第十章 预应力混凝土结构的受力性能——同济大学顾祥林混凝土结构基本原理课件PPT
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预应力混凝土结构设计原理PPT
特点
预应力混凝土具有高强度、高刚度、 良好的耐久性和稳定性等特点，广泛 应用于桥梁、高层建筑、大跨度结构 等工程领域。
发展历程与现状
发展历程
预应力混凝土技术自20世纪初开始 发展，经历了早期的张拉工艺、现代 的锚固技术等阶段，技术不断完善。
现状
预应力混凝土已成为现代混凝土结构 中的重要组成部分，不断有新的预应 力混凝土技术涌现，如体外预应力混 凝土、智能预应力混凝土等。
预应力混凝土的受力原理主要基于钢筋的预应力作用，通过 在混凝土结构中施加预应力，使结构在承受外部荷载之前就 具有一定的压应力。这种预压应力可以抵消外部荷载产生的 拉应力，从而提高结构的承载能力和抗裂性能。
预应力混凝土结构的设计思路是在普通混凝土结构的基础上 ，通过施加预应力来改善结构的受力性能，提高结构的承载 力和延性。预应力混凝土结构在桥梁、高层建筑、大跨度结 构等领域得到广泛应用。
耐久性
结构应具有足够的耐久性，以 应对自然环境和使用环境的影
响。
结构分析方法
静力分析
通过平衡条件求解结构的内力和变形。 适用于大多数结构在静力作用下的分 析。
动力分析
考虑结构在动力作用下的响应，如地 震、风载等。适用于需要分析结构动 力特性的情况。
稳定性分析
研究结构在各种外力作用下保持平衡 状态的能力。对于大跨度结构和高层 建筑尤为重要。
03
锚具和连接器
锚具和连接器是预应力混凝土结构中用于固定预应力筋的关键部件，应
具有足够的承载能力和可靠性。其质量应符合相关标准，并经过严格的
质量检测和认证。
04
预应力混凝土结构形式与构造要求
预应力混凝土结构的常见形式
预应力梁
预应力平板
采用预应力筋对梁进行预压， 以提高梁的承载力和抗裂性， 常用于楼板、屋面等跨度较 大的结构。
预应力混凝土具有高强度、高刚度、 良好的耐久性和稳定性等特点，广泛 应用于桥梁、高层建筑、大跨度结构 等工程领域。
发展历程与现状
发展历程
预应力混凝土技术自20世纪初开始 发展，经历了早期的张拉工艺、现代 的锚固技术等阶段，技术不断完善。
现状
预应力混凝土已成为现代混凝土结构 中的重要组成部分，不断有新的预应 力混凝土技术涌现，如体外预应力混 凝土、智能预应力混凝土等。
预应力混凝土的受力原理主要基于钢筋的预应力作用，通过 在混凝土结构中施加预应力，使结构在承受外部荷载之前就 具有一定的压应力。这种预压应力可以抵消外部荷载产生的 拉应力，从而提高结构的承载能力和抗裂性能。
预应力混凝土结构的设计思路是在普通混凝土结构的基础上 ，通过施加预应力来改善结构的受力性能，提高结构的承载 力和延性。预应力混凝土结构在桥梁、高层建筑、大跨度结 构等领域得到广泛应用。
耐久性
结构应具有足够的耐久性，以 应对自然环境和使用环境的影
响。
结构分析方法
静力分析
通过平衡条件求解结构的内力和变形。 适用于大多数结构在静力作用下的分 析。
动力分析
考虑结构在动力作用下的响应，如地 震、风载等。适用于需要分析结构动 力特性的情况。
稳定性分析
研究结构在各种外力作用下保持平衡 状态的能力。对于大跨度结构和高层 建筑尤为重要。
03
锚具和连接器
锚具和连接器是预应力混凝土结构中用于固定预应力筋的关键部件，应
具有足够的承载能力和可靠性。其质量应符合相关标准，并经过严格的
质量检测和认证。
04
预应力混凝土结构形式与构造要求
预应力混凝土结构的常见形式
预应力梁
预应力平板
采用预应力筋对梁进行预压， 以提高梁的承载力和抗裂性， 常用于楼板、屋面等跨度较 大的结构。
10预应力混凝土结构的受力性能75页PPT
第10章 预应力混凝土构件
6.张拉控制应力 c o n
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 f p t k 。
x
θ
计算截面
σ
σ con
l2
dq
F
N
dN N－dN
dq
dx
摩擦损失计算简图
FNsindq(NdN )sindq
2
2
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
忽略高阶微量，取 sin dq
2
dq
2
，则 F1
Ndq
dN1Ndq
■ 孔道局部偏差引起的摩擦
设沿孔道单位长度上的偏差角为 k 弧度，则 d x 上的偏差角为 k d x F 2 N s in k 2 d x (N d N )s in k 2 d x N k d x
Np
Np
或或
(a)
(b) (c)
(d)
预应力混凝土受弯构件
■ 优点：提高抗裂度和刚度；节约钢筋，减轻自重。 ■ 缺点：构造、施工较复杂；延性也较差。 ■ 应用对象：
