现代预应力结构
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1.2.1 加筋混凝土的分类
预应力混凝土与普通钢筋混凝土可统一称为： “加筋混凝土” • 国际上对加筋混凝土的分类 • 我国对加筋混凝土的分类
1.2.1 加筋混凝土的分类
国际上对加筋混凝土的分类 1970年国际预应力协会（FIP）、欧洲混凝土委员会(CEB) Ⅰ级：全预应力—在全部荷载最不利组合下，混凝土不出现拉 应力； Ⅱ级：有限预应力—在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允 许出现拉应力，但不超过其弯拉强度； 在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力； Ⅲ级：部分预应力—在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允 许出现裂缝，但裂缝宽度不超过规定值； Ⅳ级：普通钢筋混凝土
按预应力度 大小划分：
全预应力： 部分预应力：
1
1 0
钢筋混凝土：
0
1.2.2 预应力度
• 以材料强度表达的预应力度
PPR
AP f PY
AP f PY As fY
⑴当配 AP和 AS时，1>PPR>0
部分预应力混凝土
⑵当仅配 AP 时，PPR=1 ⑶当仅配 As 时，PPR=0
注：⑴应根据结构功能要求、环境条件合理选择，以求得最佳方案。 ⑵上述划分不是质量等级的划分。
• 我国对加筋混凝土的分类
现行《混凝土结构设计规范GB50010-2010》《公路钢筋 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》以裂 缝控制等级划分： 一级—严格要求不出现裂缝的构件
在荷载效应的标准组合下： ck pc 0 二级—一般要求不出现裂缝的构件
1.3.3 预应力应用领域
土木工程各个领域广泛应用: 房屋结构，道路交通，地下结构，港口码头 海洋工程，压力容器，水工结构，高耸结构 边坡工程，机场跑道，反应堆安全壳
1.3.4 预应力结构的发展及展望
模块锚具 ⑶ 第二次世界大战后（1945年）预应力混凝土得到了蓬勃发展 1950年成立国际预应力混凝土协会（FIP），四年召开一次大会
1.3.2 国内的发展简史
⑴ 1956年以前，学习试制阶段 PRC轨枕、屋架、屋面板、吊车梁等构件
⑵ 1957年～1964年，逐步推广阶段 召开2次经验交流会，编制了《预应力钢筋混 凝土施工及验收规范》，标准构件及图集， 主要是单层厂房构件
土收缩徐变而丧失 1908年美国的斯坦纳（C.R.Steiner）：两次张拉以减小损失 1925年美国迪尔（R.H.Dill）：提出无粘结预应力筋的概念
1.3.1 国外的发展简史
⑵ 1928年以后进入理性发展阶段 1928年法国弗雷西奈（F.Freyssinel）：采用高强钢筋和高强混
凝土概念（以考虑预应力损失） 1938年德国霍友（E.Hoyer）:研究成功先张法，一次生产多根 1939年法国弗雷西奈：弗式锚具（锚固钢丝）、双作用千斤顶 1940年比利时麦尼尔（G.Magnel）：一次可张拉2根钢丝的麦式
第一章 概述
1.1预应力的概念
• 预应力是指为了改善结构或构件的使用性能而 在投入使用前施加的一种作用（力）
各种结构都可以施加预应力
预应力+混凝土结构→预应力混凝土结构 预应力+钢结构 →预应力钢结构 预应力+砌体结构 →预应力砌体结构
1.1预应力的概念
• 普通钢筋混凝土抗裂能力低
混凝土极限拉应变 0.1 ~ 0.15103
全预应力混凝土 钢筋混凝土
与PPR分别是两种不同极限状态下表示预应力的量纲
1.3 预应力发展简史
1.3.1 国外的发展简史
⑴ 1928年以前处于探索阶段 1886年美国杰克森（P.H.Jackson ）：对混凝土板钢筋张拉专利 1888年德国陶林(W.Dohring)： 用预应力钢丝浇入混凝土 1896年奥地利孟特尔（J.Mandl）：预加应力抵消荷载应力概念 1900年德国柯南（M.Koenen）：试验观察到预压应力由于混凝
⑶ 60年代起：大量采用中强、低强钢筋（冷拉钢筋 冷拔低碳钢丝）制作中、小型构件：
