预应力混凝土结构
预应力混凝土结构
预应力混凝土结构在现代建筑领域中，预应力混凝土结构是一种被广泛应用且具有重要地位的结构形式。
它以其独特的性能和优势，为各种大型、复杂的建筑和基础设施项目提供了可靠的支撑和保障。
那么，什么是预应力混凝土结构呢？简单来说，预应力混凝土结构就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，从而在构件内部产生一定的预压应力。
这样，在后续承受外荷载时，混凝土能够更好地发挥其抗压性能，提高构件的承载能力和抗裂性能。
预应力混凝土结构的优点众多。
首先，它能够显著提高结构的承载能力。
通过施加预应力，可以使混凝土在承受荷载时更加有效地工作，从而能够承受更大的重量和压力。
这对于建造大型桥梁、高层建筑等需要承受巨大荷载的结构来说，是至关重要的。
其次，预应力混凝土结构具有良好的抗裂性能。
由于在构件内部预先存在压应力，当外荷载产生的拉应力小于预压应力时，混凝土就不会开裂。
这不仅能够延长结构的使用寿命，还能提高结构的耐久性和安全性。
比如，在一些经常受到动荷载作用的桥梁结构中，预应力的应用可以有效地减少裂缝的产生和扩展，保证桥梁的正常运行。
再者，预应力混凝土结构可以减小构件的截面尺寸，从而节省材料和降低造价。
由于预应力的作用，构件能够在较小的截面尺寸下承受相同的荷载，这意味着可以减少混凝土和钢筋的用量，降低建筑成本。
预应力混凝土结构的施工方法主要有先张法和后张法两种。
先张法是在台座上先张拉预应力钢筋，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松预应力钢筋，使钢筋的回缩力通过钢筋与混凝土之间的粘结力传递给混凝土，从而在混凝土中产生预压应力。
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，在构件中预留孔道，待混凝土达到规定强度后，将预应力钢筋穿入孔道，然后在构件两端进行张拉，并利用锚具将预应力钢筋锚固在构件上，最后进行孔道灌浆。
后张法适用于现场施工的大型构件，如桥梁的箱梁、T 梁等。
在设计预应力混凝土结构时，需要考虑众多因素。
10 预应力混凝土结构
10.2.2 预应力混凝土的材料
（1）预应力混凝土结构对钢筋的要求 ） ①高强度 预应力混凝土构件在制作和使用过程中， 高强度 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预应力值， 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（丝）； ②具有一定的塑性 为防止发生脆性破坏，要求预应 具有一定的塑性 方钢筋在拉断时，具有一定的伸长率； ③良好的加工性能 即要求钢筋有良好的可焊性，以 良好的加工性能 及钢筋“镦粗”后并不影响原来的物理性能； ④与混凝土之间有较好的黏结强度 有较好的黏结强度、先张法构件的 有较好的黏结强度 预应力传递是靠钢筋和混凝土之间的黏结力完成的，因 此需要有足够的黏结强度。
缺点： 需要增设施加预应力的设备，制作技术要求 缺点：
较高，施工工序长。某些构件如大跨度结构，有时会 产生反拱，影响正常使用。
4、 预应力混凝土的分类 、
按照使用荷载下对截面拉应力控制要求的不同， 预应力混凝土结构构件可分为三种： ①全预应力混凝土 指在全部荷载组合下构件截面上均不允许出现拉 应力。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 指在短期荷载作用下，容许混凝土承受不超过其抗 拉强度的拉应力值；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。 ③部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许出 现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。相当于 裂缝控制等级为三级的构件。
σl3=2△t （N/mm2）
减少此项损失的措施有： ①采用二次升温养护。先在常温下养护至混凝土强 度等级达到C7.5～C10，再逐渐升温至规定的养护温度， 这时可认为钢筋与混凝土已结成整体，能够一起胀缩而 不引起预应力损失; ②在钢模上张拉预应力钢筋。由于钢模和构件一起 加热养护，升温时两者温度相同，可不考虑此项损失。
什么是预应力混凝土结构？
什么是预应力混凝土结构？
所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其值和分布，能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适的程度的混凝土。
这就是说，它是预先对混凝土或钢筋混凝土构件施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者减小裂缝开展的宽度。
这种预先给混凝土引入内部应力的结构，就称为预应力混凝土结构。
由于预先给混凝土梁施加了预压力，使混凝土梁，在荷载作用下，其下边缘产生的拉应力完全被预压应力所抵消，因而可以避免混凝土出现裂缝，混凝土梁始终以全截面参加工作。
这就相当于改善了混凝土的抗拉性能，且可达到充分利用高强材料性能的目的。
上述概念就是预应力混凝土结构的基本原理。
在现代预应力混凝土结构中，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”；把普通钢筋混凝土，称为“非预应力混凝土”；而把从钢筋混凝土到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”。
预应力混凝土结构概述(结构设计)
预应力混凝土结构的优缺点
预应力混凝土结构的主要优点
①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；
②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；
③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；
④可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力；
⑤预应力可做为结构构件连接的手段，促进了桥梁结构新体系与施工方 法的发展。
预应力还可以提高结构的耐疲劳性能,这对承受动荷载的桥梁结 构来说是很有利的。
IV级：钢筋混凝土结构。
国内配筋混凝土结构的分类
根据国内工程习惯，我国对以钢材为配筋的配筋混凝土结构系 列，采用按其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）预应力度的定义 《公路桥规》将受弯构件的预应力度（λ）定义为由预加应力 大小确定的消压弯矩M0与外荷载产生的弯矩Ms的比值，即
预应力混凝土构 件的预 到零时的弯矩
按作用（或荷载）短期 效应组合计算的弯矩值
（2）配筋混凝土构件的分类
全预应力混凝土构件——在作用（荷载）短期效应组合下控制的正 截面受拉边缘不允许出现拉应力（不得消压），即 λ≥1；
部分预应力混凝土构件——在作用（荷载）短期效应组合下控制的 正截面受拉边缘出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝，即1＞ λ ＞0；
国内外配筋混凝土结构的分类
国外配筋混凝土结构的分类
I级：全预应力—在全部荷载最不利组合作用下，正截面上混凝 土不出现拉应力；
II级：有限预应力—在全部荷载最不利组合作用下，正截面上 混凝土允许出现拉应力，但不超过其抗拉强度（即不出现裂缝）；在 长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力；
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
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预应力混凝土结构的含义与特征
预应力混凝土结构的含义与特征
含义：
预应力混凝土结构是在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。
以预应力混凝土制成的结构，因以张拉钢筋的方法来达到预压应力，所以也称预应力钢筋混凝土结构。
特征：
与钢筋混凝土相比，预应力混凝土的优点：由于采用了高强度钢材和高强度混凝土，预应力混凝土构件具有抗裂能力强、抗渗性能好、刚度大、强度高、抗剪能力和抗疲劳性能好的特点，对节约钢材(可节约钢材40%～50%、混凝土20%～40%)、减小结构截面尺寸、降低结构自重、防止开裂和减少挠度都十分有效，可以使结构设计得更为经济、轻巧与美观。
预应力混凝土缺点：预应力混凝土构件的生产工艺比钢筋混凝土构件复杂，技术要求高，需要有专门的张拉设备、灌浆机械和生产台座等以及专业的技术操作人员；预应力混凝土结构的开工费用较大，对构件数量少的工程成本较高。
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。