同济大学《混凝土结构基本原理》第十章_预应力混凝土结构的受力性能
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预应力混凝土结构的受力性能 混凝土结构基本原理101页PPT
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预应力混凝土结构的受力性能 混凝土 结构基本原理
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
Hale Waihona Puke 6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
预应力混凝土结构的受力性能 混凝土 结构基本原理
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
Hale Waihona Puke 6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
同济大学《混凝土结构基本原理》第十章_预应力混凝土结构的受力性能
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
后期损失或第 二批损失
预应力损失值不宜笼统地估算，应予 分项计算，然后相加确定总的损失值
但各项预应力损失值又不是截然无关 的。试图求得各项预应力损失的“净 值”是很困难的。
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
后张法中，张拉钢筋时，
钢筋在孔道中滑动，就
少l2
建议的张拉程序为
1.1con con 张拉端 0.85con
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
五、预应力损失值
3. 锚具变形和钢筋回缩损失l1
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
第十章 预应力混凝土结构的性能与计算
一、基本概念
1. 预应力混凝土的特点
*提高刚度和抗裂度
*减轻结构自重
*提高梁的抗扭和抗剪承载力，
加载
加载
但不提高抗弯承载力
*提高梁的抗疲劳承载力保护钢 筋免受大气腐蚀
一、基本概念
2. 先张法和后张法
张拉钢筋并在 台座上固定
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计 强度的70%以上时 剪断钢筋
2. 锚具和夹具
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端
预应力混凝土结构的受力性能
sc=0
混凝土应力： c 0 s
N p0 (s con s lI s lII ) Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
s p s con s lI s lII
Ncr
钢筋应力： p s con s lI s lII E ft s
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
s pcI ( A Ap ) (s con s lI Es pcI ) Ap
spcI
混凝土应力： cpI s
(s con s lI ) Ap A0
A0 A (E 1) Ap Ac E Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----完成第二批损失
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI s lII Es pcII s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p s con 混凝土应力： c 0 s s
钢筋应力： p 0 s
混凝土应力： c 0 s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋完成第一批预 应力损失
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
sE IIl s Il s noc s p s 力应筋钢 ：
spcII
混凝土应力： c 0 s
N p0 (s con s lI s lII ) Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
s p s con s lI s lII
Ncr
钢筋应力： p s con s lI s lII E ft s
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
s pcI ( A Ap ) (s con s lI Es pcI ) Ap
spcI
混凝土应力： cpI s
(s con s lI ) Ap A0
A0 A (E 1) Ap Ac E Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----完成第二批损失
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI s lII Es pcII s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p s con 混凝土应力： c 0 s s
