钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理预应力混凝土结构的一般问题张树仁等编著PPT课件

同 现裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制。
张拉预应力钢筋的方法
先张法－在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法。
先张法
预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。 优点：用长线台座，批量生产，效率高；施工简单。 缺点：需要专门台座，基建投资较大；施加的预应力较小，用 于中小构件。
预施应力阶段梁处于弹性工作阶段，由预加力和自重引起的截面应力，可按材料力学公式计算：
冷拉钢筋，精轧螺纹钢筋 scon≤0.
（3）构造简单，便于机械加工制作；
这一工作阶段经历的时间较长，预应力损失已逐步完成，预应力钢筋中最后保留的有效预加力为
钢绞线是用直径5~6mm的高强钢丝捻制而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。 EP－预应力钢筋的弹性模量。 第一阶段为预施应力阶段(包括预制、运输、安装)； 、当采用钢丝束的钢质锥形锚具及类似形式锚具时，尚应考
预应力混凝土的概念
➢ 混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，或者 裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。混凝土的极 限拉应变约为0.1~0.15×10-3，钢筋弹性模量为2×105N/mm2， 则受拉钢筋的应力只能到20~30N/mm2，不能充分利用其强 度；对允许开裂的构件，当受拉钢筋的应力达到250N/mm2， 裂缝宽度已达0.2~0.3mm。
粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应
力钢筋
3铅丝线圈
8箍筋
6~ 8螺旋筋
灌浆口（灌浆锚固）
预应力筋
深圳西部通道主梁架设过程
海上打桩，为架梁搭设施工平台。
升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随 温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。 升温时，新浇混凝土尚未结硬，钢筋受热膨胀，但张拉预应力筋的台座是固定不动的，亦即钢筋长度不变，因此预应力筋中的应力随 温度的增高而降低，产生预应力损失sl3。 按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，作为对承载能力极限状态的补充，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力，受拉区 钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过《桥规》规定的限值，计算时荷载取其标准值，不计分项系数和组合系数，车 辆荷载应考虑冲击系数。 试验研究表明，整体工作阶段梁基本处于弹性工作状态。 4、混凝土弹性压缩损失sl4 预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。 2）收缩、徐变小，有利于减少收缩、徐变引起的预应力损失； 桥面吊机同步提梁，作业中必须保证平衡。 1、对先张拉的钢筋进行超张拉； 15×10-3，钢筋弹性模量为2×105N/mm2，则受拉钢筋的应力只能到20~30N/mm2，不能充分利用其强度； x－从张拉端至计算截面的孔道长度； 钢筋在高应力长期作用下其塑性变形具有随时间而增长的性质，在钢筋长度保持不变的条件下，钢筋应力值随时间增长而逐渐降低， 这种现象称为松弛。
受拉边缘应力虽然受拉，但拉应力小于混
+
凝土的抗拉强度，一般不会出现开裂；
-
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受拉边缘应力超过混凝土的抗拉强度，虽然会产
+ 生裂缝，但比钢筋混凝土构件（Np =0）的开裂明
-
显推迟，裂缝宽度也显著减小。
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预应力坝
预应力混凝土结构的优缺点： 优点：延缓构件开裂，减小裂缝宽度；
零号块定位，为悬拼架梁做准备。
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按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件，作为对承载能力极限状态的补充，应计算其使用阶段正截面混凝土的法向压应力，受拉区
