预应力混凝土结构的受力性能 混凝土结构基本原理
简要说明预应力混凝土结构的基本原理
简要说明预应力混凝土结构的基本原理
预应力混凝土结构是指在混凝土结构进行加工之前，先在混凝土结构中对其进行张拉，使得混凝土结构内部产生一定的应力，这种内部应力在混凝土混凝土结构受到外部的压力时，可以使受压的元素的抗压性能得到提高。
预应力混凝土结构具有轻量化、强度和抗震等优点，因此被广泛应用于大桥、高层建筑、水利水电和其他重要的土木工程中，以满足大范围的地震等抗震要求。
预应力混凝土结构的基本原理是，先在混凝土结构中施加钢筋张拉，利用外部预加的张力，使混凝土结构中的应力发生变化，形成斜率，使混凝土结构内的应力尽可能地相同，以获得最佳的抗压性能。
当混凝土结构受到外部的压力时，先前引起的张力便可抵消部分或全部外力所产生的作用，从而降低受力元件中应力的大小。
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预应力混凝土结构设计基本原理
预应力混凝土结构设计基本原理范本一：预应力混凝土结构设计基本原理一、引言预应力混凝土结构是一种使用预先施加的压应力来抵消混凝土的弯曲和剪切应力的结构体系。
本章将介绍预应力混凝土结构设计的基本原理。
二、预应力混凝土基本概念1. 预应力混凝土的定义2. 预应力混凝土的分类3. 预应力混凝土的优点和应用领域三、预应力混凝土的应力分析1. 应力分析方法1.1 弯矩平衡法1.2 应变等效剪切力法1.3 弹性力法2. 预应力损失2.1 初始应力损失2.2 次序应力损失2.3 长期应力损失四、预应力混凝土结构的设计步骤1. 结构抗力计算1.1 预应力体系的选择1.2 荷载计算1.3 预应力设计的基本原理2. 预应力损失计算2.1 初始应力损失计算2.2 次序应力损失计算2.3 长期应力损失计算3. 锚固长度计算4. 变截面结构的预应力设计5. 预应力混凝土构件的详细设计五、结构施工与监测1. 预应力混凝土的施工工艺1.1 预应力钢筋的加工和安装1.2 预应力混凝土的浇筑与养护2. 结构监测与维护附件：1. 相关计算表格和图纸法律名词及注释：1. 预应力混凝土结构设计规范- 注释1：该规范是我国对预应力混凝土结构设计的法律规定文件。
2. 建筑法- 注释2：建筑法是我国对建筑行业的法律法规，包括建筑设计、施工、验收等方面的规定。
范本二：预应力混凝土结构设计基本原理一、前言预应力混凝土结构设计是一门重要的工程学科。
本文档将详细介绍预应力混凝土结构设计的基本原理与相关内容。
二、预应力混凝土的概念及分类1. 预应力混凝土的定义2. 预应力混凝土的分类2.1 按施加预应力的方式分类2.2 按预应力的工作特性分类2.3 按构件形状分类三、预应力混凝土结构设计的应力分析方法1. 预应力混凝土结构的应力平衡理论1.1 弯矩平衡法1.2 剪力平衡法1.3 应变平衡法2. 梁的应力分析方法2.1 材料的力学特性2.2 杆件的应力计算方法四、预应力损失与设计步骤1. 初始应力损失1.1 钢束的初始应力损失1.2 混凝土的初始应力损失2. 次序应力损失2.1 钢束预应力损失2.2 混凝土弯矩次序应力损失3. 长期应力损失3.1 混凝土的收缩和蠕变3.2 温度变形引起的长期应力损失4. 设计步骤4.1 结构抗力计算4.2 预应力损失计算4.3 锚固长度计算4.4 施工工序设计五、预应力混凝土结构的施工与监测1. 施工过程的要点1.1 钢束的张拉与锚固1.2 混凝土的浇筑与养护2. 结构的监测与维护附件：1. 相关设计计算表格和图纸法律名词及注释：1. 预应力混凝土结构设计规范- 注释1：该规范是国家对预应力混凝土结构设计进行法律约束的文件。
混凝土预应力结构设计原理
混凝土预应力结构设计原理混凝土预应力结构是一种高效的结构体系，它利用钢筋或钢缆的预应力作用来抵抗结构所受的荷载，以提高结构的承载能力和稳定性。
