第九章 预应力混凝土
混凝土结构设计复习重点
混凝土结构（中册）复习(河南工业大学)第九章预应力混凝土构件一、概述：1、何为预应力混凝土？何为预应力混凝土构件？答：结构构件受外荷载作用前，预先对由外荷载产生的混凝土受拉区施加压力，由此产生的预压应力可以减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力。
预应力混凝土构件：用人工方法预先使构件截面中产生预压应力的混凝土构件。
2、预应力混凝土构件可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取的节约钢筋、减轻构件自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。
3、那些结构物宜优先采用预应力混凝土？答：下列结构物宜优先采用预应力混凝土：（1）要求裂缝控制等级较高的结构；（2）大跨度或受力很大、承受动荷载的构件；（3）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。
4、与钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点？答：与钢筋混凝土构件相比：优点：预应力构件可以采用高强混凝土和高强钢筋，强度高，刚度大，截面尺寸相对小自重轻，易于做建造大跨度和承受重型荷载的构件；预应力混凝土构件是在构件承载前，对混凝土受拉区施加预应力，提高构件的抗裂性能和刚度，扩大了钢筋混凝土构件的适用范围；缺点：如施工工序多，工艺和构造较复杂，要求高，需要张拉设备和场地，设计和计算也比普通钢筋混凝土复杂，此外预应力混凝土构件开裂荷载与破坏荷载比较接近，其延性较差。
5、预应力混凝土构件分为哪几类？答：根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同，预应力混凝土构件分为全预应力和部分预应力两类。
全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。
相当于裂缝控制等级为一级。
部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许出现裂纹，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，大致相当于裂缝控制等级为三级。
6、张拉预应力钢筋的方法有哪些？各有何特点？答：有先张法和后张法。
（1）先张法：在浇灌混凝土前张拉钢筋的方法。
特点：生产工艺比较简单，质量较易保证，不需要永久性锚具；需要台座，第一次投资费用较大；适合工厂化成批生产中、小型预应力构件。
第九章结构设计原理
[例9-1] 24m屋架预应力混凝土下弦拉杆，截面构造如图9-1。
采用后张法一端施加预应力。
孔道直径50mm，预埋波纹管成孔。
每个孔道配置3根普通松弛钢绞线（A p=839.88，f ptk=1570），非预应力钢筋采用HRB335级钢筋412（A s=452）。
采用XM型锚具，张拉控制应力采用σcon=0.65f ptk，混凝土为C40级，施加预应力时f cu'=40。
要求计算预应力损失。
图9-1[解]（1）截面几何特征预应力钢绞线E p=1.95×105，非预应力钢筋E s=2.0×105，C40级混凝土E c=3.25×104，扣除孔道的净换算截面面积A n（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon=0.65f ptk=0.65×1570=1020.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：XM型锚具采用钢绞线内缩值a =5mm，构件长l=24m②孔道摩擦损失σ12：预埋波纹管成孔，κ=0.0015，直线配筋μθ=0第一批损失σ1Ⅰ= σ11+ σ12 = 77.34N/mm2③预应力筋应力松弛损失σ14：非超张拉ψ = 1.0，按(9-20)式，④混凝土收缩徐变损失σ15：张拉中止后混凝土的预压应力σpc第二批损失σ1II= σ14+ σ15 = 172.6全部预应力损失为σ1= σ1I I+ σ1II = 249.9。
[本例题完][例9-2] 3.6m先张预应力混凝土圆孔板截面如图9-2。
预应力筋采用8φ 5的1570级低松弛螺旋肋钢丝（A p=157），在4m长的钢模上张拉。
混凝土为C40级，达到75％强度时放张，张拉控制应力σcon=0.75f ptk。
要求计算预应力损失。
图9-2[解]（1）截面几何特征将圆孔板截面按截面面积、形心位置和惯性矩相等的条件换算为工形截面。
即将圆孔换算成b k×h k的矩形孔。
,解得b k=526.9mm，h k=72mm，故换算的工形截面b f'=860mm，h f'=（24+83/2）-72/2=29.5mm，b f=890mm，hf'=（18+83/2）-72/2=23.5mm，mm。
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。
预应力溷凝土构件设计
pc = pcI (压)
混凝土结构基本原理
第九章
由截面平衡条件： pe Ap = pcI Ac + s As
(con–lI –EpcI ) Ap = pcI Ac + EspcI As
式中：A0 = Ac +Es ·As + E ·Ap －换算截面面积。
Ncr ( c =ftk)
Nu(pe = fpy)
(a)施加轴力前
(b)消压状态
(c)开裂轴力
Nu
N0
N0
Ncr
Ncr
（+）
（－）
混凝土结构基本原理
第九章
加载至砼应力为零：
pc= 0
s= l5