● 要求裂缝控制等级较高的结构； ● 大跨度结构或受力很大的构件； ● 对刚度和变形控制要求较高的结构构件。
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
下面分项讨论引起预应力损失的原因、损失值的计算以及减少预应 力损失的措施。
（1）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 l 1
预应力钢筋张拉到控制应力后，锚固在台座或构件上，由于锚具、
预应力混凝土原理及分类ppt课件
预应力混凝土的特点本节任务资讯4预应力混凝土结构prestressedconcretestructure是指结构在承受外荷载以前预先采用人为的方法在结构内部形成一种应力状态使结构在使用阶段产生拉应力的区域先受到压应力这项压应力将与使用阶段荷载产生的拉应力抵销一部分或全部从而推迟裂缝的出现限制裂缝的展开提高结构的刚度
15
2.预应加力的主要方法:预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型和预
应力钢筋张拉的先后顺序，可分为先张法和后张法两大类。
①先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的 方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力 传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度 ltr才 能完成。
先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混 凝土之间的粘结力来传递的。
先张法
16
◆先张法的工序
※ 将预应力钢筋用夹具 固定于台座或钢模上
※ 支模、帮扎非预应 力钢筋、浇注混凝土
※ 待混凝土达到预定 强度后，切断或放松 钢筋，使混凝土产生 预压应力。
17
②后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋 的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部 的锚具来传递。
s c s pc ftk
9
任务2.预应力混凝土的分类
在现代预应力混凝土结构学中，通常把在使用荷载作用下，沿预应力筋方 向的正截面始终不出现拉应力的预应力混凝土，称为“全预应力混凝土”； 把普通钢筋混凝土称为“非预应力混凝土（non-pre-stressed structure）”； 把介于钢筋混凝土与全预应力混凝土之间，预应力程度不同的整个区间的 预应力混凝土，称为“部分预应力混凝土（partially pre-stressed concrete structure）”。 （1）国际预应力协会将加筋混凝土按预加应力的大小划分为Ⅰ级、Ⅱ级、 Ⅲ级、Ⅳ级分别为全预应力、有限预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土 结构。其中有限预应力也成为部分预应力A类，其中部分预应力也成为部分 预应力B类。 （2）国内加筋混凝土结构的分类 我国按预应力度分成全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土等 三种结构的分类方法。
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2.预应加力的主要方法:预应力的施加方法，按混凝土浇筑成型和预
应力钢筋张拉的先后顺序，可分为先张法和后张法两大类。
①先张法：先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇筑成型的 方法。先张法构件中，预应力是靠钢筋和混凝土之间的黏结力 传递。但是这种力的传递：过程，需要经过一段传递长度 ltr才 能完成。
先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混 凝土之间的粘结力来传递的。
先张法
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◆先张法的工序
※ 将预应力钢筋用夹具 固定于台座或钢模上
※ 支模、帮扎非预应 力钢筋、浇注混凝土
※ 待混凝土达到预定 强度后，切断或放松 钢筋，使混凝土产生 预压应力。
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②后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋 的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部 的锚具来传递。