在实际应用中，混凝土预应力结构的设计原理是非常重要的，它涉及到结构的安全性、经济性和施工难度等方面。
本文将详细介绍混凝土预应力结构的设计原理及其应用。
一、混凝土预应力结构的基本原理混凝土预应力结构是通过在混凝土中加入钢筋或钢缆进行预应力，使得混凝土在荷载作用下不仅能够承受压力，还能够承受张力。
这种结构体系可以将混凝土的抗压性能和钢筋或钢缆的抗拉性能发挥到极致，从而提高结构的承载能力和稳定性。
在混凝土预应力结构中，预应力的作用是通过预应力钢筋或钢缆的张力传递到混凝土中，从而形成一定的预应力应力状态。
这种预应力应力状态可以抵消结构所受的荷载，从而使得结构得到加强，同时还可以减小混凝土的变形和裂缝，提高结构的耐久性和使用寿命。
二、混凝土预应力结构的设计原理混凝土预应力结构的设计原理主要包括预应力计算、截面设计、斜拉索设计和锚固系统设计等方面。
1.预应力计算预应力计算是混凝土预应力结构设计的关键环节，它直接影响到结构的安全性和经济性。
预应力计算需要考虑到结构的荷载、材料性能、结构形式和施工工艺等因素，以确定预应力的大小和分布方式。
预应力计算需要分为静载荷和动载荷两种情况进行考虑。
在静载荷情况下，预应力的大小应该能够抵消结构所受的全部荷载，并且保证结构的稳定性。
在动载荷情况下，预应力的大小应该能够抵消结构所受的最大荷载，并且保证结构的稳定性。
2.截面设计截面设计是混凝土预应力结构设计的重要环节，它直接影响到结构的承载能力和变形性能。
截面设计需要考虑到混凝土的受压区和预应力钢筋或钢缆的受拉区，以确定结构的截面形状、尺寸和钢筋或钢缆的分布方式。
在截面设计中，需要根据结构的受力状态，确定混凝土受压区的面积和位置，并确定预应力钢筋或钢缆的受拉区位置和数量。
同时还需要考虑到混凝土和预应力钢筋或钢缆的材料性能，以保证结构的稳定性和安全性。
预应力混凝土结构设计原理
预应力混凝土结构设计原理一、概述预应力混凝土结构是一种利用预应力技术来改善混凝土结构抗拉承载能力的结构形式。
它通过在混凝土中加入预应力钢筋，使混凝土受到压应力，并使其内部的抗拉应力得到补偿，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
预应力混凝土结构因其高强度、高刚度和耐久性等特点，被广泛应用于桥梁、高层建筑、厂房等建筑工程中。
本文将详细介绍预应力混凝土结构的设计原理。
二、预应力混凝土结构的基本原理预应力混凝土结构的基本原理是利用预应力钢筋对混凝土施加拉应力，使混凝土中的抗拉应力得到补偿，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
预应力钢筋的拉应力是通过张拉预应力钢筋产生的，张拉预应力钢筋时，需要对其施加足够的拉力，使其达到规定的拉应力值。
当混凝土固结后，预应力钢筋释放的拉应力会被混凝土吸收，从而使混凝土产生压应力，达到预应力状态。
预应力混凝土结构的设计原理就是通过合理的预应力钢筋布置及张拉方式，使混凝土受到预应力的作用，从而提高混凝土的抗拉承载能力。
三、预应力混凝土结构的优点预应力混凝土结构具有以下优点：1、高强度：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地补偿混凝土中的抗拉应力，从而提高混凝土的抗拉承载能力，使结构的承载能力得到提高。
2、高刚度：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地提高结构的刚度，使结构的变形能力降低，从而提高结构的稳定性。
3、耐久性：预应力混凝土结构中的预应力钢筋能够有效地延长结构的使用寿命，使结构的耐久性得到提高。
四、预应力混凝土结构的设计方法1、确定结构的荷载：根据结构的使用要求，确定结构所受的荷载类型及大小。
2、确定结构的几何尺寸：根据结构的使用要求，确定结构的几何尺寸，包括结构的跨度、高度、截面形状等参数。
3、确定混凝土强度等级：根据结构的使用要求及荷载大小，选择适当的混凝土强度等级。
4、确定预应力钢筋：根据结构所受的荷载及设计要求，确定预应力钢筋的截面积、数量及布置方式。
5、确定预应力钢筋的张拉方式：根据结构的几何形状及预应力钢筋的布置方式，确定预应力钢筋的张拉方式，包括单向张拉、双向张拉等方式。
预应力混凝土结构的受力性能-混凝土结构基本原理
pcI
混凝土应力： cpI
( con
lI ) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的受力分析
施工阶段——完成第二批损失
Ep Ep Ec
预应力筋应力： peII con lI lII Ep pcII
pcII( A Ap ) ( con lI lII Ep pcII) Ap
0
1.1con停2分钟
0.85con停2分钟
锚固端
锚固端
con
五、预应力损失值
3. 锚具变形和预应力筋回缩损失l1
由于锚具、垫块本身的变形， 其间裂缝的压紧及钢筋在锚具 中的滑移引起的损失
l1
a l
Ep
张拉端锚具的变形 和钢筋的内缩值， 见教材表10-2
预应力筋的弹性 模量
张拉端至锚固端 之间的距离
*直接张拉法：用千斤顶等机械工具 直接张拉预应力筋 *电热法：低电压强电流通过预应力 筋使其发热伸长，达设计要求时断 电 *连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池 壁上
*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土 中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力
混凝土中的有效预压应力
pcII
混凝土应力： pcII
( con
lI lII) Ap
A0
A0 A ( Ep 1) Ap
七、轴心受拉构件的分析
1. 先张法构件各阶段的受力分析
加载阶段——加载至混凝土中的应力为0
p con lI lII Ep pcII
Nt0
预应力筋应力： p con lI lII
预应力混凝土的原理及应用
预应力混凝土的原理及应用一、预应力混凝土的定义预应力混凝土是指在混凝土中预先施加一定的拉应力，以使混凝土在自身重量、外部荷载和温度变化等因素作用下，不产生或者减少裂缝的混凝土结构。
二、预应力混凝土的原理1. 原理概述预应力混凝土是利用钢筋的高强度和混凝土的高强度相结合，构成能够承受较大荷载的结构体系。
它通过在混凝土中施加拉应力，使混凝土的内部受到压力，从而增加混凝土的强度和刚度，进而提高结构的承载能力和抗裂性能。
2. 预应力混凝土的强度来源（1）混凝土的自身强度：在预应力混凝土中，混凝土的强度是起到主要作用的因素。
混凝土的主要成分是水泥、砂、石子等，这些成分通过固结反应形成一种强硬的物质，具有一定的强度和刚度。
（2）预应力钢筋的强度：在预应力混凝土中，钢筋是起到支撑和传递拉应力的作用，它的强度和抗拉性能是很重要的因素。
（3）混凝土和钢筋的协同作用：在预应力混凝土中，混凝土和钢筋之间的相互作用是非常关键的。
在外部荷载作用下，钢筋通过拉应力将混凝土内部压紧，从而增加混凝土的强度和刚度。
3. 预应力混凝土的施工方法（1）预应力混凝土的施工分为两种：预张和后张。
预张是在混凝土浇筑之前，先在钢筋上施加拉应力，然后再浇筑混凝土；后张是在混凝土浇筑后，再在钢筋上施加拉应力。
（2）预张施工方法：预张施工方法主要包括两种：单向张拉和双向张拉。
单向张拉是指在钢筋的一端施加拉应力，另一端固定；双向张拉是指在钢筋的两端同时施加拉应力。
（3）后张施工方法：后张施工方法主要包括两种：单层张拉和多层张拉。
单层张拉是指在混凝土浇筑完成后，钢筋的一端通过锚固件固定，然后在另一端施加拉应力。
多层张拉是指在混凝土浇筑完成后，先在钢筋的一端施加拉应力，然后在混凝土中开槽，将钢筋拉到另一端并施加拉应力。
三、预应力混凝土的应用1. 城市高层建筑预应力混凝土结构能够承受较大荷载，具有更高的抗震性能和抗风性能，因此在城市高层建筑中得到了广泛的应用。
预应力混凝土结构的基本原理
预应力混凝土结构的基本原理
预应力混凝土结构是一种比普通混凝土结构具有更高抗弯和抗拉能力的结构形式。
它的基本原理是在混凝土的施工过程中，事先施加预应力于混凝土构件中的钢筋或钢束，使混凝土构件在加载过程中能够充分发挥其受压性能，从而增强整个结构的稳定性和承载能力。
预应力混凝土结构的基本原理可以概括为以下几点：
1. 强化受拉区域：通过在混凝土构件的受拉区域内施加预应力，可以有效地强化混凝土的受拉能力。
在受拉区域施加预应力后，混凝土的受拉应力会得到部分抵消，从而延缓或防止混凝土受拉破坏。
2. 减小受压区域面积：预应力混凝土结构在受拉区域施加预应力后，会减小混凝土的受压区域面积，从而使受压应力得到均匀分布，降低混凝土在受压区域内可能产生的裂缝和破坏风险。
3. 控制混凝土变形：通过控制预应力的大小和分布方式，可以有效地控制混凝土结构的变形。
预应力混凝土结构在加载过程中，预应力杆或束会产生逆向弯矩，与混凝土的弯矩相抵消，从而降低整体结构的变形。
4. 提高结构的承载能力：通过在混凝土构件中施加预应力，可以增加结构的承载能力。
预应力混凝土结构能够在受到更大荷载下保持较小的变形，延缓或防止结构破坏，提高整体结构的抗震能力和抗风能力。
综上所述，预应力混凝土结构的基本原理包括强化受拉区域、减小受压区域面积、控制混凝土变形和提高结构的承载能力。
通过合理施加预应力，可以增强混凝土结构的整体性能，使其具有更高的抗弯和抗拉能力。
混凝土结构的预应力设计原理
混凝土结构的预应力设计原理一、预应力概述预应力是指在混凝土固化前，通过预先在构件中施加一定大小的拉应力，使得混凝土在自身重量和外载荷的作用下，能够承受更大的荷载和变形，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力技术广泛应用于各种大型的混凝土结构中，如桥梁、高层建筑、水利水电工程等。
二、预应力设计的基本原理预应力设计的基本原理是通过在混凝土中施加一定大小的预应力，使得混凝土在自身重量和外载荷的作用下，能够承受更大的荷载和变形，提高混凝土的承载能力和使用性能。
为了保证预应力构件的安全性和可靠性，预应力设计需要遵循以下几个基本原则：1、预应力设计应满足混凝土的强度要求，确保混凝土的强度能够承受预应力的作用；2、预应力设计应考虑混凝土的变形特性，确保预应力构件在荷载作用下能够保持稳定，不产生过度变形；3、预应力设计应考虑预应力钢筋材料的强度和粘结性能，确保预应力钢筋能够承受预应力作用，并与混凝土良好地粘结；4、预应力设计应考虑预应力构件的工作环境和使用要求，确保预应力构件能够满足使用要求。
三、预应力设计的方法预应力设计主要包括两种方法：预应力张拉法和预应力预制法。
1、预应力张拉法预应力张拉法是指在混凝土构件内设置预应力钢筋，通过张拉预应力钢筋，使混凝土受到拉应力，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力张拉法的具体步骤如下：（1）在混凝土构件内设置预应力钢筋，一般采用钢束或钢丝绳；（2）在混凝土固化前，通过张拉设备施加一定的拉应力，使得预应力钢筋受到拉应力；（3）在预应力钢筋达到设计拉应力后，将预应力钢筋固定在混凝土构件中；（4）混凝土固化后，预应力钢筋所施加的拉应力将被传递到混凝土中，提高混凝土的承载能力和使用性能。
2、预应力预制法预应力预制法是指在混凝土构件预制时，预先设置预应力钢筋，通过预应力钢筋的作用，提高混凝土的承载能力和使用性能。
