第十二章 预应力混凝土结构

第十二章12-1何谓预应力混凝土？为什么要对构件施加预应力？预应力混凝土的主要优点是什么？其基本原理是什么？为了避免钢筋混凝土结构的裂缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，设法在混凝土结构或构件承受使用荷载前，通过施加外力，使得构件产生的拉应力减小，甚至处于压应力状态下的混凝土构件。

预压应力用来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态,以推迟混凝土裂缝的出现和开展，从而提高构件的抗裂性能和刚1、提高了构件的抗裂度和刚度2、可以节约材料和减轻结构的自重3、减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力4、结构质量安全可靠5、可以提高结构的耐疲劳性能6、预加应力的方法更有利于装配式混凝土结构的推广，亦可作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。

在承受外荷载前，预先引入永久内应力（预加应力）以降低荷载应力或改善工作性能的配筋混凝土。

预加应力的大小和分布规律，与外荷载产生的应力大小和分布规律相反，使之可以抵消由于外荷载产生的全部或部分拉应力。

这样有预应力与外荷载产的应力叠加后，根据事先预加应力的大小，可使结构在使用状态下不出现拉应力、或推迟裂缝的出现，或将裂缝宽度控制在一定的限度内，这就是预应力的基本原理。

12-2什么是预应力度？对预应力混凝土构件如何分类？公路桥规将受弯构件的预应力度入定义为由预加应力大小确定的消压弯矩Mo与外荷载产生的弯矩Ms的比值。

第I类：全预应力混凝土结构入》=1第II类：部分预应力混凝土结构 0《入《1第III类：钢筋混凝土结构入=012-3预应力混凝土结构有什么优缺点？优点：1提高了构件的抗裂度和刚度。

2可以节省材料，减少自重。

3可以减少混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。

4结构质量安全可靠。

5预应力可作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。

此外，预应力还可以提高结构的耐疲劳性能。

缺点：1工艺较复杂，对施工质量要求甚高，因而需要配备一支技术较熟练的专业队伍。

《结构设计原理》复习资料第二篇 预应力混凝土结构第十二章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料一、学习重点预应力混凝土能够有效、合理地利用高强度材料，减小截面尺寸，减轻了结构自重，从而可大大提高结构的抗裂性、刚度、耐久性，从本质上改善了钢筋混凝土结构，使混凝土结构得到广泛的应用。

施加预应力的方法主要有先张法和后张法。

施工工艺不同，建立预应力的方法也就不同。

先张法主要是靠粘结力传递并保持预加应力的。

预应力混凝土结构中，预压应力的大小主要取决于钢筋的张拉应力。

要能有效地建立预应力，则必须采用高强度钢材和较高等级的混凝土。

二、复习题（一）填空题1、钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题： 需要带裂缝工作 和 无法充分利用高强材料的强度 。

2、将配筋混凝土按预加应力的大小可划分为如下四级： 全预应力 、 有限预应力 、 部分预应力 和 普通钢筋混凝土结构 。

3、预加应力的主要方法有 先张法 和 后张法 。

4、后张法主要是靠 工作锚具 来传递和保持预加应力的；先张法则主要是靠 粘结力 来传递并保持预加应力的。

5、锚具的型式繁多，按其传力锚固的受力原理，可分为： 依靠摩阻力锚固的锚具 、 依靠承压锚固的锚具 和 依靠粘结力锚固的锚具 。

6、夹片锚具体系主要作为锚固 钢绞线筋束 之用。

7、国内桥梁构件预留孔道所用的制孔器主要有两种： 抽拔橡胶管 和 螺旋金属波纹管 。

8、预应力混凝土结构的混凝土，不仅要求高强度，而且还要求能 快硬 、 早强 ，以便能及早施加预应力，加快施工进度，提高设备、模板等利用率。

9、影响混凝土徐变值大小的主要因素有 荷载集度 、 持荷时间 、 混凝土的品质 与 加载龄期 以及 构件尺寸 和 工作环境 等。

10、国内常用的预应力筋有： 冷拉热轧钢筋 、 热处理钢筋 、 高强度钢丝 、 钢绞线 、 冷拔低碳钢丝 。

（二）名词解释1、预应力混凝土────所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。

第十二章预应力混凝土受弯构件的应力损失第一节预应力混凝土梁各工作阶段的受力分析一、 施工阶段 二、 使用阶段预应力混凝土结构 (prestressed concrete structure 从张拉预应力筋 (prestressed reinforcement 开始, 到承受外荷载，直至最后破坏，大致可分为四个受力阶段，即预加应力阶段、使用荷载作用阶段、 裂缝出现阶段和破坏阶段。