s c s pc ftk
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任务2.预应力混凝土的分类
在现代预应力混凝土结构学中，通常把在使用荷载作用下，沿预应力筋方 向的正截面始终不出现拉应力的预应力混凝土，称为“全预应力混凝土”； 把普通钢筋混凝土称为“非预应力混凝土（non-pre-stressed structure）”； 把介于钢筋混凝土与全预应力混凝土之间，预应力程度不同的整个区间的 预应力混凝土，称为“部分预应力混凝土（partially pre-stressed concrete structure）”。 （1）国际预应力协会将加筋混凝土按预加应力的大小划分为Ⅰ级、Ⅱ级、 Ⅲ级、Ⅳ级分别为全预应力、有限预应力、部分预应力、普通钢筋混凝土 结构。其中有限预应力也成为部分预应力A类，其中部分预应力也成为部分 预应力B类。 （2）国内加筋混凝土结构的分类 我国按预应力度分成全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混凝土等 三种结构的分类方法。
预应力混凝土 ppt课件
高到k’点。 工程应用：一方面提高钢筋的屈服强度，同时 钢筋的长度也延长了，从而达到节约钢材的目
的。
❖ 2．钢筋的冷拔
将直径为6~8mm的钢筋在常温下通过比 自身直径小0.5~1mm的钨金拔丝模冷拔而 成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压 而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提 高钢筋的强度
耐久性
1横向裂缝 横向裂缝多发生在运营期间，超载等各种原因使预应力的损失超过
设计预想，都可能导致横向裂缝的发生。此外，由于徐变上拱的 发生和发展，在梁的上翼缘也会产生横向裂缝，而且随着徐变
的发展，而当桥上荷载较大时，这种裂缝又会又会暂时闭合。施工 期间内出现横向裂缝主要是控制不当，如底座下沉，施加预应力 滞后，受到冲击等。 2纵向裂缝
如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截 面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于 负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大， 很不经济、不合理、甚至是不可能的
构件中若采用高强度钢筋，将使——使用荷载下钢筋的工作应力提高很多， 挠度和裂 缝宽度将应力混凝土由于事先人为地施加了一个预加力，使其在受
力方面有许多和普通混凝土结构不同的特点。但是，正正常配筋 范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组成材料的 性能有关，而与是否在受拉钢筋中施加拉应力的影响很小。其破 坏弯矩值与同条件下的普通钢筋混凝土的破坏弯矩值几乎相同。 这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其 本身材料强度能力 之外的奇迹，而只是大大地改善了结构在正常适用阶段的工作性 能。
1. 普通混凝土抗裂性很差
混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015，这 时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土的强度也不 明显
的。
❖ 2．钢筋的冷拔
将直径为6~8mm的钢筋在常温下通过比 自身直径小0.5~1mm的钨金拔丝模冷拔而 成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压 而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提 高钢筋的强度
耐久性
1横向裂缝 横向裂缝多发生在运营期间，超载等各种原因使预应力的损失超过
设计预想，都可能导致横向裂缝的发生。此外，由于徐变上拱的 发生和发展，在梁的上翼缘也会产生横向裂缝，而且随着徐变
的发展，而当桥上荷载较大时，这种裂缝又会又会暂时闭合。施工 期间内出现横向裂缝主要是控制不当，如底座下沉，施加预应力 滞后，受到冲击等。 2纵向裂缝
如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截 面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于 负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大， 很不经济、不合理、甚至是不可能的
