第九章 预应力混凝土结构的基本概念及材料
预应力混凝土结构概述(修正)
部分预应力混凝土结构：这种结构中的部分混凝土构件承受预应力，其他构件则为普通混凝土构件
复合预应力混凝土结构：这种结构由两种或两种以上的预应力混凝土构件组成
Part 3
预应力混凝土结构的优点
预应力混凝土结构的优点
预应力混凝土结构的优点主要包括以下几点
提高承载能力：由于预应力钢筋对混凝土的拉伸作用，使得混凝土的承载能力得到提高。这种提高可以通过预先对钢筋进行拉伸计算得出，因此可以精确控制
设计灵活性：预应力混凝土结构的设计灵活性较大，可以根据实际需要进行灵活的设计和施工。例如，可以在结构的不同部位采用不同的预应力度和不同的材料等
Part 4
预应力混凝Leabharlann 结构的缺点预应力混凝土结构的缺点
然而，预应力混凝土结构也存在一些缺点，主要包括以下几点
施工难度大：预应力混凝土结构的施工需要使用高强度钢筋和特殊工艺，如张拉和锚固等，因此施工难度较大，需要专业的技术人员进行指导和操作
建造成本高：由于预应力混凝土结构的施工难度大，需要使用更多的高强度钢筋和特殊工艺，因此其建造成本相对较高
预应力混凝土结构的缺点
维护和修复困难：由于预应力混凝土结构的材料用量减少，使得结构的自重减轻，同时也降低了结构的刚度。因此，在结构出现损伤或裂缝时，维护和修复工作相对较为困难
对环境影响大：预应力混凝土结构的施工需要使用大量的水泥和砂石等材料，这些材料的生产和使用会对环境产生较大的影响。同时，在结构的拆除和废弃过程中也会产生大量的建筑垃圾
体育场馆
在体育场馆建设中，预应力混凝土结构被广泛应用于看台和舞台等部位。由于其具有高强度和延展性的特点，能够承受大量观众的载荷以及各种激烈运动的冲击作用
**
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
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ppt教学课件
定义
预应力混凝土是一种在混凝土浇筑前或浇筑过程中，通过张拉钢筋 或钢束对混凝土预先施加压力，以改善其受力性能的结构形式。
特点
具有较高的抗裂性、刚度和耐久性，能有效控制裂缝的开展和宽度， 提高结构的承载能力和使用寿命。
预应力原理及作用机制
原理
通过在混凝土中引入预压应力，使混 凝土在承受外荷载之前已经处于受压 状态，从而提高其抗裂性和承载能力。
应用领域
预应力混凝土广泛应用于桥梁、高层建筑、水利工程、海洋工程等需要承受大 荷载和严酷环境的结构中。
国内外发展现状与趋势
发展现状
预应力混凝土技术在国内外得到了广泛应用和深入研究，形成了完善的理论体系和 施工工艺。
发展趋势
随着新材料、新工艺和计算机技术的发展，预应力混凝土技术将朝着更高强度、更 轻量化、更耐久性和更环保的方向发展。同时，智能化施工和监测技术也将得到更 广泛的应用。
80%
安全管理
建立结构安全管理制度，对结构进 行安全评估，确保结构在使用过程 中的安全性。
损伤诊断技术应用
无损检测技术
应用无损检测技术对预应力混 凝土结构进行检测，如超声检 测、射线检测等，确定结构的 损伤位置和程度。
结构健康监测技术
通过安装传感器等监测设备， 实时监测结构的变形、应力等 参数，评估结构的健康状况。
预应力混凝土ppt教学课件
目
CONTENCT
录
• 预应力混凝土基本概念与原理 • 预应力混凝土材料与性能要求 • 预应力混凝土设计方法与步骤 • 预应力混凝土施工工艺流程与技术
要点 • 预应力混凝土质量检测与验收标准 • 预应力混凝土结构维护与加固方法
01
预应力混凝土基本概念与原理
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
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）
预应力混凝土
♂ ♂ ♂ ♂
预应力混凝土施工方法及其区别
I. 先张法 II. 后张法 III. 两者的区别
●先张法 先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇注成型的方法， 先张法就是张拉钢筋先于混凝土构件浇注成型的方法， 其主要工序如下： 其主要工序如下：
(1)、在台座或钢模 、
♂ ♂ ♂ ♂
上张拉预应力筋： 上张拉预应力筋： 将预应力筋传入 台座横梁或钢模 的孔洞中， 的孔洞中，一端 用夹具固定， 用夹具固定，另 一端用千斤顶张 如图所示， 拉，如图所示， 待张拉到预定的 拉力后， 拉力后，将预应 力筋用夹具固在 台座横梁上； 台座横梁上；
(2)、支模、绑扎非预应力钢筋、浇筑混凝土，如 、支模、绑扎非预应力钢筋、浇筑混凝土，
图所示； 图所示； 待混凝土养护到一定强度后，切断或放松钢筋， 待混凝土养护到一定强度后，切断或放松钢筋， 通过钢筋与混凝土之间的粘结力挤压混凝土， 通过钢筋与混凝土之间的粘结力挤压混凝土，使 构件产生预压应力，如图所示。 构件产生预压应力，如图所示。