钢筋应力： p 0 s
混凝土应力： c 0 s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋完成第一批预 应力损失
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
sE IIl s Il s noc s p s 力应筋钢 ：
spcII
预应力混凝土结构的受力性能课件
截面高度和预应力度等因素有关。
03 预应力混凝土结构的优势 与局限性
预应力混凝土结构的优势
高承载力
预应力混凝土结构由于预先施 加了压力，使得结构在承受外 部荷载时具有更高的承载能力。
抗裂性好
预应力能够有效地控制混凝土 结构的裂缝出现，提高结构的 整体性和耐久性。
节省材料
预应力混凝土结构可以减小截 面尺寸和构件的厚度，从而节 省建筑材料。
特点
具有高强度、高刚度、良好的耐 久性和抗震性能，能够满足各种 复杂结构和大型结构的需要。
预应力混凝土的制造过程
01
02
03
预应力筋的制备
选用高强度钢丝或钢绞线 作为预应力筋，经过矫直、 除锈、涂裹防腐材料等加 工制成成品。
混凝土制备
根据设计要求，选择适当 的骨料、水泥、水等原材 料，经过搅拌、运输、浇 筑等工序制成混凝土。
智能预应力混凝土结构
将传感器、执行器等智能元件嵌入预应力混凝土中，实现结构的自 感知、自适应和自调节功能。
预应力混凝土结构的智能化监测与维护
智能化监测系统
建立预应力混凝土结构的智能化 监测系统，实时监测结构的受力
状态、变形和损伤情况。
健康诊断与预警
通过智能化监测系统对预应力混凝 土结构进行健康诊断，及时发现潜 在问题和风险，进行预警。
与木结构比较
预应力混凝土结构具有更高的承载力和耐久性，但环保性能较差。
04 预应力混凝土结构的工程 实例
大跨度预应力混凝土桥梁
大跨度预应力混凝土桥梁是预应力混凝土结构的重要应用之一，能够满 足长跨度、大荷载的桥梁建设需求。
预应力技术能够提高桥梁的承载能力和跨越能力，减少结构自重，降低 材料消耗，从而降低桥梁的造价。
03 预应力混凝土结构的优势 与局限性
预应力混凝土结构的优势
高承载力
预应力混凝土结构由于预先施 加了压力，使得结构在承受外 部荷载时具有更高的承载能力。
抗裂性好
预应力能够有效地控制混凝土 结构的裂缝出现，提高结构的 整体性和耐久性。
节省材料
预应力混凝土结构可以减小截 面尺寸和构件的厚度，从而节 省建筑材料。
特点
具有高强度、高刚度、良好的耐 久性和抗震性能，能够满足各种 复杂结构和大型结构的需要。
预应力混凝土的制造过程
01
02
03
预应力筋的制备
选用高强度钢丝或钢绞线 作为预应力筋，经过矫直、 除锈、涂裹防腐材料等加 工制成成品。
混凝土制备
根据设计要求，选择适当 的骨料、水泥、水等原材 料，经过搅拌、运输、浇 筑等工序制成混凝土。
智能预应力混凝土结构
将传感器、执行器等智能元件嵌入预应力混凝土中，实现结构的自 感知、自适应和自调节功能。
预应力混凝土结构的智能化监测与维护
智能化监测系统
建立预应力混凝土结构的智能化 监测系统，实时监测结构的受力
状态、变形和损伤情况。
健康诊断与预警
通过智能化监测系统对预应力混凝 土结构进行健康诊断，及时发现潜 在问题和风险，进行预警。
与木结构比较
预应力混凝土结构具有更高的承载力和耐久性，但环保性能较差。
04 预应力混凝土结构的工程 实例
大跨度预应力混凝土桥梁
大跨度预应力混凝土桥梁是预应力混凝土结构的重要应用之一，能够满 足长跨度、大荷载的桥梁建设需求。
预应力技术能够提高桥梁的承载能力和跨越能力，减少结构自重，降低 材料消耗，从而降低桥梁的造价。
预应力混凝土梁的受力性能研究
预应力混凝土梁的受力性能研究一、研究背景预应力混凝土梁是一种广泛应用于建筑工程中的结构材料，其具有高强度、高刚度、耐久性好等特点，能够满足工程设计要求。
在实际工程中，预应力混凝土梁的受力性能对其使用寿命和安全性有着重要的影响。
因此，对预应力混凝土梁的受力性能进行研究具有重要的理论和实际意义。
二、研究内容1.预应力混凝土梁的基本力学特性预应力混凝土梁是指在混凝土中预先加入钢筋或钢束，通过预拉力使其受到压应力，从而提高混凝土的承载力和抗弯强度。
预应力混凝土梁的力学特性包括截面性能、受力性能、挠度性能等方面，需要进行深入的研究。
2.预应力混凝土梁的受力分析预应力混凝土梁在受外力作用下，会出现弯曲、剪切、压力等多种受力形式，这些受力形式的综合作用影响着梁的受力性能。
因此，需要对预应力混凝土梁的受力分析进行深入的研究。
3.预应力混凝土梁的设计方法预应力混凝土梁的设计方法是指根据工程要求和受力条件，确定梁的截面尺寸、预应力筋的位置和预应力大小等参数，以达到设计要求。
预应力混凝土梁的设计方法需要结合实际工程情况，进行合理的设计和计算。
4.预应力混凝土梁的试验研究为了验证预应力混凝土梁的受力性能和设计方法的正确性，在实验室和现场进行试验研究是必要的。
试验研究可以从材料性能、构件受力性能和结构性能等方面进行。
三、研究方法1.文献调研通过查阅文献资料，了解预应力混凝土梁的受力性能、设计方法、试验研究等方面的研究成果和进展，为后续研究提供参考和借鉴。
2.数值模拟分析利用ANSYS等有限元软件，建立预应力混凝土梁的数值模型，进行受力分析，并对不同参数进行敏感性分析，以求得预应力混凝土梁的最优设计方案。
3.现场试验在实际工程中，选取一定数量的预应力混凝土梁，进行受力试验和结构性能测试，以验证预应力混凝土梁的受力性能和设计方法的正确性。
