预应力混凝土的基本概念及相关知识
第五章 预应力混凝土构件基本知识
1.1s con 0.85s con s con 0
荷载2 min 荷载2 min
③混凝土加热养护时，受张拉的钢筋与承受拉力的设
备之间温差 , 引起的损失 σl3 为了缩短先张法构件的生产周期，混凝土常采用蒸 汽养护办法。升温时，新浇的混凝土尚未结硬，预应 力筋与台座之间的温差△t使钢筋受热自由伸长，但两 端的台座是固定不动的，即距离保持不变，于是钢筋 就松了，钢筋的应力降低；降温时，预应力钢筋与混 凝土已黏结成整体，加上两者的温度线膨胀系数相近， 二者能够同步回缩，放松钢筋时因温度上升钢筋伸长 的部分已不能回缩，因而产生了温差损失。仅先张法 构件有该项损失。
3、锚具
预应力混凝土构件对锚具的要求是： 具有足够的强度和刚度； 预应力损失小； 构造简单，便于制作和加工； 节省材料，降低成本
第四节 预应力的损失和张拉控制应力的概念
1、预应力损失 ⑴、定义: 由于张拉工艺和材料特性的原因，从构件的制作、运 输、安装、使用等各个过程中，使预应力钢筋的应力 不断降低，这降低的部分就叫预应力损失。
钢绞线
钢丝绳与钢绞线的区别：
在制作工艺上，钢丝绳是由钢丝绞成股，
再由股捻成绳，有中间夹麻芯或钢芯和不加芯
的钢丝绳；钢绞线是由钢丝只经过一次扭绞。
在性能上，钢丝绳的弹性模量小于钢绞线。
③热处理钢筋
将合金钢（40Si2Mn、48Si2Mn、45Si2Cr）经过调质 热处理而成，达到提高抗拉强度（fPy =1040N/mm2）， 改善塑性性能。Φ HT表示。 这种筋具有强度高（节省钢材）低松弛的特点，其 Φ =6~10mm以盘园形式供给省去焊接，有利施工。
3、混凝土预应力的添加
4、预应力混凝土不能提高承载力 注意：预应力混凝土不能提高构件的承载能力。 也就是说，当截面和材料相同时，预应力混凝土与
预应力混凝土
第一讲预应力定义：预应力混凝土是根据需要人为引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土。
狭义定义:在混凝土构件承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力,就成为预应力混凝土结构广义定义:预应力混凝土是其中已建立有内应力的混凝土，内应力的大小和分布能够抵消给定的外加荷载所引起的应力至预期的程度。
基本概念：应力概念（预计开裂程度）：预应力混凝土是由于预加应力而使混凝土从一种脆性材料转变成为一种弹性材料。
这种概念：“以无拉应力设计准则”为基础的。
特点：1主要设计阶段为正常使用极限状态；2计算方法采用材料力学方法，符合胡克定律和叠加原理。
强度概念（抵抗破坏安全性）：预加应力是为了使高强钢筋能够和混凝土结合，它是钢筋混凝土的扩大和改进。
特点：主要表现在提高了构件的抗裂和刚度性能，同时也提高了承载力，充分发挥了张拉对承载力的贡献。
荷载平衡概念（计算挠度）：预加应力是为了实现预期的荷载平衡。
特点：使得预应力概念更深入了，给设计计算带来了大大的简化。
早期预应力实践存在的问题：使用的混凝土和钢筋材料的强度较低，对预应力损失的认识不够。
钢筋混凝土与预应力混凝土之间的主要区别钢筋混凝土是将钢筋和混凝土简单地结合在一起，并且任由它们自行地共同工作，而预应力混凝土则不然，它是将高强混凝土和高强钢材“能动”地结合在一起，这种结合是靠张紧钢材并将其锚固于混凝土，从而使混凝土受压来实现。
钢材是延性材料，现在用预加应力的办法使其能在高拉力下工作，混凝土在抗拉能力上是脆性材料，现在由于受到预压而有所改善，同时抗压能力并未真正受到损害。
因此预应力混凝土仍是两种现代高强度材料的一种理想结合。