以后张法(post-tensioning method)预应力混凝土梁，如图为例，说明各个阶段所承受的荷载、预加 力大小和跨中截面的受力情况。

一、施工阶段(一) 预加应力阶段1、 时间：从预应力筋的张拉开始，至预应力筋的锚固和预应力传递。

2、 荷载：主要是偏心预压力(即预加应力的合力)N 及梁的自重P3、 工作状态：弹性阶段，可按材力公式计算。

4、受力特点：预应力损失最小，预加力大，荷载小5、本阶段的设计计算要求是:7 rtf■ V二、钢筋预应力损失值的估算《公桥规》规定，在计算构件截面应力和确定钢筋的控制应力时，应考虑由下列因素引起的六种预应力损失:a、预应力钢筋与管壁之间的摩擦损失cm ；b、锚具变形、钢筋回缩、分块拼装构件的接缝压缩损失C2 ；c、混凝土加热养护时，预应力钢筋与台座之间的温度损失d、混凝土的弹性压缩损失C 14 ；e、预应力钢筋的应力松弛损失c 15 ；f、混凝土的收缩和徐变损失（T 16 o（一）钢筋与管道壁之间的摩擦引起的应力损失1、原因：这种预应力损失出现在后张法构件中。

引起预应力损失的摩擦阻力由两部分组成：一是曲线布置的预应力钢筋，张拉时钢筋对管道内壁的垂直挤压力，导致产生摩阻力，其值随钢筋弯曲角度的总和而增加，这部分阻力较大；二是由于管道位置的偏差和不光滑所造成的，这部分阻力相对小些，取决于钢筋的长度、钢筋与孔道之间的摩擦系数、以及孔道成型的施工质量等。

如图。

2、计算:3、为了减小摩擦阻力损失，一般可采用如下措施:a、采用两端同时张拉;b、进行超张拉。

预应力混凝土结构概述1. 引言预应力混凝土结构是一种先在混凝土构件中施加预先设定的预应力，再给混凝土承担荷载的结构形式。

它采用不同方式产生预应力，使混凝土结构具有更高的强度、刚度和耐久性，能够充分发挥混凝土的承载能力和抗裂性能。

本文将对预应力混凝土结构进行概述，包括其定义、分类、优点和应用领域等方面的内容。

2. 定义和分类2.1 定义预应力混凝土结构是指在混凝土构件中施加预先设定的预应力，使其在工作状态下不仅能够承受外界荷载，还能够充分利用混凝土本身的压缩性能，降低或抵消由于荷载引起的构件内部应力。

2.2 分类根据预应力的施加方式不同，预应力混凝土结构可分为以下几类： - 预应力混凝土梁：通过在梁的一侧或双侧施加预应力，增加混凝土梁的承载能力和抗弯刚度。

常见的预应力混凝土梁有预应力钢筋混凝土梁、预应力预制构件混凝土梁等。

- 预应力混凝土板：在板的一侧或双侧施加预应力，提高板的承载能力和抗弯刚度。

常见的预应力混凝土板有预应力钢束混凝土板、预应力预制构件混凝土板等。

- 预应力混凝土框架结构：通过在梁、柱和墙体等构件中施加预应力，提高整个框架结构的刚度和承载能力。

- 其他形式的预应力混凝土结构：如预应力混凝土管桩、预应力混凝土箱梁等。

3. 优点预应力混凝土结构相比于传统钢筋混凝土结构具有以下优点： - 更高的强度和刚度：预应力混凝土结构能够利用预应力来提高混凝土的强度和刚度，使其能够承受更大的荷载。

- 更好的抗裂性能：预应力混凝土中施加的预应力能够抵消由于荷载引起的混凝土收缩和温度变形，从而提高混凝土的抗裂性能。

- 更长的使用寿命：预应力混凝土结构能够减小混凝土中的应力和变形，延长其使用寿命。

- 更大的跨度和空间：预应力混凝土结构可以通过预应力的施加来实现较大的跨度和空间，适用于大跨度建筑和特殊结构的需求。

4. 应用领域由于预应力混凝土结构具有较高的强度和刚度，以及优异的抗裂性能和长寿命等特点，广泛应用于各个领域： - 桥梁工程：预应力混凝土结构能够满足大跨度桥梁的需求，提高桥梁的承载能力和抗震能力。

