预应力混凝土构件设计
钢筋混凝土构件预应力设计规程
钢筋混凝土构件预应力设计规程一、前言本文主要介绍钢筋混凝土构件预应力设计规程，包括预应力设计的基本原理、预应力设计的计算方法、预应力设计的施工工艺及验收规程等内容。
二、预应力设计的基本原理预应力设计是通过在混凝土中施加预应力，使混凝土的受力状态发生改变，从而改善混凝土的力学性能，提高混凝土的承载能力和抗震性能。
预应力设计的基本原理是利用钢筋的高强度和混凝土的高强度，通过施加预应力，使构件在荷载作用下不发生裂缝，从而提高构件的承载能力和抗震性能。
三、预应力设计的计算方法1.预应力设计的计算(1)确定预应力的作用方向和大小预应力的作用方向应与荷载的主要方向垂直，预应力的大小应根据设计荷载和混凝土的强度等参数进行计算。
(2)确定预应力的施加位置和方式预应力的施加位置应根据结构的受力特点和荷载的分布情况进行确定，预应力的施加方式应根据构件的形状和尺寸进行选择。
(3)计算混凝土的受力状态和预应力的损失根据预应力的施加位置和方式，计算混凝土的受力状态和预应力的损失，确定预应力的大小和施加位置。
2.预应力设计的验算(1)验算预应力的大小和分布根据预应力设计的计算结果，验算预应力的大小和分布是否符合设计要求。
(2)验算混凝土的受力状态和裂缝控制根据混凝土的受力状态和裂缝控制要求，验算混凝土的受力状态和裂缝控制是否符合设计要求。
(3)验算预应力的损失根据预应力的损失和构件的变形情况，验算预应力的损失是否符合设计要求。
四、预应力设计的施工工艺1.预应力钢束的安装(1)确定预应力钢束的安装位置和方式根据预应力设计的计算结果，确定预应力钢束的安装位置和方式。
(2)安装预应力钢束将预应力钢束安装到构件内，通过张拉机进行张拉，使预应力钢束产生预应力。
2.混凝土的浇注和养护(1)混凝土的浇注在预应力钢束张拉之前，先浇注一部分混凝土。
(2)混凝土的养护混凝土浇注后，要进行充分的养护，以保证混凝土的强度和耐久性。
五、预应力设计的验收规程1.预应力设计的验收标准(1)预应力的大小和分布应符合设计要求。
预应力混凝土构件计算混凝土结构设计原
特殊环境下的预应力混凝土结构设计还需要考虑结构的维护和检修，以确保结构的 安全性和稳定性。
THANKS
感谢观看
注意事项
在计算预应力混凝土构件的稳定性时，需要考虑构件的支撑情况、长细比和偏 心距等因素的影响。同时，还需要根据具体情况进行相应的稳定性分析和设计 。
03
CATALOGUE
混凝土结构设计的基本原则
结构设计的安全性原则
结构应能承受正常施工和正常使用时 可能出现的各种作用和环境影响，且 在偶然事件发生时和发生后仍能保持 必需的整体稳定性。
注意事项
在计算预应力混凝土受拉构件时，需要考虑混凝土的抗拉能 力、预应力筋的张拉和锚固情况，以及构件的稳定性等因素 。
预应力混凝土构件的稳定性计算
计算公式
预应力混凝土构件的稳定性计算公式为：$sigma = frac{M}{A_{s}}$，其中 $sigma$为压应力，$M$为弯矩，$A_{s}$为截面面积。
要点二
详细描述
由于预应力混凝土具有较高的承载能力和抗裂性能，因此 被广泛应用于各种建筑领域，如桥梁、高层建筑、工业厂 房等。在桥梁工程中，预应力混凝土能够提高梁的承载能 力和跨越能力；在高层建筑中，预应力混凝土能够提高建 筑的抗震性能和稳定性；在工业厂房中，预应力混凝土能 够提高厂房的承载能力和耐久性。
面有效高度，$f_{pk}$为预应力筋的抗拉强度，$W_{p}$为预应力筋的截面面积。
注意事项
在计算预应力混凝土受弯构件时，需要考虑混凝土的收缩和徐变的影响，以及预应力筋 的松弛和锚固损失等因素。
预应力混凝土受压构件的计算
计算公式
预应力混凝土受压构件的承载力计算公 式为：$N = frac{f_{ck} times A_{ck} + f_{pk} times A_{p}}{A_{ck}}$，其中$N$ 为轴向压力，$f_{ck}$为混凝土抗压强度 ，$A_{ck}$为混凝土截面面积，$f_{pk}$ 为预应力筋的抗拉强度，$A_{p}$为预应 力筋的截面面积。
混凝土结构设计原理第13章预应力混凝土结构受弯构件的设计与计算
con
R1
f1
p2 f2
Np
计算截面
x
d dP1
dF1 dP1 Nd
N
R1
N dN1
dF1
d / 2
d / 2 dl
(2)管道偏差引起的摩擦力
dP2 p2 dl N dl R2
13.2.2 斜截面承载力计算
斜截面抗剪承载力计算
0Vd Vcs V pb
斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值
