预应力钢筋混凝土结构简介
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。
预应力混凝土技术
预应力混凝土技术预应力混凝土技术是现代建筑领域中一种重要的结构设计方法，通过在混凝土中引入预应力，在施工过程中将混凝土内的预应力钢筋紧张起来，从而能够在使用过程中承受更大的荷载和变形。
预应力混凝土技术不仅可以提高结构的承载能力和抗震性能，还可以节省材料、减少构件的截面尺寸，使建筑更具轻型化特征，具有较高的经济性和施工效率。
本文将对预应力混凝土技术的基本原理、施工方法以及在实际工程中的应用进行详细介绍。
一、预应力混凝土的基本原理预应力混凝土是指在混凝土硬化前施加预先设计好的内部应力，使构件在外部载荷作用下主动产生压应力，以抵消外部载荷引起的拉应力，从而提高混凝土的承载能力。
预应力混凝土常用的预应力形式有两种，分别是预应力预制构件和现浇预应力构件。
预应力预制构件是事先在工厂进行预应力处理，然后将构件运至施工现场安装，而现浇预应力构件则是在施工现场进行浇筑混凝土同时施加预应力。
预应力混凝土的基本原理是通过预应力钢筋在混凝土中施加预应力，使混凝土内部产生一定的压应力。
预应力钢筋一般采用高强度且不易发生腐蚀和氧化的钢材，比如普通热轧钢筋、高强螺纹钢筋等。
通过预应力作用，混凝土的抗拉能力得到有效增强，从而能够更好地抵御外部荷载的作用。
二、预应力混凝土的施工方法1. 预应力预制构件的施工方法预应力预制构件的施工一般分为预应力钢筋加工和混凝土制作两个主要过程。
预应力钢筋加工时，根据设计要求将钢筋进行预应力处理，然后与模板组装一起进行预制构件的制作。
混凝土制作时，根据配方将混凝土配制成适宜的浇筑状态，然后进行浇筑，并在浇筑完成后进行养护处理。
最后，将预应力钢筋进行紧张，可以通过张拉设备对钢筋进行张拉，也可以采用预应力拉杆进行紧张。
2. 现浇预应力构件的施工方法现浇预应力构件的施工相对于预应力预制构件来说更为复杂，需要在施工现场进行预应力钢筋的加工、安装和张拉。
在施工现场，先将预应力钢筋按照设计要求进行加工制作，然后通过模板将混凝土进行现场浇筑。
预应力钢筋混凝土结构
预应力结构需要精确的设计和施工控制，对技术和工人的要求较 高，否则可能会出现预应力损失、裂缝等问题。
成本较高
预应力混凝土结构需要特殊的材料和设备，因此相对于普通混凝土 结构，其成本较高。
维护与修复困难
预应力混凝土结构的维护和修复比较困难，需要专业的技术和设备。
预应力钢筋混凝土结构的未来发展
按使用功能分类
根据使用功能的不同，预应力钢筋混凝土结构可分为预应力 梁、板、柱、墙等多种形式，分别适用于不同的建筑结构和 工程需求。
02
预应力钢筋混凝土结构 的材料与特性
预应力钢筋
01
02
03
种类
高强钢丝、钢绞线、热处 理钢筋等。
特性
具有较高的抗拉强度和弹 性模量，能够承受较大的 预应力。
用途
作为预应力混凝土结构中 的主要受力元件，用于传 递和承载预应力。
等。
在交通工程中，预应力技术应用 于高速公路的桥梁、涵洞和隧道
等结构物。
在核电站、油罐、大型储液池等 领域，预应力Байду номын сангаас凝土结构也得到
了广泛应用。
05
预应力钢筋混凝土结构 的优缺点与未来发展
预应力钢筋混凝土结构的优点
高承载力
改善结构性能
预应力技术可以显著提高钢筋混凝土结构 的承载能力，使其能够承受更大的重量和 压力。
智能化制造
随着智能制造技术的发展，预应力钢筋混凝土结构的制造将更加精 确和高效。
新材料的应用
未来将有更多新型材料应用于预应力钢筋混凝土结构中，如碳纤维 复合材料、智能材料等，以提高结构的性能和耐久性。
数字化与智能化设计
借助数字化和智能化技术，可以更加精确地模拟和预测预应力结构的 性能，优化设计，提高结构的可靠性和安全性。
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。
8 预应力混凝土结构的一般知识
粘结应力
Np
径向压应力
lf(传递长度)