为什么预应力混凝土能发挥高强钢筋的作用呢？原因在于钢材的弹性模量一般相差不大，而在正常使用状态时，普通钢筋混凝土拉应变不大，因此不能使用高强钢筋，即受到限制。
预应力混凝土是先将钢筋张拉一段应变，即先增加了应力，然后在外加荷载下还能增加一段应变，这样高强钢筋就能使用了。
预应力混凝土介绍
引言概述：
预应力混凝土是一种先施加预先拉力的混凝土结构材料，通过预先施加张拉力或预制成预应力构件，以提高混凝土的承载性能和抗裂性能。
该材料广泛应用于桥梁、建筑、水利工程等领域，具有较高的安全性和经济性。
本文将介绍预应力混凝土的原理、构造和应用，并探讨其优点和限制。
正文内容：
1.预应力混凝土的原理
1.1预应力原理
1.2引入预应力的作用
1.3预应力的分类
1.4预应力的应力计算
2.预应力混凝土的构造
2.1预应力构件的构造
2.2预应力的传递和锚固
2.3预应力锚固系统
2.4预应力构件的布置和预应力筋的设计
2.5预应力钢筋的保护
3.预应力混凝土的应用
3.1桥梁工程中的应用3.2建筑工程中的应用3.3水利工程中的应用3.4道路工程中的应用
3.5其他领域的应用
4.预应力混凝土的优点4.1提高承载能力
4.2增加结构刚度
4.3抗裂性能优良
4.4经济性和可持续性
4.5施工周期短
5.预应力混凝土的限制5.1施工难度较高
5.2构造限制
5.3维护和检修困难5.4钢材腐蚀问题
5.5技术要求高
总结：
预应力混凝土作为一种应用广泛的结构材料，具有许多优点，例如提高承载能力、增加刚度和优良的抗裂性能。
它在桥梁、建筑、水利工程等领域的应用体现了其经济性和可持续性。
预应力混凝土的施工难度较高，存在一定的限制和挑战。
在日常的维护和检修中还需注意钢材腐蚀问题，同时要求技术水平较高。
在未来的发展中，预应力混凝土有望进一步提升应用的效果和性能，为建筑和基础设施的可持续发展做出更大的贡献。
《预应力混凝土》ppt课件
随着交通基础设施建设的不断推进和桥梁设计理论的不断完善，大跨度桥梁的建设需求将不断增加。预应力混凝 土作为一种高性能材料，将在未来大跨度桥梁建设中发挥更大的作用，如超大跨度桥梁的建设、新型桥梁结构形 式的探索等。
海洋工程结构中应用现状及前景
现状
海洋工程结构长期处于恶劣的海洋环境中，对结构的耐久性和安全性要求极高。预应力混凝土在海洋 工程结构中具有广泛的应用前景，如海上风力发电基础、海洋石油平台、跨海大桥等。
发展历程
预应力混凝土技术起源于法国，20世 纪初开始应用于桥梁建设，后逐渐扩 展到建筑、水利等领域，成为现代土 木工程的重要分支。
预应力原理及作用机制
原理
通过在混凝土受拉区预先施加压应力，使得混凝土在使用阶段产生拉应力时， 能够抵消或部分抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的承载能力和变形性 能。
未来发展趋势预测和展望
发展趋势预测
数字化与智能化技术的应用：探讨数字化与智能化技术 在预应力混凝土工程设计、施工及运维中的应用及发展 趋势。
提高工程质量和效率：提出通过改进设计方法、优化施 工工艺等措施，进一步提高预应力混凝土工程的质量和 效率。
新型材料的研发与应用：预测未来新型预应力混凝土材 料的研发方向及其在工程中的应用前景。
补偿方法
为减小预应力损失对结构性能的影响，可以采取以下补偿措 施：增加张拉控制应力、采用低松弛钢绞线、加强锚固措施 、采用后张法施工等。同时，在设计和施工过程中，应对预 应力损失进行充分估计和合理控制。
02
材料与构件特性分析
高性能混凝土材料特性
高强度
高性能混凝土具有较高的抗压 、抗拉和抗折强度，能够满足 大跨度、重载等复杂结构的需
验收程序
预应力混凝土
引言概述：预应力混凝土是一种应用预先施加的应力在混凝土内部进行抵抗外部荷载的结构材料，具有很高的强度和耐久性。
