预应力混凝土构件
预应力混凝土构件
45 280 pc
l5
f
cu
1 15
45
280
pc
l
5
f
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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
第三节张拉控制应力和预应力损失
二、预应力损失
按照某一控制应力值张拉的预应力钢筋，其初始的张拉应
力会由于各种原因而降低，这种预应力降低的现象称为预应 力损失，用 l 表示。预应力损失值包括以下几种:
(1)6m由张拉端锚具变形和钢筋内缩引起，主要对先张法
有a--影张响拉，端计锚算具如变下形式和:钢筋内缩l1值 (almEms) ;
(3)预应力混凝土按施工方式的不同可划分为有黏结预应力 和无黏结预应力。有黏结预应力为沿预应力筋全长其周围均 与混凝土黏结、握裹在一起的预应力混凝土结构。先张预应 力结构及预留孔道穿筋压浆的后张预应力结构均属有黏结预 应力。无黏结预应力为预应力筋伸缩、滑动自由，不与周围 混凝土黏结的预应力混凝土结构。无黏结预应力结构的预应 力筋表面涂有防锈材料，外套防老化的塑料管，防止与混凝 土钻结。无黏结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相 结合。
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第一节预应力混凝土概述
(2)预应力混凝土按构件中预加应力的大小程度可划分为全预 应力法和部分预应力法。全预应力为在预应力以及使用荷载 作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即为全截面受压。 部分预应力法为构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂，即 只有部分截面受压，可分为A类和B类。A类为在使用荷载作 用下，构件预压区混凝土正截面的拉应力不超过规定的允许 值。B类为在使用荷载作用下，构件预压区混凝土正截面的 拉应力允许超过规定的限值，但当裂缝出现时，其宽度不超 过容许值。
第七章预应力混凝土构件
第一节预应力混凝土概述 第二节施加预应力的方法和锚具 第三节张拉控制应力和预应力损失 第四节预应力混凝土轴心受拉构件计算 第五节预应力混凝土构件的构造要求
第一节预应力混凝土概述
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10章预应力混凝土构件
sII E pcII l 5
关于 pcII的求解，仍由前述图形根据力的平衡条件可得到公式
（10-31），即：
pcII ( con l ) Ap l 5 As Ac E As E Ap N pII l 5 As A0
上式即为混凝土受到的“有效预压应力”的计算式，由于所有 的预应力损失均已产生，所以在荷载作用前，混凝土受到的预压应 力不会减少。 （2）使用阶段 1）加载至混凝土压应力为零
假定构件中布置有预应力钢筋和非预应力钢筋。
（1）施工阶段 1）张拉预应力钢筋：各材料的应力如表10-8中的b项； 2）在混凝土受到预压应力之前（此时预应力钢筋未放松）：各材 料的应力如表10-8中的c项，假定第一批预应力损失已完成；
12
3）放松预应力钢筋：混凝土达到强度等级的75%以上方可放松预
应力钢筋；此时构件受到压力作用，将产生压应变 pcI ，
4）混凝土受到预压应力，完成第二批损失 lII后（即全部预应力损
失完成）。此时，第二批损失将使预应力钢筋的应力减少 lII ，
但混凝土的应力发生变化后还将影响预应力钢筋的应力，讨论之。
A.由于预应力钢筋对混凝土的受压作用降低，将使构件产生增量 （拉）应变，设为 pcII ； B.对应混凝土产生增量拉应力： pcII Ec pcII（拉）（e） 此时混凝土应力设为 ，显然有关系： pcII pcI pcII pcII
所以得：
pcII
pcI pcII
1 Ec ( pcI pcII )
（拉）（f）
（g）
15
将（f）代入（e）得： pcII
C.对应预应力钢筋产生增量拉应力： peII Es pcII
预应力混凝土构件
2.锚具和夹具
螺丝端杆锚具； 镦头锚具； 锥塞式锚具； 夹片式锚具。
对锚具的要求：
安全可靠，锚具本身应具有足够的强度和刚度； 应使预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以 减少预应力损失； 构造简单，便于机械加工； 使用方便，省材料，价格低。
1.张拉控制应力
什么是张拉控制应力?