（2）后张法（在获得足够强度的混凝土结构构件上张拉钢筋）
适用：生产大型构件（可根据需要做成曲线或折线预应力钢筋）
试件 锚具 预留孔道 千斤顶
浇筑混凝土构件，同时在构件中预留孔道
（埋臵式：螺旋波纹铝皮套管；抽拔式：充气橡皮管成型） 待混凝土强度达到设计强度的75%及以上 穿入要张拉的预应力钢筋
常用锚具
1、螺丝端杆锚具（支承式锚具） 优点：操作简单，受力可靠，滑移量小 缺点：预应力筋下料长度的精度要求高，不能多根锚固 适用于较短的预应力构件及直线预应力构件
垫板 螺母 螺丝端杆 对焊 预应力筋
螺丝端杆锚具
2、镦头锚具（支承式锚具） 利用钢筋的粗镦头（冷镦、热镦）来锚固预应力钢丝 优点：加工简单、张拉方便、锚固可靠、成本低廉、节约两端伸出预应力钢丝 缺点：钢丝下料长度要求严格、张拉端一般要扩孔，较费人工 适用于单跨结构及直线型构件
安全可靠，其锚距本身具有足够的强度和刚度
构造简单，加工制作方便 施工方便、节约材料、价格低廉 锚具分类 《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85-92），根据锚具的 锚固性能（静载锚固性能、疲劳性能和抗震性能）和结构的受力条件 I类锚具：适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构 II类锚具：适用于有粘结预应力混凝土结构且锚具处于预应力变化不大的部位
OVM张拉端锚具
YJW千斤顶
OVM200钢绞线拉索锚具
OVM250钢绞线拉索锚
ZB618高压油泵
五、预应力混凝土材料 1、预应力钢材 预应力钢材的发展趋势：高强度、粗直径、低松弛和耐腐蚀 (1)金属预应力筋 碳素钢丝（高强钢丝）—直径3mm9mm，抗拉强度标准值1470、1570、 1670、1770N/mm2 含碳量0.5% 0.9%的优质高碳钢盘条经索氏体化处理、酸冼、镀铜 或磷化后经几次冷拔而成 高碳钢 冷拔 冷拔钢丝 低温（一般低于500度）矫直处理 矫直回火钢丝（消除应力钢丝） 稳定化处理（在一定温度（300度）和拉应力下进行应力 消除回火处理、然后冷却至常温） 低松弛钢丝 另外，还有刻痕钢丝、镀锌钢丝等。
钢筋混凝土结构——预应力混凝土结构
预应力混凝土结构
一、基本概念
1. 普通混凝土的缺点
a.抗裂性差 ?由于砼的抗拉极限强度低，受拉极限应变很小，只约
为（1~1.5）×10-4，此时
钢筋拉应力＝？
?钢筋混凝土构件一般都是带裂缝工作的。
一、基本概念
1.普通混凝土的缺点
b.高强度钢筋和高强混凝土不能充分发挥作用
?在钢筋砼构件中，采用高强钢筋虽然能提高构件的承 载力，但高强钢筋拉应力变大，致使裂缝宽度。 要满足正常使用极限状态验算要求，高强钢筋就无法 充分作用。
◆ 为解决粗直径钢筋的连接问题，钢筋表面轧制成不带纵向肋的精制螺纹，可用套 筒直接连接。
◆ 但随着近年来高强钢丝和钢绞线的大量生产，这种预应力筋的应用已很少。
2、中高强钢丝
中高强钢丝是采用优质碳素钢盘条，经过几次冷拔后得到。 中强钢丝的为 800~1200MPa ， 高强钢丝的强度为 1470~1860MPa 。 钢丝直径为 3~9mm。 为增加与混凝土粘结强度，钢丝表面可采用‘刻痕'或‘压波'，也 可制成螺旋肋。
2. 缺点 构件制作复杂、施工工序多，对材料的质量和制 作技术水平要求高，需要有复杂的张拉和锚固设 备，构件制作周期长，计算复杂等。
四、预应力的施加方法 1. 先张法
?先在台座上或钢模内张拉钢筋 ?然后浇筑混凝土 ?待混凝土结硬（达75%的设计强度）放松 ?锚具只是临时固定，可重复使用 ?混凝土的预应力是回缩钢筋通过粘结力逐步
★ 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得不到充分利用，造成浪 费。
★ 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减少配筋，截面抗弯刚度 基本与配筋面积成比例降低，故 挠度变形控制 难以满足。