四、研究结论1.预应力混凝土梁的基本力学特性方面，通过试验和数值模拟分析，可以得出不同预应力大小和位置对梁的受力性能的影响，为其设计和应用提供依据。
混凝土结构基本原理 预应力混凝土结构的受力性能共102页
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
102
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
混凝土结构Leabharlann 本原理 预应力混凝土结 构的受力性能
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
10 预应力混凝土结构的受力性能 1
dPx dP 1 dP 2 kPx dx Px d
张拉端
Px Px-dPx
锚固端
x
dx
Px
P
x dPx kdx d 0 0 Px
r
d r P' Px
d dP1 Px-dP1 dx
Px ln kx P Px P e ( kx )
二、预应力的基本概念
pc
N pep h A I 2
M
Np
ep Np
pc
h c I 2
c
b c pc
h N p N pep h ( ) I 2 A I 2 M
c pc 0
由于预加应力pc较大，受拉 b c pc 边缘仍处于受压状态，不会 M h N p N pep h ( ) 出现开裂； I 2 A I 2 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；
con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生
过大应力松弛。
con取值过低，对混凝土施加的预应力太小，达不
到预应力的效果。
因此，《规范》规定张拉控制应力值con不宜超过下表的 张拉控制应力限值[con]。
张拉控制应力限值[con]
钢筋种类 预应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋 张拉方法 先张法 0.75 fptk 0.70 fptk 后张法 0.75 fptk 0.65 fptk
预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及 制作方法上原因，使得预应力钢筋变松，这种现象称 为预应力损失。
1、锚固损失l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙 的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为l1。 对直线预应力筋：
第十章_预应力混凝土结构的受力性能2
A B pc
l5
fcu
C D
受拉区或受压区预应力钢筋在各自合 力作用点处混凝土的法向压应力
受拉区或受压区各自预应力钢筋和非 预应力钢筋的配筋率
系数A、B、C、D参见教材中的相关规定
1）对一般情况
▪先张法构件
l5
45
280
f
pc
' cu
1 15
▪ 后张法构件
l5
35
280
f
pc ' cu
P 张拉端
dP1 kPxrd kPxdx
负号表示dP1和Px 方向相反
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
d r
Px
dP1
Px-dP1
dx
2. 管道摩擦损失L2
N Pxd
P 张拉端
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
dP2 N Pxd
d r
N Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
▪ 1）普通松弛
▪2）低松弛
con
0.4 ( 0.5) l4
con
f ptk
con 0.7 f ptk
con 0.7 f ptk
l4
0.125(
con
f ptk
0.5) con
0.7 f ptk con 0.8 f ptk
l4
0.2(
con
f ptk
0.575) con
（2）对热处理钢筋规定：
碳素钢丝、刻痕 钢丝、钢绞线
冷拔低碳钢丝、热 处理钢筋
预应力钢筋屈服强度 的0.5~0.9
10预应力混凝土结构的受力性能资料
l3
s Es
l l
Es
lt
l
Es
Est
1105 2 105 t 2t (N / mm2 )
减小此项损失的措施：
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
■ 采用两次升温养护。先升温20～25 C ，待混凝土强度达到7.5～
10N/mm2后，再次升温；
张拉端
θ
计算截面
x
l1
△
σ l2
σ con
x
lf
预应力损失 l1的分布
令x k x q，则 k q
x
设正反摩擦相等，则
△Байду номын сангаас
2l2 xlf
2 con x xlf
2 conlf ，于是
lf
2 con
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
■ 部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，截面上混凝土允许开裂，
但
wmax 。w相lim当于《规范》中裂缝控制等级为三级，即允许出现裂
缝的构件。
3.张拉预应力钢筋的方法
（1）先张法
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
张拉钢筋
