预应力混凝土构件设计[详细]

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4.预应力混凝土受弯构件的设计(精)

1．预应力钢丝、钢绞线
l 5 (0.52 Pe
f PK 0.26) Pe
—超张拉系数，一次张拉时，式中：＝1．0；＝o．9；超张拉时， —钢筋松弛系数，I级松弛(普通松弛)，取＝
以实例说明预应力混凝土的基本原理：
如图一混凝土简支梁，承受均布荷载 (包括自重)。试计算跨中截面的的应力。
跨中弯矩：M=qll/8=15 ×4 ×4/8=30kn m 跨中截面应力： σ=M/W=± 10MPa 从计算结果看出，梁的下缘拉应力已大大超过混凝土的抗拉设计强度，而上缘压应力却还远未达到抗压设计强度。
(二)加筋混凝土结构的分类 1.国外加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，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，截面上混凝土允许出现拉应力，但不开裂（拉而不裂）； Ⅲ级：部分预应力－在全部荷载最不利组合作用下，构件截面上混凝土允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过限值（裂而有限）。 Ⅳ级：普通钢筋混凝土结构。
2)加筋混凝土构件的分类
全预应力混凝土结构－正截面上不出现拉应力，；部分预应力混凝土结构－正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝，；钢筋混凝土结构－无预加应力的混凝土结构，。
二.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
部分预应力混凝土又分为A类构件和B类构件两种情况。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。 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。

预应力混凝土构件设计的一般规定(混凝土结构设计原理)

预应力损失的组合
预应力损失的组合混凝土预压前（第一批）损失lI 混凝土预压后（第二批）损失lII 先张法构件后张法构件
l1 +l2+l3 +l4 l5
l1 +l2 l4 +l5+l6
考虑到预应力损失计算的误差，在总损失计算值过小时，产生不利影响，《规范》规定当总损失值l =lI +lII小于下列数值时，按下列数值取用，
5 5 1 10 2 10 Dt 2Dt l 3 110 Es Dt
5
9.2 预应力混凝土构件设计的一般规定
第9章预应力混凝土构件设计
减少温差引起的预应力损失的措施
⑴采用两次升温养护。先升温20~25℃，待混凝土强度达到
7.5～10N/mm2后，混凝土与预应力钢筋之间已具有足够的粘结力而结成整体；当二次升温时，二者可共同变形。 ⑵在钢模上张拉预应力钢筋。
钢筋种类预应力钢丝、钢绞线热处理钢筋张拉方法先张法 0.75 fptk 0.70 fptk 后张法 0.75 fptk 0.65 fptk
9.2 预应力混凝土构件设计的一般规定
第9章预应力混凝土构件设计
因为对预应力筋的张拉过程是在施工阶段进行的，同时张拉
预应力筋也是对它进行的一次检验，所以表中[con]是以预应力筋的标准强度给出的，且[con]可不受抗拉强度设计值的限制。在下列情况下， [con]可提高0.05 fptk： ⑴ 为提高构件在施工阶段的抗裂性能，而在使用阶段受压区内设置的预应力筋； ⑵为部分抵消应力松弛、摩擦、分批张拉和温差产生预应力损
◆ 由于最终稳定后的应力值才对构件产生实际的预应力效果，
称为有效预应力。因此，预应力损失是预应力混凝土结构设计和施工中的一个关键的问题。

预应力混凝土结构概述(结构设计)

钢筋混凝土构件——不预加应力的混凝土构件，λ = 0。
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；

