混凝土结构基本原理 第十章 预应力混凝土结构的性能与计算
预应力砼结构的基本知识
后张法：通过锚具传递预压应力工艺较复杂，慢，需要 在构件上安装永久性的工作锚具，成本高。
适于：现场浇筑、就地张拉、吊装的大型建筑中的特大 构件。
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第三节 预应力砼的材料
一． 预应力钢筋
（一）对钢筋性能要求：
⑴.强度高 ——使混凝土获得较高的预压应力； ⑵.良好的塑性——以保证在较高应力下不会发生拉断
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3．充分利用高强度材料 前已分析
4．扩大了构件的应用范围 因改善了抗裂性能，可用于防水、抗渗性及抗腐
蚀要求的环境。
采用高强度材料，结构轻巧，刚度大、变形小，可 用于大跨度、重荷载及承受反复荷载的结构。
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预应力混凝土结构的缺点
施工麻烦，工艺复杂，需要锚具，精度要求较 高，施工周期较长，造价高，且不能提高构件 的承载力。
直径不大于3m的圆筒形结构（如水管等）采 用环形配筋时，因钢筋在圆筒上作螺旋式张拉 时，砼受到局部挤压而产生压陷，引起预应力 损失，约占总损失的15% 左右。
减少各项预应力损失的措施有很多，有兴趣同学 可看书。
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注意：
一般情况下，预应力损失总值大约可达200 ~ 250 N / mm2 之多，
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时效硬化——冷拔后，若停留相当时间或高温
作用后再张拉，曲线将沿0’kk’变化，转折 点提高到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。
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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。
预应力混凝土结构的性能及计算共101页文档
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
预应力混凝土结构的性能及计算
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 要素 。
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
预应力混凝土结构的受力性能
混凝土应力： c 0 s
N p0 (s con s lI s lII ) Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
加载阶段----加载至混凝土开裂
s p s con s lI s lII
Ncr
钢筋应力： p s con s lI s lII E ft s
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----放松钢筋
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
s pcI ( A Ap ) (s con s lI Es pcI ) Ap
spcI
混凝土应力： cpI s
(s con s lI ) Ap A0
A0 A (E 1) Ap Ac E Ap
六、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----完成第二批损失
E Es E
c
钢筋应力： p s con s lI s lII Es pcII s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----穿钢筋
钢筋应力： p s con 混凝土应力： c 0 s s
钢筋应力： p 0 s
混凝土应力： c 0 s
六、轴心受拉构件的分析
2. 后张法构件各阶段的应力分析
施工阶段----张拉钢筋完成第一批预 应力损失
钢筋应力： p s con s lI Es pcI s
sE IIl s Il s noc s p s 力应筋钢 ：
spcII
第10章 预应力溷凝土构件的性能与设计
1908年，美国的斯坦纳(C．R．Steiner)提出收缩徐变发生后，再张拉 预应力筋；美国的狄尔(R．E．Dill)采用带有涂层的预应力筋来避免 混凝土与预应力筋间的粘结，但没有解决根本预应力损失问题；
2109.25(7B2 11529.23(9B40
4050.) 60
4867) .20
584.39 50.70
0.33
0.54
0.75
10.1.1 一般概念
预应力混凝土的基本原理
受弯构件
+
=
第一种概念：预加 应力能使混凝土在 使用状态下成为弹 性材料；
第二种概念：预加 应力能使高强钢筋 和高强混凝土结合 并发挥各自的潜力；
