第十章预应力混凝土构件详解

预应力混凝土构件预应力混凝土构件的研究与应用摘要：预应力混凝土构件作为一种先进的建筑材料，具有高强度、良好的耐久性和广泛的适用性。

本文主要介绍了预应力混凝土构件的原理、特点、分类及应用领域，分析了预应力混凝土构件在工程实践中的优势，并对预应力混凝土构件的发展前景进行了展望。

一、引言预应力混凝土构件是一种在混凝土硬化前施加预应力，使其在承受荷载时产生预压应力的混凝土构件。

预应力混凝土构件的出现，为建筑行业提供了一种新型、高性能的建筑材料，为工程设计和施工带来了极大的便利。

本文将从预应力混凝土构件的原理、特点、分类及应用领域等方面进行详细阐述。

二、预应力混凝土构件的原理与特点1.原理预应力混凝土构件的原理是在混凝土硬化前，通过施加预应力，使混凝土产生预压应力。

在承受荷载时，预压应力与荷载产生的拉应力相互抵消，从而提高混凝土构件的承载能力和抗裂性能。

2.特点（1）高强度：预应力混凝土构件通过预应力技术，使混凝土在承受荷载前产生预压应力，从而提高了混凝土的承载能力。

（2）良好的耐久性：预应力混凝土构件具有较好的抗裂性能，可以防止混凝土内部钢筋的锈蚀，提高构件的耐久性。

（3）广泛的适用性：预应力混凝土构件适用于各种建筑结构，如桥梁、高层建筑、大跨度空间结构等。

三、预应力混凝土构件的分类及应用领域1.分类预应力混凝土构件根据预应力施加方式的不同，可分为两大类：先张法预应力混凝土构件和后张法预应力混凝土构件。

（1）先张法预应力混凝土构件：在混凝土浇筑前，先对钢筋进行张拉，然后浇筑混凝土，待混凝土硬化后，放松钢筋，使混凝土产生预压应力。

（2）后张法预应力混凝土构件：在混凝土浇筑后，将钢筋穿过预留孔道，然后进行张拉，使混凝土产生预压应力。

2.应用领域（1）桥梁工程：预应力混凝土桥梁具有自重轻、承载能力高、施工速度快等优点，广泛应用于城市高架桥、高速公路、铁路桥梁等。

（2）高层建筑：预应力混凝土构件可以提高建筑物的抗震性能，降低结构自重，适用于高层建筑的基础、柱、梁等构件。

预应力混凝土构件预应力混凝土构件是指在施工前先在混凝土构件内部施加预应力，在混凝土的使用过程中产生的应力将部分或全部抵消这些预应力，使构件在使用过程中免受拉力，从而提高混凝土构件的抗拉性能。

预应力混凝土构件具有高强度、高刚度、轻型、耐久性高、施工周期短等显著优点，在现代建筑中得到广泛应用。

预应力混凝土构件的构造形式按照预应力混凝土构件的构造形式，可以分为两种：预应力混凝土无梁板预应力混凝土无梁板是一种大板式构件，具有承载能力强、刚度好等优点，其截面形式可以为矩形、T形、I形等。

预应力混凝土无梁板在现代建筑中应用广泛，主要用于超高层建筑、桥梁、隧道、机场场地、空中交换站等场所。

预应力混凝土梁预应力混凝土梁是一种长条形构件，其主要作用是承受荷载并将荷载传递到其他构件上，起到缩短跨度、延长跨度等作用。

预应力混凝土梁的截面形式多样，如矩形、T形、U形等。

预应力混凝土梁在现代建筑中也得到了广泛应用，如大型厂房、桥梁等。

预应力混凝土施工工艺预应力混凝土施工工艺主要包括以下几个步骤：1.预制各构件中的钢筋束钢筋束应按照设计要求制作，通常应将下层激励钢筋放置到模板上，再加上上层钢筋束，控制好所有钢筋束的间距和弦长。

2.将钢筋束张拉至预定预应力值在支座下张拉钢筋束，使其达到预定预应力值，张拉后测量应力比。

3.预制构件混凝土浇筑根据设计要求先将一定数量的混凝土浇入模板内，再放置好钢筋束，浇注混凝土，抹平表面。

4.养护在混凝土强度达到一定的强度后进行拆模，并采取适当的养护措施，使混凝土达到优良的波动强度和耐久性。

预应力混凝土在实际工程中的应用举例1.惠州凤凰机场跑道工程惠州凤凰机场二号跑道与辅道主要采用了矩形截面的预应力混凝土板，使得跑道与辅道在强度、振动和平整度上都得到了大幅度提升。

2.同济医院新院大楼工程同济医院新院大楼采用的预应力混凝土梁承受了大量的荷载，使得大楼结构更加稳固，从而达到了既美观又实用的效果。

3.潍坊市二环高架桥工程潍坊市二环高架桥的结构采用了预应力混凝土板和框架板的组合，以及翼墙框架和叠合板结构的组合，增强了桥梁的刚度和稳定性，并达到了节约材料、经济实用的效果。

预应力混凝土构件计算原理预应力混凝土构件计算原理1. 引言预应力混凝土结构是指在混凝土中设置钢筋或钢束，并在混凝土浇筑后施加预应力，使混凝土在使用荷载作用下处于一定的预压应力状态下工作的一种结构形式。

预应力混凝土结构具有良好的耐久性、抗震性、抗裂性和抗变形能力等优点，广泛应用于各种工程领域。

2. 预应力混凝土构件的基本原理预应力混凝土构件的基本原理是在混凝土中设置预应力钢筋或钢束，通过施加预应力使混凝土产生一定的预压应力。

在使用荷载作用下，预应力混凝土构件由于有预先施加的压应力，可以有效地抵抗荷载所引起的拉应力，从而提高了结构的承载能力和变形能力。

预应力混凝土构件的预应力形式一般分为预应力张拉和预应力压缩两种情况。

预应力张拉是指在混凝土浇筑后，在预制钢束或钢筋上施加拉力，使钢束或钢筋与混凝土产生一定的粘结力，从而使混凝土产生预压应力。

预应力压缩是指在混凝土浇筑前，在混凝土内设置预应力钢筋或钢束，并在混凝土浇筑后施加预应力，使混凝土在预应力的作用下产生一定的压应力。

3. 预应力混凝土构件的计算原理预应力混凝土构件的计算原理是基于混凝土的本构关系和预应力钢筋或钢束的应力应变关系，通过力学分析计算出混凝土与预应力钢筋或钢束的应力和变形情况，以及结构的承载能力和变形能力。

3.1 混凝土的本构关系混凝土的本构关系是指混凝土在荷载作用下的应力应变关系。

混凝土的本构关系可以通过试验获得，常用的混凝土本构模型有线性弹性模型、双曲线模型、抛物线模型和双抛物线模型等。

其中，双抛物线模型是较为常用的混凝土本构模型，其数学表达式为：σ=ε/(1-ε/ε0)ε0为混凝土的极限应变，ε为混凝土的应变，σ为混凝土的应力。

3.2 预应力钢筋或钢束的应力应变关系预应力钢筋或钢束的应力应变关系是指预应力钢筋或钢束在荷载作用下的应力应变关系。

预应力钢筋或钢束的应力应变关系可以通过试验获得，常用的预应力钢筋或钢束应力应变模型有线性弹性模型、双曲线模型和抛物线模型等。

第10章 预应力混凝土构件思 考 题10.1 为了防止钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，防止因满足变形和裂缝控制的要求而导致构件自重过大所造成的不经济和不能应用于大跨度结构，也为了能充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以采用对构件施加预应力的方法来解决，即设法在结构构件受荷载作用前，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而使结构构件的拉应力不大，甚至处于受压状态。

预应力混凝土结构的优点是可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，并取得节约钢筋，减轻自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。

其缺点是构造、施工和计算均较钢筋混凝土构件复杂，且延性也差些。

10.2 预应力混凝土结构构件必须采用强度高的混凝土，因为强度高的混凝土对采用先张法的构件，可提高钢筋预混凝土之间的粘结力，对采用后张法的构件，可提高锚固端的局部承压承载力。

预应力混凝土构件的钢筋〔或钢丝〕也要求由较高的强度，因为混凝土预压应力的大小，取决于预应力钢筋张拉应力的大小，考虑到构件在制作过程中会出现各种应力损失，因此需要采用较高的张拉应力，也就要求预应力钢筋具有较高的抗拉强度。

10.3 张拉控制应力是指预应力钢筋在进行张拉时所控制到达的最大应力值。

其值为张拉设备所指示的总张拉力除以预应力钢筋截面面积而得的应力值，以con σ表示。

张拉控制应力的取值不能太高也不能太低。

如果张拉控制应力取值过低，则预应力钢筋经过各种损失后，对混凝土产生的预压应力过小，不能有效地提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度。

如果张拉控制应力取值过高，则可能引起以下问题：1〕在施工阶段会使构件的某些部位受到预拉力甚至开裂，对后张法构件可能造成端部混凝土局压破坏；2〕构件出现裂缝时的荷载值与继续荷载值很接近，使构件在破坏前无明显的预兆，构件的延性较差；3〕为了减小预应力损失，有时需进行超张拉，有可能在超张拉过程中使个别钢筋的应力超过它的实际屈服强度，使钢筋产生较大塑性变形或脆断。