钢筋的拉应力和斜截面混凝土的主压应力，并不得超过《桥规》规定的限值，计算时荷载取其标准值，不计分项系数和组合系数，车
辆荷载应考虑冲击系数。
缺点：对预应力钢筋长度的精度要求高，不能太长或太短。
该机组创造了一天单机组架设胶拼6片的全国记录。 、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据实测数据
4、混凝土弹性压缩损失sl4 钢绞线是用直径5~6mm的高强钢丝捻制而成的一种高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。 摩擦损失是指在后张法张拉钢筋时，由于预应力筋与周围接触的混凝土或套管之间存在摩擦，引起预应力筋应力随距张拉端距离的增 加而逐渐减少的现象。
需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用高；
2、对先张拉的钢筋进行重复张拉。 κ－考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数； 钢筋张拉锚固后，梁受到预加力的作用，将向上挠曲，梁就自然地脱离底模而变为两端支承，梁的自重随即参加工作。
1、对较长的构件两端进行张拉，计算中孔道长度可按构件的一半长度计算，如下图(b)所示。 预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。
提高抗裂度和刚度； 节约钢筋，减轻自重，可建造大跨高层结构。 缺点：施工工序多，技术要求高； 需要专门的锚具和张拉设备，以及预应力钢筋，费用高； 开裂荷载与破坏荷载过于接近，破坏前的延性差。
优先采用预应力混凝土的结构： 要求裂缝控制等级较高的构件； 大跨度或受力很大的构件； 对构件刚度和变形控制要求较高的结构构件。
梁片预制生产流水线和成品梁
二者均是依靠摩阻、承压或粘着锚固来夹住或锚住钢筋。 预应力混凝土结构设计计算的主要内客 由于分批张拉，先张拉的钢筋受到后张拉钢筋所引起的混凝土弹性压缩预应力损失 第三工作阶段是个过渡阶段，第三阶段初期的截面应力可按开裂的钢筋混凝土弹性体计算。 由于分批张拉，先张拉的钢筋受到后张拉钢筋所引起的混凝土弹性压缩预应力损失 EP－预应力钢筋的弹性模量。 第一阶段为预施应力阶段(包括预制、运输、安装)； 优点：锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便； (3)第三阶段-带裂缝工作阶段 Step3：张拉端A再次张拉至scon时，钢筋的预应力沿CGHD分布，预应力分布均匀，预应力损失小。 7股钢绞线的公称直径为9. 2）收缩、徐变小，有利于减少收缩、徐变引起的预应力损失； 7f’tk)，这样的构件称部分预应力混凝土A类构件(又称为有限预应力混凝土构件)。 粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力钢筋 根据上述预应力损失发生时间先后关系，具体组合见表。 预应力混凝土构件从预加应力开始即需要进行计算，而预应力损失是分批发生的。 (3)第三阶段-带裂缝工作阶段 预应力混凝土受弯构件按短暂状况设计．处于第一工作阶段(即预施应力作用阶段)，截面应力可按材料力学公式确定。 2、对先张拉的钢筋进行重复张拉。 梁开裂后，再继续增加荷载．混凝土的压应力和钢筋中的拉应力均增长很快，受压区混凝土进入塑性状态，应力图呈曲线形。
预应力混凝土的分类
全预应力混凝土－在作用（或荷载）短期效应下，
截
控制截面受拉边缘不允许出现拉应力。
面
控
部分预应力混凝土：
制 A类－在作用(或荷载)短期效应下，控制截面
裂 缝 的
受拉边缘允许出现拉应力，但应控制拉应力 不得超过某个允许值，(对于这种情况，国
程 际上习惯称为有限预应力混凝土)。
度
不
B类－在作用(或荷载)短期效应下，允许出
夹具式锚具
预应力靠摩擦力将预拉力传给夹片，夹片依靠其斜面上的 承压力传锚环，再由锚环依靠承压力传给构件。
混凝土加热养护时，受张拉的预应力钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失。 ◆ 它是预应力筋在构件受荷以前所经受的最大应力。 、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据实测数据 2 mm，强度可高达1860MPa。 混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，或者裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。 EP－预应力钢筋的弹性模量。 对构件刚度和变形控制要求较高的结构构件。 、当有可靠的试验数据资料时，表列系数值可根据实测数据 预应力混凝土结构设计计算的主要内客 2 mm，强度可高达1860MPa。 第一阶段为预施应力阶段(包括预制、运输、安装)； 混凝土的极限拉应变约为0. II级松弛(低松弛)，取ξ=0. 深圳西部通道主梁架设过程 根据应力松弛的长期试验结果，《桥规》取 因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。 用热轧螺纹钢筋经过淬火和回火的调质热处理后制成的高强度钢筋，按其螺纹外形分为有纵肋和无纵肋两种。 预应力混凝土受弯构件各受力阶段分析 （4）使用方便，省材料，价格低。 当荷载继续增加时，梁的受拉区很快进入塑性状态，当拉应力达到混凝土抗拉强度极限值时，梁的下缘就会出现裂缝。 二者均是依靠摩阻、承压或粘着锚固来夹住或锚住钢筋。