预应力的分类及应力损失 本
预应力轴心受拉构件的计算
章 主
预应力受弯构件的计算 要
内
容
预应力混凝土构件
提要
基本概念
↓
预应力损失
↓
预应力混凝土轴心受拉构件
↓
预应力混凝土受混凝土的特点
10.1.1 一般概念
普通混凝土的主要缺点 抗裂性差 混凝土的极限拉应变很小，在使用荷载作用下受拉区混 凝土开裂，使构件的刚度降低，变形增大，影响适用性和 耐久性。
l1x/2 lf x
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sconAp
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con(xrxc)(lxf 1)
l1 2 l1x/2
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第十章预应力混凝土构件的计算
第⼗章预应⼒混凝⼟构件的计算第⼗章预应⼒混凝⼟构件的计算1．静定预应⼒混凝⼟结构和超静定预应⼒混凝⼟结构有何本质区别？2．如何布置预应⼒筋时，张拉预应⼒筋不引起超静定预应⼒混凝⼟结构⽀座反⼒的变化？3．何谓预应⼒结构中的侧限？4．何谓⽆侧限预应⼒混凝⼟结构？举例说明。
5．何谓侧限影响系数？6．什么叫做张拉预应⼒筋所引起的次反⼒？7．什么叫预应⼒混凝⼟结构的次内⼒？8．什么叫预应⼒混凝⼟结构的主内⼒？9．什么叫预应⼒结构的综合内⼒？10．综合内⼒有哪两种计算⽅法？11．次内⼒有哪两种计算⽅法？12．预应⼒混凝⼟简⽀梁与连续梁正截⾯承载⼒计算公式的本质区别是什么？13．简述预应⼒筋的两阶段⼯作原理？14．规范中锚具下混凝⼟局部受压承载⼒计算公式存在哪四个问题？15．⽤基于简⽀梁板所求得的⽆粘结筋等效折减系数α去计算连续梁板的裂缝和变形会带来什么问题？16．预应⼒混凝⼟结构连续梁有哪⼏种破坏机制？17．对有侧限多、⾼层预应⼒混凝⼟结构张拉预应⼒筋时应注意哪些问题？18．对于预应⼒筋通长布置，梁⾼相同⽽梁跨相差悬殊的连续梁和框架梁，预应⼒筋线形选择时应注意什么问题？19．张拉预应⼒混凝⼟转换结构的预应⼒筋时应注意哪些问题？20．举例说明竖向预应⼒的⽤途？21．什么是预应⼒混凝⼟结构？预应⼒混凝⼟结构的⼯作原理是什么？29. 预应⼒混凝⼟结构施⼯由哪⼏部分组成？30. 选择预应⼒混凝⼟结构材料及⼯艺时应遵循什么原则？31. 预应⼒筋线形选择应遵循什么原则？等效荷载计算时应注意什么？32．预应⼒混凝⼟结构抗⼒计算的经典计算⽅法和统⼀计算⽅法的思路特点各是什么？33. 利⽤0.9(2)L c L c v cor y Ln F f f A ββαρβ≤+进⾏局压承载⼒验算时应注意哪些问题？34. 简述预应⼒混凝⼟结构⼯作原理。
35. 选⽤预应⼒筋张拉控制应⼒应遵循什么原则？36. 为何要对预应⼒结构的反拱值设限？37. 写出矩形截⾯预应⼒混凝⼟连续梁正截⾯承载⼒计算公式（基于经典⽅法）。
《预应力混凝土构》课件
应用效果：介绍预应力混凝土结构在该厂房中的应用效果，如提高承载力、抗震性能展
预应力混凝土结构的新材料和新工艺
新型高强度钢材： 提高预应力混凝 土结构的承载能 力和耐久性
复合材料：提高 预应力混凝土结 构的抗腐蚀性和 耐久性
预应力混凝土 结构设计方法： 计算方法、设
计参数等
预应力混凝土 结构施工工艺： 预应力张拉、
锚固等
预应力混凝土 结构检测与维 护：检测方法、
维护措施等
某大型工业厂房的预应力混凝土结构应用
厂房概况：介绍厂房的规模、结构形式、功能等基本信息
预应力混凝土结构设计：介绍预应力混凝土结构的设计原则、方法、材料选择等
Part Four
预应力混凝土结构 的施工工艺
预应力筋的种类和特点
预应力筋的种类：钢绞线、钢丝束、 钢棒等
钢丝束的特点：强度高、韧性好、 耐腐蚀、抗疲劳
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
钢绞线的特点：强度高、韧性好、 耐腐蚀、抗疲劳
钢棒的特点：强度高、韧性好、耐 腐蚀、抗疲劳
预应力筋的张拉方法
预应力筋的张拉方法包括先张法和后张法 先张法：在混凝土浇筑前张拉预应力筋，然后浇筑混凝土 后张法：在混凝土浇筑后张拉预应力筋，然后进行锚固 张拉工艺包括张拉、锚固、切割和放松等步骤 张拉过程中需要注意控制张拉力和张拉速度，以保证预应力筋的稳定性和可靠性
智能材料：实现 预应力混凝土结 构的自感知和自 适应控制
3D打印技术：提 高预应力混凝土 结构的施工效率 和精度
预应力混凝土结构的智能化和信息化技术应用
智能化技术：通过传感器、物联网等技术实现混凝土结构的实时监测和预警 信息化技术：利用大数据、云计算等技术对混凝土结构的性能进行预测和优化 智能材料：开发具有自感知、自修复等功能的新型混凝土材料 智能施工：采用机器人、3D打印等技术提高混凝土结构的施工效率和质量
混凝土结构的预应力设计原理
混凝土结构的预应力设计原理一、预应力概述预应力是指在混凝土固化前，通过预先在构件中施加一定大小的拉应力，使得混凝土在自身重量和外载荷的作用下，能够承受更大的荷载和变形，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力技术广泛应用于各种大型的混凝土结构中，如桥梁、高层建筑、水利水电工程等。
二、预应力设计的基本原理预应力设计的基本原理是通过在混凝土中施加一定大小的预应力，使得混凝土在自身重量和外载荷的作用下，能够承受更大的荷载和变形，提高混凝土的承载能力和使用性能。
为了保证预应力构件的安全性和可靠性，预应力设计需要遵循以下几个基本原则：1、预应力设计应满足混凝土的强度要求，确保混凝土的强度能够承受预应力的作用；2、预应力设计应考虑混凝土的变形特性，确保预应力构件在荷载作用下能够保持稳定，不产生过度变形；3、预应力设计应考虑预应力钢筋材料的强度和粘结性能，确保预应力钢筋能够承受预应力作用，并与混凝土良好地粘结；4、预应力设计应考虑预应力构件的工作环境和使用要求，确保预应力构件能够满足使用要求。
三、预应力设计的方法预应力设计主要包括两种方法：预应力张拉法和预应力预制法。
1、预应力张拉法预应力张拉法是指在混凝土构件内设置预应力钢筋，通过张拉预应力钢筋，使混凝土受到拉应力，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力张拉法的具体步骤如下：（1）在混凝土构件内设置预应力钢筋，一般采用钢束或钢丝绳；（2）在混凝土固化前，通过张拉设备施加一定的拉应力，使得预应力钢筋受到拉应力；（3）在预应力钢筋达到设计拉应力后，将预应力钢筋固定在混凝土构件中；（4）混凝土固化后，预应力钢筋所施加的拉应力将被传递到混凝土中，提高混凝土的承载能力和使用性能。
2、预应力预制法预应力预制法是指在混凝土构件预制时，预先设置预应力钢筋，通过预应力钢筋的作用，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力预制法的具体步骤如下：（1）在混凝土构件的预制模具中设置预应力钢筋，一般采用钢筋网或（2）在混凝土浇筑前，通过预应力张拉设备施加一定的拉应力，使得预应力钢筋受到拉应力；（3）混凝土浇筑后，预应力钢筋所施加的拉应力将被传递到混凝土中，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力混凝土结构的基本原理
2.2 预应力混凝土结构的优点
1．变被动设计为主动设计; 2．在使用荷载作用下不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，提高 结构的耐久性。 3．可以合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而节省材 料，减轻结构自重。 4．可以提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围进一 步扩大。 5．施加预应力相当于对结构或构件作了一次检验，有利于保证 质量。 6．由于在正常使用阶段钢筋和混凝土的应力变化幅度较小，重 复荷载下的抗疲劳性能较好。 7．具有良好的裂缝闭合性能。 8．提高抗剪性能。
l tr
pe ltr ' d 二．预应力筋的锚固长度 f
tk
la a
f py ft
d
7.2 局部受压承载力计算
一．局部受压面积验算 Fl≤1.35βcβlfcAln
l
Ab Al
二．局部受压承载力验算 Fl 0.9( c l f c 2v cor f y ) Aln
一．预应力钢筋与孔道壁之间的摩 擦引起的预应力损失
l2
l 2 con (1
1 e
x
)
——考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦 系数，按表 14-3取用； x——张拉端至计算截面的距离（m）， 并不应大于； l 2 (x ) con 当 x+≤0.2时，l2可按下列近似公式计算： 为了减少摩擦损失，可采用两端张拉或超张
0.7 f ptk con 0.8 f ptk
热处理钢筋 一次张拉 超张拉
l 4 0.2( con / f ptk 0.575) con
l 4 0.05 con
l 4 0.035 con
混凝土结构基本原理答案吕晓寅版第10章
要求进行屋架下弦使用阶段承载力计算，裂缝控制验算以及施工阶段验算。 由此确定纵向预应力钢筋数量、构件端部的间接钢筋以及预应力钢筋的张拉控制 力等。
解：(1)使用阶段承载力计算 由可变荷载控制组合
6.两个轴心受拉构件，设二者的截面尺寸、配筋及材料完全相同。一个施加了预 应力；另一个没有施加预应力。有人认为前者在施加外荷载前钢筋中已存在很大 的拉应力，因此在承受轴心拉力以后，必然其钢筋的应力先达到抗拉强度。这种
看法显然是不对的，试用公式表达，但不能简单的用������������ = ������������������������������来说明。
思考题
1.为什么在普通钢筋混凝土受弯构件中不能有效地利用高强度钢筋和高强度混 凝土？而在预应力混凝土构件中必须采用高强度钢筋和高强度混凝土？