对于后张法构件曲线预应力钢筋或折线预 应力钢筋的锚具损失的计算详见摩檫损失 的讨论。
2.摩擦损失l2 摩擦包括两部分：一是张拉直线预应力钢筋时，由于孔道偏 差、孔壁粗糙及钢筋表面粗糙产生的刮碰摩擦阻力；二是由 于曲线孔道的曲率，使预应力钢筋与孔壁之间产生法向接触 压应力而引起的摩擦阻力。
con A p
支承式锚具（钢丝束镦头锚具等） 锥塞式锚具（钢丝束钢质锥形锚具等） 夹片式锚具
注：1.表中的锚具变形和钢筋内缩值也可根据实测数值确定；
2.其他类型的锚具变形和钢筋内缩值应根据实测数值确定。
注意
锚具损失只考虑张拉端
减少锚具损失l1的措施：
选择锚具变形小或预应力钢筋内缩小的锚具、 夹具，并尽量少用垫板，因每增加一垫板，a 值就 增加1mm； 增加台座长度。因l1值与台座长度成反比，采 用先张法生产构件，当台座长度为100mm以上时， 锚具损失l1可忽略不计。
当 (k x m ) 0.2 时，可按下列近似公式计算：
l
2
(k x m ) con
(11-5)
式中 X—张拉端至计算截面的孔道长度（m)，可近似
取该段孔道在纵轴上的投影长度； – 张拉端至计算截面曲线孔道部分切线的夹角（rad)；
k– 考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，按表11－3采用；
混凝土的抗拉强度与抗压强度的比值随混凝土强度 等级的提高而降低。 在钢筋混凝土构件中采用高强钢筋和高强混凝土， 两种材料均不能充分发挥作用。
预应力混凝土构件计算
产生损失旳原因： （定性、定量）
1. 直线预应力钢筋因为锚具变形和钢筋内缩引起旳预应力损失 l1
△概念：。。。。。。
△公式： l1
a l
Es
2.预应力钢筋与孔道壁之间旳摩擦引起旳预应力损失 l2
△概念：。。。。。。
△公式： l2 con 1 e(x )
con
1
1 e x
△减小摩擦损失旳措施：
（3）高强度钢筋对一般混凝土不起作用。 一般以为一般混凝土梁旳合用范围：L≤8—9m，12—15m已很不经 济，也显得技术落后。
预应力混凝土旳概念 木桶旳力学原理：
搬砖或书：
混凝土梁旳预加力：
pk
Np
(a)
Np
(b) (c)
或或 (d)
预应力混凝土构件旳优、缺陷和应用对象 ■ 优点：提升抗裂度和刚度；节省钢筋，减轻自重。
锥 形 锚 具
墩 头 锚 具
JM12型锚具
OVM型锚具
10.1.5 预应力混凝土材料
1．混凝土 （1）强度高，C40以上； （2）收缩、徐变小； （3）快硬、早强。
2．钢材： （1）强度高：
钢绞线： f ptk 1560 1860N / mm2 钢丝（消除应力钢丝）： f ptk 1570 1770N / mm2 热处理钢筋： f ptk 1470N / mm2
即在正常使用荷载下，钢筋应力一般150～200MPa
2. 以裂缝出现和发展为代价，换取梁旳承载能力提升。虽然这么提 升了混凝土梁旳承载力（相对开裂），但却带来了下列问题：
（1）裂缝旳出现使截面旳刚度降低，挠度增大，成果造成跨度较 大旳梁，或荷载较大旳梁，往往挠度验算通但是；
（2）裂缝过宽，造成人心理紧张，耐久性降低，所以当限定裂缝 宽度后，梁剩余旳潜能不能发挥。
预应力 混凝土构件
1.预应力混凝土的原理 (1) 预应力可以改善结构构件的裂缝和变形性能。在使用前预先施加的永 久性内应力，以及钢材中的拉应力与混凝土中的压应力组成一个自平衡 系统。 (2)推动采用预应力混凝土的主要优点是节约材料。 (3)预应力不能提高混凝土构件的强度。
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第一节预应力混凝土基本知识
