管道压浆不密实而经常出现事故，而体外预应力混凝土几乎不需灌浆，这也促进了体外预应力桥梁的发展。

③体外预应力索防腐要求较高。

适用范围：①加固处理；②施工阶段结构的临时预应力；③斜拉索桥梁；④新桥设计；⑤特种结构等等。

第二讲
预应力度：对预应力混凝土施加预应力大小的程度。

对抗裂性能、刚度、延性及疲劳强度都产生影响。

预应力混凝土分类（FIP)：1全预应力：沿预应力筋方向没有达到消压极限状态2有限预应力：主拉应力没有达到混凝土的抗拉强度设计值；3部分预应力：混凝土的拉应力没有限制（允许开裂，但必须控制裂缝宽度）。

红册子中区分预应力：在工程设计中根据结构的荷载性质、环境条件、荷载大小选择预应力度。

全（大于1）部分预应力（小于1）（具体有限（0.7-1）部分（0.4-0.7））砼规中
特点：1 全预应力优点：抗裂性能好；构件的刚度大；疲劳性能好；能有效地利用高强材料以节约钢材。

缺点：反拱大；延性差不利于抗震；预应力钢筋和锚具消耗不经济。

2、有限及部分预应力优点：延性较好；有利于抗震；反拱较小；可以有效的利用非预应力钢筋，可以减少预应力钢筋和锚具的用量，减少预应力张拉量，造价比较经济。

缺点：抗裂性能和刚度不如全预应力好；疲劳性能也不如全预应力；计算比较复杂。

砼规及协会预应力的分类，增加抗拉抗压限制的原因：从裂缝的控制角度对预应力砼斜截面的主拉应力进行验算是为了避免斜截面裂缝的出现；同时由于混凝土双向受力时，过大的主压应力会导致混凝土抗拉强度过大的降低，导致斜截面过早的出现了裂缝。

故两项加以控制。

预应力度法：1.选择应力比或预应力差的预应力度2.预应力度计算值3.预应力筋的计算4.非预应力筋的计算5.验算构件制作安装应力6.验算构件疲劳强度7.验算预应力度、应力、拉应力限制系数及抗震系数与PPR8.验算x/h
第三讲
与有粘结对比：无粘结预应力筋与混凝土之间有滑移，不满足平截面假定。

只有通过纵向应变协调条件，即无粘结筋的总伸长和它整个长度周围混凝土的总伸长相等的条件。

直线（2/3)抛物线（8/15)
无粘结筋设计的时候分析三阶段末无粘结预应力筋的应力增量。

影响σp的因素有①跨高比，一般随跨高比的增大而降低②预应力筋的曲线形式及偏心距的大小③加载方式④裂缝分布⑤预应力筋的面积⑥材料特性⑦摩擦的影响等。

无粘结预应力筋应力小原因：在最大弯矩截面，无粘结筋的应力比有粘结筋的应力增加得少，这是由于无粘结筋对混凝土能发生滑动，外力矩引起的任一应变将分布在它的整个长度上。

因此，从开始受力直至破坏，无粘结筋承受的应力比有粘结筋的应力要低。

有粘结与无粘结的优缺点：有粘结优点(1)预应力筋与混凝土有粘结，受力为一整体；(2)设计计算简单；(3)在使用过程中，预应力的锚具传力不是主要的。

缺
点：(1)施工过程中容易形成反拱；(2)施工吊装时较复杂；(3)后张法二次灌浆难以达到密实。

无粘结优点①由于预应力钢筋可以像普通钢筋一样绑扎在模板内，不需要穿筋和灌浆，因此使施工大大简化，摩擦损失小②预应力筋的布置比较灵活③在张拉阶段与有粘结后张法预应力比较具有截面削弱较小的特点。

缺点①预应力筋的强度通常难以充分利用，与条件完全相同的有粘结构件比较，其承载力一般要低10~30%②无粘结预应力混凝土靠锚具传力，端部局压应力过大，因此，对锚具和防腐蚀要求特别高③注意在灾害性事故中容易产生连续倒塌④无粘结预应力混凝土楼板的开孔等改造比较困难。

无粘结预应力筋有：钢丝束、钢绞线、钢绞线束。

受力工作特点：1、预应力筋和周围混凝土的应变不协调，致使无粘结预应力梁的极限承载力与有粘结比较偏低，同时使抗裂性能比有粘结差，计算也比较复杂。

2如果不配置有粘结的非预应力钢筋，则试验表明对于配置直线型无粘结预应力筋的梁，其工作特点相当于一拉杆拱，带有明显的脆性3如果配置足够的非预应力筋，则抗裂性能会有明显的改善，试验梁的试验结果表明其裂缝分布状态类似于普通钢筋混凝土梁或有粘结预应力混凝土梁。

无粘结预应力混凝土的技术规程（抗裂，承载力）、无粘结的弯曲-曲率计算
第四讲
预应力连续梁与预应力简支梁区别和普通连续梁的区别：预加力对简支梁不产生支座反力，形成自平衡体系，支座反力为零。

预应力连续梁在预加力作用下连续梁产生支座反力，有约束变形，内部自相平衡，但产生了次应力或次内力。

但不是所有预应力连续梁都产生次内力，次内力可能为零，也可能很大。

主弯矩：预应力混凝土中附加压力的偏心产生的偏心弯矩。

次弯矩：预应力混凝土连续梁由于预加力引起的变形引起赘余支座反力而产生的弯矩C线：预应力混凝土截面预压应力合力作用线c.g.s线：预应力筋合力作用线。

综合弯矩：主弯矩与次弯矩的组合
C线与c.g.s线不重合：由于预应力连续梁除了主弯矩以外还存在次弯矩，因此其C线和c.g.s线是不重合的，偏移距离a为M2/NP,由于M2是线性分布的,因此,a 也是线性分布的，这就说明次弯矩的存在并不改变C线的本征形状。