浇筑混凝土
放松（切断）钢筋，混凝土预压。
张拉钢筋并在台座上固定
浇注混凝土构件
再降至 con 。 （5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失 l5 、 l5
收缩、徐变都导致预应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随 之回缩，产生预应力损失。
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
先张法：
45 280 pc
l5
优质文档预应力混凝土结构的受力性能
F2
N
sin
kdx 2
(N
dN ) sin
kdx 2
Nkdx
dN2 Nkdx
dN dN1 dN2 Ndq Nkdx
从张拉端到计算截面积分
NB
dN
q
dq
x
k
dx
N N0
0
0
令 k k为单位长度上局部偏差的摩擦影响系数，则
第10章 预应力混凝土构件
6.张拉控制应力 con
张拉控制应力是预应力钢筋在进行张拉时所控制达到的最大应力值。
控制的原因：
■ 防止预拉区开裂及后张法构件的局部受压破坏； ■ 保持构件破坏时具有一定的延性； ■ 防止钢筋张拉屈服或脆断。 张拉控制应力值不宜超过下表规定值，且不应小于0.4 fptk 。
■ 在钢模上张拉钢筋，连钢模一起升温养护。
（4）钢筋应力松弛引起的预应力损失 l4
钢筋受力后，在长度保持不变的条件下，应力随时间的增长而逐渐 降低，这种现象称为钢筋的应力松弛。
预应力钢丝、钢绞线：
普通松弛
l4
0.4
f
con ptk
0.5 con
,
1 0.9
再降至 con 。 （5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失 l5 、 l5
收缩、徐变都导致预应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随 之回缩，产生预应力损失。
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
先张法：
45 280 pc
l5
fcu 1+15
45 280 pc
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增加钢筋的松弛损失
四、张拉控制应力con的确定
2. con的取值
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
冷拉钢筋
预应力钢筋屈服强度的0.5~0.9
碳素钢丝、刻痕钢 丝、钢绞线
冷拔低碳钢丝、热 处理钢筋
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~0.75
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~0.70
五、预应力损失值
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p con 混凝土应力： c 0
*直接张拉法：用千斤顶等机械工具 直接张拉预应力钢筋
*电热法：低电压强电流通过钢筋使 其发热伸长，达设计要求时断电
*连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池 壁上
*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土 中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力
5. 应力松弛损失l4
采用超张拉可以减
少l4
建议的张拉程序为
0
(1.05~1.1)con 停2~5分钟
0
con
在高应力下，本需1小时才能完成的 损失，在2~5分钟内就完成了大部分
五、预应力损失值
6. 混凝土收缩徐变损失l5
收缩和徐变两者相互有关，很难精确计算，为了简化两项 损失可合并考虑
受拉区或受压区预应力钢筋在各自合 力作用点处混凝土的法向压应力
当d3m时
l6 30Mpa
五、预应力损失值
7. 预应力损失的组合
预应力损失的组 合
第一批损失lI
先张法构件
l1+l2+l3+l4
后张法构件
l1+l2
第二批损失lII
l5
l4+l5+l6
预应力总损失 的下限值
先张法构件： l100N/mm2 后张法构件： l80N/mm2
六、预应力筋锚固区受力性能
五、预应力损失值
3. 锚具变形和钢筋回缩损失l1
应注意的几个问题
*此式不适用于曲线配筋 的后张法构件（具体算 法可参考相关文献）
l1
a l
Ep
锚固前的应力图
con l1
摩擦力l1/ 2
（0） lf
锚固后的应力图
五、预应力损失值
4. 温差应力损失l3
混凝土蒸汽养护时,预应力 钢筋与台座之间温差引起 的损失
1. 先张法预应力筋预应力传递长度
当采用骤然放松预应力钢筋的施 工工艺时，起点应从距构件末端 0.25ltr处开始计算
ltr
pe
ltr
ltr
ltr
pe
ft
d
pc
六、预应力筋锚固区受力性能
2. 后张法锚固区的局部承压
2a A A
2b
七、轴心受拉构件的分析
1. 受力特征
开裂前，荷载-位移关系为线 P 性的，预应力钢筋的应力增 长较少
少l2
建议的张拉程序为
1.1con con 张拉端 0.85con
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
五、预应力损失值