pe= p0 = con – l
式中 N0 ––– 消压轴力，抵消截面上混凝土有效预压应力所需的轴向力。
d > 3m， l6 = 0
d 3m， 取l6 = 30N/mm2
混凝土结构基本原理
第九章
总损失： l = lI +lII
先张法： ls 100N/mm2
后张法： ls 80N/mm2
9.2.4 预应力损失值的组合
砼预压前 lI = l1 +l3 +l4
砼预压后 lII = l5
先张法构件：
用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 –––锚具
不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时所固定预应力筋不同，锚具则不同，回缩量也不同，尺寸外形对构件的影响也不同。
9.1.4预应力砼构件的锚、夹具
混凝土结构基本原理
第九章
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帮 助
(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端 镦头锚具
第九章 预应力混凝土构件
裂缝宽度与钢筋应力基本成正比，一般
Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力计算，Ms作用
下sss=(0.5~0.7)fy。对于HPB335级钢筋，fy
=300MPa，sss=150~210MPa，裂缝宽度已达(0.15~ 0.25) mm。如采用RRB400级高强钢筋，fy=580MPa， 则sss= 290 ~406 MPa，裂缝宽度已远远超过容许限值。 故钢筋混凝土结构限制了高强材料的应用，限制
无粘结预应力束
3.预应力螺纹钢筋 也称精轧螺纹钢筋，是用热轧、轧后余热 处理或热处理工艺制作成带有不连续无纵肋的 外螺纹的直条钢筋，该钢筋在任意截面处均可 带有匹配的内螺纹的连接器或锚具进行连接或 锚固。直径为18~50mm，具有高强度、高韧性 等特点。
预应力钢筋
9.1.4施加预应力的方法
一、先张法
根据力的平衡条件
spcI
spcAc spAp ssAs scon sl aEspc Ap aES仍处 于受压状态，不会出现开裂；
s c s pc 0
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；
0 s c s pc ftk
s c s pc ftk
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。
' cu
9.3预应力混凝土轴心受拉构件的计算
预应力混凝土的计算分两部分 一、使用阶段计算 ⑴承载力计算。对于预应力轴心受拉构件，应进行正 截面受拉承载力计算；对于预应力受弯构件，应进行 正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力计算。 ⑵裂缝控制验算。对于正常使用阶段不允许开裂的构 件，应进行抗裂验算；对于允许开裂的构件，则应进 行裂缝宽度验算。 ⑶变形验算。对预应力受弯构件，应进行挠度验算。 二、施工阶段验算 预应力混凝土构件在制作、运输和安装等施工过 程中，应对其承载力和抗裂性进行验算。
预应力混凝土原理
预应力混凝土原理预应力混凝土是一种应力控制的结构材料，在建筑和基础工程领域得到广泛应用。
它利用钢筋或钢束施加预先计算好的预应力，使混凝土结构能够承受更大的荷载和变形。
本文将详细介绍预应力混凝土的原理以及其在工程中的应用。
一、预应力混凝土的原理预应力混凝土的原理基于荷载的响应和应力的分配。
通过施加预应力，使得混凝土在自身重量以及外界荷载作用下产生的应力与预应力的应力达到平衡。
这样，在荷载作用下，混凝土结构将会以一种有利的方式进行工作。
1.1 预应力混凝土的受力特点预应力混凝土的受力特点与普通混凝土有所不同。
在传统的钢筋混凝土结构中，钢筋主要用于承受拉力，混凝土主要用于承受压力。
而在预应力混凝土中，预应力钢筋或钢束通过预应力作用，使得混凝土不仅可以承受压力，还能够部分或全部承受拉力。
这种受力机制使得预应力混凝土具有更好的抗弯和抗剪能力。
1.2 预应力的施加方式预应力可以通过两种主要方式施加到混凝土中：预应力张拉和预应力压缩。
预应力张拉是将钢束或钢筋置于预应力孔道中，在混凝土浇筑固化后，通过张拉钢束或钢筋，施加预先设定的预应力大小。
张拉过程中，钢束或钢筋会拉伸混凝土，使其产生拉应力，以抵消混凝土在使用荷载下产生的压应力。
预应力压缩是直接施加预应力到混凝土中，使用压应力抵消混凝土在使用荷载下产生的拉应力。
这种方式适用于柱子和支座等构件。
二、预应力混凝土的应用预应力混凝土广泛应用于各种工程中，包括桥梁、楼房、水坝、核电站等。
其应用主要体现在以下几个方面：2.1 提高结构的承载力和刚度通过施加预应力，混凝土结构可以提高承载能力和刚度。
在横跨宽度较大的河流或山谷的桥梁中，预应力混凝土可以用于支撑梁的跨度。
这样，不仅可以更好地承受荷载，还可以减少桥墩的数量，减少对河流或山谷的干扰。
2.2 控制徐变和收缩变形混凝土材料存在徐变和收缩的特性，而预应力混凝土能够通过施加相应的预应力来控制这些变形。
例如，在核电站的反应堆容器中，预应力混凝土可以有效地控制徐变和收缩变形，确保结构的稳定性和安全性。
预应力混凝土构件2
结成整体；当再次升温时，二者可共同变形，不再引起预应力损失。因此， 计算时取
。
t 20 25 C ～
14
预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失 l 4
应力松弛（stress relaxation）是指钢筋受力后，在长度不变的条件下， 钢筋应力随时间的增长而降低的现象。 预应力钢丝、钢绞线：