★ 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
预应力混凝土结构
※卸载后的结构变形或裂缝可得到恢复：由于预应力的作用，使 用活荷载移去后，裂缝会闭合，结构变形也会得到复位。
※提高构件的疲劳承载力：预应力可降低钢筋的疲劳应力比，增 加钢筋的疲劳强度。
※提高受压构件的稳定性。
◆预应力混凝土结构的缺点是：需要增设施加预应力的设备，制 作技术要求较高，施工周期较长。
第二节 预应力混凝土概述
九江大桥
九江大桥主跨 160m，是目前 国内跨度最大的 预应力砼连续梁 桥
一、预应力混凝土的概念
1、概述
钢筋混凝土受拉与受弯等构件，由于混凝土抗拉强度 及极限拉应变值都很低，所以在使用荷载作用下，通常是 带裂缝工作的。因而对使用上不允许开裂的构件，不能充 分利用受拉钢筋的强度。为了要满足变形和裂缝控制的要 求，则需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。
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。
二、 施加预应力的方法
施加预应力的方法分为两类——先张法和后张法
①全预应力混凝土
全预应力混全凝土是指在各种荷载组合下构件截面上均 不允许出现拉应力的预应力混凝土构件。大致相当于裂缝控 制等级为一级的构件。
②有限预应力混凝土
有限预应力混凝土是按在短期荷载作用下，容许混凝土 承受某一规定拉应力值，但在长期荷载作用下，混凝土不得 受拉的要求设计。相当于裂缝控制等级为二级的构件。
混凝土预应力钢筋布置方法
混凝土预应力钢筋布置方法一、前言混凝土预应力结构是一种具有较高使用性能的结构形式。
钢筋是混凝土预应力结构的骨架，其布置方式直接影响结构的强度、刚度和稳定性。
本文将对混凝土预应力钢筋的布置方法进行详细的介绍，以供参考。
二、混凝土预应力钢筋的基本概念1.预应力钢筋：作用于混凝土中的预应力力量，通常采用高强度钢丝或钢杆。
2.预应力板：用预应力钢筋张拉的混凝土板。
3.预应力束：包括预应力钢筋和保护层。
4.预应力筋：包括拉应力筋和压应力筋，通常采用圆钢或扭转钢。
5.预应力钢筋的工作状态：分为拉应力状态和压应力状态。
三、混凝土预应力钢筋的布置方法1.弦向预应力钢筋的布置弦向预应力钢筋是指与结构跨度平行的预应力钢筋，其作用是抵抗结构弯曲和剪切。
弦向预应力钢筋的布置应满足以下要求：（1）钢筋应布置在受力区域内，距离受力面不得小于1/4跨度。
（2）钢筋的布置应符合预应力筋的间距和钢筋的直径要求。
（3）钢筋的布置应考虑受力性质和荷载大小。
（4）钢筋的张拉应按照设计要求进行。
2.纵向预应力钢筋的布置纵向预应力钢筋是指与结构跨度垂直的预应力钢筋，其作用是抵抗结构受力时的伸长和缩短。
纵向预应力钢筋的布置应满足以下要求：（1）钢筋应布置在受力区域内，距离受力面不得小于1/4跨度。
（2）钢筋的布置应符合预应力筋的间距和钢筋的直径要求。
（3）钢筋的布置应考虑受力性质和荷载大小。
（4）钢筋的张拉应按照设计要求进行。
3.斜向预应力钢筋的布置斜向预应力钢筋是指与结构跨度呈倾斜角度的预应力钢筋，其作用是抵抗结构的扭转和侧移。
斜向预应力钢筋的布置应满足以下要求：（1）钢筋应布置在受力区域内，距离受力面不得小于1/4跨度。
（2）钢筋的布置应符合预应力筋的间距和钢筋的直径要求。
（3）钢筋的布置应考虑受力性质和荷载大小。
（4）钢筋的张拉应按照设计要求进行。
4.环向预应力钢筋的布置环向预应力钢筋是指沿结构环向布置的预应力钢筋，其作用是抵抗结构的周向拉应力和轴向压力。
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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
允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。属允 许出现裂缝的构件。
1.3.2 按照粘结方式分类
（1）有粘结预应力混凝土