3. 锚具变形和钢筋回缩损失l1
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
d Px
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
dPx dP1 dP2 kPxdx Pxd
Px dPx
x
kdx
d
P Px
0
0
ln Px kx
P
Px
P e(kx )
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
开裂后，预应力钢筋的应力 急增，进入非线性阶段
预应力混凝土构件 （使用荷载下不带裂缝）
P
预应力钢筋
普通混凝土构件
P
（使用荷载下常带裂缝）
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋
钢筋应力： p con
混凝土应力： c 0
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
预应力钢筋与孔 道壁间的摩擦系 数，教材表10-3
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
d r
dP1 dx
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
采用两端张拉可以
减少l2
con 张拉端
con 张拉端
锚固端
con 张拉端
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2 con
张拉端
采用超张拉可以减
1. 预应力损失的种类
Apcon
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
发生在预应力传 到混凝土之前
如锚具变形、管道摩擦、台 座与钢筋的温差、钢筋松弛 损失等
后期损失或第 二批损失
发生在预应力传 到混凝土之后
如混凝土收缩徐变、局部挤 压损失等
五、预应力损失值
1. 预应力损失的种类
Apcon
要求 钢筋 注意
强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加 工性能和一定的塑性
冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、 钢绞线、冷拔低碳钢丝
处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用 热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作 为预应力钢筋
对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采 用有焊接接头的冷拉钢筋
施工阶段----完成第一批预应力损失
浇注混凝土但不受力
钢筋应力： p con lI
混凝土应力： c 0
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es Ec
钢筋应力： p con lI E pcI
pcI ( A Ap ) ( con lI E pcI ) Ap
无粘结预应力混凝土
后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生 产的预应力混凝土构件
特点
造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢 筋
一、基本概念
4. 全预应力和部分预应力
使用荷载下不出现 拉应力或裂缝
全预应力混凝土构件
使用荷载下允许混凝土 受拉区产生宽度不大的裂缝
部分预应力混凝土构件
二、施加预应力的方法
1. 张拉预应力筋的方法
五、预应力损失值
5. 应力松弛损失l4
钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛
钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%， 24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛
采用超张拉时为0.9，不采用时为1.0
l4
a ( con
f pt
b) con
常数参见规范的相关内容
五、预应力损失值
c=0
混凝土应力： c 0
N p0 ( con lI lII ) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
p con lI lII
Ncr
钢筋应力： p con lI lII E ft
ft
混凝土应力： c ft
三、预应力混凝土所用的材料
2. 混凝土
一般预应力混凝土构件
C30
采用热处理钢筋、碳素钢丝、 刻痕钢丝、钢绞线的预应力
C40
混凝土构件
四、张拉控制应力con的确定
1. con对结构的影响
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
con越大，混凝土
中的预压应力越 大，但过大会产 生如下问题
使构件出现脆性破坏 预应力筋过早进入流幅，降 低其塑性
A B pc
l5
fcu
C D
高湿环境中可降低50% 干燥环境中应增加20~30%
受拉区或受压区各自预应力钢筋和非 预应力钢筋的配筋率
系数A、B、C、D参见教材中的相关规定
五、预应力损失值
6. 钢筋挤压混凝土损失l6