预应力连续梁弹性分析的基本假定1预应力钢筋的偏心和构件的长度比，是一个很小的值2预应力的摩擦损失可以忽略不计3预应力筋的截面积沿梁的全长不变。

预应力混凝土连续梁和简支梁优缺点：优点①在相同的条件之下，连续梁具有较小的设计弯矩挠度和较大的抗侧刚度，在超载情况下能进行内力重分配，能提高抗弯破坏强度②预应力连续梁由于承受的弯矩比简支的小，截面高度小，有利于节约材料；③预应力连续梁由于可采用穿越几个跨间的通长预应力束，有利于减少锚头和张拉次数④由于预应力筋容易弯成波浪型，同一根预应力筋既可用作负弯矩筋，不像钢筋混凝土那样正负钢筋要搭接长度和锚固长度，故可进一步节约钢材。

缺点：①对具有多次反向曲线或有较大转角的预应力筋，摩擦损失值严重；
②连续梁设计比较复杂③施加预应力时，如梁的压缩应变受到与它相连构件的约束，需要采取断开或其它可以活动的措施，会增加施工困难和费用④对弯矩交变区域的配筋很难处理。

预应力连续梁的常用形式：1采用曲线筋的等截面直梁（计算简单、锚固量小、摩擦损失大）2对跨度较大、荷载较重的连续梁，将梁加腋或圆弧形加腋、将底
面做成曲线或折线形，预应力筋稍微弯曲或直接采用直线筋（截面理想摩擦损失小）3将预应力筋于中间支座处互相搭接锚固简称互搭式（锚具多，摩擦损失小）4用联结器形成的连续梁（摩擦损失小）
预应力连续梁施工形式：1从整个连续梁的一端到另一端用通长的后张束将预制构件拼成连续梁的方案2采用帽式预应力短筋以形成支座处连续性的方案3于支座顶面配置较短的负弯矩筋以形成连续梁4用联结器达到连续性的方法5采用悬臂法施工6在支座处梁顶面配置非预应力负弯矩钢筋并浇灌面层混凝土7用后张束连续板的接头
第五讲
荷载平衡法选用一个预加力和它的 c.g.s 曲线，使所产生的反向等效荷载正好与外荷载相等，即平衡掉外荷载。

荷载平衡法的优点①由于预加应力会对连续梁产生次弯矩，使得这种梁的分析变得比较麻烦。

而荷载平衡法有如分析非预应力结构一样，避开了次弯矩问题。

大大简化了预应力连续梁的分析。

②它为板、壳体、框架设计提供了一条特别简便的途径。

如何选择 c.g.s 线? 若要平衡掉均布外荷载，则 c.g.s 线需布置成抛物线；若要平衡掉集中外荷载，则 c.g.s 线需布置成折线；若要平衡掉均布＋集中外荷载，则c.g.s 线需布置成抛物线＋折线以此类推。

荷载平衡法设计步骤1首先按经验选择试算截面尺寸2选定需要被平衡的荷载3选定预应力筋束形和偏心距4根据每跨需要被平衡掉的荷载求出各跨要求的预应力，选取最大预应力作为整根梁的预加力5计算未被平衡掉的荷载引起的不平衡弯矩6核算关键截面的应力7修正图中理论束形，核算其影响。

线性变换：将预应力超静定结构的预应力筋束（即cgs线）在各中间支座处平移或转动，但不改变该预应力筋束在每一跨内的原来形状并保持预应力在梁端的偏心距不变。

线性变换定理：在连续梁中，任何 c.g.s 线都可以线性变换到其它位置，但不改变原来C线的位置。

这也就是说c.g.s 线的线性变换并不影响截面混凝土内的应力。

第八讲
常见的后张楼盖体系：单向板、双向板、无梁楼盖、密肋板、扁梁、梁支承双向板。

设计原则后张预应力混凝土梁，板正发展为按预应力度进行设计，后张预加力的大小由混凝土中所允许的弯曲拉应力决定。

①在恒载或恒载与活载的准永久性部分共同作用下，结构不出现拉应力或出现少量拉应力。

②在全部使用荷载下容许出现一定数量的拉应力或裂缝，并验算结构的挠度使满足规范要求。

③在高弯矩区段，允许平衡相对较少的荷载，以普通钢筋来补足强度的不足，从而满足强度安全，又有良好的裂缝控制。

无粘结预应力楼板的优点①有利于降低建筑物层高和减轻结构自重；②改善结构的使用功能，在自重和准永久荷载作用下楼板挠度很小，几乎不存裂缝；③大跨度楼板可以增加使用面积，对楼层用途的改变也容易适应；④施加预应力后模板就可以拆除，施工方便，速度快；
⑤节约钢材和混凝土。

无梁双向平板的计算方法①精确计算法；②等代框架法；③直接设计法。

钢筋混凝土板柱体系双向板的计算方法有：①经验系数法：弯矩系数是从钢筋
混凝土板的试验得来的，并考虑了板开裂后的截面转动和弯矩重分布的效果，故不适用于预应力混凝土平板②等代框架法
等代框架由三部分①水平板带,亦包括在框架方向所存在的梁②柱子或其它支承构件③在板带和柱子间起弯矩传递作用的柱两侧的板条。

无粘结的布筋方式和特点：1.75%布置在柱上板带，25%布置在跨中板带2.一向为带状集中布筋，另一向均匀布筋3.双向均集中通过柱内布筋4.一向同1另一向均匀布置。

不包括的内容：
砼规中预应力混凝土的分类（抗裂等级）
预应力度的公式及每个公式的优缺点
计算题。