预应力混凝土构件设计

预应力混凝土构件设计在现代建筑工程中，预应力混凝土构件凭借其独特的性能优势，得到了广泛的应用。

预应力混凝土构件设计是一项复杂而关键的工作，它需要综合考虑众多因素，以确保构件在使用过程中能够安全、可靠地发挥作用。

预应力混凝土，简单来说，就是在混凝土构件承受使用荷载之前，预先对其施加压力，从而使混凝土在受拉区预先产生压应力。

这样一来，在使用过程中，当构件承受外荷载产生拉应力时，首先要抵消预先施加的压应力，从而推迟裂缝的出现，提高构件的抗裂性能和刚度。

预应力混凝土构件的设计首先要明确设计要求。

这包括构件的使用功能、跨度、荷载条件、工作环境等。

例如，对于大跨度的桥梁构件，需要考虑车辆荷载、风荷载等；而对于工业厂房中的构件，则可能要承受较大的吊车荷载。

同时，工作环境的不同，如是否处于腐蚀性环境，也会对混凝土和预应力筋的材料选择产生影响。

材料的选择在预应力混凝土构件设计中至关重要。

混凝土应具有高强度、低收缩和徐变特性。

高强度的混凝土能够更好地与预应力筋协同工作，提高构件的承载能力。

常见的高强度混凝土等级有 C50、C60 等。

预应力筋通常采用高强度钢丝、钢绞线或螺纹钢筋。

这些材料具有较高的抗拉强度和良好的塑性性能。

预应力损失的计算是设计中的一个重要环节。

预应力损失主要包括锚具变形和钢筋内缩引起的损失、预应力筋与孔道壁之间的摩擦损失、蒸汽养护温差引起的损失、钢筋松弛引起的损失、混凝土收缩和徐变引起的损失等。

准确计算这些损失，对于确定预应力筋的张拉控制应力以及最终在构件中建立的有效预应力至关重要。

在设计预应力混凝土构件的截面时，需要综合考虑受力性能和经济性。

对于受弯构件，如梁，要根据弯矩分布合理确定截面的形状和尺寸。

通常，采用 T 形或箱形截面可以提高构件的抗弯能力。

对于受压构件，如柱，要保证截面具有足够的抗压能力。

构件的配筋设计也是关键的一步。

预应力筋的布置应根据构件的受力特点进行，既要满足承载能力的要求，又要保证施工的便利性。

预应力混凝土梁设计方案

预应力混凝土梁设计方案1.引言预应力混凝土梁是一种常用于桥梁和建筑结构中的重要构件。

本文将介绍一种基于预应力技术的混凝土梁设计方案。

通过预应力设计，可以提高梁的承载能力，增强结构的抗震性能，延长梁的使用寿命。

2.设计步骤本设计方案遵循以下步骤：1.确定设计要求和荷载标准；2.选择合适的预应力方式；3.计算梁的尺寸和截面特性；4.优化梁的布局和预应力设计；5.进行梁的细部设计和施工工序确定；6.进行梁的验算和评估。

3.设计要求本设计方案的设计要求如下所示：梁的承载能力满足使用要求；结构的抗震性能符合相关标准；施工过程中保证施工安全和质量；结构的维护和使用方便。

4.预应力方式本设计方案采用预应力混凝土梁的设计方案。

预应力混凝土梁通过在施工过程中施加预先计算好的预应力，可使梁在使用过程中产生压应变，从而增加其承载能力和抗震性能。

5.梁的尺寸和截面特性根据设计要求和荷载标准，确定梁的尺寸和截面特性是设计的重要一步。

梁的尺寸和截面特性的计算需要考虑到荷载、预应力力度、材料的强度和工作性能等因素。

6.梁的布局和预应力设计梁的布局和预应力设计是优化梁设计的关键环节。

通过合理的布局和预应力设计，可以使梁的受力更加均匀，降低应力集中。

7.梁的细部设计和施工工序确定在梁的细部设计和施工工序确定阶段，需要综合考虑梁的具体施工方法和工艺要求，确定梁的细部构造和施工过程中的控制要点。

8.梁的验算和评估梁的验算和评估是确保设计方案可行性和安全性的重要步骤。

在进行梁的验算和评估时，需要综合考虑梁的荷载和外力作用、预应力力度、材料的强度和工作性能等因素。

9.结论本文通过介绍了预应力混凝土梁的设计方案，包括设计步骤、设计要求、预应力方式、梁的尺寸和截面特性、梁的布局和预应力设计、梁的细部设计和施工工序确定、梁的验算和评估等内容。