本文将详细介绍预应力混凝土的概念、优势、施工原理、设计方法和应用领域。
正文内容：一、预应力混凝土的概念和原理1.预应力混凝土的定义2.预应力混凝土的原理a.预应力的概念和作用原理b.预应力混凝土的应力来源和传递途径二、预应力混凝土的优势1.强度和耐久性a.预应力混凝土的高强度b.预应力混凝土的抗裂性能c.预应力混凝土的耐久性2.施工效率和经济性a.预应力混凝土的施工工艺b.预应力混凝土的施工速度c.预应力混凝土的经济性三、预应力混凝土的施工原理1.预应力钢筋的布置和固定a.预应力钢筋的种类和性能要求b.预应力钢筋的布置原则和方法c.预应力钢筋的固定方式和要求2.预应力配筋的施工a.预应力配筋的材料和配筋要求b.预应力配筋的安装和固定工艺c.预应力配筋的质量控制四、预应力混凝土的设计方法1.预应力混凝土的设计原则a.预应力混凝土的设计目标和要求b.预应力混凝土的设计参数和计算方法2.预应力混凝土的设计步骤a.预应力混凝土的受力分析和设计荷载b.预应力混凝土的截面选择和计算c.预应力混凝土的配筋设计和构造安排五、预应力混凝土的应用领域1.预应力混凝土在桥梁工程中的应用a.预应力桥梁的结构形式和特点b.预应力桥梁的施工和设计技术2.预应力混凝土在大型建筑中的应用a.预应力混凝土结构的优势和适用性b.预应力混凝土结构的设计和施工要点3.预应力混凝土在水利工程中的应用a.预应力混凝土在堤坝工程中的应用b.预应力混凝土在水闸工程中的应用总结：预应力混凝土作为一种具有强度高、耐久性好等优点的结构材料，在桥梁、建筑和水利工程等领域有着广泛的应用。
通过合理的设计和施工，可以充分发挥预应力混凝土的优势，提高工程的安全性和经济性。
随着科技的进步和经验的积累，预应力混凝土的应用前景将会更加广阔。
预应力混凝土是什么意思
预应力混凝土是什么意思预应力混凝土是什么意思一、引言预应力混凝土是一种特殊的混凝土结构材料，通过施加预先设计的预应力来提高混凝土的承载能力和耐久性。
它在建筑和结构工程中被广泛使用，具有较高的抗弯、抗剪、抗压性能，以及良好的耐久性和变形性能。
本文将详细介绍预应力混凝土的定义、组成、施工方法、优点和应用领域。
二、定义预应力混凝土是指在混凝土浇筑之前，通过施加预先设计的压应力，将钢筋或钢束（也称为预应力筋或预应力钢）紧密嵌入混凝土中的一种结构材料。
预应力混凝土能够抵抗外部荷载的作用，从而减小混凝土的应力和变形，提高混凝土结构的承载能力和耐久性。
三、组成预应力混凝土由混凝土和预应力钢组成。
混凝土是由水泥、砂、骨料和适量的掺合材料按一定比例混合而成的胶凝材料。
预应力钢一般采用高强度钢材，在混凝土浇筑之前通过张拉或预应力设备施加预应力。
四、施工方法（一）预应力钢的张拉1. 预应力钢在混凝土浇筑之前通过张拉设备施加预应力。
2. 预应力钢的张拉应根据设计要求施加预定的张拉力，并进行相应的调整和锚固。
（二）混凝土浇筑1. 预应力钢张拉完成后，进行混凝土的浇筑。
2. 混凝土浇筑要均匀、充实，确保预应力钢紧密嵌入混凝土中。
（三）养护1. 混凝土浇筑完成后要进行养护，以提高混凝土的强度和耐久性。
2. 养护时间根据混凝土强度等因素进行设计，一般为28天。
五、优点（一）提高承载能力预应力混凝土通过施加预应力，能够有效抵抗混凝土的应力和变形，从而提高混凝土结构的承载能力。
（二）延长使用寿命预应力混凝土具有较好的耐久性，能够抵抗氯离子渗透、碳化、冻融损伤等，延长混凝土结构的使用寿命。
（三）降低变形预应力混凝土能够减小混凝土的应力和变形，降低混凝土结构的沉降和裂缝的发生。
（四）提高施工效率预应力混凝土的施工过程相对简单，能够提高施工效率，缩短工期。