采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件，由于预应力筋 对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失
2. 锚具和夹具
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
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端
部
螺母
预应力筋
垫板
螺丝杆端
对焊接头
三、预应力混凝土所用的材料
1. 钢筋
钢筋的线膨胀系数
l3 0.00001 tEp
0.00001 t 2105 2t(N / mm 2 )
*采用二次升温法可减少l3:先在常温下养护,当混 凝土的强度达到7.5~10N/mm2时再逐渐升温
温度为t0时的应力为con 温度升到t1时由于混凝土 未结硬此处的应力为con
温度回落到t0时由于混凝土 已结硬和钢筋同时回缩， 此处的应力为con < con
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
后期损失或第 二批损失
预应力损失值不宜笼统地估算，应予 分项计算，然后相加确定总的损失值
但各项预应力损失值又不是截然无关 的。试图求得各项预应力损失的“净 值”是很困难的。
四、张拉控制应力con的确定
2. con的取值
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
冷拉钢筋
预应力钢筋屈服强度的0.5~0.9
碳素钢丝、刻痕钢 丝、钢绞线
冷拔低碳钢丝、热 处理钢筋
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~0.75
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~0.70
五、预应力损失值
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p con 混凝土应力： c 0
*直接张拉法：用千斤顶等机械工具 直接张拉预应力钢筋
*电热法：低电压强电流通过钢筋使 其发热伸长，达设计要求时断电
*连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池 壁上
*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土 中的钢筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力
5. 应力松弛损失l4
采用超张拉可以减
少l4
建议的张拉程序为
0
(1.05~1.1)con 停2~5分钟
0
con
在高应力下，本需1小时才能完成的 损失，在2~5分钟内就完成了大部分
五、预应力损失值
6. 混凝土收缩徐变损失l5
收缩和徐变两者相互有关，很难精确计算，为了简化两项 损失可合并考虑
受拉区或受压区预应力钢筋在各自合 力作用点处混凝土的法向压应力
当d3m时
l6 30Mpa
五、预应力损失值
7. 预应力损失的组合
预应力损失的组 合
第一批损失lI
先张法构件
l1+l2+l3+l4
后张法构件
l1+l2
第二批损失lII
l5
l4+l5+l6
预应力总损失 的下限值
先张法构件： l100N/mm2 后张法构件： l80N/mm2
六、预应力筋锚固区受力性能
五、预应力损失值
3. 锚具变形和钢筋回缩损失l1
应注意的几个问题
*此式不适用于曲线配筋 的后张法构件（具体算 法可参考相关文献）
l1
a l
Ep
锚固前的应力图
con l1
摩擦力l1/ 2
（0） lf
锚固后的应力图
五、预应力损失值
4. 温差应力损失l3
混凝土蒸汽养护时,预应力 钢筋与台座之间温差引起 的损失
1. 先张法预应力筋预应力传递长度
当采用骤然放松预应力钢筋的施 工工艺时，起点应从距构件末端 0.25ltr处开始计算
ltr
pe
ltr
ltr
ltr
pe
ft
d
pc
六、预应力筋锚固区受力性能
2. 后张法锚固区的局部承压
2a A A
2b
七、轴心受拉构件的分析
1. 受力特征
开裂前，荷载-位移关系为线 P 性的，预应力钢筋的应力增 长较少
少l2
建议的张拉程序为
1.1con con 张拉端 0.85con
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
五、预应力损失值
3. 锚具变形和钢筋回缩损失l1
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
d Px
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
dPx dP1 dP2 kPxdx Pxd
Px dPx
x
kdx
d
P Px
0
0
ln Px kx
P
Px
P e(kx )
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
开裂后，预应力钢筋的应力 急增，进入非线性阶段
预应力混凝土构件 （使用荷载下不带裂缝）
P
预应力钢筋
普通混凝土构件
P
（使用荷载下常带裂缝）
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋
钢筋应力： p con
混凝土应力： c 0