( 4 ) σl4预应力钢筋的应力松弛，计算公式如下: 预应力钢丝、钢绞线普通松弛
此处，一次张拉ψ=1，超张拉ψ =0. 9 低松弛:
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第一节预应力混凝土基本知识
(2)预应力混凝土结构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。当采 用山砂混凝土及高炉矿渣混凝土时，尚应符合专门标准的规定。 (3)无黏结预应力筋的规格及性能见表7-1。
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第七章预应力混凝土构件
第一节预应力混凝土基本知识 第二节预应力的施加 第三节预应力混凝土轴心受拉构件计算 第四节预应力损失值计算 第五节预应力混凝土构件的构造措施
第一节预应力混凝土基本知识
一、预应力混凝土的分类
预应力混凝土可按制作、构件中预加应力大小的程度、施工方式的 不同来划分。 (1)按制作划分可分为先张法预应力混凝土和后张法预应力混凝土。 (2)按构件中预加应力大小的程度可划分为全预应力和部分预应力法。 (3)按施工方式可划分为有黏结预应力混凝土和无黏结预应力混凝土。
(1)预应力混凝土结构中的钢筋包括预应力钢筋和非预应力钢筋。非预应 力钢筋宜采用HRB400级和HRB335级钢筋，也可采用HPB235级和 RRB400级钢筋。预应力钢筋必须具有很高的强度，《混凝土结构设计 规范》(GB 50010- 2002)规定，预应力钢筋宜采用预应力钢绞线、钢丝 及热处理钢筋。此外，预应力钢筋还应具有一定的塑性、良好的可焊性 以及用于先张法构件时与混凝土有足够的黏结力。
预应力混凝土构件
35
280
f
pc '
(7-7)
l5
cu
115
(7-8)
'
35 280 pc
'
fcu
l5
115
(7-9)
凝 土pc、法向'pc压--应受力拉;区、受压区预应力钢筋在各自合力点处的混
f
' cu
--施加预应力时的混凝土立方体抗压强度;
、 ' --受拉区、受压区预应力钢筋和非预应力钢筋的配筋
率:对先张法构件， 对后张法构件
结构处于年平均相对湿度低于40%的环境下， l5及 ' 值
应增加:30%。
l5
当采用泵送混凝土时，宜根据实际情况考虑混凝土收缩、徐 变引起预应力损失值增大的影响。
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第三节张拉控制应力和预应力损失
所有能减少混凝土收缩、徐变的措施，相应地都将减少 。 (6)l5 :用螺旋式预应力钢丝(或钢筋)作配筋的环形结构构
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第三节张拉控制应力和预应力损失
(2) l2 :由预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起，主要对后张
法x--有张影拉响端，至计计算算如截下面式的:孔道l2 长 度c(o弧n(1长，ekmx1)， )可近似取该(7-段2)孔
预应力混凝土构件
第十章 预应力混凝土
第二节 轴心受拉构件计算
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
主要内容： ▪ 预应力混凝土旳基本概念 ▪预应力损失与组合
▪预应力混凝土轴心受拉构件旳应力分布 ▪轴心受拉构件旳预应力设计
粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚 孔旳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