II. III.
预应力钢筋 混凝土 孔道及灌浆材料
●预应力钢筋 ★高强度。预应力混凝土构件在制作和使用过程中， 高强度。 高强度 预应力混凝土构件在制作和使用过程中， 由于种种原因，会出现各种预应力损失， 由于种种原因，会出现各种预应力损失，为了在扣 除预应力损失后仍然能使混凝土建立起较高的的预 应力值，需采用较高的张拉应力， 应力值，需采用较高的张拉应力，因此预应力钢筋 必须采用高强钢筋（ 必须采用高强钢筋（丝）。 具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏， 具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏，要求预应力 钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 ★具有一定得塑性。为防止发生脆性破坏，要求预应 具有一定得塑性。 具有一定得塑性 为防止发生脆性破坏， 力钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 力钢筋在拉断时，具有一定的伸长率。 ★良好的加工性能。要求钢筋有良好的可焊性，以及 良好的加工性能。 良好的加工性能 要求钢筋有良好的可焊性， 钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能。 钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能。 ★与混凝土之间有较好的粘结强度。先张法构件的预 与混凝土之间有较好的粘结强度。 与混凝土之间有较好的粘结强度 应力传递是靠钢筋和混凝土的粘结力完成的， 应力传递是靠钢筋和混凝土的粘结力完成的，因此 需要有有足够的粘结强度。 需要有有足够的粘结强度。 ♂
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第九章习题
一、填空题
1、《桥规JTG D62》根据预应力大小的程度（严格定义为预应力度），将预
应力混凝土划分为（）和（）两大类。
2、部分预应力混凝土分为（）和（）两种情况。
3、对混凝土施加预应力。
从施工工艺上有（）和（）之分。
4、目前预应力混凝土结构中所用的锚、夹具种类很多，但从原理上分只有
三种：即（）、（）、（）。
二、选择题
1、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预应力
混凝土，称为( )
A、全预应力混凝土；
B、部分预应力混凝土
2、预应力度λ的变化范围是从λ≥１变化到λ=0,当1＞λ＞0时的构件,称
为( )
A、全预应力混凝土；、部分预应力混凝土；C、钢筋混凝土
3、构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制截面受拉边缘允许出现拉应
力：当对拉应力加以限制时，为( )
A、部分预应力混凝土A类构件；
B、为部分预应力混凝土B类构件。
4、适用于多跨、连续的整体现浇结构中的结构( )
A、无粘结预应力混凝土结构；
B、有粘结预应力混凝土结构
5、我国预应力混凝土结构采用混凝土,强度等级不应低于( )
A、C40；
B、C60；
C、C50
三、名词解释
1、全预应力混凝土；
2、部分预应力混凝土A类构件；
3、部分预应力混凝土B类构件；
4、先张法；
5、后张法；
四、简答题
1、何谓预应力混凝土？与普通钢筋混凝土构件相比．预应力混凝土构件有
何优缺点．
2、为什么预应力混凝土构件必须采用高强钢材，且应尽可能采用高强度等
级的混凝土？
3、在设计、制造或选择锚、夹具时应注意满足什么要求？
4、什么是预应力度？我国的工程中的按预应力度的概念对加筋混凝土是如
何分类的？
5、什么是无粘结预应力混凝土？无粘结预应力混凝土结构有哪些优点？
6、孔道压浆的目的是什么？孔道压浆时应该注意哪些问题？
第九章习题答案
一、填空题
1、全预应力混凝土；部分预应力混凝土；
2、A类构件；B类构件
3、先张法；后张法
4、摩阻锚固；承压锚固；粘着锚固
二、选择题
1、A；
2、B；
3、B；
4、A；
5、A
三、名词解释
1、在作用（或荷载）短期效应下，控制截面受拉边缘不允许出现拉应
力。
2、部分预应力混凝土A类构件——在作用（或荷载）短期效应下，控
制截面受拉边缘允许出现拉应力，但应控制拉应力不得超过某个允
许值。
（对于这种情况，国际上习惯称为有限预应力混凝土）。
3、部分预应力混凝土B类构件——在作用（或荷载）短期效应下，允
许出现裂缝，但对最大裂缝宽度加以限制。
4、先张法即先张拉钢筋后浇筑构件混凝土的施工方法。
5、后张法即先浇筑构件混凝土,等养护结硬并达到一定的强度后，再在
构件上用张拉机具张拉预应力钢筋的方法。
四、简答题
1、所谓预应力混凝土结构，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消一部分或全部，从而推迟裂缝的出现，限制裂缝的展开，提高结构的刚度。
2、预应力混凝土结构虽然和钢筋混凝土一样，都是由混凝土和钢筋构筑而成，但不同之处是预应力混凝土必须采用高强度的钢筋和混凝土。
如果采用强度不高的预应力筋，所产生的预加应力就会由于各种原因而有全部消失的可能。
只有采用高强度钢筋来预加应力，才能建立相当大的预应力，使得经过预应力损失后，还能剩余足够大的有效预应力（永存预应力）。
同样，只有采用高强度混凝土，才能承受得了这么大的预压应力，充分发挥高强度钢筋的作用，有效地减小构件截面尺寸和减轻结构自重。
3、锚、夹具是保证预应力混凝土安全施工和结构可靠工作的关键设备，因此，在设计、制造或选择锚、夹具时应注意满足下列要求。
（1）锚具零部件一般选用45号优质碳素结构钢制作，除了强度要求外，尚应满足规定的硬度要求，加工精度高，工作安全可靠，预应力损失小；
（2）构造简单，制作方便，用钢量少；
（3）张拉锚固方便，设备简单，使用安全。
4、将预应力度定义为st
pc σσλ= pc σ——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂边缘产生的预压应力；st σ——由作用（或荷载）短期效应组合产生的构件抗裂边缘的法向拉应力，预应力度λ的变化范围是从λ≥１变化到λ=0，因此由预应力度λ值可将配筋混凝土结构系列分成全
预应力、部分预应力和钢筋混凝土结构三类。
5、无粘结预应力混凝土结构，是指预应力钢筋伸缩、滑动自由，不与周
围混凝土粘结的预应力混凝土结构。
一般是在预应力钢筋外面涂防腐油脂外包塑料套管防止钢筋与混凝土粘结、按后张法制作的预应力混凝土结构。
施工时，无粘结预应力钢筋可如同非预应力钢筋一样，按设计要求铺放在模板内，然后浇灌混凝土，待混凝土达到设计要求强度后，再张拉、锚固。
此时，无粘结预应力钢筋与混凝土不直接接触，而成为无粘结状态。
在外荷载作用下，结构中预应力钢筋束与混凝土在横截面内存在线性变形协调关系，但在纵向可以相对周围混凝土发生纵向滑移。
无粘结预应力混凝土的设计理论与有粘结预应力混凝土相似，一般需增设普通受力钢筋以改善结构的性能，避免构件在极限状态下发生集中裂缝。
无粘结部分预应力混凝土是继有粘结预应力混凝土和部分预应力混凝土之后又一种新的预应力形式。
由于无粘结预应力混凝土结构在施工时不需要事先预留孔道、穿筋和张拉后灌浆等，极大地简化了常规后张法预应力混凝土结构的施工工艺。
尤其适用于多跨、连续的整体现浇结构中。
6、压浆的目的是：防止预应力钢筋锈蚀；使预应力筋与梁体混凝土粘结成整体；填充孔道的空间以防积水和冰冻。
灰浆的质量也应有严格的要求，应该密实均质、有较高的抗压强度和粘度，并且应该快硬和具有较好的抗冻性。
为了减少灰浆结硬时的收缩，保证孔道内密实，可在水泥浆中加入少量膨胀剂，以往多采用铝粉作膨胀剂，后发现铝粉同水泥起化学作用将释放出氢，可能引起钢筋氢脆，因此目前国际上多采用能产生氮的化学膨胀剂。
加入膨胀剂的水泥浆，应控制其膨胀率在5～10％之内，以免引起孔道破裂。
水泥浆的水灰比宜在0.4～0.45，如加入适量的减水剂（如加入占水泥重量0.25％的木质素磺酸钙等），则水灰比可降低10%-15%；所用水泥不应低于425号，建议采用硅酸盐水泥或普通水泥；水泥浆强度不应低于构件混凝土的80%，亦不低于30号；水泥浆的沁水率最大不得超过3%，稠度宜控制在14～18s之间。