3-6m 空心板，12-18m 屋面大梁 18-36m 屋架，6-9m 槽板，6-12m 吊车梁 12-33m T形梁和双T形梁，V形折板，马鞍形壳板 少量预应力升板结构和框架结构
⑷ 80年代后：构件向整体结构发展； 中、小跨向大跨、多跨发展； 单、低层向多、高层发展； 各种类型结构大量使用。
允许带裂缝工作，
因与钢筋粘结可靠共同变形 ，故钢筋应力仅 20-30 N/mm2
若 s 250 N mm2 0.2 0.3mm →耐久性下降
不宜用于高湿度和高腐蚀性环境；
刚度下降，变形增大；
高强度钢筋不能充分发挥作用；
构件截面尺寸大，自重大，跨度受限，一般 10m
• 预应力混凝土可提高抗裂能力，减小裂缝宽度; 提高构件刚度，减小或消除使用荷载下的挠度； 卸载后的弹性恢复力好； 提高耐疲劳强度，降低了钢筋应力循环幅度； 充分利用高强度钢材，减轻结构自重； 可调整结构内力，减小应力峰值;
在荷载效应的标准组合下： ck pc ftk
在荷载效应的准永久组合下： cq pc 0
三级——允许出现裂缝的构件 按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算的
max 应满足：max
对应国际上的划分： 一级：全预应力混凝土 二级：部分预应力混凝土 三级：部分预应力混凝土或者普通钢筋混凝土
预应力作用可视为平衡外荷载的一种反向荷载(等效荷载)
• ACI定义： 预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值和分布的 内应力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。
• 进一步理解： 预应力混凝土是根据需要，人为地引入某一数值的反向荷载 用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。
1.2 预应力混凝土分类与预应力度
中国土木工程学会《部分预应力混凝土结构设计建议》 1986年，简称PPC建议： 全预应力、部分预应力和普通钢筋混凝土三类
1.2.2 预应力度
•
定义（受弯构件）：
M0
M0 W
pc
消压弯矩M0 的含义：
M ck
M ck W
ck
故 Mck M0 时，
边缘混凝土拉应力为零 → 1
预应力混凝土与普通钢筋混凝土可统一称为： “加筋混凝土” • 国际上对加筋混凝土的分类 • 我国对加筋混凝土的分类
1.2.1 加筋混凝土的分类
国际上对加筋混凝土的分类 1970年国际预应力协会（FIP）、欧洲混凝土委员会(CEB) Ⅰ级：全预应力—在全部荷载最不利组合下，混凝土不出现拉 应力； Ⅱ级：有限预应力—在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允 许出现拉应力，但不超过其弯拉强度； 在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力； Ⅲ级：部分预应力—在全部荷载最不利组合作用下，混凝土允 许出现裂缝，但裂缝宽度不超过规定值； Ⅳ级：普通钢筋混凝土
按预应力度 大小划分：
全预应力： 部分预应力：
1
1 0
钢筋混凝土：
0
1.2.2 预应力度
• 以材料强度表达的预应力度
PPR
AP f PY
AP f PY As fY
⑴当配 AP和 AS时，1>PPR>0
部分预应力混凝土
⑵当仅配 AP 时，PPR=1 ⑶当仅配 As 时，PPR=0
注：⑴应根据结构功能要求、环境条件合理选择，以求得最佳方案。 ⑵上述划分不是质量等级的划分。
• 我国对加筋混凝土的分类
现行《混凝土结构设计规范GB50010-2010》《公路钢筋 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》以裂 缝控制等级划分： 一级—严格要求不出现裂缝的构件
在荷载效应的标准组合下： ck pc 0 二级—一般要求不出现裂缝的构件
1.3.3 预应力应用领域
土木工程各个领域广泛应用: 房屋结构，道路交通，地下结构，港口码头 海洋工程，压力容器，水工结构，高耸结构 边坡工程，机场跑道，反应堆安全壳
1.3.4 预应力结构的发展及展望