构件中若采用高强度钢筋，将使——使用荷载下钢筋的工作应力提高很多， 挠度和裂 缝宽度将应力混凝土由于事先人为地施加了一个预加力，使其在受
力方面有许多和普通混凝土结构不同的特点。但是，正正常配筋 范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组成材料的 性能有关，而与是否在受拉钢筋中施加拉应力的影响很小。其破 坏弯矩值与同条件下的普通钢筋混凝土的破坏弯矩值几乎相同。 这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其 本身材料强度能力 之外的奇迹，而只是大大地改善了结构在正常适用阶段的工作性 能。
1. 普通混凝土抗裂性很差
混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015，这 时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土的强度也不 明显
教学课件：《混凝土结构基本原理》顾祥林
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按表面形状
光圆钢筋
带肋钢筋
钢筋的应用范围
非预应力钢筋：HPB300, HRB335，HRB400，RRB400，HRB500 HRBF335, HRBF400, HRBF500
预应力钢筋：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，预应力螺纹钢筋
一、钢筋的强度和变形
四、本课程的目的和学习方法
1. 目的
是土木工程专业的一门主要专业基础课
•混凝土结构构件的受力性能和力学分析方法 •混凝土结构构件的设计方法 •现有混凝土结构构件的性能评估
四、本课程的目的和学习方法
2. 学习方法
•注意本课程与相关课程尤其是“材料力学”、“结构力学”课程的异同 点，正确运用已有的力学知识解决实际问题
低碳钢（含碳量<0.25%）
中碳钢（含碳量0.25~0.6%）
高碳钢（含碳量0.6~1.4%） 锰系 硅钒系 硅钛系 硅锰系 硅铬系
一、钢筋的强度和变形
2. 钢筋的成分、级别和品种
按加工
热轧钢筋：热轧光圆钢筋HPB300（Hot rolled Plain Bars），热轧带肋钢筋 HRB335、HRB400，HRB500 (Hot rolled Ribbed Bars), 细晶粒热轧钢筋 HRBF335、HRBF400，HRBF500 (Hot rolled Ribbed Bars of Fine grains),
一、钢筋的强度和变形
1. 钢筋的应力-应变曲线
强度指标
* 明显流幅的钢筋：下屈服点对应的强度作为设 计强度的依据，因为，钢筋屈服后会产生大的塑 性变形，钢筋混凝土构件会产生不可恢复的变形 和不可闭合的裂缝，以至不能使用
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
Thank you
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
2019年第10章预应力混凝土构件.ppt
（
l1
N
/
mm2
）：
l1
a l
Es
锚具损失只考虑张拉端。减小此项损失的措施：
■ 选择变形小的锚具，少用垫板，减小a 值；
■ 增大台座长度 l 。
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
（2）预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 l2 摩擦损失由两部分组成：
■ 孔道弯曲引起的摩擦
张拉端
我国目前采用的钢材有：钢绞线、钢丝、热处理钢筋三种。
10.1 概述
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 。
l2 con (k x q )
减小此项损失的措施：
■ 两端张拉（可减小一半损失）；
■ 超张拉。 超张拉程序为：0
1.1 con 2分钟
2分钟
0.85 con
con
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
对于曲线形预应力钢筋，张拉钢筋时出现 l2 ，张拉完毕，锚固钢筋
由于反向摩擦的存在，锚具损失只出现在一定的长度范围内。这个长度 称为反向摩擦影响长度 lf
x
θ
计算截面
σ
σ con
l2
dq
F
N
dN N－dN′
dq
dx
摩擦损失计算简图
F N sin dq (N dN)sin dq
《预应力混凝土结构》全套课件(2024)
2024/1/28
8
PART 02
材料与性能
REPORTING
2024/1/28
9
钢材
01
02
03
