第九章 预应力混凝土构件
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。
预应力混凝土构件
45 280 pc
l5
f
cu
1 15
45
280
pc
l
5
f
cu
1 15
(2)
35 280 pc
l5
fcu
1 15
35
280
pc
l
5
f
cu
1 15
Ap As , Ap As
A0
A0
Ap As , Ap As
An
An
9.3.3.6 用螺旋式预应力钢筋作配筋旳环形构件， 因为混凝土旳局部挤压引起旳预应力损失
（3） 钢筋放张时混凝土旳实有立方体强度值不 能定得太低，并使得混凝土旳预压应力σpc和σpc′不不 小于0.5fcu′
（4） 对预应力钢筋进行超张拉，以降低钢筋松
（5） 采用合适旳施工工艺，如对预应力筋进行 两端张拉，加热养护采用“两阶段升温养护”，即 先在较低温度下养护，使混凝土到达一定强度后， 再升温至要求旳温度下进行养护，从而可降低由温 差和摩擦引起旳预应力损失。
σl3=Esεs=EsαΔt=2×105×1.0×10-5Δt
σl3=2Δt
9.3.3.4 预应力筋应力松驰引起旳预应力损失
所谓钢筋应力松弛，是指钢筋在高应力状态下， 在长度不变条件下，因为钢筋旳塑性变形而使应力 随时间旳延续而降低旳现象。 ptk
0.5) con
当σcon≤0.7fptk时
图9.1 预应力混凝土构件
9.1.3 预应力混凝土旳受力特征
图9.2
图
9.2可知预应力混凝土构件
（1） 对混凝土构件施加预应力能够提升构件旳
（2） （3） 在使用荷载作用下，构件在开裂前处于弹
预应力混凝土构件
预应力混凝土构件在现代建筑领域中，预应力混凝土构件扮演着至关重要的角色。
它就像是建筑的坚强骨骼，为各类建筑结构提供了强大的支撑和稳定性。
那么，究竟什么是预应力混凝土构件呢？让我们一起来揭开它神秘的面纱。
预应力混凝土构件，简单来说，就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，从而使混凝土在使用时能够更好地承受拉力。
这种预先施加的压力可以有效地抵消或减小构件在使用过程中所受到的拉应力，提高构件的承载能力、抗裂性能和耐久性。
想象一下，一根普通的混凝土梁，如果承受过大的荷载，很容易在底部出现裂缝，这是因为混凝土的抗拉强度相对较低。
但是，如果我们在制作这根梁的时候，先给它施加一个预压力，让梁的底部预先处于受压状态，那么当它在实际使用中承受荷载时，就能够更好地抵抗底部产生的拉应力，减少裂缝的出现，延长使用寿命。
预应力混凝土构件的制作过程相对复杂，但正是这种复杂性保证了其出色的性能。
首先，要根据设计要求确定预应力的大小和分布。
然后，通过特定的方法将预应力施加到混凝土构件中。
常见的施加预应力的方法有先张法和后张法。
先张法是在台座上先张拉钢筋，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松钢筋，钢筋的回缩力就会通过粘结作用传递给混凝土，从而使混凝土获得预应力。
这种方法通常适用于生产预制构件，如预应力空心板、预应力梁等。
后张法则是先浇筑混凝土构件，在混凝土中预留孔道，待混凝土达到规定强度后，将预应力钢筋穿入孔道，然后通过千斤顶等设备张拉钢筋，并利用锚具将钢筋的拉力锚固在构件上，最后进行孔道压浆。
后张法灵活性较大，可以用于现场施工的大型构件，如桥梁的箱梁、大跨度的屋架等。
预应力混凝土构件具有众多优点。
其一，它能够显著提高构件的承载能力。
由于预先施加了压力，构件能够承受更大的荷载，从而可以减小构件的尺寸和重量，节省材料。
其二，有效地控制裂缝的出现和发展。
这不仅提高了构件的耐久性，还增加了建筑的美观性。
其三，预应力混凝土构件具有良好的抗疲劳性能，适用于承受重复荷载的结构，如桥梁等。
预应力混凝土构件
预应力混凝土构件预应力混凝土构件是指在施工前先在混凝土构件内部施加预应力，在混凝土的使用过程中产生的应力将部分或全部抵消这些预应力，使构件在使用过程中免受拉力，从而提高混凝土构件的抗拉性能。
