第十二章 预应力混凝土结构

6M 6M 2 （压应力） 上缘： u = cu cpu 0 bh2 bh 6M 6M 下缘： b = cb cpb 2 2 0 bh bh
M
+
Ny
=
M Ny
此例说明：
（1）施加预应力后，可以避免混凝土出现裂缝， 混凝土梁可以全截面参加工作。
《 规范》规定预应力混凝土构件的混凝土强 度等级不宜低于C40。
第三节 预应力混凝土结构的材料 1.混凝土 ： 1).预应力混凝土结构对混凝土的要求 强度高，快硬、早强；低松弛、低徐变；良好的耐久性 2）收缩、徐变的影响及其计算 （1）混凝土徐变变形 影响混凝土徐变值大小的主要因素是荷载应 力、持荷时间、混凝土的品质与加载龄期， 以及构件尺寸和工作的环境等。
式中 RH-环境年平均相对湿度； h—构件理论厚度，h=2A/u，A构件截面面积， u 为构件与大气接触的周边长度； fcm—强度等级C20-C50混凝土在28d龄期时的 平均立方体抗压强度，fcm=0.8fcu，k+8MPa fcu，k—混凝土立方体抗压强度标准值，即混 凝土强度等级； t0—加载时的混凝土龄期； t—计算考虑时刻的混凝土龄期； 根据《公路桥规》，式中取RH0=100%,h0=100mm， t1=1d，fcm0=10MPa

第十二章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
第一节 概述
一、预应力混凝土(prestressed concrete)的基本概 念
2.预应力砼的基本原理： 所谓预应力砼，就是事先人为地在混凝土或
钢筋混凝土中引入内部应力，而且其数值和分
布有利于抵消使荷载产生的应力，称其为预应 力混凝土。
木桶是用环向竹箍对桶壁预先施加环 向压应力。当桶中盛水后，水压引起 的拉应力小于预加压应力时，桶就不 会漏水。
6M 6M 6M 2 2 2 2 （压应力） bh bh bh 6M 6M cb 2 2 0 bh bh
cpb = cp
M
+
Np
=
M Np
另一种方法是：在距截面下缘h/3处（即 偏心距e=h/6)处，施加预应力，令Np=3M/h。
Np
Np
x
e
b
h
产生的截面上、下缘应力为：
3M 1 3M h 2 2 0 2 上缘： cpu bh bh h 6 bh bh / 6 6 Np Np e 6M 2 （压应力） 2 下缘： cpb = bh bh bh
Np
Np e
6
在预加力Ny和均布荷载q共同作用下，将该 预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、下 缘的总应力为：
βc（t-t0）为加载后徐变随时间发展的系数，按12-7 计算 (t t ) / t
c (t t0 ) [
H (t t0 ) / t1
0
1
]0.3
(12-7)
RH 18 h H =150[1+(1.2 ) ] 250 1500 RH 0 h0
(2)混凝土的收缩徐变 混凝土收缩应变的计算式子
类水泥或快硬水泥， sc 5.0；
RH 与年平均相对湿度相关的系数；当40% RH<99%, RH 1.55[1 ( RH / RH 0 ) ]
3
S 收缩随时间发展的系数；
(t ts ) / t1 s t ts ) [ （ ]0.5 2 350(h / h0 ) (t ts ) / t1
第一节 概述
一、预应力混凝土(prestressed concrete)的基本概 念
（2）难以利用高强度材料。与max对应的s = 200N/mm2，而高强钢丝可达1600N/mm2 。 提高混凝土强度等级对提高构件的抗裂性能和控制 裂缝宽度的作用不大。 要使钢筋混凝土结构得到进一步发展，就必须 克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长 期的生产实践中，创造出了预应力混凝土结构。
当混凝土所承受的持续应力小于σ≤0.5fck时，徐 变应变值与混凝土应力之间存在线性关系。
c e 徐变系数，表示为（t,t0 )
《公路桥规》建议的徐变系数计算式为
t,t0 )=0 c (t t0 ) （
(12-2)
式中的（t,t0）称为加载龄期为t0 , 计算 考虑龄期为t时的混凝土徐变系数；0为 混凝土名义徐变系数，按式子（12-3）计算
2）承压型锚固
镦头锚
(a)张拉端
(b)分散式固定端 (c)集中式固定端
钢筋螺纹锚具
3）粘结锚固
压花锚具
连接器 连接器有两种：钢绞线束锚固后，需要再连接 钢绞线束的，叫锚头连接器；如图所示。当两 段未张拉的钢绞线束、需直接接长时，则可采 用接长连接器，如图所示。
2.预加应力的其它设备 千斤顶 制孔器 抽拔橡胶管
（2）预加力的大小以及预加力的作用点位置是 预应力混凝土结构设计计算的关键问题。
预应力混凝土的优点：
a. 节省材料，减轻自重，增加跨越能力。 b. 提高构件的抗裂性、增加截面刚度。 c. 可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 d. 结构质量安全可靠。 e. 预加力还可以作为结构构件的连接手段，
促进了桥梁结构新体系与施工方法的发展。
(12-8)
cs (t , ts ) cs 0 s (t-t s ) cS0 名义收缩系数 cs0 s ( f cm ) RH
(12-9)
S ( f cm ) [160 10 sc (9 f cm / f cm 0 )] 6 10
sc 依水泥种类而定的系数，对一般的硅酸盐
第三节 预应力混凝土结构的材料 1.混凝土 ： 3）混凝土的配制要求与措施 a.严格控制水灰比 b.注意选用高标号水泥并宜控制水泥用量不大 于500kg/m3. c.注意选用优质活性掺合料 d.加强振捣与养护。
第三节 预应力混凝土结构的材料
2.钢材 ：
强度高 具有一定的塑性 良好的加工性能
（1）对钢材的要求：
x
e
h
b