钢材的种类和特性
包括普通碳素钢、优质碳 素钢、低合金高强度钢等 ，具有高强度、良好的塑 性和韧性。
2024/1/28
钢材的力学性能
阐述钢材的抗拉强度、屈 服点、延伸率等力学性能 指标及其意义。
钢材的选用与验收
案例三
某地铁站预应力混凝土楼板设计。该案例分析了地铁站楼板在承受重载和动载作用下的受 力特点，通过采用预应力混凝土技术，有效提高了楼板的承载能力和抗裂性能。
26
问题剖析与解决方案探讨
01
问题一
预应力筋张拉控制不精确。解决方案包括采用先进的张拉设备和精确的
测量技术，确保预应力筋的张拉力和伸长值满足设计要求。
指标体系建立
综合考虑结构的重要性、使用环境、设计使用年限等因素，建立科学 合理的耐久性评估指标体系。
2024/1/28
23
维护管理策略制定
预防性维护
通过定期检查、保养和维修，及时发 现并处理潜在问题，确保结构的安全 和正常使用。
纠正性维护
针对已出现的问题进行专项维修和加 固，恢复或提高结构的承载能力。
《预应力混凝土结构 》全套课件
REPORTING
2024/1/28
1
2024/1/28
• 预应力混凝土结构概述 • 材料与性能 • 设计与施工方法 • 结构分析与计算 • 耐久性评估与维护管理 • 工程案例分析与讨论
2
目录
PART 01
预应力混凝土结构概述
REPORTING
2024/1/28
预应力混凝土构件PPT57页
与钢筋混凝土相比，优点：
• 抗裂性好，刚度大； • 节省材料，减小自重； • 提高构件的抗剪能力； • 具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能； • 提高构件的耐疲劳性能； • 具有良好的经济性。 缺点：
构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性 较差。
10.1 预应力混凝土概述
• 预应力混凝土的分类
3.与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。软钢，硬 钢，先张法，后张法。
10.1 预应力混凝土概述
• 预应力损失
预应力损失的种类 1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1 2. 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2 3. 混凝土加热养护温差引起的预应力损失 l3 4. 预应力钢筋的应力松弛引起的损失 l4 5. 由于砼收缩、徐变引起的预应力损失 l5 6. 混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6
10.1 预应力混凝土概述
• 减小预应力损失的措施
• 选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫 板数；
• 对先张法构件，选择长台座； • 两端张拉
10.1 预应力混凝土概述
• 减小预应力损失的措施
• 超张拉
0 1.1 con 荷 载2min0.85 con 荷 载2min con
• 两阶段升温 • 选用低松弛钢筋 • 提高混凝土质量
10.1 预应力混凝土概述
1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1
无摩擦：
l1
a l
Es
有摩擦：
l1
2 l1lf
rc
k
1
x lf
lf
aEc
1000 con （rc k）
10.1 预应力混凝土概述
2. 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2
• 抗裂性好，刚度大； • 节省材料，减小自重； • 提高构件的抗剪能力； • 具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能； • 提高构件的耐疲劳性能； • 具有良好的经济性。 缺点：
构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性 较差。
10.1 预应力混凝土概述
• 预应力混凝土的分类
3.与所采用的钢筋种类和张拉方式有关。软钢，硬 钢，先张法，后张法。
10.1 预应力混凝土概述
• 预应力损失
预应力损失的种类 1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1 2. 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2 3. 混凝土加热养护温差引起的预应力损失 l3 4. 预应力钢筋的应力松弛引起的损失 l4 5. 由于砼收缩、徐变引起的预应力损失 l5 6. 混凝土的局部挤压引起的预应力损失 l6