预应力混凝土构件具有高强度、高刚度、轻型、耐久性高、施工周期短等显著优点，在现代建筑中得到广泛应用。
预应力混凝土构件的构造形式按照预应力混凝土构件的构造形式，可以分为两种：预应力混凝土无梁板预应力混凝土无梁板是一种大板式构件，具有承载能力强、刚度好等优点，其截面形式可以为矩形、T形、I形等。
预应力混凝土无梁板在现代建筑中应用广泛，主要用于超高层建筑、桥梁、隧道、机场场地、空中交换站等场所。
预应力混凝土梁预应力混凝土梁是一种长条形构件，其主要作用是承受荷载并将荷载传递到其他构件上，起到缩短跨度、延长跨度等作用。
预应力混凝土梁的截面形式多样，如矩形、T形、U形等。
预应力混凝土梁在现代建筑中也得到了广泛应用，如大型厂房、桥梁等。
预应力混凝土施工工艺预应力混凝土施工工艺主要包括以下几个步骤：1.预制各构件中的钢筋束钢筋束应按照设计要求制作，通常应将下层激励钢筋放置到模板上，再加上上层钢筋束，控制好所有钢筋束的间距和弦长。
2.将钢筋束张拉至预定预应力值在支座下张拉钢筋束，使其达到预定预应力值，张拉后测量应力比。
3.预制构件混凝土浇筑根据设计要求先将一定数量的混凝土浇入模板内，再放置好钢筋束，浇注混凝土，抹平表面。
4.养护在混凝土强度达到一定的强度后进行拆模，并采取适当的养护措施，使混凝土达到优良的波动强度和耐久性。
预应力混凝土在实际工程中的应用举例1.惠州凤凰机场跑道工程惠州凤凰机场二号跑道与辅道主要采用了矩形截面的预应力混凝土板，使得跑道与辅道在强度、振动和平整度上都得到了大幅度提升。
2.同济医院新院大楼工程同济医院新院大楼采用的预应力混凝土梁承受了大量的荷载，使得大楼结构更加稳固，从而达到了既美观又实用的效果。
3.潍坊市二环高架桥工程潍坊市二环高架桥的结构采用了预应力混凝土板和框架板的组合，以及翼墙框架和叠合板结构的组合，增强了桥梁的刚度和稳定性，并达到了节约材料、经济实用的效果。
预应力混凝土构件设计
预应力混凝土构件设计在现代建筑工程中，预应力混凝土构件凭借其独特的性能优势，得到了广泛的应用。
预应力混凝土构件设计是一项复杂而关键的工作，它需要综合考虑众多因素，以确保构件在使用过程中能够安全、可靠地发挥作用。
预应力混凝土，简单来说，就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，从而使混凝土在受拉区预先产生压应力。
这样一来，在使用过程中，当构件承受外荷载产生拉应力时，首先要抵消预先施加的压应力，从而推迟裂缝的出现，提高构件的抗裂性能和刚度。
预应力混凝土构件的设计首先要明确设计要求。
这包括构件的使用功能、跨度、荷载条件、工作环境等。
例如，对于大跨度的桥梁构件，需要考虑车辆荷载、风荷载等；而对于工业厂房中的构件，则可能要承受较大的吊车荷载。
同时，工作环境的不同，如是否处于腐蚀性环境，也会对混凝土和预应力筋的材料选择产生影响。
材料的选择在预应力混凝土构件设计中至关重要。
混凝土应具有高强度、低收缩和徐变特性。
高强度的混凝土能够更好地与预应力筋协同工作，提高构件的承载能力。
常见的高强度混凝土等级有 C50、C60 等。
预应力筋通常采用高强度钢丝、钢绞线或螺纹钢筋。
这些材料具有较高的抗拉强度和良好的塑性性能。
预应力损失的计算是设计中的一个重要环节。
预应力损失主要包括锚具变形和钢筋内缩引起的损失、预应力筋与孔道壁之间的摩擦损失、蒸汽养护温差引起的损失、钢筋松弛引起的损失、混凝土收缩和徐变引起的损失等。
准确计算这些损失，对于确定预应力筋的张拉控制应力以及最终在构件中建立的有效预应力至关重要。
在设计预应力混凝土构件的截面时，需要综合考虑受力性能和经济性。
对于受弯构件，如梁，要根据弯矩分布合理确定截面的形状和尺寸。
通常，采用 T 形或箱形截面可以提高构件的抗弯能力。
对于受压构件，如柱，要保证截面具有足够的抗压能力。
构件的配筋设计也是关键的一步。
预应力筋的布置应根据构件的受力特点进行，既要满足承载能力的要求，又要保证施工的便利性。