第9章 预应力混凝土构件
1
§9.1 预应力混凝土的基本概念
一.预应力混凝土的概念
1.概念：在混凝土构件使用（承受使用荷载）以前预先施加作用使
之产生的应力（如压应力）与使用荷载产生的应力（如拉应力）方 向相反，从而抵消部分或全部荷载产生的应力（如拉应力）； 2.意义： （1）提高混凝土构件的抗裂性能和刚度； （2）充分利用高强材料、降低构件自重。 3.使用范围：裂缝控制等级要求高、大跨度、挠度控制要求高
线张拉或钢模短线张拉。 先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力的。 此方法适用于在预制厂大批制作中、小型构件，如预应力混凝土楼板、 屋面板、梁等。
5
后张法 在浇灌混凝土并结硬之后张拉预应力钢筋，故称为后
张法。
后张法构件是依靠其两端的锚具锚住预应力钢筋并传
递预应力的。因此，这样的锚具是构件的一部分，是永久
性的，不能重复使用。此方法适用于在施工现场制作大型
构件，如预应力屋架、吊车梁、大跨度桥梁等。
6
3
锚具 锚具是锚固预应力筋的装置，它对在构件中建立有效预
应力起着至关重要的作用。先张法构件中的锚具可重复使用， 也称夹具或工作锚；后张法构件依靠锚具传递预应力，锚具 也是构件的组成部分，不能重复使用。 对锚具的要求是：安全可靠，使用有效、节约钢材及制 作简单。
预应力混凝土
预应力混凝土的基本原理
• 预应力是预加应力的简称，其基本原理在很早以前 就已被聪明人类所运用。木桶是预加应力抵抗拉应 力的一个典型的例子。
中国古代的工匠早就运用预应 力的原理来制作木桶。木桶的 环向预压应力通过套紧竹箍的 方法产生。只要水对桶壁产生 的环向拉应力不超过环向预压 应力，则桶壁木板之间将始终 保持受压的紧密状态，预压应 力通过两端锚具传给构件混凝 土。木桶就不会开裂和漏水。
与普通混凝土结构相比,其主要优 点是：
①提高构件的抗裂度，改善了构件的受力性能。 因此适用于对裂缝要求严格的结构； ②由于采用了高强度混凝土和钢筋，从而节省材 料和减轻结构自重，因此适用于跨度大或承受重型 荷载的构件； ③提高了构件的刚度，减少构件的变形，因此适 用于对构件的刚度和变形控制较高的结构构件； ④提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震 能力。
何谓预应力混凝土？
• 为了弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件 使用（加载）以前，预先给混凝土一个预压力， 即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将 钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受 拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当 构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区 混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝 土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使 裂缝出现，这就叫做预应力混凝土。
预土 应构 力件 预的 应施 力工 混方 凝法
先张法
后张法
•
在混凝土灌筑之前，先将由钢丝钢绞线 或钢筋组成的预应力筋张拉到某一规定应 力，并用锚具锚于台座两端支墩上,接着安 装模板、构造钢筋和零件,然后灌筑混凝土 并进行养护。当混凝土达到规定强度后， 放松两端支墩的预应力筋，通过粘结力将 预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预 压应力。先张法以采用长的台座较为有利， 最长有用到一百多米的，因此有时也称作 长线法。
预应力混凝土
预应力混凝土预应力混凝土是一种具有高强度和良好耐久性的建筑材料，其应用广泛于桥梁、建筑、水利工程等领域。
预应力混凝土通过在混凝土结构中引入预应力钢束，能够有效地抵抗结构承载荷载时的变形和应力，提高结构的整体性能和承载能力。
本文将重点介绍预应力混凝土的特点、施工工艺以及应用范围。
一、特点1. 高强度：预应力混凝土具有较高的抗压、抗弯和抗剪强度，能够满足大跨度结构和超高层建筑的承载需求。
2. 良好的耐久性：预应力混凝土采用高强度混凝土和防腐预应力钢材，能够在恶劣环境下长期使用而不受破坏。
3. 优秀的变形控制能力：通过引入预应力力学原理，预应力混凝土能够有效减小结构的变形，提高结构的刚度和稳定性。
4. 施工灵活性：预应力混凝土采用预制构件工艺，可以根据具体需求进行模块化生产，减少现场施工时间和人力成本。
二、施工工艺1. 钢束张拉：首先，在混凝土结构中设置预应力钢束，通常为高强度钢丝或钢束。
然后，通过张拉设备对钢束进行张拉，使其施加预应力力。
2. 预应力锚固：在钢束张拉完成后，将其锚固在混凝土构件的两端，使钢束施加的预应力力得到长久保持。
3. 灌注混凝土：在钢束张拉和锚固完成后，将混凝土灌注至结构中，覆盖钢束及其锚固部位。
在混凝土凝固硬化后，形成预应力混凝土构件。
4. 后张拉：对于一些需要较高预应力的结构，可以在混凝土凝固后进行后张拉操作，进一步增加结构的承载能力。
三、应用范围1. 桥梁：预应力混凝土被广泛用于大跨度桥梁的建设，如悬索桥、斜拉桥和梁式桥等。
其高强度和良好的变形控制能力使得这些桥梁能够承受车辆和行人流量的巨大冲击力。
2. 建筑：预应力混凝土在建筑领域中也有重要应用，用于超高层建筑、大型厂房及核心筒等结构的施工。