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
承压型锚具：利用螺帽、垫板等旳 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
第十章 预应力混凝土
第十章 预应力混凝土
预应力混凝土构件
第十章 预应力混凝土
第一节 预应力混凝土原理
➢ 混凝土抗拉强度低，带裂缝工作; ➢ 在防渗、抗腐蚀时易出现问题; ➢ 为满足变形和裂缝要求，截面尺寸，自 重过大; ➢ 不能充分利用高强度钢筋。
第九章 正常使用
定 义：
❖ 在构件受荷之前，给混凝土旳受拉区预先 施加压应力旳构造称为“预应力混凝土构造”
已结硬和钢筋同步回缩，
此处旳应力为con < con
第十章 预应力混凝土
采用超张拉能够降低l4
提议旳张拉程序为
0
(1.05~1.1)con停
0
con
2~5分钟
在高应力下，本需1小时才干完毕旳 损失，在2～5分钟内就完毕了大部分
第十章 预应力混凝土
预应力混凝土构件PPT57页
• 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
主 页
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
主 页
§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。
什么叫预应力构件和预应力混凝土
什么叫预应力构件和预应力混凝土在现代建筑工程中，我们经常会听到“预应力构件”和“预应力混凝土”这样的术语。
但对于很多非专业人士来说，可能并不清楚它们到底是什么意思。
今天，咱们就用通俗易懂的方式来好好聊聊这两个概念。
咱们先来说说什么是预应力混凝土。
简单来讲，预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，从而在使用过程中能够更好地抵抗拉应力。
想象一下，一根普通的混凝土梁，在承受重物的时候，很容易在底部出现裂缝，这是因为混凝土的抗拉能力比较弱。
而预应力混凝土就像是给这根梁提前打了“预防针”，让它在未来承受压力的时候更有“抵抗力”。
那是怎么实现这个预先施加压力的呢？通常有两种主要的方法：先张法和后张法。
先张法呢，就像是在做一个长长的“混凝土面条”。
先把钢筋拉长，固定在台座上，然后在钢筋周围浇筑混凝土。
等混凝土凝固了，再把固定钢筋的力量松开，这时候钢筋就会想要收缩，但是已经被凝固的混凝土“拉住”了，于是就在混凝土里产生了预压应力。
后张法呢，则是先浇筑混凝土，然后在混凝土里预留一些孔道。
等混凝土凝固达到一定强度后，把钢筋穿进这些孔道，然后在钢筋的两端施加拉力，并用锚具固定住。
这样，钢筋的拉力就传递给了混凝土，形成了预应力。
接下来，咱们再说说预应力构件。
预应力构件就是采用了预应力混凝土技术制造出来的结构部件。
比如说预应力梁、预应力板、预应力柱等等。
预应力构件有很多优点。
首先，它能提高构件的抗裂性能。
普通混凝土构件在使用中很容易出现裂缝，而预应力构件因为提前施加了压力，能够有效地减少甚至避免裂缝的产生，这就大大提高了构件的耐久性。
其次，预应力构件可以节省材料。
由于预应力的作用，构件能够更有效地承受荷载，所以在设计时可以减少钢筋和混凝土的用量，从而降低成本。
再者，预应力构件的刚度大，变形小。
这意味着在使用过程中，它的稳定性更好，能够更好地保证建筑物的安全性和使用功能。
比如说，在大跨度的桥梁建设中，预应力构件就发挥了巨大的作用。
预应力混凝土构件
第7章
2）预应力混凝土的优缺点
优点：
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；