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。
预应力混凝土构件设计
9.1.2预应力混凝土的分类
根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：
1.先张法和后张法
钢筋张拉先于混凝土浇筑——先张法
钢筋张拉后于混凝土浇筑——后张法
部分截面受压—Байду номын сангаас部分预应力
2.全预应力和部分预应力
全截面受压——全预应力
3.有粘结预应力和无粘结预应力
预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起——有粘结
后张法：
…9－9
…9－8
混凝土结构设计原理
第 9 章
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6.混凝土的局部挤压引起的预应力损失l6
后张法中，用螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件：电杆、水池、压力管道等，直接在混凝土上进行预应力钢筋的张拉。这时钢筋对构件产生外壁的径向压力，使混凝土局部挤压，构件的直径局部减小，带来一圈内钢筋周长的减小，因而钢筋松驰，引起l6。
混凝土结构设计原理
第 9 章
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§9.1
预应力混凝土的基本知识
1. 预应力混凝土的基本原理
9.1.1 一般概念
普通混凝土的缺点：
在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐久、 刚度和抗疲劳性。
难以利用高强度钢筋。与wmax对应的s = 200N/mm2。 而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上 。
l –––张拉端至锚固端距离。
lf –––反向摩擦影响长度， m；
…9－3
a–––张拉端锚具变形和钢筋回缩量；
式中：
混凝土结构设计原理
第 9 章
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2. 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失l2
x ––– 从张拉端至计算截面的孔道长度，m，可用投影长度；
––– 从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹角，rad。
单元九_预应力结构的基本概念及材料
1. 钢筋
要求
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
钢筋
注意
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
第二节 部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土
使用荷载下不出现 拉应力或裂缝
使用荷载下允许混凝土 受拉区产生宽度不大的裂缝
全预应力混凝土构件
部分预应力混凝土构件
第二节 部分预应力混凝土与无粘结预应力混凝土
一、部分预应力混凝土结构的基本概念
全预应力混凝土设计的基本准则：零应力、无拉应力
全预应力的优缺点
2）无粘结部分预应力混凝土梁受力性能 荷载-挠度曲线具有三直线的形状； 破坏形态与普通梁非常接近； 预应力筋的极限应力的量值较无粘结梁的要大得多； 承受三分点作用时，跨高比对应力增量无明显影响； 承受跨中作用时，跨高比对应力增量有一定影响。
第三节
预加应力的方法与设备
一、预加应力的方法
先张法：先张拉后浇筑 筋束靠黏结力自锚，不需要锚具 直线配筋的中小型构件 后张法：先浇筑后张拉 靠工具锚具来传递和保持预应力 曲线配筋大型构件
钢筋混凝土结构—不预加应力的混凝土结构，即λ＝0。