模块锚具 ⑶ 第二次世界大战后（1945年）预应力混凝土得到了蓬勃发展 1950年成立国际预应力混凝土协会（FIP），四年召开一次大会
1.3.2 国内的发展简史
⑴ 1956年以前，学习试制阶段 PRC轨枕、屋架、屋面板、吊车梁等构件
⑵ 1957年～1964年，逐步推广阶段 召开2次经验交流会，编制了《预应力钢筋混 凝土施工及验收规范》，标准构件及图集， 主要是单层厂房构件
土收缩徐变而丧失 1908年美国的斯坦纳（C.R.Steiner）：两次张拉以减小损失 1925年美国迪尔（R.H.Dill）：提出无粘结预应力筋的概念
1.3.1 国外的发展简史
⑵ 1928年以后进入理性发展阶段 1928年法国弗雷西奈（F.Freyssinel）：采用高强钢筋和高强混
凝土概念（以考虑预应力损失） 1938年德国霍友（E.Hoyer）:研究成功先张法，一次生产多根 1939年法国弗雷西奈：弗式锚具（锚固钢丝）、双作用千斤顶 1940年比利时麦尼尔（G.Magnel）：一次可张拉2根钢丝的麦式
第一章 概述
1.1预应力的概念
• 预应力是指为了改善结构或构件的使用性能而 在投入使用前施加的一种作用（力）
各种结构都可以施加预应力
预应力+混凝土结构→预应力混凝土结构 预应力+钢结构 →预应力钢结构 预应力+砌体结构 →预应力砌体结构
1.1预应力的概念
• 普通钢筋混凝土抗裂能力低
混凝土极限拉应变 0.1 ~ 0.15103
全预应力混凝土 钢筋混凝土
与PPR分别是两种不同极限状态下表示预应力的量纲
1.3 预应力发展简史
1.3.1 国外的发展简史
⑴ 1928年以前处于探索阶段 1886年美国杰克森（P.H.Jackson ）：对混凝土板钢筋张拉专利 1888年德国陶林(W.Dohring)： 用预应力钢丝浇入混凝土 1896年奥地利孟特尔（J.Mandl）：预加应力抵消荷载应力概念 1900年德国柯南（M.Koenen）：试验观察到预压应力由于混凝
⑶ 60年代起：大量采用中强、低强钢筋（冷拉钢筋 冷拔低碳钢丝）制作中、小型构件：
3-6m 空心板，12-18m 屋面大梁 18-36m 屋架，6-9m 槽板，6-12m 吊车梁 12-33m T形梁和双T形梁，V形折板，马鞍形壳板 少量预应力升板结构和框架结构
⑷ 80年代后：构件向整体结构发展； 中、小跨向大跨、多跨发展； 单、低层向多、高层发展； 各种类型结构大量使用。
允许带裂缝工作，
因与钢筋粘结可靠共同变形 ，故钢筋应力仅 20-30 N/mm2
若 s 250 N mm2 0.2 0.3mm →耐久性下降
不宜用于高湿度和高腐蚀性环境；
刚度下降，变形增大；
高强度钢筋不能充分发挥作用；
构件截面尺寸大，自重大，跨度受限，一般 10m
• 预应力混凝土可提高抗裂能力，减小裂缝宽度; 提高构件刚度，减小或消除使用荷载下的挠度； 卸载后的弹性恢复力好； 提高耐疲劳强度，降低了钢筋应力循环幅度； 充分利用高强度钢材，减轻结构自重； 可调整结构内力，减小应力峰值;
在荷载效应的标准组合下： ck pc ftk
在荷载效应的准永久组合下： cq pc 0
三级——允许出现裂缝的构件 按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响计算的
max 应满足：max
对应国际上的划分： 一级：全预应力混凝土 二级：部分预应力混凝土 三级：部分预应力混凝土或者普通钢筋混凝土
预应力作用可视为平衡外荷载的一种反向荷载(等效荷载)
• ACI定义： 预应力混凝土是根据需要人为地引入某一数值和分布的 内应力，用以部分或全部抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。
• 进一步理解： 预应力混凝土是根据需要，人为地引入某一数值的反向荷载 用以部分或全部抵消使用荷载的一种加筋混凝土。
1.2 预应力混凝土分类与预应力度
中国土木工程学会《部分预应力混凝土结构设计建议》 1986年，简称PPC建议： 全预应力、部分预应力和普通钢筋混凝土三类
1.2.2 预应力度
•
定义（受弯构件）：
M0
M0 W
pc
消压弯矩M0 的含义：
M ck
M ck W
ck
故 Mck M0 时，
边缘混凝土拉应力为零 → 1