（2）无粘结预应力混凝土
1.4 预应力混凝土的特点
1.构件的抗裂性能较好； 2.构件的刚度较大； 3.构件的耐久性较好； 4.节省材料，减轻自重； 5.工序较多，施工较复杂，且需要张拉设备 和锚具等设施。
大型预应力混凝土构件主要采用后张法。
2.2
2.2.1 夹具
夹具和锚具
在构件制作完毕后，能够取下重复使用的，称为夹
具（先张法用）。
2.2.2 锚具
永远锚固在构件端部，与构件联成一体共同受力， 不能取下重复使用，称为锚具（后张法用）。
有时为了方便其见，将锚具和夹具统称为锚具。
锚具的种类
锚具的种类很多，不同类型的预应力筋所配用的锚具不同，常 用的锚具有以下几种： 1. 螺丝端杆锚具 由螺丝端杆、螺母和垫板三部分组成。型号有LMl8-LM36，
课题2 施加预应力的方法及锚夹具
2.1 预加应力的方法
2.1.1 先张法 先张法即先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。 1.主要工序是： （1）在台座或钢模上张拉预应力钢筋，待钢筋张拉到预定 的张拉控制应力或伸长值后，将预应力钢筋用锚（夹）具固 定在台座或钢模上。
（2）支模、绑扎非预应力筋，并浇筑混凝土。
（3）当混凝土达到一定强度后（约为混凝土设计强度的
先张法的工序
先张法的特点
1.先张法施工工序简单，筋束靠粘结力自 锚，不必耗费特制的锚具，临时固定所用的锚 具，都可以重复使用。 2.在大批量生产时，先张法构件比较经济， 质量也比较稳定。
2.1.2 后张法
后张法是先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，在张拉钢筋束的方法。
适用于直径18～36mm的Ⅱ，Ⅲ级预应力钢筋。锚具长度一般为
320mm，当为一端张拉或预应力筋的长度较长时，螺杆的长度应 增加30～50mm。 螺丝端杆与预应力筋用对焊连接，焊接应在预应力筋冷拉之前 进行。预应力筋冷拉时，螺母置于端杆顶部，拉力应由螺母传递至
螺丝端杆和预应力筋上。
螺丝端杆锚具示意图
2. JMl2型锚具
型锚具由锚具环及夹片组成。锚环分圆锚环和方锚环两种，
圆锚环对光圆及螺纹钢筋束、钢绞线束均适用；方锚环仅适
用于钢筋束。夹片按所锚固预应力筋的种类（光圆钢筋、螺 纹钢筋和钢绞线）和根数不同，分为：光夹片、螺夹片及绞 夹片数种，分别由3～6个夹片及5～6个夹片组成。 JM12型锚具适用于后张工艺中锚固3～6根直径12毫米的
XM型锚具示意图
对锚具的具体要求
安全可靠，其本身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，便于机械加工制作； 使用方便，省材料，价格低。
力钢筋和混凝土结成整体；也可不灌浆，完全通过锚具传递压力，形成无粘
结预应力混凝土构件。
后张法的工序
后张法的特点 1.可以在预制厂生产，也可在施工现场生产； 2.生产周期较长； 3.需要利用工作锚锚固钢筋，钢材消耗较多，成
本较高；
4.工序多，操作较复杂，造价一般高于先张法。
大型构件在现场生产可以避免长途搬运，故我国
3.施加预应力的方法 难 点
施加预应力的方法及锚夹具
课题1 预应力混凝土的基本概念
1.1 概述
1.普通混凝土存在的问题
（1）在使用荷载作用下，钢筋混凝土受拉、受弯等构件通 常是带裂缝工作的；
（2）高强度钢筋和高强混凝土无法充分发挥其作用。
2.预应力混凝土的应用 预应力混凝土结构克服了钢筋混凝土结构的缺点，是一种 具有广泛发展潜力、性能优良的结构。可利用高强钢材与高强 混凝土。
1.主要工序是：
（1）先浇筑混凝土构件，并在构件中配置预应力钢筋的位置上预留孔道。
（2）待混凝土达到规定的强度后（一般不低于混凝土设计强度的75%）， 将预应力钢筋穿入孔道，利用构件本身作为台座张拉钢筋，在张拉钢筋的同 时，混凝土被压缩并获得预压应力。 （3）当预应力钢筋的张拉应力达到设计规定值后，在张拉端用锚具将钢 筋锚住，使构件保持预压状态。 （4）最后在预留孔道内灌注水泥浆，保护预应力钢筋不被锈蚀并使预应