答：由于钢筋混凝土受弯构件拉区混凝土的过早开裂，导致使用荷载下构件的裂 缝宽度与钢筋应力 σss，近于成正比，而构件的刚度 Bs 与受拉钢筋截面面积 As 也近似成正比。因此，如采用高强度钢筋，且充分利用其抗拉强度设计值（fy）， 则 As 将近乎成反比的减小;σss 将成比例的增大。结果是构件的挠度和裂缝宽度 都超过了允许的限值，上述分析说明对构件挠度和裂缝宽度的控制等于控制了钢 筋混凝土构件中钢筋的抗拉强度设计值。在钢筋混凝土受弯构件中采用高强度混 凝土也是不合理的，因为提高混凝土的强度对减小 Wmax 几乎没有作用，对提高 Bs 的效果也不大。其根本原因是拉区混凝土过早开裂的问题并没有得到解决。
Kx=0.0014×18=0.0252≤0.3
������������2
10-预应力混凝土结构的基本原理与计算原则
第一页，共六十一页。
§10.1 预应力混凝土的基本原理 10.1.1 预应力混凝土的概念 一、普通钢筋(gāngjīn)混凝土的不足
跨度为5.2m的简支梁，截面尺寸(chǐ cun)为200×450mm2，作用均布活 荷载标准值qk=10kN/m，均布恒荷载gk=5kN/m。
Ⅱ级 310
2106mm2 405.6kN.m 38.1=L0
273
跨度增加两倍 20.8m
800×1900 80kN
5948.8kN.m
Ⅱ级 310
12650mm2 4867.2kN.m 88.8= L0
234
采用高强钢筋 5.2m
200×450 5kN
67.6kN.m
冷拉Ⅳ级 580
308mm2 50.7kN.m 32.2=L0
有限或部分预应力混凝土介于全预应力混凝 土和钢筋混凝土之间，有很大的选择范围，设 计者可根据结构的功能要求(yāoqiú)和环境条件，选 用不同的预应力值以控制构件在使用条件下的 变形和裂缝，并在破坏前具有必要的延性，因 而是当前预应力混凝土结构的一个主要发展趋势。
第二十三页，共六十一页。
10.3 预应力混凝土的材料
第二页，共六十一页。
L0 b×h 自重 gk M
fy As
MsБайду номын сангаас
[f]= L0 300 ss
[wmax]=0.3
5.2m 200×450
5kN 67.6kN.m
Ⅱ级 310
603mm2 50.7kN.m 16.4= L0
317 232MPa
0.25
跨度增加一倍 10.4m
400×900 20kN
10 预应力混凝土结构的受力性能 1
dPx dP 1 dP 2 kPx dx Px d
张拉端
Px Px-dPx
锚固端
x
dx
Px
P
x dPx kdx d 0 0 Px
r
d r P' Px
d dP1 Px-dP1 dx
Px ln kx P Px P e ( kx )
二、预应力的基本概念
pc
N pep h A I 2
M
Np
ep Np
pc
h c I 2
c
b c pc
h N p N pep h ( ) I 2 A I 2 M
c pc 0
由于预加应力pc较大，受拉 b c pc 边缘仍处于受压状态，不会 M h N p N pep h ( ) 出现开裂； I 2 A I 2 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；
con取值过高，可能会在张拉时引起破断事故，产生
过大应力松弛。
con取值过低，对混凝土施加的预应力太小，达不
到预应力的效果。
因此，《规范》规定张拉控制应力值con不宜超过下表的 张拉控制应力限值[con]。
张拉控制应力限值[con]
钢筋种类 预应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋 张拉方法 先张法 0.75 fptk 0.70 fptk 后张法 0.75 fptk 0.65 fptk
预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及 制作方法上原因，使得预应力钢筋变松，这种现象称 为预应力损失。
1、锚固损失l1 预应力筋张拉后锚固时，由于锚具受力后变形、垫板缝隙 的挤紧以及钢筋在锚具中的内缩引起的预应力损失记为l1。 对直线预应力筋：
混凝土结构设计原理(第五版)课后习题答案
第10章 预应力混凝土构件思 考 题10.1 为了防止钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，防止因满足变形和裂缝控制的要求而导致构件自重过大所造成的不经济和不能应用于大跨度结构，也为了能充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以采用对构件施加预应力的方法来解决，即设法在结构构件受荷载作用前，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件的拉应力不大，甚至处于受压状态。
预应力混凝土结构的优点是可以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，克服了钢筋混凝土的主要缺点。
其缺点是构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。