Vcs 1 2 3 ( 0.45 10 3 )bh0 ( 2 0.6 p ) f cu,k sv f sv
预应力弯起钢筋的抗剪承载力设计值。
安装、运输阶段 构件仍受预加力和一期恒载的作用，但应注意： 预应力损失继续增加。 一期恒载应计入动力系数。 构件在运输及安装过程中，受力模式可能 发生改变，应根据实际施工情况进行验算。
使用阶段
预加力的合力 N p ( 偏心压力）
受力情况
一期恒载 G1
二期恒载 G2
车辆、人群等活载 Q
Ap
( pa f pd Ep c p ) f pd p0
Ap
先张法构件：
l l4 p0 con
后张法构件：
l p0 con Ep pc
计算简图
As
减小σ l1的措施：
采用两端张拉，减小θ 值及管道的长度x值。
T形截面受弯构件
x
As
Ap
判断T形截面类型 截面复核
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。
预应力混凝土受弯构件的设计和计算
A
C
SV
ASV .C / SS
代入上式可得到最不利水平投影长度C的表达式为
0Vd f pd Apb sin p
f sv Asv sv
水平投影长度C确定后，尚应确定受压区合力作用点的位 臵O，以便确定各力臂的长度。由斜截面的受力平衡条件，可 得到
f pd Apb cos p f sd As f pd Ap fcd Ac
x
fcd Ac
O
Vc
fpd A
fsd As
fsv Asv
fpd Ap
pb
p
Zsv C
Z pb
Zp Zs
预应力混凝土结构
计算斜截面抗弯承载力时，其最不利斜截面的位 臵，需选在预应力钢筋数量变少、箍筋截面与间距 的变化处，以及构件混凝土截面腹板厚度的变化处 等进行。但其斜截面的水平投影长度C，仍需自下而
破坏阶段
出现裂缝，带裂缝工作
拉区开裂
直线
混凝土应力(拉、压） 几乎全截面受压 梁的上缘可能有拉 应力 有效预应力较大
出现转折点
下缘由压应力-拉应力开裂，上缘压应力逐渐 变大
接近水平线
下缘开裂退出工作， 上缘混凝土压碎
预应力钢筋应力
拉应力增加
受拉屈服
与设计计算的联系
施工阶段应力控制 的依据
正常使用计算 的依据
a
h0 h
x
预应力混凝土结构
4、适用条件：（P250页）
受压区高度x应满足《公路桥规》的规定：
x b h0
当受压区预应力钢筋受压时，应满足：
x 2a '
当受压区预应力钢筋受拉时，应满足：
x 2as'
5.3预应力混凝土构件设计的一般规定
• 定义：张拉预应力钢筋时预应力钢筋必须达到的拉应力控制值。 • 控制应力越大，建立的预应力值越大，抗裂性越好。 • 控制应力过大，预应力钢筋处于过高的应力状态，破坏前没有 预兆，甚至会出现某些钢筋接近或达到屈服阶段。 • 控制应力过低，预应力值小，达不到效果。
预应力损失
• 由于张拉工艺和材料本身的性能等因素，预应力钢筋中的拉应力 值会逐渐降低，这种现象称为预应力损失。 • 预应力损失分类：六类 • 预应力损失组合：第一批和第二批预应力损失 • 先张法和后张法的预应力损失不同
（砼预压之前）
第二批 （砼预压后）
σl5 ＋σl4
后张法 σl1 ＋σl2
σl4 ＋σl5 ＋σl6
预应力损失值的组合
• 按照预应力产生的时间不同，分类 • 混凝土预压结束之前产生的预应力损失称为第一批预应力损失σlⅠ ， 反之，称为第二批预应力损失σlП • 最小预应力损失值：
先张法：100Байду номын сангаас/mm2 后张法：80N/mm2
预应力损失组合表
预应力损失组合
先张法
第一批
σl1 ＋σl3 ＋σl4
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.预应力混凝土的优、缺点
优点： a. 提高构件的抗裂能力。
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。
缺点：成本高，材料质量要求高，工序复杂，技术 水平要求高。
…9－3
rc –––曲线的曲率半径； , k –––预应力筋与孔道壁之间的摩擦系数及局 部
x –––张偏拉差端的至摩计擦算系截数面；的距离 x lf；
l –––张拉端至锚固端距离。
21
2. 预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失l2
σl2
σ
con
1
1 e kx μθ
…9－4
x ––– 从张拉端至计算截面的孔道长度（m ）， 可用投影长度；
艺相结合。
非预应力钢筋
11
9.1.4预应力混凝土构件的锚、夹具