六、应用领域预应力混凝土广泛应用于大跨度桥梁、高层建筑、水利工程、核电站等重要工程中。
预应力混凝土的定义
预应力混凝土的定义预应力混凝土的定义预应力混凝土是指在混凝土中通过施加预先设定的预应力，以提高其抗弯、抗剪及耐久性能的一种建筑材料。
预应力混凝土由预应力钢筋和混凝土组成，通过将预应力钢筋施加张力，使其产生预先设定的预应力，从而达到提高混凝土的承载能力和使用性能的目的。
1. 钢筋和混凝土的选择预应力混凝土中使用的预应力钢筋应具有良好的抗拉强度和弹性模量，常用的材料包括预应力钢丝、钢股、钢束等。
混凝土的强度、水胶比、骨料的选择以及配合比的合理性都对预应力混凝土的性能产生重要影响。
2. 预应力的施加方法预应力可以通过两种主要的施加方法来实现：预应力张拉法和压力预应力法。
预应力张拉法的步骤包括钢筋的张拉、锚固以及张拉后的混凝土灌注。
压力预应力法则是在混凝土浇注前将钢筋置于预应力状态，然后进行浇注。
3. 预应力混凝土的优点预应力混凝土相比传统钢筋混凝土具有许多优点。
首先，预应力混凝土的承载能力更高，可以减小结构跨度，提高设计灵活性。
其次，预应力混凝土的抗裂性能更好，可以有效减少裂缝的产生和扩展。
此外，预应力混凝土的耐久性能更佳，可以延长结构的使用寿命。
4. 预应力混凝土的应用领域预应力混凝土广泛应用于桥梁、楼板、水坝、塔楼等各类工程中。
在大跨度桥梁中，预应力混凝土可以有效减轻结构自重，提高结构的稳定性和抗震性能。
在高层建筑中，预应力混凝土可以增大楼板的跨度，减少柱子数量，提高空间的利用率。
5. 相关附件本涉及的附件如下：- 图纸：包括施工图、结构图等相关图纸。
- 技术规范：包括预应力混凝土施工技术规范、验收标准等。
6. 法律名词及注释-《建筑法》：指中华人民共和国《中华人民共和国房地产法》。
-《结构设计规范》：指中华人民共和国建设部颁布的《建筑结构工程设计规范》。
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
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第10章预应力混凝土构件
一、预应力混凝土的基本概念及相关知识
（一）什么是预加应力及预应力混凝土
1．预加应力：在结构使用之前，对其预先施加一个与其使用时产生的应力方向相反的应力。
2．预应力混凝土：在混凝土构件使用之前，对受拉区混凝土预先施加压应力的混凝土。
普通钢筋混凝土构件，受拉区混凝土和受拉钢筋同时受拉，而预应力混凝土构件可以认为是钢筋超前受拉，混凝土滞后受拉的混凝土构件。
（二）、施加预应力的方法
1．先张法 —— 先张拉钢筋，后浇灌混凝土，待混凝土达到一定的强度（一般达到强度的70%），放松张拉钢筋。
特点：靠钢筋和混凝土之间的粘结力传递预应力。
优点：不需锚具，工艺简单。
缺点：需要固定的台座，台座一般造价高。
先张法适用于工厂化大批量生产预制构件。
2、后张法 ——先浇灌混凝土，并在构件中预留钢筋孔道，待混凝土达到一定的强度（一般达到强度的70%以上），从孔
道穿入预应力钢筋，并进行张拉，而后用锚具在构件两端将钢筋锚固。
特点：主要靠构件两端的锚具传递预应力。
优点：不需要张拉台座。
缺点：需要的锚具多，费用高，且需预留孔道，施工麻烦。
后张法不仅适用于工厂化生产预制构件，而且适用于现场施工。
此外，还有采用膨胀混凝土的自应力法及电热法等。
（三）、预应力混凝土的分类
1、预应力的传递方式分
（1）有粘结预应力混凝土
（2）无粘结预应力混凝土
2、根据预应力大小对构件截面裂缝控制程度分
（1）全预应力混凝土—— 构件在使用荷载作用下，截面上混凝土不出现拉应力；
（2）部分预应力混凝土——构件在使用荷载作用下截面上混凝土允许出现裂缝，但裂缝宽度不超过允许值；