通过合理的设计和施工，预应力混凝土梁能够满足使用要求，提高结构的承载能力和抗震性能，延长梁的使用寿命。

预应力混凝土结构设计

步骤2：预应力线形定义及布置（进入PREC）
预应力筋的线形主要与荷载作用下的弯矩图有关，一般框架梁中采用四段抛物线形。边支座处的预应力筋矢高根据弯矩大小可适当降低。
定义总信息
定义预应力线形
完成线形布置
等效荷载简图
步骤3：框架内力计算
执行菜单2，3，进入 SATWE进行计算
计算单位预应力等效荷载作用下的综合内力，并根据修改后的预应力筋用量求得综合内力及次内力
框架设计中的几个问题：
2）柱的第三弯矩有多大？对于大跨度预应力框架结构，通常预加应力在柱内产生的附加弯矩和竖向荷载产生的弯矩方向相反，且其值不大，若不考虑这一附加弯矩通常是偏安全的。
框架设计中的几个问题：
3）预应力梁张拉端采用梁侧加腋时预应力损失的计算？
现行工程实践中往往忽略，未作精确计算，导致偏于不安全。
三、常用材料
1.混凝土：当采用钢绞线、钢丝、热处理钢筋作为预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于C40。实际工程中：预应力混凝土框架构件的混凝土强度等级不宜低于C40；平板及其它构件不应低于C30。
三、常用材料
2.预应力钢筋：在后张法预应力构件或结构中宜采用高强度低松弛钢绞线。对无粘结预应力构件宜选用无粘结预应力钢绞线。
ct
( M sk M p ) yt I

N pe A

以中支座梁顶为例： ct
4.32 5.0MPa
新规范不再采取名义应力法，而直接计算裂缝宽度：
பைடு நூலகம்ax
d eq sk cr (1.9c 0.08 ) Es te
三级— — 允许出现裂缝的构件按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度应符合下列规定：

预应力混凝土构件预应力设计技术规程

预应力混凝土构件预应力设计技术规程一、引言预应力混凝土构件是一种优秀的结构形式，其采用预先施加的预应力，可以大大提高混凝土构件的承载能力和耐久性。

预应力混凝土构件的预应力设计是其设计中关键的环节，本文将从材料的选择、预应力钢筋的布置、预应力损失的计算、锚固长度的确定、锚固系统的设计等方面进行详细的阐述，以期为相关人员提供一份全面的、具体的、详细的技术规程。

二、材料的选择1、混凝土材料预应力混凝土结构的混凝土应符合国家标准GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》的要求，其强度等级不应低于C30。