其高强度和优秀的变形控制能力确保了结构的稳定性和安全性。
3. 水利工程：预应力混凝土被广泛用于水坝和水闸等水利工程的建设。
其耐久性和抗水压能力使得这些结构能够长期有效地控制水流和蓄水。
预应力混凝土
预应力锚具是确保预应力结构能保持持久正常工作 状态的关键部件，它是随着预应力主材(高强度 钢筋、钢丝或钢绞线)生产技术的发展而研制开 发的。对锚具的要求形状要准确、工作可靠、构 造简单、施工方便；有足够的强度和刚度，受力 后变形小，锚固可靠，不产生预应力筋的滑移和 断裂现象。
（一）单根粗钢筋锚具 单根粗钢筋锚具主要有：螺丝端杆锚具、镦头锚具 和帮条锚具。 1、螺丝端杆锚具：当采用高强精轧钢筋作为预应 力钢筋时，可采用螺丝端杆锚具。它具有受力 明确，锚固可靠，构造简单，施工方便等特点。 螺丝端杆锚具长度一般为320mm，适用于直 径不大于36mm的钢筋，它由螺丝端杆、螺母 和垫板组成 。
⑶预应力筋为钢筋时，对热处理钢筋不得用电 弧切割，宜用砂轮锯或切断机切断。数量较多 时，也应同时放松。多根钢丝或钢筋的同时放 松，可用油压千斤顶、砂箱、楔块等。 ⑷采用湿热养护的预应力混凝土构件，宜热态 放松预应力筋，而不宜降温后再放松。
第二节 后张法施工
后张法施工由于直接在混凝土构件上进行张拉，故 不需要固定的台座设备，不受地点限制，适用于在施工 现场生产大型预应力混凝土构件，特别是大跨度构件。 一、锚具
l Fp l Ap E s
Fp ---预应力筋的平均张拉力，KN。直线筋取张拉端的拉
力，两端张拉的曲线筋，取张拉端的拉力与跨中扣除孔 道摩阻损失后拉力的平均值。 l --- 预应力筋的长度,mm. Ap ----预应力筋的截面积，mm2 E s ----预应力筋的弹性模量，KN/mm2
预应力筋放张
⑴混凝土强度达到设计规定的数值（一般不小于混 凝土标准强度的75%）后，才可放松预应力筋。这是 因为放松过早会由于预应力筋回缩而引起较大的预应 力损失。预应力筋放松应根据配筋情况和数量，选用 正确的方法和顺序，否则易引起构件翘曲、开裂和断 筋等现象。 ⑵当预应力筋采用钢丝时，配筋不多的中小型钢筋混 凝土构件，钢丝可用砂轮锯或切断机切断等放松。配 筋多的钢筋混凝土构件，钢丝应同时放松，如逐根放 松，则最后几根钢丝将由于承受过大的拉力而突然断 裂，易使构件端部开裂。长线台座上放松后预应力筋 的切断顺序，一般由放松端开始，逐次切向另一端。
预应力混凝土
♂ ♂ ♂ ♂
预应力混凝土施工方法及其区别
I. 先张法 II. 后张法 III. 两者的区别
●先张法 先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇注成型的方法， 先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇注成型的方法， 其主要工序如下： 其主要工序如下：
(1)、在台座或钢模 、
♂ ♂ ♂ ♂
上张拉预应力筋： 上张拉预应力筋： 将预应力筋传入 台座横梁或钢模 的孔洞中， 的孔洞中，一端 用夹具固定， 用夹具固定，另 一端用千斤顶张 如图所示， 拉，如图所示， 待张拉到预定的 拉力后， 拉力后，将预应 力筋用夹具固在 台座横梁上； 台座横梁上；
(2)、支模、绑扎非预应力钢筋、浇筑混凝土，如 、支模、绑扎非预应力钢筋、浇筑混凝土，
图所示； 图所示； 待混凝土养护到一定强度后，切断或放松钢筋， 待混凝土养护到一定强度后，切断或放松钢筋， 通过钢筋与混凝土之间的粘结力挤压混凝土， 通过钢筋与混凝土之间的粘结力挤压混凝土，使 构件产生预压应力，如图所示。 构件产生预压应力，如图所示。
II. III.
预应力钢筋 混凝土 孔道及灌浆材料
●预应力钢筋 ★高强度。预应力混凝土构件在制作和使用过程中， 高强度。 高强度 预应力混凝土构件在制作和使用过程中， 由于种种原因，会出现各种预应力损失， 由于种种原因，会出现各种预应力损失，为了在扣 除预应力损失后仍然能使混凝土建立起较高的的预 应力值，需采用较高的张拉应力， 应力值，需采用较高的张拉应力，因此预应力钢筋 必须采用高强钢筋（ 必须采用高强钢筋（丝）。 具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏， 具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏，要求预应力 钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 ★具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏，要求预应 具有一定得塑性。 具有一定得塑性 为防止发生脆性破坏， 力钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 力钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 ★良好的加工性能。要求钢筋有良好的可焊性，以及 良好的加工性能。 良好的加工性能 要求钢筋有良好的可焊性， 钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能。 钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能。 ★与混凝土之间有较好的粘结强度。先张法构件的预 与混凝土之间有较好的粘结强度。 与混凝土之间有较好的粘结强度 应力传递是靠钢筋和混凝土的粘结力完成的， 应力传递是靠钢筋和混凝土的粘结力完成的，因此 需要有有足够的粘结强度。 需要有有足够的粘结强度。 ♂
预应力溷凝土构件(7)
§ 9-1 -5 预应力混凝土的材料