限值预应力混凝土——构件在使用荷载作用下截面上混凝土可以出现拉应力，但拉应力一般不超过混凝土的抗拉强度，一般要求混凝土不出现裂缝。
（四）、锚具和夹具
用于固定预应力钢筋的模具，可以重复使用的称为夹具，不能重复使用的称为锚具。
锚具和夹具类型（略）
移、构造简单、方便使用、价格低。
（五）、预应力混凝土的优缺点及应用情况
1．为什么要采用预应力混凝土（优点）
（1）提高构件的抗裂性，可使钢筋混凝土构件无裂缝；
（2）推迟裂缝出现，减小裂缝宽度；
（3）提高构件的刚度，减小变形；
（4）减小截面尺寸，减轻构件自重，节省混凝土，可以取得较好的经济和使用效果。
（5）可以充分利用高强材料；
（6）使混凝土结构用于大跨度结构，扩大了混凝土结构的应用范围。
2、缺点：
工艺比较复杂，对施工技术水平要求高，需要较多的机具、设备，锚具、高强钢筋等成本较高。
3、应用：
（1）对裂缝控制严格的结构；
（2）大跨度结构或受力很大的结构，例如桥梁、大跨度民用建筑、公共建筑等。
（六）、预应力混凝土材料
1、混凝土：高强、快硬、早强，收缩、徐变小；混凝土等级一般不低于C40。
2、钢筋：高强、塑性及韧性好。
一般采用高强钢筋或高强钢丝或钢绞线；
σ
（七）张拉控制应力con
1、什么是张拉控制应力？张拉预应力钢筋时所控制达到的最大应力。
2、张拉控制应力取值原则：一般取值高预应力效果好，但也不宜过高。
3、张拉控制应力取值考虑的因素：
（1）施加预应力的方法：先张法张拉控制应力应高于后张法；
（2）塑性较差的高强钢筋张拉控制应力应低些
（八）预应力损失
有效应力=张拉控制应力-预应力损失。
σ；（先、后
1、锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失1l
张法）
减少预应力损失措施：采用变形小的锚具，少用垫板；采用长台座。
σ（后
2、预应力钢筋与孔壁之间摩擦引起的预应力损失2l
张法）；如仅指摩擦引起的预应力损失，则先、后张法都有。
减少损失的措施：采用两端张拉和超张拉。
σ；（先张法）
3、温差引起的预应力损失3l
减少温差损失的措施：采用两次升温养护、在钢模板上张拉钢筋。
4、钢筋应力松弛引起的预应力损失4lσ；（先、后张法）
σ减少钢筋松弛损失的措施：超张拉，使张拉应力为1.1con
σ。
左右，卸荷后再张拉至con
5、混凝土收缩徐变引起的预应力损失5l σ、5l σ′；（先、后张法）
减少收缩徐变损失的措施：采取措施减少混凝土收缩徐变。
6、混凝土局部挤压引起的预应力损失6l σ。
（后张法）减少损失措施：构件直径越小，预应力损失越大《规范》规定，直径不同的构件预应力损失取不同值。
各种预应力损失都有公式计算（计算公式自看）
（九）预应力损失的组合（分批）和预应力总损失的取值
1、预应力损失的组合（分批）
为了便于分析和计算，将预应力损失分为两批。
混凝土预压前预应力损失为第一批（用Ιl σ表示），混凝土预压后预应
力损失为第二批（用ΙΙl σ表示）。
预应力损失组合先张法构件
后张法构件第一批（Ιl σ）
4
31l l l σ
σσ++21l l σσ+第二批（ΙΙl σ）
5
l σ6
54l l l σσσ++2、预应力总损失l σ的取值先张法构件：100N/mm 2；后张法构件：80N/mm 2。
(十)、先张法预应力传递长度及后张法局部受压计算
1、先张法预应力钢筋的预应力传递长度
研究粘结应力的分布和tr l的计算，目的在于说明在tr l范围内钢筋建立起的拉应力比较小，混凝土得到的压应力也比较小，在进行承载力计算、正常使用极限状态计算时，应考虑构件端部这一情况。
2、后张法构件混凝土局部受压计算
为什么要进行局部受压计算？
混凝土局部受压计算略。