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；
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；
提高了结构或构件的耐久性、耐疲劳性和抗震能力。
12%Si
在普通铸造条件下， ZL102组织几乎全部为共晶体， 由粗针状的硅晶体和固溶体组成，强度和塑性都较 差。生产上通常用钠盐变质剂进行变质处理，得到细 小均匀的共晶体加一次固溶体组织，以提高性能。
ZL102的铸态组织
未变质处理 经变质处理
❖ 加入其他合金元素的铝硅铸造 合金称复杂(或特殊)硅铝明。
梁、铆钉等。
③ 超硬铝合金
属Al-Zn-Mg-Cu系合金，并含有少量Cr和Mn。
Hale Waihona Puke 时效强化效果超过硬铝合金 。
热态塑性好，但耐蚀性差。
常用合金有 LC4 (7A04 )、LC9
(7A09 )等，主要用于工作温度较
低、受力较大的结构件，如飞机
的大梁、起落架等。
飞机主起落架
④ 锻造铝合金
Al-Cu-Mg-Si系合金 可锻性好，
❖ Al-Si系铸造铝合金的铸造性 能好，具有优良的耐蚀性、耐 热性和焊接性能。
❖ 用于制造飞机、仪表、电动机 壳体、汽缸体、风机叶片、发 动机活塞等。
活塞(裙部为铝硅合金)
2.Al-Cu系铸造铝合金
这类合金的耐热性好，强度较高；但密度大，铸造性
能、耐蚀性能差，强度低于Al-Si系合金。
常用代号有ZL201(ZAlCu5Mn)、ZL203(ZAlCu4) 主等要。用于制造在较高温度下
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。
什么叫预应力构件和预应力混凝土
什么叫预应力构件和预应力混凝土一：预应力构件一.引言预应力结构作为一种现代化的结构形式，已经在建筑领域得到了广泛应用。
预应力构件是指在施工过程中施加一定强度的预应力，使构件内部产生一定的预应力，从而提高构件的承载能力和抗震性能。
本文将对预应力构件进行详细介绍。
二.预应力构件的定义预应力构件是指应用预应力技术施工的构件，通过在构件内部施加预应力，以改变构件受力状态和变形特性，从而提高构件的性能。
三.预应力构件的分类1. 按照预应力的施加方式分类：预应力构件可分为预应力预制构件和现浇预应力构件。
2. 按照构件的用途分类：预应力构件可分为梁、板、柱、墙等不同类型。
3. 按照预应力的施加位置分类：预应力构件可分为内预应力构件和外预应力构件。
四.预应力混凝土1. 定义：预应力混凝土是指在混凝土结构中施加预应力，以提高混凝土的承载能力和抗震性能的一种建筑材料。
2. 施工工艺：预应力混凝土的施工工艺包括制作预应力钢筋、预应力钢筋的张拉和固定、浇筑混凝土等步骤。
3. 应用范围：预应力混凝土广泛应用于桥梁、高层建筑、水利工程等领域。
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注释：1. 预应力：在施工过程中施加一定强度的预应力，使构件内部产生一定的预应力，提高构件的性能。
2. 预应力构件：应用预应力技术施工的构件，通过施加预应力改变构件受力状态和变形特性。
3. 预应力混凝土：在混凝土结构中施加预应力，提高混凝土的承载能力和抗震性能的建筑材料。
二：预应力构件和预应力混凝土一.预应力构件的概念1. 定义：预应力构件是指在施工过程中施加预应力，以改变构件受力状态和变形特性，提高构件的性能的建筑构件。
2. 应用范围：预应力构件广泛应用于桥梁、高层建筑、水利工程等领域，以提高结构的承载能力和抗震性能。
二.预应力构件的分类1. 预应力预制构件：指在预制厂进行制作，并在现场进行安装的预应力构件。