3、部分预应力混凝土构件的分类 为了设计的方便，《公路桥规》按照使用荷载作用下构 件正截面混凝土的应力状态，又将部分预应力混凝土构件分 为以下两类：
A类： 构件正截面混凝土的法向拉应力，不超过下列规定的限 值。对于受弯构件：荷载组合 I 时为0 . 8 R lb （ R lb 为混凝土抗拉 标准强度）； 荷载组合Ⅱ或组合III时为 0 . 9 R lb 。（拉受限） B类： 构件正截面混凝土的拉应力允许超过A类构件规定的限值。 但当出现裂缝 时，其裂 缝宽度不得超过允许限值。 （裂受 限）
混凝土结构设计原理试题库及其参考答案
混凝土结构设计原理试题库及其参考答案一、判断题（请在你认为正确陈述的各题干后的括号内打“√”，否则打“×”。
每小题1分。
）第6章受扭构件承载力1．钢筋混凝土构件在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的承载力计算时，其所需要的箍筋由受弯构件斜截面承载力计算所得的箍筋与纯剪构件承载力计算所得箍筋叠加，且两种公式中均不考虑剪扭的相互影响。
（）2．《混凝土结构设计规范》对于剪扭构件承载力计算采用的计算模式是混凝土和钢筋均考虑相关关系。
（）3.在钢筋混凝土受扭构件设计时，《混凝土结构设计规范》要求，受扭纵筋和箍筋的配筋强度比应不受限制。
（）第8章钢筋混凝土构件的变形和裂缝1．受弯构件的裂缝会一直发展，直到构件的破坏。
（）2．钢筋混凝土受弯构件两条裂缝之间的平均裂缝间距为1.0倍的粘结应力传递长度。
（）3．裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致混凝土与钢筋之间产生相对滑移的结果。
（）4．《混凝土结构设计规范》定义的裂缝宽度是指构件外表面上混凝土的裂缝宽度。
（）5．当计算最大裂缝宽度超过允许值不大时，可以通过增加保护层厚度的方法来解决。
（）6．受弯构件截面弯曲刚度随着荷载增大而减小。
（）7．受弯构件截面弯曲刚度随着时间的增加而减小。
（）8．钢筋混凝土构件变形和裂缝验算中荷载、材料强度都取设计值。
（）第9章预应力混凝土构件1．在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法称为先张法。
（）2．预应力混凝土结构可以避免构件裂缝的过早出现。
（）3．预应力混凝土构件制作后可以取下重复使用的称为锚具。
（） 张拉控制应力的确定是越大越好。
（）4．con5．预应力钢筋应力松弛与张拉控制应力的大小有关，张拉控制应力越大，松弛越小；（）6．混凝土预压前发生的预应力损失称为第一批预应力损失组合。
（）7．张拉控制应力只与张拉方法有关系。
（）二、单选题（请把正确选项的字母代号填入题中括号内，每题2分。
）第6章受扭构件承载力1．钢筋混凝土受扭构件中受扭纵筋和箍筋的配筋强度比7.1<ζ说明，当6.0<构件破坏时，（）。
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：
预应力混凝土构件
预应力混凝土构件在现代建筑领域中，预应力混凝土构件扮演着至关重要的角色。
它们不仅为建筑物提供了更高的强度和稳定性，还在很大程度上满足了人们对于大跨度、轻量化结构的需求。
那么，究竟什么是预应力混凝土构件呢？简单来说，预应力混凝土构件就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，使其内部产生一定的应力状态。
这种预先施加的压力可以有效地抵消或减小在使用过程中可能产生的拉应力，从而提高构件的抗裂性能和承载能力。
预应力混凝土构件的制作过程相对复杂，但原理却不难理解。
首先，需要准备高强度的钢材，如钢丝、钢绞线等，这些钢材将作为预应力筋。
然后，在浇筑混凝土之前，将预应力筋按照设计要求布置在模板内，并通过锚具等装置将其固定在两端。
当混凝土浇筑并养护达到一定强度后，通过张拉设备对预应力筋进行张拉，使其产生拉力。
由于预应力筋与混凝土之间的粘结作用，拉力会传递到混凝土上，从而使混凝土受到预压应力。
预应力混凝土构件具有许多显著的优点。