10.1 预应力混凝土概述
• 减小预应力损失的措施
• 选择变形小或预应力钢筋内缩小的锚具，尽量减少垫 板数；
• 对先张法构件，选择长台座； • 两端张拉
10.1 预应力混凝土概述
• 减小预应力损失的措施
• 超张拉
0 1.1 con 荷 载2min0.85 con 荷 载2min con
• 两阶段升温 • 选用低松弛钢筋 • 提高混凝土质量
10.1 预应力混凝土概述
1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失 l1
无摩擦：
l1
a l
Es
有摩擦：
l1
2 l1lf
rc
k
1
x lf
lf
aEc
1000 con （rc k）
10.1 预应力混凝土概述
2. 预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失 l2
《预应力溷凝土构》课件
美国旧金山金门大桥：世界上最长的悬索桥之一， 建于1933年，全长2737米。
中国上海东方明珠电视塔：中国最高的预应力 混凝土结构建筑之一，建于1994年，高468 米。
中国北京鸟巢国家体育场：2008年北京奥运 会主会场，采用预应力混凝土结构，建筑面积 25.8万平方米。
英国伦敦塔桥：世界上最著名的预应力混凝土 结构桥梁之一，建于1894年，全长244米。
04
预应力混凝土结构的工程应用
预应力混凝土结构在桥梁工程中的应用
预应力混凝土结构在桥梁工程中的优势 预应力混凝土结构在桥梁工程中的设计要点 预应力混凝土结构在桥梁工程中的施工技术 预应力混凝土结构在桥梁工程中的维护和保养
预应力混凝土结构在房屋建筑工程中的应用
提高结构承载能力 减少结构自重 提高结构抗震性能 延长结构使用寿命 降低施工成本 提高建筑美观性
案例：某高层建筑，采用预应力混凝 土结构，降低了建筑成本，提高了抗 震性能
案例：某隧道工程，采用预应力混凝 土结构，提高了隧道的稳定性和安全 性
案例：某水利工程，采用预应力混凝 土结构，提高了大坝的承载能力和抗 渗性能
从案例中学习预应力混凝土结构的成功经验与教训
案例一：某桥梁工程，成功应用预应力 混凝土结构，提高桥梁承载能力
碳纤维增强复合材料：高强 度、轻质、耐腐蚀
玻璃纤维增强复合材料：高 强度、耐腐蚀、耐高温
玄武岩纤维增强复合材料： 高强度、耐腐蚀、耐高温
聚丙烯纤维增强复合材料： 高强度、耐腐蚀、耐高温
预应力混凝土结构的新型 材料研究：新型材料的性 能、应用前景、存在的问 题及解决方案
预应力混凝土结构的新型设计方法研究
澳大利亚悉尼歌剧院：世界上最著名的预应力 混凝土结构建筑之一，建于1973年，高60米。
中国上海东方明珠电视塔：中国最高的预应力 混凝土结构建筑之一，建于1994年，高468 米。
中国北京鸟巢国家体育场：2008年北京奥运 会主会场，采用预应力混凝土结构，建筑面积 25.8万平方米。
英国伦敦塔桥：世界上最著名的预应力混凝土 结构桥梁之一，建于1894年，全长244米。
04
预应力混凝土结构的工程应用
预应力混凝土结构在桥梁工程中的应用
预应力混凝土结构在桥梁工程中的优势 预应力混凝土结构在桥梁工程中的设计要点 预应力混凝土结构在桥梁工程中的施工技术 预应力混凝土结构在桥梁工程中的维护和保养
预应力混凝土结构在房屋建筑工程中的应用
提高结构承载能力 减少结构自重 提高结构抗震性能 延长结构使用寿命 降低施工成本 提高建筑美观性
案例：某高层建筑，采用预应力混凝 土结构，降低了建筑成本，提高了抗 震性能
案例：某隧道工程，采用预应力混凝 土结构，提高了隧道的稳定性和安全 性
案例：某水利工程，采用预应力混凝 土结构，提高了大坝的承载能力和抗 渗性能
从案例中学习预应力混凝土结构的成功经验与教训
案例一：某桥梁工程，成功应用预应力 混凝土结构，提高桥梁承载能力
碳纤维增强复合材料：高强 度、轻质、耐腐蚀
玻璃纤维增强复合材料：高 强度、耐腐蚀、耐高温
玄武岩纤维增强复合材料： 高强度、耐腐蚀、耐高温
聚丙烯纤维增强复合材料： 高强度、耐腐蚀、耐高温
预应力混凝土结构的新型 材料研究：新型材料的性 能、应用前景、存在的问 题及解决方案
预应力混凝土结构的新型设计方法研究
澳大利亚悉尼歌剧院：世界上最著名的预应力 混凝土结构建筑之一，建于1973年，高60米。
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。
溷凝土结构使用性能
*短期荷载效应时的挠度对应短期刚度Bs
*长期荷载效应时的挠度对应长期刚度Bl(徐变、 裂缝的不断发展等等)
28
六、受弯构件的变形与刚度
2. 短期刚度Bs
解析刚度法
就平均应变而言符合平截面假定
cm sm
h0
短期荷 载效应
Ms
Ms
Bs
Ms
M sh0
cm sm
29
六、受弯构件的变形与刚度
Ec=25.1103MPa.