预应力预制法的具体步骤如下：（1）在混凝土构件的预制模具中设置预应力钢筋，一般采用钢筋网或（2）在混凝土浇筑前，通过预应力张拉设备施加一定的拉应力，使得预应力钢筋受到拉应力；（3）混凝土浇筑后，预应力钢筋所施加的拉应力将被传递到混凝土中，提高混凝土的承载能力和使用性能。
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Pxd
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P Px e(kx)
P 张拉端
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
1
P Px P(1 e(kx) )
d
r
l2
con (1
1 e( kx )
)
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
考虑孔道每米长度 局部偏差的摩擦系 数，教材表10-3
预应力筋与孔道 壁间的摩擦系数， 教材表10-3
后期损失或第 二批损失
预应力损失值不宜笼统地估算，应予 分项计算，然后相加确定总的损失值
但各项预应力损失值又不是截然无关 的。试图求得各项预应力损失的“净 值”是很困难的。
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
后张法中，张拉钢筋时，
预应力筋在孔道中滑动， P
就会产生摩擦力
张拉端
主要由两部分组成
d
预应力筋轴线
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
*夹具：主要依靠摩擦力来夹住钢筋， *锚具：永久地留在构件上，如锚具 它不留在构件上，剪断预应力筋后 失效构件中的预应力将全部消失。 夹具的作用即消失
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
摩擦型锚具
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
墩头锚具
二、施加预应力的方法
d r
Px
dP1
Px-dP1
dx
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
P' Pxd
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
dP2 P' Pxd
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
d r
dP1 dx
Pxd
Px-dP1
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
采用两端张拉可以
减少l2
con 张拉端
con 张拉端
锚固端
con 张拉端
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2 con
张拉端
采用超张拉可以减
少l2
建议的张拉程序为
1.1con con 张拉端 0.85con
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
*孔道偏 差等因素 引起的
*曲线型 孔道而引 起的
d r
d r
Px
dP1
Px-dP1 Px
P
dx
dP2 dx
Px-dP2
五、预应力损失值
2. 管道摩擦损失l2
P 张拉端
dP1 kPxrd kPxdx
d
预应力筋轴线
Px
Px-dPx
x
dx
锚固端
负号表示dP1和Px 方向相反
三、预应力混凝土所用的材料
2. 混凝土
预应力混凝土构件
不宜低于C40 不应低于C30
四、张拉控制应力con的确定
1. con对结构的影响
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