锚、夹具：用于固定钢筋 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。
12
预应力混凝土构件设计
1
本章重点
➢ 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
2
§9.1 预应力混凝土的基本知识
9.1.1 一般概念
1. 预应力混凝土的基本原理
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HPB235级钢筋。
14
§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
一级：严格不裂 ➢裂缝控制验算 二级：一般不裂
8
9.1.3预应力的建立方法
1.先张法
①张拉钢筋
②浇注混凝土
③剪断钢筋
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
9
2.后张法
①浇注混凝土 ②穿钢筋、张拉、锚固
③灌浆
浇混凝土，预留孔道 达到强度，穿筋 张拉 钢筋，锚固 产生预应力 孔道灌浆
10
❖ 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
16
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。
17
张拉控制应力限值
钢筋种类
张拉方法 先张法 后张法
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
4
日常生活中有许多应用预应力的例子。
5
2.预应力混凝土构件的受力特征 ➢ 提高了构件的抗裂性； ➢ 预应力的大小可根据需要调整。 ➢ 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)。 ➢ 施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响。
抗裂度验算
三级：允许开裂——裂缝宽度验算
15
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。
(a) 张拉端 (b) 分散式固定端 (c) 集中式固定端 镦头锚具
常
见
的
几
种
锚
(a) JM12型锚具
具
锥塞式锚具
QM
XM
(b) XM型与QM型锚具夹片
(c) QM型单孔锚具
(d) QM型多孔锚具
夹片式锚具
13
9.1.5预应力混凝土构件的材料
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。
––– 从张拉端至计算截面曲线孔道长度的夹
角，rad。
当（ + kx ）0.2时， l2 = con(kx + )
22
3. 受张拉的钢筋与承受拉力的设备之间温差引起的预
应力损失l3
加热养护：此时混凝土未硬结，钢筋自由伸长，而台 座不动。钢筋松了––– 产生温差损失。
t st 通常 1.0105 /C
l3 st Es 2.0105 1.0105 t 2t …9－5
7
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 预应力筋与周围的混凝土粘结、握裹在一起——有粘结
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
久、 刚度和抗疲劳性。
➢ 难以利用高强度钢筋。与wmax对应的s = 200N/mm2
。 而高强钢丝强度可达1600N/mm2以上 。
3
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
最终有效预应力：
pe = con–l
19
1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失l1
直线：
l1
a l
Es
…9－1
曲线：
σl1
2σ l con f
μ rc
k
1
x lf
…9－2
20
式中： a–––张拉端锚具变形和钢筋回缩量；
lf –––反向摩擦影响长度（m） ；
aE
l
c
f 1000 con rc k
消除应力钢丝、钢绞线 热处理钢筋
0.75 fptk 0.75fptk 0.70 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。
18
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 的计算和组合。