钢筋： fy=376MPa; fsu=681MPa;
150
Es=205103MPa; As=284mm2.
100 50 0
N 915 裸钢筋 152
混凝土中的钢筋 N 0.001 0.002 0.003
152 0.004
13 平均应变
四、裂缝宽度的计算理论
1. 粘结滑移理论
定义： fl / fs
fl fs
GB50010
f
s Ms Ml Bs
l02
s
M l l02 Bs
s
Ms Bl
l02
Bl
M l (
Ms 1)
Ms
Bs
' '
0时， 2.0 时， 1.6
2.0 0.4' /
37
六、受弯构件的变形与刚度
3. 荷载长期作用下的刚度
时变系数法
*无As’时，徐变后钢筋应力增大， 压区混凝土应力略有增大； *有As’时， 徐变后，As’的应力 Ms 增大，使得压区混凝土应力减小， 徐变减小
c ccrp
As’ h0
As
1h0 h0
i crp
i
c h0
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2. 锚具和夹具
墩头锚具
二、施加预应力的方法
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
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
Px
P e(kx )
P 张拉端
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
1
P Px P(1 e(kx) )
d
r
l2
con(1
1 e(kx ) )
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
考虑孔道每米长度 局部偏差的摩擦系 数，教材表10-3
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
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
P
会产生摩擦力
张拉端
主要由两部分组成
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
*孔道偏 差等因素 引起的
*曲线型 孔道而引 起的
d r
d r
Px
dP1
Px-dP1 Px
P
dx
dP2 dx
Px-dP2
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
dP1 kPxrd kPxdx
d
预应力筋轴线
Px
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
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
*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
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋， *锚具：永久地留在构件上，如锚具 它不留在构件上，剪断预应力筋后 失效构件中的预应力将全部消失。 夹具的作用即消失
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
摩擦型锚具
二、施加预应力的方法
第十章 预应力混凝土结构的性能与计算
同济大学土木工程学院建筑工程系 顾祥林
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
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
对焊接头
三、预应力混凝土所用的材料
1. 钢筋
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
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
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
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
浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
在构件中预留孔道 中穿钢筋并张拉
锚固灌浆
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
有粘结预应力混凝土
先张法生产的预应力混凝土构件以及后 张法张拉钢筋后在孔道中灌浆所生产的 预应力混凝土构件
特点
受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小
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
*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
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
Px-dPx
x
dx
锚固端
负号表示dP1和Px 方向相反
d r
Px
dP1
Px-dP1
dx
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
P' Pxd
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
dP2 P' Pxd
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
墩头锚具
二、施加预应力的方法
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
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
Px
P e(kx )
P 张拉端
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
1
P Px P(1 e(kx) )
d
r
l2
con(1
1 e(kx ) )
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
考虑孔道每米长度 局部偏差的摩擦系 数，教材表10-3
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
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
P
会产生摩擦力
张拉端
主要由两部分组成
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
*孔道偏 差等因素 引起的
*曲线型 孔道而引 起的
d r
d r
Px
dP1
Px-dP1 Px
P
dx
dP2 dx
Px-dP2
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
dP1 kPxrd kPxdx
d
预应力筋轴线
Px
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
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
*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
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋， *锚具：永久地留在构件上，如锚具 它不留在构件上，剪断预应力筋后 失效构件中的预应力将全部消失。 夹具的作用即消失
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
摩擦型锚具
二、施加预应力的方法
第十章 预应力混凝土结构的性能与计算
同济大学土木工程学院建筑工程系 顾祥林
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
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
对焊接头
三、预应力混凝土所用的材料
1. 钢筋
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
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
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
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
浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
在构件中预留孔道 中穿钢筋并张拉
锚固灌浆
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
有粘结预应力混凝土
先张法生产的预应力混凝土构件以及后 张法张拉钢筋后在孔道中灌浆所生产的 预应力混凝土构件
特点
受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小
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
*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
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
Px-dPx
x
dx
锚固端
负号表示dP1和Px 方向相反
d r
Px
dP1
Px-dP1
dx
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
P' Pxd
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
dP2 P' Pxd
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx