预应力混凝土的基本概念和基本原理基本概念
简要说明预应力混凝土结构的基本原理
简要说明预应力混凝土结构的基本原理
预应力混凝土结构是指在混凝土结构进行加工之前，先在混凝土结构中对其进行张拉，使得混凝土结构内部产生一定的应力，这种内部应力在混凝土混凝土结构受到外部的压力时，可以使受压的元素的抗压性能得到提高。
预应力混凝土结构具有轻量化、强度和抗震等优点，因此被广泛应用于大桥、高层建筑、水利水电和其他重要的土木工程中，以满足大范围的地震等抗震要求。
预应力混凝土结构的基本原理是，先在混凝土结构中施加钢筋张拉，利用外部预加的张力，使混凝土结构中的应力发生变化，形成斜率，使混凝土结构内的应力尽可能地相同，以获得最佳的抗压性能。
当混凝土结构受到外部的压力时，先前引起的张力便可抵消部分或全部外力所产生的作用，从而降低受力元件中应力的大小。
- 1 -。
预应力钢筋混凝土结构简介
1. 预应力混凝土 预应力是预加应力的简称。
2. 原理
在预应力混凝土结构中，通常为了避免钢筋混凝土结构 的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土， 可以设法在结构构件承受使用荷载前，预先对受拉区的混 凝土施加压力，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，从而将结构构件的拉应力控制在较小 范围，甚至处于受压状态，以推迟混凝土裂缝的出现和扩 展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。
冷拉Ⅳ级钢筋（光圆或螺纹）组成的钢筋束，或5～6根直径
12毫米的7支4毫米钢绞线组成的钢绞线组成的钢绞线束。
JM-12型锚具示意图 (a)预应力筋与锚具连接图；(b) JM 12-6型夹片；(c) JM12-6型锚环 1-混凝土构件；2-孔道；3-钢筋束；4-JM12-6型锚具；5-镦头锚具； 6-甲型锚环；7-乙型锚环
预应力混凝土的原理图
预应力混凝土简支梁结构的基本原理示意图 (a)预应力作用； (b)使用荷载作用； (c)预应力和荷载共同作用
1.3 预应力混凝土的分类
1.3.1 根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类 （1）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。 属严格要求不出现裂缝的构件。 （2）部份预应力混凝土
预应力钢筋混凝土简介
1.预应力混凝土的基本概念； 2.施加预应力的方法及锚具夹具； 3.预应力混凝土构件对材料的要求； 4.张拉控制应力和预应力损失；
5.预应力混凝土构件的构造要求。
第 一 讲
教学目标：
1.了解预应力混凝土的特点。 2.理解预应力混凝土的基本原理和施加预应力的方法。
重 点 1.预应力混凝土的基本原理 2.预应力混凝土的分类
第十一章 预应力混凝土的基本概念及其材料
(二)后张法构件有效预应力沿构件长度的分布 后张法构件中,摩擦损失 在张拉端为零,然后逐渐增大,至锚固端达最大值;若为直线预应
一,先张法(pretentioning method): 如图.
1,概念: 先张法是先张拉钢筋,后浇筑构件混凝土的方法.先张法所用的预应力钢筋,一般可用高强钢 先张法 丝,直径较小的钢铰线和小直径的冷拉钢筋. 2,优点: 先张法生产工艺简单,工序少,效率高,质量容易保证,适宜工厂化大批量生产. 3,缺点: 需要专门的张拉台座,基建投资较大.先张法一般宜于生产直线配筋的中小型构件. <top> 二,后张法(posttensioning method): 如图
1,概念: 在浇筑的混凝土中,按预应力钢筋的设计位置预留管道.待混凝土达到设计强度后,将预应力 钢筋穿入孔道,并利用构件作为加力台座进行张拉钢筋,在张拉钢筋的同时,构件混凝土受压, 钢筋张拉完毕后,用锚具(anchorage device)将钢筋锚固在构件的两端.然后向预留管道内压注 水泥浆,使钢筋和混凝土粘结成整体以防止钢筋锈蚀,并可增加构件的刚度.后张法主要是靠锚 具传递和保持预加应力的. 2,优点: 后张法不用加力台座,张拉设备简单,便于现场施工,是生产大型预应力混凝土构件的主要方 法.预应力钢筋可按照设计要求,配合荷载的弯矩和剪力变化而布置成合理的曲线形.
(或者说弯矩)的大小有关,且与Ny 的作用位置(即偏心距e的大小)有关. 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 全预应力混凝土";把普通钢筋混凝土称为"非预应力混凝土 全预应力混凝土 非预应力混凝土 (non-prestressed 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 prestressed concrete structure)". <top> 三,加筋混凝土结构的分类 国内通常把全预应力混凝土,部分预应力混凝土和钢筋混凝土结构总称为加筋混凝土结构 加筋混凝土结构系列. 加筋混凝土结构 (一)国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. (二)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. 1.预应力度(degree of prestress)的定义 《公桥规》将预应力度定义为
预应力混凝土结构设计原理
预应力混凝土结构设计原理一、概述预应力混凝土结构是一种利用预应力技术来改善混凝土结构抗拉承载能力的结构形式。
它通过在混凝土中加入预应力钢筋，使混凝土受到压应力，并使其内部的抗拉应力得到补偿，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
预应力混凝土结构因其高强度、高刚度和耐久性等特点，被广泛应用于桥梁、高层建筑、厂房等建筑工程中。
本文将详细介绍预应力混凝土结构的设计原理。
二、预应力混凝土结构的基本原理预应力混凝土结构的基本原理是利用预应力钢筋对混凝土施加拉应力，使混凝土中的抗拉应力得到补偿，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
预应力钢筋的拉应力是通过张拉预应力钢筋产生的，张拉预应力钢筋时，需要对其施加足够的拉力，使其达到规定的拉应力值。
当混凝土固结后，预应力钢筋释放的拉应力会被混凝土吸收，从而使混凝土产生压应力，达到预应力状态。
预应力混凝土结构的设计原理就是通过合理的预应力钢筋布置及张拉方式，使混凝土受到预应力的作用，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
三、预应力混凝土结构的优点预应力混凝土结构具有以下优点：1、高强度：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地补偿混凝土中的抗拉应力，从而提高混凝土的抗拉承载能力，使结构的承载能力得到提高。
2、高刚度：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地提高结构的刚度，使结构的变形能力降低，从而提高结构的稳定性。
3、耐久性：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地延长结构的使用寿命，使结构的耐久性得到提高。
四、预应力混凝土结构的设计方法1、确定结构的荷载：根据结构的使用要求，确定结构所受的荷载类型及大小。
2、确定结构的几何尺寸：根据结构的使用要求，确定结构的几何尺寸，包括结构的跨度、高度、截面形状等参数。
3、确定混凝土强度等级：根据结构的使用要求及荷载大小，选择适当的混凝土强度等级。
4、确定预应力钢筋：根据结构所受的荷载及设计要求，确定预应力钢筋的截面积、数量及布置方式。
5、确定预应力钢筋的张拉方式：根据结构的几何形状及预应力钢筋的布置方式，确定预应力钢筋的张拉方式，包括单向张拉、双向张拉等方式。
预应力混凝土结构的基本概念及材料—预应力混凝土结构的三种概念
(—AF + —MI—c)
My —I—
(—AF -+ —MI—y)
A—F
—MI—c
(—AF - —MI—c)
预应力钢筋的重心与梁的重心重合时截面的应力分布
1. 第一种概念
a）
截面重心线
e cc
偏心预应力钢筋
b）
c）
d）
e）
(—AF -—FI—ec +—MI—c)
—FI—ey
—M—I y
(—AF -+—FI—ey +-—M— I y )
b）的内部抵抗力矩 a）钢筋混凝土梁的隔离体 b）预应力混凝土梁的隔离体
2. 第二种概念
根据两者的相似性，可以将预应力钢筋与普 通钢筋作等强代换，减少用钢量，这在很多情况 下是经济可行的。
该种概念是预应力混凝土的强度理论， 表明预应力可充分发挥高强钢材和高强混 凝土，但却不能超越材料自身强度的界限。
—AF
—FI—ec
—M—I c
(—AF + —FI—ec - —MI—c)
预应力钢筋偏离混凝土截面的重心时截面应力分布
1. 第一种概念
这种概念将预应力钢筋的作用看成是改变 混凝土性能的一种手段。通过施加预应力将混 凝土作为弹性材料，采用材料力学公式及叠加 原理计算混凝土的应力、应变和挠度、上拱， 计算十分方便。
a)
b)
具有弯折形预应力筋的预应力梁
3. 第三种概念
该种概念的作用将预加应力看成是 改善使用荷载作用下结构工作性能的有 效手段，指出了预加应力效应和荷载效 应之间的相互关系，为分析、设计复杂 的预应力结构提供简捷的方法。
《钢筋混凝土结构》
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构的 三种概念
预应力混凝土的原理及应用
预应力混凝土的原理及应用一、预应力混凝土的定义预应力混凝土是指在混凝土中预先施加一定的拉应力，以使混凝土在自身重量、外部荷载和温度变化等因素作用下，不产生或者减少裂缝的混凝土结构。
二、预应力混凝土的原理1. 原理概述预应力混凝土是利用钢筋的高强度和混凝土的高强度相结合，构成能够承受较大荷载的结构体系。
它通过在混凝土中施加拉应力，使混凝土的内部受到压力，从而增加混凝土的强度和刚度，进而提高结构的承载能力和抗裂性能。
2. 预应力混凝土的强度来源（1）混凝土的自身强度：在预应力混凝土中，混凝土的强度是起到主要作用的因素。
混凝土的主要成分是水泥、砂、石子等，这些成分通过固结反应形成一种强硬的物质，具有一定的强度和刚度。
（2）预应力钢筋的强度：在预应力混凝土中，钢筋是起到支撑和传递拉应力的作用，它的强度和抗拉性能是很重要的因素。
（3）混凝土和钢筋的协同作用：在预应力混凝土中，混凝土和钢筋之间的相互作用是非常关键的。
在外部荷载作用下，钢筋通过拉应力将混凝土内部压紧，从而增加混凝土的强度和刚度。
3. 预应力混凝土的施工方法（1）预应力混凝土的施工分为两种：预张和后张。
预张是在混凝土浇筑之前，先在钢筋上施加拉应力，然后再浇筑混凝土；后张是在混凝土浇筑后，再在钢筋上施加拉应力。
（2）预张施工方法：预张施工方法主要包括两种：单向张拉和双向张拉。
单向张拉是指在钢筋的一端施加拉应力，另一端固定；双向张拉是指在钢筋的两端同时施加拉应力。
（3）后张施工方法：后张施工方法主要包括两种：单层张拉和多层张拉。
单层张拉是指在混凝土浇筑完成后，钢筋的一端通过锚固件固定，然后在另一端施加拉应力。
多层张拉是指在混凝土浇筑完成后，先在钢筋的一端施加拉应力，然后在混凝土中开槽，将钢筋拉到另一端并施加拉应力。
三、预应力混凝土的应用1. 城市高层建筑预应力混凝土结构能够承受较大荷载，具有更高的抗震性能和抗风性能，因此在城市高层建筑中得到了广泛的应用。
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。
预应力混凝土原理
预应力混凝土原理预应力混凝土（Prestressed Concrete）是一种通过在混凝土施加预先设计的压力来增加其承载能力的结构材料。
这种材料具有比传统钢筋混凝土更高的强度和耐久性，被广泛应用于桥梁、建筑物和其他重要工程中。
预应力混凝土的设计和施工需要深入了解其原理和工作机制，本文将介绍预应力混凝土的原理及其应用。
1. 预应力混凝土的原理预应力混凝土的原理主要是利用预应力钢筋对混凝土施加压力，以抵消混凝土受力时的张力。
在预应力混凝土结构中，通常会在混凝土浇筑之前就将钢筋张紧，并在钢筋张紧后再进行混凝土浇筑。
这样可以使混凝土在受力时处于压缩状态，有效地提高了混凝土的承载能力和抗裂性能。
2. 预应力混凝土的工作原理预应力混凝土结构在受到外部荷载时，预应力钢筋会通过混凝土传递压应力，从而使整个结构处于预压状态。
这种预压状态可以有效地减小混凝土受力时的拉应力，降低混凝土的开裂倾向，提高结构的承载能力和稳定性。
因此，预应力混凝土结构在相同截面尺寸下可以承受更大的荷载，减小结构的变形和挠度，延长结构的使用寿命。
3. 预应力混凝土的应用预应力混凝土广泛应用于桥梁、建筑物和其他重要工程中。
在桥梁工程中，预应力混凝土可以减小桥梁跨度，提高桥梁的承载能力和抗震性能；在建筑物工程中，预应力混凝土可以减小柱、梁的截面尺寸，增加空间利用率和美观性。
此外，预应力混凝土还被广泛应用于高层建筑、水利工程、机场跑道等工程中，为工程的安全性和可靠性提供了保障。
总之，预应力混凝土作为一种高性能结构材料，在工程领域有着广泛的应用前景。
通过深入理解预应力混凝土的原理和工作机制，我们可以更好地设计和施工预应力混凝土结构，提高工程的质量和安全性，实现结构的高效能耗和可持续发展。
愿通过不断的技术创新和工艺改进，预应力混凝土在工程领域发挥更大的作用，为建设更加安全、美观、高效的现代化城市做出贡献。
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σ l 4 = 0 .4 ψ ( σ con f p tk - 0 .5 ) σ c o n
一次张拉时，=1.0； 超张拉时， =0.9
（b）低松弛 当con≤0.7 fptk 时
σ l 4 = 0 .1 2 5 ( σ con f p tk - 0 .5 ) σ c o n
普通钢筋混凝土构件在荷载作用下通常是带裂缝工作的，
导致构件刚度降低，不适应于采用高强钢筋；解决这些问题的 有效途径是采用预应力混凝土。 预应力混凝土是指在构件承受荷载以前，用某种方法预先 在构件的受拉区施加压应力的构件。
预应力混凝土可明显提高构件的抗裂性能和刚度。
2.基本原理
二、预应力混凝土的分类
先张法构件进行蒸汽养护或其他加热养护时，随
着钢筋温度升高，其长度增加，由于新浇混凝土尚未 结硬，不能约束钢筋增长，而台座长度固定不变，因
此张拉后的钢筋变松，预应力钢筋的应力降低。降温
时混凝土和钢筋已粘结成整体，二者一起回缩，钢筋 的应力不能恢复到原来的张拉应力值。
l3
E s
s
2t
减少措施：
当 + kx ≤0.2时， l2 = con(kx + ) 减少措施: 1）采用两端张拉；
2）采用“超张拉”工艺。其工艺程序为：
持荷2min
0
1.1con
持荷2min
0.85con
卸载
con
3.混凝土加热养护时，预应力筋与承受拉力的 设备之间的温差引起的预应力损失l3 产生原因：
张拉设备
主要工艺过程：浇筑混凝土构件（在构件中预留孔道）并
进行养护→穿预应力钢筋→张拉钢筋并用锚具锚固→往孔道内压
力灌浆，如图。
主要优点：预应力钢筋直接在构件上张拉，不需要张拉台座， 所以后张法构件既可以在预制厂生产，也可在施工现场生产。大
型构件在现场生产可以避免长途搬运，故我国大型预应力混凝土
14
夹 片 式 锚 具
钢 质 锥 形 锚 具
15
第三节 张拉控制应力和预应力损失
一、张拉控制应力con
张拉控制应力con ：张拉预应力钢筋时，
张拉设备所显示的总张拉力除以被张拉预应 力钢筋的截面面积所得的应力值。
张拉控制应力 con 取值：主要与采用的张
拉方法和预应力钢筋种类有关。取值见《规范》 或教材表所列。
第10章 预应力混凝土构件计算
1.熟悉预应力混凝土的基本概念，明确施加预应力的
目的及预应力混凝土结构的应用；
2.掌握施加预应力的方法；
3.熟悉张拉控制应力的概念、各种预应力损失值的