其一，它能够大幅度提高构件的抗裂性能。
在普通混凝土构件中，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会出现裂缝。
而预应力混凝土构件由于预先受到了压应力，在使用荷载作用下，只有当拉应力超过预压应力时才会出现裂缝，从而有效地延迟了裂缝的出现和发展，提高了构件的耐久性。
其二，预应力混凝土构件可以减小构件的截面尺寸，减轻结构自重。
这对于大跨度的桥梁、高层建筑等结构来说，具有重要的意义。
它可以减少材料的使用量，降低工程造价，同时也为建筑设计提供了更多的灵活性。
其三，预应力混凝土构件能够提高构件的承载能力。
由于预先施加的压力改善了混凝土的受力状态，使得构件能够承受更大的荷载。
在实际应用中，预应力混凝土构件的种类繁多。
常见的有预应力混凝土梁、板、柱等。
预应力混凝土梁广泛应用于桥梁工程中，特别是大跨度桥梁。
通过施加预应力，可以有效地减小梁的挠度，提高桥梁的通行能力和安全性。
预应力混凝土板则常用于工业厂房、仓库等建筑的楼盖结构，能够满足大空间、大跨度的使用要求。
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
4
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。
第9章混凝土结构按变形和裂缝宽度验算
南通大学建筑工程学院
第九章 混凝土构件的变形及裂缝宽度验算
式中
ρ , ρ ′ ——分别为受压及受拉钢筋的配筋率。
ρ′ θ = 2.0 − 0.4 ρ
此处反映了在受压区配置受压钢筋对混凝土受压徐 变和收缩起到一定约束作用，能够减少构件在长期荷载 作用下的变形。上述θ适用于一般情况下的矩形、T形、 工字形截面梁，θ值与温湿度有关，对干燥地区，θ值应 酌情增加15％～25％。对翼缘位于受拉区的T形截面，θ 值应增加20％。
Ms = 0.87 As h0
Ns As
σ sk =
式中 Ns 、As——分别为按荷载短期效应组合计算的轴 向拉力值和受拉钢筋总截面面积。 ③偏心受拉构件。大小偏心受拉构件σsk按下式计算: N ss e′ σ sk = As ( h ′ − as′ ) 式中 e′——轴向拉力作用点至受压区或受拉较小边 ′ 纵筋合力点的距离， ′ = e0 + y c + − a ′ e s yc′ ——截面重心至受压或较小受拉边缘的距离。
ψ ——钢筋应变不均匀系数，是裂缝之间钢筋的平均应 变与裂缝截面钢筋应变之比，它反映了裂缝间混凝土受 拉对纵向钢筋应变的影响程度。ψ愈小，裂缝间混凝土 协助钢筋抗拉作用愈强。该系数按下列公式计算
ψ = 1.1 − 0.65
并规定0.4≤ ψ ≤1.0 式中
ρ 钢筋配筋率， te =
ρ teσ sk
f tk
ρ te ——按有效受拉混凝土面积计算的纵向受拉
As Ate
。
南通大学建筑工程学院
第九章 混凝土构件的变形及裂缝宽度验算
Ate
——有效受拉混凝土面积。对受弯构件，近似取
Ate = 0.5bh + (b f − b)h f
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第九章预应力混凝土构件一、填空题：1、采用预应力混凝土构件的目的是为了防止普通混凝土构件过早，充分利用。
2、预应力混凝土可以延缓，提高构件的，并可取得减轻，节约的效果。
3、先张法是，后。
4、后张法是，后。
5、先张法适合于生产构件，后张法适合于生产构件。
6、当材料强度等级和构件截面尺寸相同时，预应力混凝土构件的承载力和普通混凝土构件的承载力。
二、判断题：1、对构件施加预应力的目的是为了提高构件的承载力。
（）2、先张法是先浇混凝土后张拉钢筋。
（）3、后张法是先浇筑混凝土后张拉钢筋。
（）4、先张法适合于制作大型预应力混凝土构件。
（）5、后张法适合于制作小型预应力混凝土构件。
（）6、先张法预应力混凝土构件的预应力是通过钢筋和混凝土之间粘结力传递的。
（）7、后张法预应力混凝土构件的预应力是通过钢筋和混凝土之间粘结力传递的。