要求：强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的 加工性能（可焊性和冷墩性及热墩性等）和一定的塑 性。
我国预应力钢材主要有：钢绞线、钢丝（冷拔低碳钢 丝、碳素钢丝、刻痕钢丝）、冷拉和热处理低合金钢 筋。
注意
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
•在施工阶段会使构件某些部位受拉甚至开裂，对后张法可能造成端部局部压坏； •构件出现裂缝时的荷载值和极限荷载值很接近，延性较差； •超张拉时钢筋应力可能超过实际屈服值，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。 •增加钢筋的松弛损失 但过小，则不能有效提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。因此规范规定， 张拉控制应力不宜超过下表值。
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第九章 预应力混凝土构件
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
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第九章 预应力混凝土构件
§ 9-1-4 夹具和锚具
夹具和锚具是锚固和夹持预应力筋的装置，是预应力锚固体系中的关键 件，也是基础件。
夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋， 它不留在构件上，剪断预应力筋后 夹具的作用即消失，可重复使用。
3.热处理钢筋：由热轧的螺纹钢筋经淬火和回火的调质热处理 而成。按外形分纵肋和无纵肋两种。具有强度高、松弛小等特 点。以盘圆形式供货，可省掉冷拉、对焊等工序，大大方便施 工。
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第九章 预应力混凝土构件
二、混凝土 要求： 强度高； 收缩、徐变小；快硬、早强。 《混凝土结构设计规范》规定：
预应力混凝土 原理
预应力混凝土原理预应力混凝土是一种广泛应用于建筑结构中的一种材料，其原理是通过在混凝土中引入预先应力，以提高混凝土的抗拉强度和承载能力。
这种材料在现代建筑中得到了广泛的应用，特别是在大跨度、高层建筑和桥梁等工程中。
本文将详细介绍预应力混凝土的原理及其在建筑结构中的应用。
预应力混凝土的原理主要是通过在混凝土中引入预应力钢筋，以在施加荷载时抵消混凝土的内部应力，从而提高混凝土的整体抗拉强度和承载能力。
预应力钢筋一般通过张拉的方式施加预应力，将其锚固在混凝土中。
当外部荷载作用于混凝土结构时，预应力钢筋中的预应力将抵消混凝土的内部应力，使其保持在压缩状态，从而提高混凝土的抗拉强度。
预应力混凝土的施工过程一般分为以下几个步骤：首先，在混凝土结构中预留钢筋孔道，然后将预应力钢筋穿过孔道，并在两端进行张拉，使其产生预应力；随后，将预应力钢筋的两端锚固在混凝土中，使其保持预应力状态；最后，浇筑混凝土，待其硬化后，即形成预应力混凝土结构。
预应力混凝土在建筑结构中的应用非常广泛。
首先，它能够大幅度提高混凝土的抗拉强度，使得混凝土结构能够承受更大的荷载。
这在大跨度结构中尤为重要，如大型桥梁、高层建筑等。
其次，预应力混凝土能够增加结构的刚度和稳定性，提高结构的整体性能。
此外，预应力混凝土还能够减小混凝土的开裂和变形，提高结构的耐久性和使用寿命。
预应力混凝土的应用还需要考虑一些设计原则和施工要点。
首先，预应力钢筋的布置应合理，以保证混凝土结构在受力时能够充分发挥预应力的作用。
其次，预应力钢筋的张拉和锚固要严格控制，以确保预应力的稳定性和一致性。
同时，在施工过程中还需要注意混凝土的配合比和浇筑工艺，以保证混凝土的质量和性能。
在实际工程中，预应力混凝土的应用已经取得了显著的成果。
通过合理设计和施工，预应力混凝土结构能够更好地满足工程的需求，提高结构的安全性和可靠性。
随着科学技术的不断发展，预应力混凝土在建筑领域的应用还将不断拓展，为工程建设提供更加可持续和高效的解决方案。
9预应力砼构件-PPT精选文档
锚具按其构造形式及锚固原理，可以分为三种基本类型：
锚块锚塞型锚具；螺杆螺帽型锚具；镦头型锚具。
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9.1 预应力混凝土的基本知识
第九章 预应力混凝土构件
石家庄铁路职业技术学院
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预应力混凝土的材料
钢筋
预应力混凝土结构中的钢筋包括预应力钢筋（prestressing tendon）和非预应 力钢筋（ordinary steel bar）。 非预应力钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用RRB400级钢筋。 由于通过张拉预应力钢筋给混凝土施加预压应力，因此预应力钢筋首先必须具有 很高的强度，才能有效提高构件的抗裂能力。规范规定，预应力钢筋宜采用预应 力钢绞线、消除应力钢丝及热处理钢筋。
生如下问题：（1）个别钢筋可能被拉断；（2）施工阶段可能会引起构件某
些部位受到拉力（称为预拉区）甚至开裂，还可能使后张法构件端部混凝土
产生局部受压破坏；（3）使开裂荷载与破坏荷载相近，一旦裂缝，将很快 破坏，即可能产生无预兆的脆性破坏。另外，还会增大预应力钢筋的松弛损
失。因而对张拉控制应力应规定上限值。
混凝土