2. 现浇预应力构件：指在现场进行制作和施工的预应力构件。
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预应力混凝土构件1．钢筋混凝土结构在使用中存在哪两个问题？预应力混凝土的概念如何？答：钢筋混凝土结构在使用中存在两个问题：一是带裂缝工作，裂缝的存在降低了构件的刚度，而裂缝的开展又使处于高湿度或侵蚀性环境中的构件耐久性有所降低；二是很难合理利用高强度材料。
为满足变形和裂缝控制的要求，需要增大构件的截面尺寸和用钢量，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。
预应力混凝土是采用预先加压的方法间接提高混凝土的抗拉强度，克服了混凝土容易开裂的缺点，可延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果。
2．按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后顺序，施加预应力的方法可分为哪两种？答：按照张拉钢筋与浇捣混凝土的先后顺序，施加预应力的方法可分为：先张法、后张法两种。
3．先张法施工的具体过程包括哪几个主要环节？先张法构件中的预应力是如何传递的？什么是先张法？先张法施工有何特点和适用？答：先张法施工的具体过程是：（1）张拉：先在台座上按设计规定的拉力用张拉机械或电热张拉钢筋，（2）固定：用夹具将其临时固定在台座上或模板上，（3）浇注：然后浇筑混凝土，（4）放松：待混凝土达到一定强度（一般不低于设计强度的75%）后，把张拉的钢筋放松，钢筋回缩时产生的回缩力，通过钢筋与混凝土之间的粘结作用传递给混凝土，使混凝土获得了预压应力。
先张法构件中的预应力是靠钢筋与混凝土之间的粘结力来传递的。
这种先张拉钢筋、后浇灌混凝土的方法称为先张法。
先张法施工的特点和适用：先张法施工工艺简单，可以大批量生产预应力混凝土构件，同时，先张法不用工作锚具，可重复利用模板，迅速施加预应力，节省大量价格昂贵的锚具及金属附件，是一种非常经济的施加预应力方法，适合工厂化成批生产中、小型预应力构件。
但是，先张法生产所用的台座及张拉设备一次性投资费用较大，而且台座一般只能固定在一处，不够灵活。
4．后张法施工的主要工序包括哪几个环节？后张法构件中的预应力是如何传递的？什么是后张法？后张法施工有何特点和适用？答：后张法施工的主要工序是：（1）浇注：先浇筑混凝土，在构件中配置预应力钢筋的部位上预留孔道，（2）穿筋：等混凝土达到一定强度（不低于设计强度的75%）后，将钢筋穿过预留孔道，（3）张拉锚固：以构件本身作为支承张拉钢筋，同时混凝土被压缩并获得预压应力。
当预应力钢筋达到设计拉力后，用锚具将其锚固在构件两端，保持钢筋和混凝土内的应力。
（4）灌浆：最后，用高压泵在预留孔内压注水泥浆，保护预应力钢筋不被锈蚀，并与混凝土结为整体；也可不灌浆，完全通过锚具传递预压力，形成无粘结的预应力构件。
后张法构件是依靠锚具来传递和保持预加应力的。
对混凝土构件施加预压力的途径不同，是先张法和后张法的本质差别所在。
后张法是先浇筑混凝土，待混凝土结硬并达到一定的强度后，再在构件上张拉钢筋的方法。
后张法施工的特点和适用：后张法不需要台座，所以构件可在工厂预制，也可现场施工，应用比较灵活。
但是，后张法构件只能单一逐个地施加预应力，工序较多，操作也较麻烦，而且，后张法的锚具耗钢量大，锚具加工要求的精度较高，成本较贵。
因此，后张法适用于运输不便的大、中型构件。
5．电热张拉法施加预应力的原理是什么？电热张拉法有何特点？电热张拉法有何应用？答：电热张拉法是利用钢筋热胀冷缩的原理，在预应力钢筋上通过强大的电流，短时间内将钢筋加热，使钢筋的温度升高，钢筋随之伸长。