混凝土的配合比应根据工程要求进行合理配制，以满足预应力混凝土构件设计的要求。

2、预应力钢筋材料预应力混凝土结构的预应力钢筋应符合国家标准GB/T 5224-2003《预应力混凝土用钢筋》的要求。

预应力钢筋的强度等级不应低于1770MPa，其抗拉强度应符合设计要求。

3、锚固系统材料锚固系统材料应符合国家标准GB/T 14370-2015《预应力混凝土用锚具》的要求。

锚具的材质应符合设计要求，其抗拉强度和耐腐蚀性能应满足设计要求。

三、预应力钢筋的布置1、预应力钢筋布置的原则预应力钢筋的布置应根据构件的荷载和受力状态进行设计。

布置应均匀、合理，以保证预应力钢筋的作用效果。

同时，应考虑预应力钢筋的锚固长度、构件截面尺寸等因素，以保证预应力钢筋的锚固效果。

2、预应力钢筋的布置方法预应力钢筋的布置方法应根据构件的几何形状和荷载状态进行设计。

一般采用单向预应力或双向预应力布置。

单向预应力常用于板、梁等构件，双向预应力常用于柱、墙等构件。

四、预应力损失的计算预应力损失是指预应力钢筋在施工过程中或运输中由于各种因素所造成的预应力损失。

预应力损失的计算是预应力设计的重要环节，其准确性直接影响到预应力混凝土构件的安全性和经济性。

预应力损失可分为短期预应力损失和长期预应力损失。

其中，短期预应力损失主要包括：初始预应力损失、传输长度损失、锚固长度损失和摩擦损失；长期预应力损失主要包括：徐变损失、收缩损失和弛豫损失。

混凝土预应力构件设计标准

混凝土预应力构件设计标准一、前言混凝土预应力构件是一种广泛应用于工程建设中的重要结构材料，其设计标准的制定对于保障工程质量和安全至关重要。

本文将详细介绍混凝土预应力构件设计标准的相关内容，包括材料选用、设计原则、计算方法、施工要求等方面，旨在为工程设计者提供一份全面的参考。

二、材料选用1.混凝土混凝土应符合GB/T 50080-2016《混凝土结构设计规范》的相关要求，其强度等级应根据工程要求进行确定。

在混凝土预应力构件中，预应力混凝土的强度等级应不低于C50。

2.钢材预应力钢材应符合GB/T 5223-2014《预应力混凝土用钢筋》的相关要求。

在预应力构件中，应选用高强度钢材，抗拉强度不应低于1860MPa。

3.预应力器材预应力器材应符合GB/T 14370-2015《预应力混凝土用螺纹钢筋及接头》的相关要求。

在预应力构件中，应选用可靠的预应力器材，以确保预应力钢筋的安全和可靠性。

三、设计原则1.受力状态混凝土预应力构件在受力状态下应满足以下要求：(1)在正常使用条件下，预应力钢筋的应力不应超过其屈服强度的70%。

(2)在极限状态下，预应力钢筋的应力不应超过其抗拉强度的80%，混凝土的压应力不应超过0.7fck，混凝土的拉应力不应超过0.3fck。

2.荷载设计混凝土预应力构件的荷载设计应符合GB 50010-2010《建筑结构荷载规范》的相关要求，根据工程实际情况和要求进行设计。

3.施工性要求混凝土预应力构件的设计应考虑施工的可行性和方便性，以确保施工的顺利进行。

同时，应注意预应力钢筋的布置和张拉方式，避免出现裂缝等施工缺陷。

四、计算方法1.截面设计混凝土预应力构件的截面设计应根据受力状态和荷载要求进行计算，以满足构件的强度和稳定性要求。

2.预应力设计预应力设计应根据受力状态和荷载要求进行计算，以满足预应力钢筋的安全和可靠性。

预应力设计应考虑预应力钢筋的伸长量、钢筋的初始应力、预应力钢筋的锚固长度等因素。

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第9 章
①浇注混凝土 ②穿钢筋、张拉、锚固
③灌浆
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浇混凝土，预留孔道达到强度，穿筋张拉钢帮助筋，锚固产生预应力孔道灌浆
混凝土结构设计原理
第9 章
❖ 先张法、后张法有各自适用范围和优、缺点。
❖ 无粘结预应力混凝土结构通常与后张预应力工艺相结合。
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混凝土结构设计原理
第9 章
2.施工阶段验算
指构件制作、运输、吊装等施工阶段承载力、抗裂或裂缝宽度验算。
9.2.2 张拉控制应力con
❖ con：张拉钢筋时，张拉设备上的测力计所
指示的总张拉力除以预应力筋面积。
❖ con的确定原则：与预应力的施加方式及钢
筋的强度标准值fptk有关。
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混凝土结构设计原理
第9 章
2.预应力混凝土构件的受力特征
➢ 提高了构件的抗裂性；
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➢ 预应力的大小可根据需要调整。
目录
➢ 在使用荷载下，预应力混凝土构件基本处于弹性工作阶段(未裂)。
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➢ 施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。帮助
混凝土结构设计原理
混凝土结构设计原理
第9 章
9.1.5预应力混凝土构件对材料的要求
混凝土：一般要求不应低于C30；采用钢丝，钢铰线，热处理钢筋作预应力钢筋时，混凝土强度等级不宜低于 C40。
钢筋：预应力钢筋宜采用钢丝、钢铰线，也可采用热处理钢筋；普通钢筋宜采用HRB400级和 HRB335 级钢筋，也可采用HRB235级钢筋。
混凝土结构设计原理
第9 章
第9章预应力混凝土构件设计
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混凝土结构设计原理
本章重点
第9 章
➢ 预应力混凝土的概念及其优点； ➢ 施加预应力的方法及预应力混凝土材
料的要求；
➢ 预应力损失的原因及其计算和组合； ➢ 预应力混凝土构件的受力性能分析；