规范规定，预应力混凝土结构（prestressed concrete structure）的混凝土强 度等级不应低于C30；当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝 土强度等级不宜低于C40。
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9.1 预应力混凝土的基本知识
第九章 预应力混凝土构件
石家庄铁路职业技术学院
5
预应力混凝土的特点
或
或
( d )
预应力混凝土受弯构件
3
9.1 预应力混凝土的基本知识
第九章 预应力混凝土构件
石家庄铁路职业技术学院
混凝土结构设计原理 课件及试题9
第九章 预应力混凝土构件本章的意义和内容：本章讲述了预应力混凝土的基本知识、预应力混凝土构件设计的一般规定、预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析、预应力混凝土轴心受拉构件的计算和验算、预应力混凝土受弯构件的应力分析与设计计算以及预应力混凝土的构造要求。
通过本章的学习，使学生对预应力混凝土有全面的了解，并使学生掌握了以下的重点、难点：1. 预应力混凝土构件的工作原理，预应力混凝土改善了普通混凝土构件抗裂性差、刚度小、变形大、不能充分利用高强材料、适用范围受到限制的缺陷，可以运用到有防水、抗渗要求的特殊环境及大跨、重荷载结构。
2. 施加预应力的方法：先张法、后张法。
先张法是靠预应力钢筋和混凝土粘结力传递预应力的，在构件端部有预应力传递长度；后张法是依靠锚具传递预应力的，端部处于局压的应力状态。
3. 张拉控制应力con σ的取值。
con σ的大小对预应力混凝土构件非常重要，取值过高对构件安全有影响，过低预应力效果不好，因此张拉控制应力的取值应适当。
4. 与普通混凝土构件不同，预应力混凝土应采用高强钢筋和高强混凝土，对使用的锚具要求及施工要求比普通混凝土构件要更高。
5. 各项预应力损失的原因，损失的分析、计算方法以和减少各项损失的措施，以及先张法、后张法各有哪些损失，第一批和第二批损失是哪些组合。
6. 预应力混凝土轴心受拉构件，从施加预应力到施加荷载构件破坏经历了六个特殊阶段，各个阶段混凝土、钢筋的应力、应变情况，先张法和后张法有何相同点和不同点。
7. 预应力混凝土构件在外荷载作用后的使用阶段，两种极限状态的计算与普通混凝土构件类似，为了保证施工阶段构件的安全性，应进行相关的验算。
对后张法构件还应计算端部的局压承载力。
预应力混凝土受弯构件除了同普通混凝土受弯构件要进行使用阶段的承载能力计算（正截面、斜截面）、使用阶段的抗裂验算、使用阶段的变形验算，还要进行施工阶段的强度及抗裂验算。
一、概 念 题（一）填空题1．先张法构件的预应力总损失至少应取 ，后张法构件的预应力总损失至少应取 。
9预应力混凝土工程
张。
9.3 后张法
一、概念、适用性 二、设备 1、锚具——永久性的，一次性使用
预应力筋 固定端锚具 张拉端锚具 螺丝端杆 JM-12型 锥形螺杆 钢质锥形 张拉设备 拉杆式千斤顶 锥锚式、穿心式 同上 单根粗钢筋 邦条、镦头 钢筋束 钢丝束 镦头 镦头
2、预埋管道——抽芯管（钢管，胶管）、 预埋波纹管
第九章 预应力混凝土工程
9.1 概述
混凝土拉应变值为0.0001～0.00015mm，对应的 钢筋应力20～30MPa。允许出现裂缝也只限制在 0.2～0.3mm，此时对应150～250MPa。HRB335级钢筋 的屈服应力为335MPa，可见出现允许最大裂缝时，
钢筋的抗拉强度仍未能发挥。
联想：普通钢筋混凝土结构抗拉强度低的缺点 使混凝土过早开裂，限制自身的发展。能否利用混 凝土抗压强度高的特点来帮助抗拉呢？ 预应力混凝土就是解决这一问题的有效方法。
9.2 先张法
一、概述 1、概念 2、优缺点 3、应用：多用于工厂生产中小型构件。常用钢丝或 直径不大于16mm冷拉钢筋作预应力筋。
二、设备 1、台座 ①槽式：由传力柱、上下横梁、砖墙等组成，长45～ 76m，适于双向预应力构件，易于蒸汽养护。
上横梁 下横梁
砖墙
砖墙
压杆 压杆
②墩式：由传力墩、台面、横梁等组成，长度100～150m， 适于中、小型构件。以混凝土墩作承力结构的台座称墩式 台座。
预应力混凝土梁结构
• 普通荷载下，当跨度＞6m，通常选用普通混凝土板；当跨 度＞12m 通常选用预应力混凝土板。 • 9m～24m 的跨度范围对在普通活载作用下的普通混凝土梁 板结构、预应力混凝土梁板结构进行比较分析。
预应力混凝土的优点 1）提高了构件的抗裂能力，刚度大耐久性，减轻自重， 节省材料。 在外荷载作用下，只有当混凝土的预应力被全部抵消转 而受拉且拉应变超过混凝土的极限拉应变时，构件才会开 裂。而普通钢筋混凝土结构中不存在预应力，其开裂荷载 的大小仅由混凝土极限抗拉强度（为抗压强度的1/10左右） 所决定。 因为预应力混凝土构件正常使用时，在荷载效应标准组 合下可能不开裂或只有很小的裂缝，混凝土基本上处于弹 性阶段工作，因而构件的刚度比普通钢筋混凝土构件有所 增大。
9预应力混凝土工程
土木工程施工中,预应力工程是一项相对 技术含量高的分项工程。在大跨度的桥梁以 及高耸混凝土构筑物中，常常采用预应力技 术控制构件的裂缝以及变形。目前，预应力 技术在空间钢结构中也得到推广应用，对钢 结构施加预应力可有效控制结构变形以及调 整杆件的受力状态，使钢结构杆件的应力更 趋合理，增加结构的空间刚度，并有效地降 低结构的用钢量。
它是将制作构件的模板作为预应力钢
筋的锚固支座的一种台座。钢模板具有相
当的刚度，可将钢筋直接放置在模板上进
行张拉。
4 1
2
钢模台座 l—侧模；2—底模； 3—活动铰；4—预应
力筋锚固孔
4 3
箱梁 端部 模板 作张 拉台 座
箱 梁 钢 模 组 装
预应力筋（丝）的铺设