（）8、预应力混凝土应选用收缩、徐变大的混凝土。
（）9、预应力混凝土应选用高强度、不易加工的钢筋。
（）10、预应力混凝土构件中受力钢筋必须都是预应力钢筋。
（）11、软钢和中等强度的钢筋不宜当作预应力钢筋是因为它建立的有效预压应力低。
（）12、对构件施加预应力的目的是为了提高构件的抗裂度。
（）13、部分预应力混凝土就是只在构件受拉区配置预应力钢筋的构件。
（）三、选择题：1、一般来讲，预应力混凝土不适用于以下（）构件。
A轴心受拉构件B轴心受压构件C受弯构件D偏心受压构件2、用先张法施工的预应力混凝土构件，以下（）描述是正确的。
A后张拉钢筋，先浇灌混凝土B浇混凝土与张拉钢筋同时进行C无法确定D先张拉钢筋，后浇灌混凝土3、以下（）措施可以减小预应力钢筋松驰引起的预应力损失。
A一端张拉B两端张拉C超张拉D一端张拉，另一端补拉4、以下（）措施可以减小预应力钢筋与台座间温差引起的预应力损失。
A两阶段升温养护B超张拉C两端张拉D一次升温养护5、对混凝土构件施加预应力，下列（）叙述是错误的。
A提高了构件的抗裂能力B可以减小构件的刚度C可以增大构件的刚度D可以充分利用高强钢筋6、先张法和后张法构件相比，具有下述特点中（）项有码。
A工艺简单无需永久性锚具B需要台座或钢模C一般采用直线预应力筋D适于施工现场制作大、中型构件7、预应力筋张拉或放张时的混凝土立方体抗压强度，不应低于（）数值。
A k cu f ,85.0B k cu f ,90.0C k cu f ,75.0D k cu f ,80.08、关于预应力混凝土的论述（ ）为正确。
A 预应力混凝土可用来建造大跨度结构是由于有反拱，挠度小B 软钢或中等强度钢筋不宜当作预应力钢筋是因为它的有效预应力低C 对构件施加预应力是为了提高其承载力D 先张法适用于大型预应力构件施工9、先张法和后张法的预应力混凝土构件，其传递预应力方法的区别是（ ）。
A 先张法靠钢筋与混凝土间的粘结力来传递预应力，而后张法则靠工作锚具来保持预应力B 后张法靠钢筋与混凝土间的粘结力来传递预应力，而先张法则靠工作锚具来保持预应力C 先张法依靠传力架保持预应力，后张法则靠千斤顶来保持预应力D 先张法依靠夹具保持预应力，而后张法则靠锚具来保持预应力10、对构件施加预应力的目的是为了（ ）。
A 提高构件的承载力B 减小构件的混凝土收缩C 提高构件的承载力和抗裂度D 提高构件的抗裂度或减小裂缝宽度四、简答题1、何谓预应力混凝土？2、简述预应力混凝土的特点。
3、对构件施加预应力的目的是什么？4、预应力混凝土中，对钢筋材料有什么要求？预应力钢筋有哪几种类型？5、预应力混凝土中，混凝土材料有什么要求？6、预应力混凝土分为哪几类？7、施加预应力的方法有哪几种？8、先张法和后张法的区别何在？试简述它们的优缺点及适用范围。
9、什么是预应力钢筋的控制应力con σ？con σ与哪些因素有关？10、何谓无粘结预应力混凝土？有何特点？11、什么张拉控制应力con σ？con σ定得过高，有什么问题？12、何谓预应力损失？有哪些损失？13、在预应力混凝土构件的抗裂计算中，为什么要设置一定量的非预应力筋？《规范》是如何考虑非预应力钢筋的影响的？参考答案一、填空题：1、出现裂缝 高强度材料2、构件开裂 抗裂度和刚度 构件自重 钢材3、先张拉钢筋，后浇混凝土4、先浇混凝土 后张拉钢筋5、中小型构件 大型或特殊构件6、相同二、判断题：1、×2、×3、√4、×5、×6、√7、×8、×9、× 10、× 11、√ 12√ 13、×三、选择题：1、B2、D3、C4、A5、B6、D7、C8、B9、B 10、D四、简答题1、就是用人工的方法在构件受荷前预先对受拉区的混凝土施加一定的压应力，当构件产生拉应力时，先要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增加，才能使构件受拉，称预应力混凝土。
2、优点：（1）抗裂性能好（2）刚度大，变形小（3）耐久性好（4）可利用高强材料，减轻结构自重（5）提高抗剪能力（6）提高受压构件的稳定性（7）提高抗疲劳能力缺点（1）设计复杂；（2）施工工艺复杂，对质量要求高，因而需要一支技术熟练的专业队伍。