预应力混凝土构件在现代建筑领域中，预应力混凝土构件扮演着至关重要的角色。

它就像是建筑的坚强骨骼，为各类建筑结构提供了强大的支撑和稳定性。

那么，究竟什么是预应力混凝土构件呢？让我们一起来揭开它神秘的面纱。

预应力混凝土构件，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，从而使混凝土在使用时能够更好地承受拉力。

这种预先施加的压力可以有效地抵消或减小构件在使用过程中所受到的拉应力，提高构件的承载能力、抗裂性能和耐久性。

想象一下，一根普通的混凝土梁，如果承受过大的荷载，很容易在底部出现裂缝，这是因为混凝土的抗拉强度相对较低。

但是，如果我们在制作这根梁的时候，先给它施加一个预压力，让梁的底部预先处于受压状态，那么当它在实际使用中承受荷载时，就能够更好地抵抗底部产生的拉应力，减少裂缝的出现，延长使用寿命。

预应力混凝土构件的制作过程相对复杂，但正是这种复杂性保证了其出色的性能。

首先，要根据设计要求确定预应力的大小和分布。

然后，通过特定的方法将预应力施加到混凝土构件中。

常见的施加预应力的方法有先张法和后张法。

先张法是在台座上先张拉钢筋，然后浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放松钢筋，钢筋的回缩力就会通过粘结作用传递给混凝土，从而使混凝土获得预应力。

这种方法通常适用于生产预制构件，如预应力空心板、预应力梁等。

后张法则是先浇筑混凝土构件，在混凝土中预留孔道，待混凝土达到规定强度后，将预应力钢筋穿入孔道，然后通过千斤顶等设备张拉钢筋，并利用锚具将钢筋的拉力锚固在构件上，最后进行孔道压浆。

后张法灵活性较大，可以用于现场施工的大型构件，如桥梁的箱梁、大跨度的屋架等。

预应力混凝土构件具有众多优点。

其一，它能够显著提高构件的承载能力。

由于预先施加了压力，构件能够承受更大的荷载，从而可以减小构件的尺寸和重量，节省材料。

其二，有效地控制裂缝的出现和发展。

这不仅提高了构件的耐久性，还增加了建筑的美观性。

其三，预应力混凝土构件具有良好的抗疲劳性能，适用于承受重复荷载的结构，如桥梁等。

第十章 预应力混凝土构件问 答 题1．何为预应力？预应力混凝土结构的优缺点是什么？2．为什么预应力混凝土构件所选用的材料都要求有较高的强度？3．什么是张拉控制应力？为何先张法的张拉控制应力略高于后张法？4．预应力损失包括哪些？如何减少各项预应力损失值？5．预应力损失值为什么要分第一批和第二批损失？先张法和后张法各项预应力损失是怎样组合的？6．试述先张法和后张法预应力轴心受拉构件在施工阶段、荷载作用阶段各自的应力变化过程及相应应力值的计算公式。

7．预应力轴心受拉构件，在施工阶段计算预加应力产生的混凝土法向应力时，为什么先张法构件用，而后张法用？荷载作用阶段时都采用？先张法和后张法的、如何计算？0A n A 0A 0A n A 8．如采用相同的控制应力con σ，相同的预应力损失值，当加载至混凝土预压应力pc σ为零时，先张法和后张法两种构件中预应力钢筋的应力p σ是否相同，哪个大？9．预应力轴心受拉构件的裂缝宽度计算公式中，为什么钢筋的应力s p p k sk A A N N +−=0σ？10．什么是预应力钢筋的预应力传递长度？为什么要分析预应力的传递长度，如何计算？tr l 11．后张法预应力混凝土构件，为什么要控制局部受压区的截面尺寸，并需在锚具处配置间接钢筋？在确定l β时，为什么和不扣除孔道面积？局部验算和预应力作用下的轴压验算有何不同？b A l A 12．对受弯构件的纵向受拉钢筋施加预应力后，是否能提高正截面受弯承载力、斜截面受剪承载力，为什么？13．预应力混凝土受弯构件正截面的界限相对受压区高度与钢筋混凝土受弯构件正截面的界限相对受压区高度是否相同？14．预应力混凝土构件为什么要进行施工阶段的验算？预应力轴心受拉构件在施工阶段的正截面承载力验算、抗裂度验算与预应力混凝土受弯构件相比较，有何区别？15．预应力混凝土受弯构件的变形是如何进行计算的？与钢筋混凝土受弯构件的变形相比有何异同？16．预应力混凝土构件主要构造要求有哪些？17．公路预应力桥梁的预应力损失如何估算？与建筑结构预应力梁的预应力损失有何异同？18．《公路桥规》对预应力混凝土受弯构件的应力验算是如何规定的？σ为何不能取的太高？19. 预应力混凝土的张拉控制应力con。