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
预应力钢筋与孔 道壁间的摩擦系 数，教材表10-3
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
d r
dP1 dx
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
采用两端张拉可以
减少l2
con 张拉端
con 张拉端
锚固端
con 张拉端
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2 con
张拉端
采用超张拉可以减
1. 预应力损失的种类
Apcon
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
发生在预应力传 到混凝土之前
如锚具变形、管道摩擦、台 座与钢筋的温差、钢筋松弛 损失等
后期损失或第 二批损失
发生在预应力传 到混凝土之后
如混凝土收缩徐变、局部挤 压损失等
五、预应力损失值
1. 预应力损失的种类
Apcon
要求 钢筋 注意
强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加 工性能和一定的塑性
冷拉钢筋、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、 钢绞线、冷拔低碳钢丝
处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用 热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作 为预应力钢筋
对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采 用有焊接接头的冷拉钢筋
施工阶段----完成第一批预应力损失
浇注混凝土但不受力
钢筋应力： p con lI
混凝土应力： c 0
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es Ec
钢筋应力： p con lI E pcI
pcI ( A Ap ) ( con lI E pcI ) Ap
无粘结预应力混凝土
后张法张拉钢筋后不在孔道中灌浆所生 产的预应力混凝土构件
特点
造价低，便于以后再次张拉或更换预应力钢 筋
一、基本概念
4. 全预应力和部分预应力
使用荷载下不出现 拉应力或裂缝
全预应力混凝土构件
使用荷载下允许混凝土 受拉区产生宽度不大的裂缝
部分预应力混凝土构件
二、施加预应力的方法
1. 张拉预应力筋的方法
五、预应力损失值
5. 应力松弛损失l4
钢筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力松弛
钢筋张拉后1小时内约完成总松弛的50%， 24小时内完成总松弛的80%，以后逐渐收敛
采用超张拉时为0.9，不采用时为1.0
l4
a ( con
f pt
b) con
常数参见规范的相关内容
五、预应力损失值
c=0
混凝土应力： c 0
N p0 ( con lI lII ) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
p con lI lII
Ncr
钢筋应力： p con lI lII E ft
ft
混凝土应力： c ft
三、预应力混凝土所用的材料
2. 混凝土
一般预应力混凝土构件
C30
采用热处理钢筋、碳素钢丝、 刻痕钢丝、钢绞线的预应力
C40
混凝土构件
四、张拉控制应力con的确定
1. con对结构的影响
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
con越大，混凝土
中的预压应力越 大，但过大会产 生如下问题
使构件出现脆性破坏 预应力筋过早进入流幅，降 低其塑性
A B pc
l5
fcu
C D
高湿环境中可降低50% 干燥环境中应增加20~30%
受拉区或受压区各自预应力钢筋和非 预应力钢筋的配筋率
系数A、B、C、D参见教材中的相关规定
五、预应力损失值
6. 钢筋挤压混凝土损失l6
采用螺旋式预应力筋作为配筋的环形构件，由于预应力筋 对混凝土的局部挤压使构件直径减小所引起的损失
2. 锚具和夹具
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
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力钢筋锚固在端
部
螺母
预应力筋
垫板
螺丝杆端
对焊接头
三、预应力混凝土所用的材料
1. 钢筋
钢筋的线膨胀系数
l3 0.00001 tEp
0.00001 t 2105 2t(N / mm 2 )
*采用二次升温法可减少l3:先在常温下养护,当混 凝土的强度达到7.5~10N/mm2时再逐渐升温
温度为t0时的应力为con 温度升到t1时由于混凝土 未结硬此处的应力为con
温度回落到t0时由于混凝土 已结硬和钢筋同时回缩， 此处的应力为con < con
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
后期损失或第 二批损失
预应力损失值不宜笼统地估算，应予 分项计算，然后相加确定总的损失值
但各项预应力损失值又不是截然无关 的。试图求得各项预应力损失的“净 值”是很困难的。