当钢筋伸长到要求长度后，切断电源，锚固钢筋。
随着温度的下降，钢筋逐渐冷却回缩，从而在混凝土中产生预压应力。
所以，电热法只不过是以电热代替千斤顶的机械张拉，可用于先张法和后张法。
电热张拉法具有设备简单、操作方便、生产效率高、无摩擦损失、便于曲线张拉和高空作业等优点；但也有耗电量较大、用伸长值控制应力不易准确、成批生产尚需校核张拉力等缺点。
以冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋作预应力筋的结构，都可用电热张拉法施加预应力，特别是圆形预应力混凝土结构（如水池、油罐等）和无粘结波形配筋的升板结构，尤宜采用电热张拉法。
6．何谓锚具和夹具？在设计、制造和选用锚具、夹具时必须满足哪些要求？答：锚具和夹具是在制作预应力构件时锚固夹持预应力钢筋的工具。
一般认为预应力构件制成后能够取下重复使用的称夹具，而留在构件上不再取下的称锚具。
锚具多用在后张法生产的构件中。
有时为了简便起见，将锚具和夹具统称为锚具。
锚具、夹具主要依靠摩阻、握裹和承压锚固来锚住或夹住钢筋，是保证预应力混凝土结构安全可靠的关键因素之一。
因此，在设计、制造和选用锚具、夹具时必须满足以下要求：（1）安全可靠，锚具的本身具有足够的强度和刚度；（2）应使预应力钢筋在锚具内尽可能不产生滑移，以减少预应力的损失；（3）构造简单，便于机械加工制作，省材料，价格宜低；（4）施工简便，使用安全方便。
7．目前预应力混凝土结构中常用的锚具有哪几种？这些锚具的工作原理如何，各有何特点和适用？答：目前预应力混凝土结构中常用的锚具有：螺丝端杆锚具、夹片式锚具、镦头锚具和锥形锚具。
（1）螺丝端杆锚具在单根预应力钢筋的两端各焊上一短段螺丝端杆，套以螺帽和垫板，即形成螺丝端杆锚具。
预应力钢筋通过螺丝端杆螺纹斜面上的承压力将预拉力传到螺帽，再经过垫板传至预留孔道口四周的混凝土构件上。
这种锚具的优点是操作比较简单，滑动很小，便于再次张拉。
缺点是对预应力钢筋长度的精确度要求高，不能太长或太短，以避免发生螺纹长度不够等情况。
可用于先张法、后张法或电热法锚固直径36mm以下的单根粗钢筋（冷拉Ⅱ、Ⅲ级钢筋）。
（2）夹片式锚具夹片式锚具主要有JMl2型、JMl5型、JM型、XM型锚具等型式。
这种锚具由锚环和夹片组成，可锚固钢绞线或钢丝束。
夹片块数与预应力钢筋或钢绞线的根数相同，张拉时，每个锥孔放置1根钢绞线，张拉后各自用夹片将孔中的该根钢铰线抱夹锚固，每个锥孔各自成为一个独立的锚固单元。
所以其特点是各根钢铰线均独立工作，任何一组夹具滑移、碎裂或钢绞线拉断，都不会影响同束中其他钢绞线的锚固，只需对失效锥孔内的钢铰线进行补拉即可。
夹片呈楔形，上有两个圆弧形槽，槽内有齿纹，依靠摩擦力锚固预应力钢筋，通过夹片的楔入作用将承压力传给锚环，再由锚环挤压混凝土。
JMl2型锚具主要缺点是钢筋内缩量较大。
其余几种锚具有锚固较可靠、互换性好、自锚性能强、张拉钢筋的根数多，施工操作也较简便等优点。
（3）镦头锚具镦头式锚具有钢丝束镦头锚具和单根镦头夹具。
钢丝束镦头锚具分A型和B型。
A型由锚圈和螺母组成，用于张拉端。
B型为锚板，用于固定端。
镦头锚具是利用钢丝的粗镦头来锚固预应力钢丝的。
其特点是锚固性能可靠，锚固力大，张拉操作方便。
但要求钢筋或钢丝束的长度有较高的精度。
（4）锥形锚具锥形锚具由锚圈及带齿的圆锥体锚塞组成，锚塞中间有小孔作锚固后灌浆之用。
用千斤顶张拉钢筋后将锚塞顶压入锚圈内，利用钢丝在锚塞和锚圈之间的摩擦力锚固钢丝。
预应力钢筋依靠摩擦力将预拉力传到锚环，再由锚环通过承压力和粘结力将预拉力传到混凝土构件上。