❖ 为方便脱模，铺设预应力前台面与模板应涂 刷隔离剂；
（1）要求提高构件在施工阶段的抗裂性能而 在使用阶段受压区内设置的预应力筋；
（2）要求部分抵消由于应力松弛、摩擦、钢 筋分批张拉以及预应力筋与张拉台座之间 的温差等因素产生的预应力损失。
《铁路桥涵设计规范》与《公路桥涵 设计规范》的的规定：
❖ 钢丝、钢绞线：
0.75 f
con
ptk
❖ 高强螺纹钢筋： con 0.9 f pyk
❖ 对于后张法构件：梁体内锚下的钢筋应力， 若张拉端设有锚圈时，张拉控制应力为构件 体外张拉控制应力扣除锚圈口应力损失后的 值。
❖ 体外张拉控制应力：指张拉钢筋时千斤顶油 压表不受其他因素干扰的情况下，油压表显 示的总张拉力除以预应力筋总截面积所得的 应力值。
过大的张拉控制应力会引起的问题：
❖ 增加预应力筋断裂的可能性； ❖ 增大预应力筋应力松弛损失； ❖ 预应力筋的延性储备减少，预应力混凝土构
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第九章预应力混凝土一.思考题1.何谓预应力?为什么要对构件施加预应力?2.与钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点?3.对构件施加预应力是否会改变构件的承载力?4.先张法和后张法各有何特点?5.预应力混凝土构件对材料有何要求?为什么预应力混凝土构件要求采用强度较高的钢筋和混凝土?6.何谓张拉控制应力?为什么要对钢筋的张拉应力进行控制?7.何谓预应力损失?有哪些因素引起预应力损失?8.先张法构件和后张法构件的预应力损失有何不同?如何减小预应力损失?9.预应力混凝土受弯构件受压区配置预应力钢筋的主要目的何在?它对构件的正截面抗弯和斜截面抗剪承载力有何影响?10.何谓锚固长度?何谓传递长度?ξ与钢筋混凝土受弯构件的11.预应力混凝土受弯构件正截面的界限相对受压区高度bξ有何不同?为什么?bA有什么作用?12.预应力混凝土受弯构件的预应力钢筋'p13.预应力混凝土受弯构件的变形与钢筋混凝土受弯构件的变形相比有何异同?14.请简述预应力钢筋混凝土的基本概念？15.预应力混凝土结构的优缺点是什么？二．判断题1.（）采用预应力构件的主要目的是提高构件正常使用的性能。
σ应高于预应力钢筋的屈服强度。
2.（）张拉控制应力conσ张拉控制应力的确定是越大越好。
3.（）con4.（）预应力混凝土结构可以避免构件裂缝的过早出现。
σ是一端张拉时的二倍。
5. （）预应力构件在采用两端张拉时，其预应力损失116.（）先张法、后张法的预应力总损失计算值不得小于100N/mm2。
7.（）预应力的存在，使构件抗裂度和斜截面抗剪能力得到提高。
三．填空题1.采用预应力混凝土构件的主要目的是（）.2. 在预应力混凝土构件中，预应力钢筋必须采用（）钢筋四.选择题1.预应力混凝土构件中的预应力钢筋（）.A.必须是高强度钢筋B.必须是未经冷拉的热轧钢筋C.必须是光面钢筋D.必须是HPB235钢筋σ是指（）2.预应力钢筋的张拉控制应力conA.扣除第一批预应力损失后的钢筋应力B.扣除全部预应力损失后的钢筋应力C.张拉预应力钢筋时，张拉几具所指示的总张拉力除以预应力钢筋面积的值D. 固定预应力钢筋后的钢筋应力3.先张法构件的预应力损失l σ的计算值（ ）A 不应大于802/mm NB 不应小于802/mm NC. 不应大于1002/mm N D 不应小于1002/mm N4.后张法预应力钢筋构件，混凝土获得预应力的途径是（ ）A.依靠钢筋与混凝土的粘结力 B 依靠锚具挤压混凝土C.依靠台座D.依靠非预应力钢筋阻止混凝土的压缩5.预应力损失3l σ发生在（ ）A.先张法构件自然养护时 B 后张法构件加热养护时C.后张法构件自然养护时D. 后张法构件加热养护且预应力钢筋和承受拉力的设备之间有温差时6.下列有关预应力混凝土的叙述中，其中不正确的是（ ）A. 先张法靠钢筋与混凝土战结力传递应力B. 后张法靠锚固施加预应力C. 先张法适用于预制厂生产制作中、小构件D. 无粘结预应力采用先张法7后张法预应力构件的预应力传递是靠（ ）A 、割断锚具使钢筋回缩；B 、钢筋与孔道壁的摩擦；C 、钢筋与混凝土之间的粘结力；D 、锚具经垫板挤压混凝土；8.裂缝控制等级为一级的构件（ ）A 、一定是预应力混凝土构件;B 、一定是钢筋混凝土构件;C 、不一定是预应力混凝土构件;D 、不一定是钢筋混凝土构件;9. 在其他条件相同时,先张法的预应力损失总比后张法的预应力损失( )。
A 、小;B 、不能确定;C 、大;D 、相同;10.《混凝土结构设计规范》规定，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于（ ）。
A ．C20；B ．C30；C ．C35；D ．C40；11.预应力混凝土先张法构件中，混凝土预压前第一批预应力损失I l σ应为（ ）。
A ．21l l σσ+；B ．321l l l σσσ++；C ．4321l l l l σσσσ+++；D ．54321l l l l l σσσσσ++++； 12. 下列哪种方法可以减少预应力直线钢筋由于锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失1l σ （ ）。
A ．两次升温法； B ．采用超张拉；C ．增加台座长度；D ．采用两端张拉；13.预混凝土后张法构件中，混凝土预压前第一批预应力损失I l σ应为（ ）。
A ．21l l σσ+ ；B ．321l l l σσσ++ ；C ．4321l l l l σσσσ+++；D ．54321l l l l l σσσσσ++++；答案一 .思考题1. 答: 在混凝土构件承受使用阶段荷载之前的制作阶段，预先对使用阶段的构件受拉区施加压应力，即预应力。
由于混凝土的抗拉强度很低、 极限拉应变很小因此对使用阶段存在混凝土受拉区的构件如受弯构件、受拉构件及大偏心受压构件等，在正常使用时往往开裂，高强度钢筋不能充分发挥作用；此外，钢筋混凝土构件的自重也较大。
问题的核心是混凝土抗拉强度太低。
克服上述缺点的有效方法是对构件施加预应力2.答:优点：在使用荷载下出现裂缝或大大延迟裂缝的出现及减小在使用荷载下钢筋拉应力和高的构件的裂缝宽度；合理采用高强度钢筋和高强度等级混凝土，从而节省材料和减轻结构自重；由于提高了抗裂度，从而提高了构件刚度和耐久性。
缺点：需要张拉设备和锚具，制作技术要求较高，施工周期较长。
3. 答：不会。
4. 答：对于先张法构件，预应力的传递是通过钢筋与混凝土的粘结力实现的；后张法构件的预应力是通过构件端部的锚具直接挤压混凝土而获得的。
5.答：预应力混凝土构件对材料的要求：高强度、具有一定塑性、良好的加工性能、与混凝土有较好的粘结强度。
预应力的施加是采用在弹性范围内拉长钢筋的方法，通过钢筋的弹性回缩反作用于混凝土,使混凝土获得压应力，因此预应力钢筋在一开始就承受很大拉力；而在使用荷载作用后，钢筋的拉应力将继续增加，故必须使用高强度钢筋作预应力钢筋，才能保证混凝土获得大的预压应力。
而要承受大的预压应力，也必须采用高强度等级的混凝土。
6.答：张拉控制应力是指张拉钢筋时张拉设备上的测力计所指示的总张拉力除以预应力钢筋截 面面积得出的应力值，用con σ 表示。
因为过高的预应力会使破坏前缺乏预兆，甚至会使个别钢筋应力超过屈服强度甚至脆断。
7.答：从预应力钢筋张拉后锚固开始，预应力钢筋的实际拉应力p σ将低于张拉控制应力con σ，即发生预应力损失。
任何使预应力钢筋回缩的原因及阻止预应力钢筋获得有效拉应力的原因都将产生预应力损失，主要有以下各项。
(1).由于锚具变形和预应力钢筋内缩引起的损失1l σ(2). 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失值2l σ(3)受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间的温差引起的预应力损失值3l σ(4).预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失值σl4(5)混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失值5l σ(6) 环形构件中螺旋式预应力配筋对混凝土局部挤压引起的预应力损失值6l σ 8.答：各项损失内容，对先张法构件和后张法构件并不相同，并且出现的时间有差别。
在计算时，各阶段的预应力损失值宜按下表的规定进行组合。
9.答：(1)采用强度等级较高的混凝土和高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比，采用级配好的骨料，加强振捣和养护，以减少混凝土的收缩、徐变损失。
(2)控制预应力钢筋放张时的混凝土立方体抗压强度并控制混凝土的预压应力，使pcσ和'pc σ不大于0.5'cuf ，以减少由于混凝土非线性徐变所引起的损失。
(3)对预应力钢筋进行超张拉，以减小钢筋松弛损失。
(4)对后张法构件的曲线预应力钢筋采用两端张拉的方法，以减少预应力钢筋与管道壁之间的摩擦损失；但应与1l σ进行比较后确定。
(5)选择变形小和钢筋内缩小的锚夹具,尽量减少垫板的数量,增加先张法台座长度，以减少由于锚具变形和钢筋内缩的预应力损失。
(6)按如下程序进行“两阶段升温养护”,减少σl3通过这种方法,可以减少先张法构件由于加热养护引起的预应力损失。
10答：预应力混凝土受弯构件受压区配置预应力钢筋的主要目的是防止构件在施工阶段出现裂缝。
它对构件的正截面抗弯承载力影响不大，但能提高斜截面抗剪承载力。
11.答：锚固长度指钢筋伸入支座的长度；当切断（或放松）预应力钢筋后，在构件端部钢筋的应力为0，由端部向中间逐渐增大到一定长度处达到最大预应力值，由0到最大预应力值区段的长度称为传递长度。
12.答：界限破坏时b ξ的表达不同，此时应采用预应力钢筋的应力增量()po py f σ-代替y f ，当采用钢丝、钢绞线、热处理钢筋等无明显屈服点钢筋时，取s po py py E f σε-+=002.0。
原因是该钢筋在施工阶段处于高拉应力状态，而在外荷载作用下又始终处于构件受压区，荷载产生的压应力难以抵消预拉应力后再使该预应力钢筋屈服。
13.答：对荷载较大的大型构件，受拉区需配置较多的预应力钢筋，而梁的自重往往不足以抵消偏心压力在梁顶面所产生的预拉应力，因此在梁顶部的的受压区也需配置预应力钢筋'p A ，目的是防止构建在施工阶段出现裂缝。
它对正截面受弯承载力14. 答：预应力混凝土受弯构件的变形与钢筋混凝土受弯构件的变形相比，相同的是都是受弯构件，都会有裂缝和挠度，但是预应力混凝土受弯构件抗裂度比较好，而且由于存在反拱，所以挠度也小些。
15答：预应力——在结构构件受荷载作用之前，在构件的预拉区施加预压力，来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力。
施加预应力是为了避免钢筋混凝土构件的裂缝过早出现或不出现裂缝，以及充分利用高强钢筋和高强混凝土。
16. 答：优点：提高构件的抗裂性、刚度及抗渗性，能够充分发挥材料的性能，节约钢材。
缺点：构件的施工、计算及构造较复杂，且延性较差。
二．判断题1.（对）2.（错）3.（错）4. （对）5. （对）6.（错）7.（对）三．填空题1. 改善正常使用性能2. 高强度四.选择题1.A2.C3.D4.B5.D6.D7.D8.A9.C 10.B 11.C 12.C 13.A。