10.2 预应力混凝土结构构件必须采用强度高的混凝土，因为强度高的混凝土对采用先张法的构件，可提高钢筋预混凝土之间的粘结力，对采用后张法的构件，可提高锚固端的局部承压承载力。
预应力混凝土构件的钢筋〔或钢丝〕也要求由较高的强度，因为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，考虑到构件在制作过程中会出现各种应力损失，因此需要采用较高的张拉应力，也就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。
10.3 张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制到达的最大应力值。
其值为张拉设备所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得的应力值，以con σ表示。
张拉控制应力的取值不能太高也不能太低。
如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。
如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：1〕在施工阶段会使构件的某些部位受到预拉力甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏；2〕构件出现裂缝时的荷载值与继续荷载值很接近，使构件在破坏前无明显的预兆，构件的延性较差；3〕为了减小预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。
《预应力混凝土结构》全套课件
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。
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。
优点与局限性
01
局限性
02
03
04
需要专业的设计和施工队伍， 技术难度较大；
对材料性能要求较高，需严格 控制材料质量；
在某些特定条件下（如高温、 腐蚀环境等），预应力效果可
能受到影响。
应用领域及前景
应用领域
预应力混凝土结构广泛应用于桥梁、高层建筑、大跨度公共建筑、海洋工程、 核电站等领域。
前景
随着科技的不断进步和新型材料的不断涌现，预应力混凝土结构的应用前景将 更加广阔。未来，预应力混凝土结构将继续向更高性能、更智能化、更环保的 方向发展，为现代建筑提供更多可能性。
《预应力混凝土结构 》全套课件
REPORTING
• 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
目录
PART 01
预应力混凝土结构概述
REPORTING
定义与发展历程
定义
预应力混凝土结构是在混凝土结构中 引入预压应力，以改善结构性能的一 种结构形式。
施工流程与注意事项
施工准备
熟悉图纸、准备材料、检查设备 等。
钢筋加工与安装
按照图纸要求加工钢筋，并准确 安装到位。
模板制作与安装
根据结构形状和尺寸制作模板， 并安装到指定位置。
优质文档预应力混凝土结构的受力性能
F2
N
sin
kdx 2
(N
dN ) sin
kdx 2
Nkdx
dN2 Nkdx
dN dN1 dN2 Ndq Nkdx
从张拉端到计算截面积分
NB
dN
q
dq
x
k
dx
N N0
0
0
令 k k为单位长度上局部偏差的摩擦影响系数，则
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 。
■ 在钢模上张拉钢筋，连钢模一起升温养护。
（4）钢筋应力松弛引起的预应力损失 l4
钢筋受力后，在长度保持不变的条件下，应力随时间的增长而逐渐 降低，这种现象称为钢筋的应力松弛。
预应力钢丝、钢绞线：
普通松弛
l4
0.4
f
con ptk
0.5 con
,
1 0.9
再降至 con 。 （5）混凝土收缩徐变引起的预应力损失 l5 、 l5
收缩、徐变都导致预应力混凝土构件的长度缩短，预应力钢筋也随 之回缩，产生预应力损失。
10.1 概述
第10章 预应力混凝土构件
先张法：
45 280 pc
l5
fcu 1+15
45 280 pc
混凝土结构设计原理题库题目及答案
第一章材料的力学性能一、填空题1、钢筋混凝土及预应力混凝土中所用的钢筋可分为两类：有明显屈服点的钢筋和无明显屈服点的钢筋，通常分别称它们为____________和。
2、对无明显屈服点的钢筋，通常取相当于残余应变为时的应力作为假定的屈服点，即。
3、碳素钢可分为、和。
随着含碳量的增加，钢筋的强度、塑性。
在低碳钢中加入少量锰、硅、钛、铬等合金元素，变成为。
4、钢筋混凝土结构对钢筋性能的要求主要是、、、。
5、钢筋和混凝土是不同的材料，两者能够共同工作是因为、、6、光面钢筋的粘结力由、、三个部分组成。
7、钢筋在混凝土中应有足够的锚固长度，钢筋的强度越、直径越、混凝土强度越，则钢筋的锚固长度就越长。
8、混凝土的极限压应变包括和两部分。
部分越大，表明变形能力越，越好。
9、混凝土的延性随强度等级的提高而。
同一强度等级的混凝土，随着加荷速度的减小，延性有所，最大压应力值随加荷速度的减小而。