这种锚具可用于锚固多根直径为5～12mm的平行钢丝束，或者锚固多根直径为13～15mm的平行钢绞线束。
其优点是效率高，缺点是滑移大，且不易保证每根钢筋（丝）中的应力均匀。
8．预应力混凝土构件对混凝土有哪些要求？为什么说“预应力混凝土必须采用强度高的混凝土，而且，所用预应力筋的强度越高，混凝土等级相应要求越高”？答：预应力混凝土构件对混凝土的要求是：（1）高强度。
《混凝土结构设计规范》（以下简称《规范》）规定，预应力混凝土构件的混凝土强度等级不应低于C30。
对采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作预应力钢筋的构件，特别是大跨度结构，混凝土强度等级不宜低于C40。
（2）收缩、徐变小在预应力混凝土结构中，混凝土因收缩和徐变产生的变形，将会导致预加应力值的降低即预应力损失，并使结构或构件的挠度发生显著的变化，所以，要求混凝土的收缩、徐变小。
（3）快硬、早强可尽早施加预应力，提高台座、锚具、夹具等设备的周转率，加快施工进度，降低间接管理费用。
预应力混凝土必须采用强度高的混凝土，而且，所用预应力筋的强度越高，混凝土等级相应要求越高。
这是因为：（1）强度高的混凝土可提高先张法构件钢筋与混凝土之间的粘结力；提高后张法构件锚固端的局部承压承载力；（2）高强混凝土具有较高的抗拉强度，从而使预应力结构具有较高的抗裂强度。
8．预应力混凝土构件对所用的钢筋（或钢丝）有哪些要求？答：预应力混凝土构件所用的钢筋（或钢丝），从制造阶段开始，直到破坏，始终处于高应力状态，因此对其应有较高的要求，具体如下：（1）强度高。
混凝土预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小。
为保证预应力钢筋在构件制作过程中出现各种应力损失后仍存有较高的应力，需要采用较高的张拉应力，从而预应力钢筋应具有较高的抗拉强度。
（2）具有一定的塑性。
高强钢筋的塑性性能一般较低，为了保证结构或构件在破坏前有较大的变形能力，避免预应力混凝土构件发生脆性破坏，要求预应力钢筋在拉断前，具有一定的伸长率。
当构件处于低温或受冲击荷载作用时，更应注意对钢筋塑性和抗冲击韧性的要求。
一般要求极限伸长率>4％。
（3）良好的加工性能。
如良好的可焊性；钢筋经过“冷镦”或“热镦”后并不影响其原来的物理力学性能等。
（4）与混凝土之间能较好地粘结。
这一点对先张法预应力混凝土构件尤为重要，因为在传递长度内钢筋与混凝土间的粘结强度是建立预应力的保证，所以对于先张法构件，当采用高强钢丝时，其表面应经过“刻痕”或“压波”等措施进行处理。
（5）供应长度应尽可能长。
这样在需用长预应力钢筋时可以避免钢筋接头和材料损失。
为此，《规范》规定，预应力混凝土构件中的预应力钢材宜采用钢绞线、钢丝，也可采用热处理钢筋。
9．预应力混凝土有哪些优点与缺点？答：预应力混凝土是将高强度混凝土与高强度钢材“能动”地结合在一起，这种结合是靠张拉钢筋并将其锚固于混凝土，从而使混凝土受压来实现。
这种能动的结合使两种材料都产生非常好的性能：钢材是延性材料，现用预加应力的方法可使其在高拉力下工作，充分利用其强度；混凝土在抗拉能力上是脆性材料，现由于受到预压而有所改善，而其抗压能力并未真正受到损害。
所以，预应力混凝土是两种高强度材料的理想结合，它主要具有如下优点：（1）改善和提高了结构或构件的受力性能（如抗裂、变形、抗剪等）。
由于预应力的作用，克服了混凝土抗拉能力低的弱点，不仅提高了构件的抗裂度和刚度，还能减小受弯构件承受荷载后的变形：使用荷载下，预应力混凝土梁、板的挠度，往往只有相同情况下普通钢筋混凝土梁、板的几分之一。
试验表明，纵向预应力钢筋起着锚栓的作用，阻碍着构件斜裂缝的出现与开展，因而可提高构件的抗剪能力。