在第三章和第四章介绍的钢筋混凝土受弯构件正截面和斜截面承载力计算图式及计算方法，原则上都可推广用于预应力混凝土结构计 算。 为保证结构在预施应力阶段(构件制造、运输、吊装)的安全，一般规定在预加力和自重作用下，截面上边缘不出现拉应力或允许出现有 限的拉应力(通常控制在0. II级松弛(低松弛)，取ξ=0. 梁的下缘有可能应力为零或保持较小的压应力，也可能出现小于某一个允许值的有限拉应力。 降温时，混凝土达到了一定的强度，与预应力筋之间已具有粘结作用，两者共同回缩，已产生预应力损失sl3无法恢复。 ψ为超张拉系数：一次张拉 ψ =1； 因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中[scon]是以预应力筋的标准强 度给出的。 混凝土的抗拉强度太低，导致受拉区混凝土过早开裂，或者裂缝宽度过宽，不满足适用性和耐久性的要求。
➢ 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为增加刚度而加大截 面尺寸，会导致自重进一步增大，形成恶性循环。
➢ 高强钢筋的使用，应力达500~1000N/mm2，裂缝宽度将很大， 无法满足使用要求。
ep
N
spc
q
sct
N
sct-spc
由于预加应力spc较大，受拉
+
边缘仍处于受压状态，不会
出现开裂；
s ct s pc 0
无粘结预应力混凝土
★一定要有非预应力筋 ★锚具的可靠性 ★高强钢丝的可靠度
后张预应力筋波纹管
预应力筋张拉
夹具和锚具
夹具：当预应力构件制成后能够取下重复使用的称为夹具； 锚具：留在构件上不再取下的称锚具。 二者均是依靠摩阻、承压或粘着锚固来夹住或锚住钢筋。
对锚具的要求： （1）安全可靠，具有足够的强度和刚度； （2）应使预应力钢筋在锚具内尽可能的不产生滑移； （3）构造简单，便于机械加工制作； （4）使用方便，省材料，价格低。
在结硬后的混凝土构件上张拉钢筋的方法称为后张法。
后张法
预应力是靠钢筋端部的锚具来传递的。 优点：不需要专门台座，可现场制作，用于大型构件； 缺点：需要留孔，灌浆，施工复杂；锚具要附在构件内，耗钢 量大。
预应力混凝土结构设计计算的主要内客
spc
预应力混凝土受弯构件正常使用极限状态计算包括抗裂性及裂缝宽度验算和变形验算两部分。
缺点：施工工序多，技术要求高；
第一次合拢块安装和最后的一次成功合拢。
15mm)，这样的构件称为部分预应力混凝土B类构件。
大跨度或受力很大的构件；
极限抗拉强度标准值可达1770N/mm2。
锚具下混凝土局部承压问题 冷拉钢筋，精轧螺纹钢筋 scon≤0.
设养护升温后，预应力筋与台座的温差为D t ℃，取钢筋的温度膨胀系数为1×10-5/℃，则有，
常用锚具类型：
螺丝端杆锚具
优点：操作简单， 预应力钢筋基本不 发生滑动；
缺点：对预应力钢 筋长度的精度要求 高，不能太长或太 短。
螺丝端杆锚具
锥形锚具
优点：锚固多根平行钢丝束或钢绞线束； 缺点：滑移大，不易保证每根应力均匀。
镦头锚具
(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端
预应力靠镦头的承压力传到锚环，在依靠螺纹上的承压力传 到螺帽，再经过垫板传到混凝土构件上。 优点：锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便；缺点：对 钢筋钢丝束的长度精度要求高。
先张法－在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法，称为先张法。
粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应力钢筋
（4）使用方便，省材料，价格低。 κ－考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数； 2 mm，强度可高达1860MPa。 m－预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数； m－预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦系数； Step3：张拉端A再次张拉至scon时，钢筋的预应力沿CGHD分布，预应力分布均匀，预应力损失小。