➢ 预应力混凝土构件的截面设计。
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混凝土结构设计原理
第9 章
§9.2 预应力混凝土构件设计的一般规定
9.2.1 计算内容
1.使用阶段计算 ➢承载力计算
正截面：轴拉构件、受弯构件斜截面：受弯构件
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➢裂缝控制验算
一级：严格不裂二级：一般不裂
抗裂度验算
三级：允许开裂——裂缝宽度验算
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帮助
混凝土结构设计原理
第9 章
9.1.2预应力混凝土的分类
根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类：
1.先张法和后张法钢筋张拉先于混凝土浇筑——先张法钢筋张拉后于混凝土浇筑——后张法
2.全预应力和部分预应力全截面受压——全预应力部分截面受压——部分预应力
3.有粘结预应力和无粘结预应力
非预应力钢筋
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混凝土结构设计原理
第9 章
9.1.4预应力混凝土构件的锚、夹具
锚、夹具：用于固定钢筋
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构件制作完后，能取下重复使用–––夹具
用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 –––锚具
不同种类的锚具，有不同的固定原理。同时，固定预应力筋、锚具则不同，则钢筋的回缩量不同，锚具的尺寸外形对构件的影响也不同。
第9 章
3.预应力混凝土的优、缺点
优点： a. 提高构件的抗裂能力。
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b. 增大了构件的刚度，减小挠度，耐久性好，耐疲劳，提高抗剪承载力。
c. 充分利用高强度材料的性能。预应力筋 Nu NPy
d. 扩大了构件的使用范围：减轻自重，加大跨度，提高适用能力。
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缺点：成本高，材料质量要求高，工序复杂，技术水平要求高。
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混凝土结构设计原理
第9 章
§9.1 预应力混凝土的基本知识
9.1.1 一般概念
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1. 预应力混凝土的基本原理
目录
普通混凝土的缺点： ➢ 在使用荷载下带裂缝工作，影响使用功能、耐
上一章
久、刚度和抗疲劳性。
下一章
➢ 难以利用高强度钢筋。与wmax对应的s = 200N/mm2。
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混凝土结构设计原理
第9 章
(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端镦头锚具
锥塞12型锚具
QM
XM
(b) XM型与QM型锚具夹片
(c) QM型单孔锚具夹片式锚具
(d) QM型多孔锚具
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混凝土结构设计原理
第9 章
确定con时考虑的因素
❖con 增加。产生的预应力大，抗裂性好。所以 con > 0.4 fptk
❖ con 过高，可能引起张拉时个别钢丝拉断，
所以，控制应力的大小必须适当。
❖ con 过高，施工阶段可能引起构件某些部分
受拉开裂或局部受压破坏。
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而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上。
帮助
混凝土结构设计原理
第9 章
预应力混凝土的基本原理：
预应力：在混凝土结构承受使用荷载之前的制作阶段预先对混凝土施加应力。
ep
Np
pc
c
全预应力混凝土
有限预应力混凝土部分预应力混凝土
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混凝土结构设计原理
第9 章
日常生活中有许多应用预应力的例子。
混凝土结构设计原理
第9 章
张拉控制应力限值
钢筋种类
张拉方法先张法后张法
消除应力钢丝、钢绞线热处理钢筋
0.75 fptk 0.75fptk
0.7 fptk
0.65 fptk
在考虑提高施工阶段的抗裂性及减少应力松驰、摩擦、钢筋分批张拉及台座之间的温差损失时，可以提高0.05fptk。
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预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起——有粘结
混凝土结构设计原理
第9 章
9.1.3预应力的建立方法
1.先张法
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①张拉钢筋
目录
②浇注混凝土
上一章
③剪断钢筋
下一章
张拉钢筋支模、浇混凝土混凝土达到一定强度剪钢丝产生预应力
帮助
混凝土结构设计原理 2.后张法
混凝土结构设计原理
第9 章
9.2.3 预应力损失l
预应力筋张拉后，由于各种原因其张拉应力会下降，这一现象称为预应力损失。引起预应力损失的原因有六大类。先分别找出这些损失出现的原因，再根据先张法和后张法的施工特点，了解不同预应力损失的组合。
最终有效预应力：
pe = con–l