con越大，混凝土
中的预压应力越 大，但过大会产 生如下问题
使构件出现脆性破坏 预应力筋过早进入流幅，降 低其塑性
增加钢筋的松弛损失
四、张拉控制应力con的确定
2. con的取值
Apcon
Apcon
Apcon
Apcon
钢丝、钢绞线 预应力螺纹钢筋
预应力钢丝、钢绞线极限抗 拉强度的0.4~0.75
预应力钢筋极限抗拉强度的 0.4~预应力钢筋屈服抗拉强度 0.85
五、预应力损失值
1. 预应力损失的种类
Apcon
Apcon Apcon
在构件中预留孔道 中穿预应力筋并张拉
锚固灌浆
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
有粘结预应力混凝土
先张法生产的预应力混凝土构件以及后 张法张拉预应力筋后在孔道中灌浆所生 产的预应力混凝土构件
特点
受力性能好，裂缝分布均匀，裂缝宽度较小
一、基本概念
3. 有粘结和无粘结预应力混凝土
无粘结预应力混凝土
2. 锚具和夹具
粘结型锚具：利用构件端部预留锥形自锚孔的后浇混凝土锚固预应
力筋
3铅丝线圈
8箍筋 6~ 8螺旋筋 灌浆口（灌浆锚固）
预应力筋
二、施加预应力的方法
2. 锚具和夹具
承压型锚具：利用螺帽、垫板等的承压作用将预应力筋锚固在端部
螺母
预应力筋
垫板
螺丝杆端
对焊接头
三、预应力混凝土所用的材料
后张法张拉预应力筋后不在孔道中灌浆 所生产的预应力混凝土构件
特点
造价低，便于以后再次张拉或更换预应力筋
一、基本概念
4. 全预应力和部分预应力
使用荷载下不出现 拉应力或裂缝
全预应力混凝土构件
使用荷载下允许混凝土 受拉区产生宽度不大的裂缝
部分预应力混凝土构件
二、施加预应力的方法
1. 张拉预应力筋的方法
一、基本概念
1. 预应力混凝土的特点
*提高刚度和抗裂度
*减轻结构自重
*提高梁的抗扭和抗剪承载力，
加载
加载
但不提高抗弯承载力
*提高梁的抗疲劳承载力保护钢 筋免受大气腐蚀
一、基本概念
2. 先张法和后张法
张拉预应力筋并在 台座上固定
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计 强度的70%以上时 剪断预应力筋
浇混凝土构件，并 在构件中预留孔道
*直接张拉法：用千斤顶等机械工具 直接张拉预应力筋 *电热法：低电压强电流通过预应力 筋使其发热伸长，达设计要求时断 电 *连续配筋法：用旋转工作台将预应力筋缠绕于混凝土块体上或水池 壁上
*自张法：用自应力水泥制成混凝土，结硬时混凝土膨胀带动混凝土 中的预应力筋一起伸长，在混凝土中产生压力
*直接加压法：用千斤顶直接在构件两端加力使其获得预压力
d
预应力筋轴线
P
张拉端
dPx dP1 dP2 kPxdx Pxd
Px
Px-dPxxdx锚固端Px dPx x
kdx
d
P Px
0
0
ln Px kx
P
d r
P' Px
dP2 dx
Px-dP2 Px
d r
dP1 dx
Px-dP1
P Px e(kx)
dP2+dP1 Px-dPx
d Px
Apcon
前期损失或第 一批损失
发生在预应力传 到混凝土之前
如锚具变形、管道摩擦、台 座与钢筋的温差、钢筋松弛 损失等
后期损失或第 二批损失
发生在预应力传 到混凝土之后
如混凝土收缩徐变、局部挤 压损失等
五、预应力损失值
1. 预应力损失的种类
Apcon
Apcon Apcon
Apcon
前期损失或第 一批损失
1. 预应力筋
要求 预应 力筋
注意
强度高；与混凝土间有足够的粘结力；良好的加 工性能和一定的塑性
冷拉钢筋、预应力螺纹钢筋、碳素钢丝、刻痕 钢丝、钢绞线、冷拔低碳钢丝
处于侵蚀介质中的预应力混凝土构件，不宜采用 碳素钢丝、刻痕钢丝、钢绞线等作为预应力筋
对直接承受动荷载的预应力混凝土构件，不得采 用有焊接接头的冷拉钢筋