10、钢筋混凝土轴心受压构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
11、混凝土轴心受拉构件，混凝土徐变，则混凝土的应力，钢筋的应力。
12、混凝土轴心受拉构件，混凝土收缩，则混凝土的应力，钢筋的应力。
二、判断题1、混凝土强度等级是由一组立方体试块抗压后的平均强度确定的。
2、采用边长为100mm的非标准立方体试块做抗压试验时，其换算系数是0.95。
3、混凝土双向受压时强度比其单向受压时强度降低。
4、线性徐变是指徐变与荷载持续时间之间为线性关系。
5、对无明显屈服点的钢筋，设计时其强度标准值取值依据是条件屈服强度。
6、强度与应力的概念完全一样。
7、含碳量越高的钢筋，屈服台阶越短、伸长率越小、塑性性能越差。
8、钢筋应力应变曲线下降段的应力是此阶段拉力除以实际颈缩的断面积。
9、有明显流幅钢筋的屈服强度是以屈服下限为依据的。
10、钢筋极限应变值与屈服点所对应的应变值之差反映了钢筋的延性。
11、钢筋的弹性模量与钢筋级别、品种无关。
12、钢筋的弹性模量指的是应力应变曲线上任何一点切线倾角的正切。
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第二批损失lII
l5
后张法构件 l1+l2
l4+l5+l6
预应力总损失 的下限值
先张法构件： l100N/mm2 后张法构件： l80N/mm2
36
六、预应力筋锚固区受力性能
1. 先张法预应力筋预应力传递长度
当采用骤然放松预应力钢筋的施 工工艺时，起点应从距构件末端 0.25ltr处开始计算
ltr
混凝土强度达设计 强度的70%以上时 剪断预应力筋
浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
在构件中预留孔道 中穿预应力筋并张拉
锚固灌浆
3
一、基本概念
2. 先张法和后张法
4
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土结构
有粘结预应力混凝土梁
先张法生产的预应力混凝土构件以及后 张法张拉预应力筋后在孔道中灌浆所生 产的预应力混凝土构件
灌浆口（灌浆锚固）
预应力筋
13
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筋锚固在端部
螺母
预应力筋
垫板
螺丝杆端
对焊接头
14
三、预应力混凝土所用的材料
1. 预应力筋
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
预应 力筋
注意
冷拉钢筋、预应力螺纹钢筋、碳素钢丝、刻痕 钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝
预应力筋应力： p con lI
混凝土应力： c 0
41
七、轴心受拉构件的分析
2. 先张法构件各阶段的受力分析
施工阶段----放松预应力筋
Ep Ep Ec
预应力筋应力： peI con lI Ep pcI
pcI ( A Ap ) ( con lI Ep pcI ) Ap
如混凝土收缩徐变、局部挤 压损失等
19
五、预应力损失
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
但各项预应力失的“净 值”是很困难的。
温度为t0时的应力为con 温度升到t1时由于混凝土 未结硬此处的应力为con
温度回落到t0时由于混凝土 已结硬和预应力筋同时回缩， 此处的应力为con < con
31
五、预应力损失
5. 应力松弛损失l4
预应力筋在高应力作用下，长度不变而应力随时间逐渐降低的现象称为应力 松弛
预应力筋张拉后1小时内约完成总松弛的 50%，24小时内完成总松弛的80%，以后逐 渐收敛
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~预应力钢筋屈服抗拉强度 0.85
18
五、预应力损失
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
使用荷载下允许混凝土 受拉区产生宽度不大的裂缝
部分预应力混凝土构件
7
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 直接张拉预应力筋法 *电热法：低电压强电流通过预应力 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
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
26
五、预应力损失
2. 管道摩擦损失l2
采用超张拉可以减
少l2
建议的张拉程序为
con 张拉端
1.1con con 张拉端 0.85con
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
27
五、预应力损失
3.锚具变形和预应力筋回缩损失l1