（3）造价高。
适用范围（1）大跨度或承受动力荷载的结构；（2）使用中不允许出现裂缝的结构；（3）多层及高层建筑。
3、可推迟混凝土构件的裂缝的出现和开展，有效地提高混凝土构件的抗裂性，从而改善混凝土结构的性能，使钢筋混凝土结构得到更广泛的应用。
4、（1）对钢筋材料要求有：高强度、具有一定的塑性、良好的加工性能、与混凝土有较好的粘结强度。
（2）种类有：钢筋：冷拉热轧钢筋、热处理钢筋；钢丝：消除应力钢丝，有光面、螺旋和刻痕几种形式和钢绞线：一般由一股三根和一股七根不同直径的高强度钢丝绞制在一起而成5、强度高；收缩徐变小；快硬、早强等。
规范规定，预应力混凝土强度等级不低于C30，用高碳钢丝或钢绞线作预应力钢筋的结构，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不低于C40。
6、（1）按控制程度①全预应力混凝土结构：在混凝土建立的预应力如果能使截面全部荷载作用下，不出现拉应力（即全截面受压），以保证构件达到严格要求不出现裂缝的一级构件，称为全预应力混凝土。
②部分预应力混凝土结构：在混凝土中建立预应力后，在使用荷载作用下，允许混凝土受拉区产生宽度不大的裂缝，即构件达到允许出现裂缝但不允许超过允许值三级构件，称部分预应力混凝土结构。
这类构件允许开裂，但必须验算裂缝宽度并对此有一定的限值。
（2）按有无粘结力分①有粘结预应力：②无粘结预应力：（3）按施工方法①先张法；②后张法；③电热法。
7、①先张法；②后张法；③电热法。
8、（1）施工方法不同，先张法是先张拉钢筋，后浇混凝土，后张法是先浇混凝土后张拉钢筋；（2）建立预应力的途径不同，先张法是通过钢筋与混凝土之间的粘结力，后张法是通过锚具；（3）在混凝土内建立的有效预应力不同。
所有条件无相同时，后张法建立的有效预压应力高。
9、是指张拉预应力钢筋时的总张拉力除以预应力筋的截面面积所得的应力值。
与钢筋和种类、强度及张拉方法有关。
10、预应力钢筋沿其全长与混凝土接触表面之间不存在粘结作用，两者之间产生相对滑移的混凝土构件。
其特点是施工技术简单、方便，易于推广；对锚具的质量及防腐要求较高；需同时配置一定数量的非预应力筋以改构善件受力性能。
σ是指张拉钢筋时，张拉设备（如千斤顶）上的测力计所指示的总的张拉力11、张拉控制应力con除以预应力钢筋截面面积所得的应力值。
σ定得越高越好，这样在构件抗裂性相同情况下可以减少用从提高预应力钢筋的利用率来说，conσ定得过高，将存在以下问题：钢量。
但con（1）构件延性变差；（2）可能引起钢丝束断丝或钢筋应力达到屈服强度；σ值越高，钢筋的应力松驰也将增大，预应力损失加大。
（3）con12、由于张拉工艺和材料特性等原因，预应力钢筋的张拉应力从施工到使用将不断降低，这种降低值称为预应力损失。
（1）锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失；（2）预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的预应力损失；（3）混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预应力损失；（4）钢筋应力松驰引起预应力损失；（5）混凝土收缩、徐变引起的预应力损失。
13、为满足承载力、构造和施工需要，往往在预应力混凝土构件中配置部分非预应力钢筋。
（1）有利的一面：由于它对混凝土预压变形起约束作用，从而使混凝土收缩徐变减小，相应地也减少了预应力钢筋因收缩、徐变引起的损失，这是对增加混凝土预压应力，提高其抗裂性有利的一面。
（2）不利的一面：当混凝土发生收缩、徐变时，非预应力筋阻止它发生（非预应力钢筋受压），对混凝土产生附加拉应力，使混凝土的预压应力减小，这是对构件抗裂影响不利的一面。
（3）在构件受拉区的外缘，设置适量的非预应力钢筋网片，对控制温度收缩裂缝宽度是一种较为有效的措施。