第十二章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
第一节 概述
一、预应力混凝土(prestressed concrete)的基本概 念
该矩形简支梁由均布荷载产生的跨中最 大弯矩为M=qL2/8，跨中截面应力为 6M 上缘 : cu 2 压应力 bh 6M 下缘 : cb 2 拉应力 bh 为了使截面下缘不出现拉应力，采用预加 应力的方法来抵消下缘拉应力。
一种方法是：先在截面重心处施加预压力，
令Np=6M/h.
Np
Np
x
e
h
b
产生的截面应力为：
cp
6M / h 6M bh2 A bh
Np
在预加力Np和均布荷载q共同作用下，将该 预加应力与均布荷载应力叠加，求得截面上、下 缘的总应力为： 上缘： cpu= cp cu 下缘：
预应力混凝土的缺点：
a. 最主要的问题是在使用阶段如何保持有效预
应力不至于降低到最小。
b.需要有一定的专门设备和配备一支技术
熟练的专业队伍。
c. 预应力反拱度不易控制。
预应力混凝土的应用：
大跨度结构（大跨度桥梁）； 特种结构（防漏 、防渗和压力容器 ）； 对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。
如墩头锚、钢筋螺纹锚等。 依靠承压锚固的锚具。 依靠粘结力锚固的锚具。如先张法的筋束锚固， 以及后张法固定端的钢 绞线压花锚具等。
1）摩阻型锚固 锥形锚具
夹片式锚具
JM12锚具
XM、QM锚具
VSL体系锚
弗莱西奈锚具
张拉端锚具（带喇叭管）
扁形夹片锚具 扁形夹片锚具 （用于空心板梁） （用于空心板梁）
：在全部荷载最不利组合作用下， 有限预应力混凝土 正截面上混凝土允许出现拉应力， 但不超过其抗拉强度；在长期持 续荷载组合作用下，混凝土不出 现拉应力。 部分预应力混凝土 ：沿预应力方向的正截面出 现拉应力或出现不超过规定 宽度的裂缝，即 1 0
钢筋混凝土
：不施加预应力的混凝土结构， 0 即
二、预应力混凝土结构的分类 1. 预应力度
《公路桥规》将预应力度（λ）定义 为由预加应力大小确定的消压弯矩MO与外荷载 产生的弯矩M的比值，即 λ=M0/Ms 式中： λ—预应力度； M0—消压弯矩。构件抗裂边缘预压应力 抵消到零时的弯矩。
Ms—按作用（或荷载）短期效应组合
计 算的弯矩。
2.加筋混凝土结构的分类 全预应力混凝土 ：沿预应力方向的正截面不出 现拉应力，即 1
螺旋金属波纹管
其它设备： 穿索机 压浆机
张拉台座（先张法）
千斤顶
制孔器
后张法的预留孔道是用制孔器做成的：
橡胶抽拔管；
金属波纹管。 根据需要配合使用穿索机
金属波纹管
第三节 预应力混凝土结构的材料
1.混凝土 ： 选择混凝土强度等级时，应综合考虑施工方
法（先张或后张）、构件跨度、使用情况（如
有无振动荷载）以及钢筋种类等因素。
0 RH ( f cm ) (t0 ) RH 1
1 RH / RH 0 0.46( h / h0 )
1 3
(12-3) (12-4) (12 5) (12 6)
5.3 ( f cm ) ( f cm / f cm 0 )0.5 1 t 0）= （ 0.1+（t 0 /t1 )0.2
12.3.2 预应力钢材
2）预应力钢筋的种类
(1)、钢绞线
钢绞线是用2、3、7股高强钢丝扭结而成的一种 高强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多。7股钢绞 线的公称直径为9.5～15.2 mm，通常用于无粘结预应 力筋，强度可高达1860MPa。2股和3股钢绞线用途不 广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝土的粘结 强度。