处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用 碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力筋
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
15
三、预应力混凝土所用的材料
2. 混凝土
预应力混凝土构件
不宜低于C40 不应低于C30
16
四、张拉控制应力con的确定
1. con对结构的影响
Apcon
9
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
摩擦型锚具
10
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
摩擦型锚具
夹片
锚板
1
预应力筋
2
2
11
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
墩头锚具
12
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
力筋
3铅丝线圈
8箍筋
6~ 8螺旋筋
混凝土中的有效预压应力
pcII
混凝土应力：
pcII
( con
lI lII ) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
43
七、轴心受拉构件的分析
2. 先张法构件各阶段的受力分析
加载阶段----加载至混凝土中的应力为0
p con lI lII Ep pcII
Nt0
预应力筋应力： p con lI lII
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Pxd
Px-dP1
23
五、预应力损失
2. 管道摩擦损失l2
d
预应力筋轴线
P 张拉端
dPx dP1 dP2 kPxdx Pxd
Px dPx
x
kdx
d
P Px
0
0
ln Px kx
P
Px
ltr
ltr
pe
ft
d
ltr
pe
pc
37
2a A
Fl r
z A 2b
六、预应力筋锚固区受力性能
2. 后张法锚固区的局部受压
38
七、轴心受拉构件的分析
1. 受力特征
Nt
开裂前，荷载-位移关系为线 性的，预应力钢筋的应力增 长较少
开裂后，预应力钢筋的应力 急增，进入非线性阶段
预应力混凝土构件 （使用荷载下不带裂缝）
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
预应力筋的弹性 模量
张拉端至锚固端 之间的距离
28
五、预应力损失
3.锚具变形和预应力筋回缩损失l1
应注意的几个问题
*由块体拼装的结构，尚应考虑填逢 间的预压变形。当采用混凝土或砂 浆为填逢材料时，每条缝的预压变 形值为1mm
l1
a l
Ep
*先张法构件，当台座长度超过100m时，可忽略l1
*后张法构件，l1只考虑张拉端，因锚固端锚具在张拉过程 中已被压紧
29
五、预应力损失
3.锚具变形和预应力筋回缩损失l1
应注意的几个问题
*此式不适用于曲线配筋 的后张法构件（具体算 法可参考相关文献）
l1
a l
Ep
锚固前的应力图
con l1
pcI
混凝土应力： pcI
( con
lI ) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
42
七、轴心受拉构件的分析
2. 先张法构件各阶段的受力分析
施工阶段----完成第二批损失
Ep Ep Ec
预应力筋应力： peII con lI lII Ep pcII
pcII ( A Ap ) ( con lI lII Ep pcII ) Ap
ft
Ncr ( con lI lII Ep ft ) Ap ft ( A Ap )
P e(kx )
Px
Px-dPx
x
dx
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Pxd
锚固端 Px-dP1
24
五、预应力损失
2. 管道摩擦损失l2
d
预应力筋轴线
Px
P e(kx )
P 张拉端
Px
Px-dPx
x
dx
P
Px
P(1
1 e(kx )
*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 中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*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
8
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
混凝土结构基本原理
第十章 预应力混凝土结构的性能与计算
一、基本概念
1. 预应力混凝土结构的特点
*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
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
加载
2
一、基本概念
2. 先张法和后张法