确定及减少预应力损失的措施； 4.了解各阶段预应力损失值的组合。
第一节 预应力混凝土的基本概念
一、 预应力混凝土的基本概念和基本原理 1.基本概念
构件主要采用后张法。 主要缺点：生产周期较长；需要利用工作锚锚固钢筋，钢材 消耗较多，成本较高；工序多，操作较复杂，造价一般高于先张 法。
二、锚具和夹具
夹具–––构件制作完后，可取下重复使用。
锚具–––用于永久固定钢筋、作为构件的一部分。
预应力筋的常用锚具如下图：
墩 头 锚 具 精 轧 螺 纹 钢 筋 锚 具
混凝土
第二节 预加应力的方法和锚具
按照张拉钢筋与浇筑混凝土的先后关系，施加预应
力的方法可分为先张法和后张法两类。
1.先张法 定义：先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土的施 工方法，称为先张法。 继续
主要工艺过程是：穿钢筋→张拉钢筋→浇筑混凝土并进行 养护→切断钢筋。
先张法的张拉台座设备
锚 具（一）
锚具（二）
主要优点：生产工艺简单，工序少，效率高，质量易于保 证，同时由于省去了锚具和减少了预埋件，构件成本较低。 适用范围：主要用于工厂化大量生产，尤其适宜用于长线 法生产中、小型构件。
2.后张法
定义：先浇筑混凝土，待混凝土硬化后，在构件上直接张 拉预应力钢筋，这种施工方法称为后张法。
后张法的张拉设备
一般要求不出现裂缝的构件，相当于裂缝控制等级为二
级的构件。 部分预应力混凝土：允许出现裂缝，但最大裂缝宽度 不超过限值的构件。属允许出现裂缝的构件。相当于裂 缝控制等级为三级的构件。
3）根据钢筋与混凝土之间是否有粘结力分为有粘结预
应力混凝土和后张法无粘结预应力混土。
三、预应力混凝土的特点：
优点：1）提高构件的抗裂度和刚度；
1)两次升温； 2)在钢模上张拉钢筋。
4.预应力筋应力松弛引起的预应力损失l4
应力松弛：指钢筋在高应力状态下，长度不 变，应力随时间增长而降低的现象。
特点：1）张拉控制应力越高，应力松弛越 大， 同时松弛速度越快。
2）24小时完成50% ~80%。
3）松弛量与钢筋的品种有关。
4）钢筋松弛随温度升高而增加 。
2）可充分利用高强度材料，减小构件重；
3）可提高构件的抗剪能力； 4）提高构件的抗疲劳性能。 缺点：1）工艺较复杂； 2）预应力反拱度不易控制； 3）预应力混凝土构件的设计较复杂。
四、预应力混凝土的材料 高强度 收缩、徐变小
快硬、早强 高强度 预应力钢筋 较好的塑性 良好的加工性能 较好的粘结性能
二、预应力损失及其组合 （一）预应力损失 预应力损失：由于各种因素的影响，使预 应力钢筋从张拉开始直至构件使用的整个过程
中，张拉控制应力逐渐降低，同时混凝土所建
立的预应力也逐渐降低的现象。
六种预应力损失的原因及计算如下：
1. 张拉端锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损 失l1
直线：
减小措施：
σ l1 =
1）根据张拉钢筋与浇筑混凝土的先后次序分为 先张法和后张法预应力混凝土。 2）根据预应力对构件抗裂度的影响分为三种类型：
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。属严格要求不出现裂缝的构件， 相当于裂缝控制等级为一级的构件。
有限预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许截面上 混凝土出现拉应力，但不能超过混凝土的抗拉强度。属
a l
Es
1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具， 并尽量减少垫板的数量； 2）对于先张法张拉工艺，选择长的台座。台座长 度超过100m时，可忽略不计。
18
2.预应力钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的损失l2 后张法：
σ l 2 = σ con 1 1 - kx e