预应力混凝土结构在现代建筑领域中，预应力混凝土结构是一种广泛应用且至关重要的结构形式。

它以其独特的性能和优势，为我们的建筑工程带来了诸多可能性。

要理解预应力混凝土结构，首先得知道什么是混凝土。

混凝土，这一由水泥、骨料（如沙子、石子）和水混合而成的材料，具有良好的抗压性能，但抗拉性能却相对较弱。

而在实际的建筑结构中，往往不仅要承受压力，还会受到拉力的作用。

这就引出了预应力混凝土结构的概念。

预应力混凝土结构，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，使其内部产生一定的应力状态。

这样一来，当构件在使用过程中承受外荷载时，预先施加的压力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉力，从而提高构件的抗裂性能和承载能力。

预应力的施加方式主要有两种：先张法和后张法。

先张法，就是在混凝土浇筑之前，先将预应力钢筋张拉到设计的应力值，然后用夹具将其固定在台座或钢模上，接着浇筑混凝土。

待混凝土达到一定强度后，松开夹具，预应力钢筋的回缩力就会使混凝土受到预压应力。

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，并在构件中预留孔道。

待混凝土达到规定强度后，将预应力钢筋穿过孔道，然后利用千斤顶等设备对钢筋进行张拉，并用锚具将其锚固在构件两端。

最后向孔道内压注水泥浆，使预应力钢筋与混凝土粘结在一起。

后张法具有灵活性高的特点，适用于现场施工的大型构件，如大跨度桥梁的箱梁、高层建筑的框架梁等。

预应力混凝土结构有许多显著的优点。

其一，它能够有效地控制裂缝的出现和发展。

普通混凝土结构在受拉时容易产生裂缝，而预应力混凝土结构由于预先施加了压力，大大提高了混凝土的抗裂性能，从而延长了结构的使用寿命。

其二，提高了构件的承载能力。

通过预应力的施加，使混凝土能够更好地发挥其抗压性能，同时增强了钢筋的抗拉能力，从而提高了整个构件的承载能力。

这意味着可以使用更小的截面尺寸来承受相同的荷载，节省了材料，减轻了结构的自重。

第二篇 预应力混凝土结构第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料12.1 概 述钢筋混凝土构件由于混凝土的抗拉强度低，而采用钢筋来代替混凝土承受拉力。

但是，混凝土的极限拉应变也很小，每米仅能伸长（0.10~0.15）mm ，若混凝土伸长值超过该极限值就要出现裂缝。

如果要求构件在使用时混凝土不开裂，则钢筋的拉应力只能达到（20~30）MPa ；即使允许开裂，为了保证构件的耐久性，常需将裂缝宽度限制在（0.2~0.25）mm 以内，此时钢筋拉应力也只能达到（150~250）MPa ，可见高强度钢筋是无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其抗拉强度的。

由上可知，钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题：一是需要带裂缝工作，由于裂缝的存在，不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的场合；二是无法充分利用高强材料。

当荷载增加时，靠增加钢筋混凝土构件的截面尺寸或增加钢筋用量的方法来控制构件的裂缝和变形是不经济的，因为这必然使构件自重（恒载）增加，特别是对于桥梁结构，随着跨度的增大，自重作用所占的比例也增大。

这使得钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。

要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就必须克服混凝土抗拉强度低这一缺点，于是人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混凝土结构。

12.1.1 预应力混凝土结构的基本原理所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，且其数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。

例如，对混凝土或钢筋混凝土梁的受拉区预先施加压应力，使之建立一种人为的应力状态，这种应力的大小和分布规律，能有利于抵消使用荷载作用下产生的拉应力，因而使混凝土构件在使用荷载作用下不致开裂，或推迟开裂，或者使裂缝宽度减小。

这种由配置预应力钢筋再通过张拉或其他方法建立预应力的结构，就称为预应力混凝土结构。

现以图12-1所示的简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基本原理。

10 预应力混凝土构件一、目的要求1．了解预应力混凝土结构的基本概念2．掌握各种预应力损失的概念、计算方法和组合方法3．掌握预应力轴心受拉、受弯构件各阶段的应力状态和设计计算方法4．了解部分预应力构件和无粘结预应力构件的概念和计算要点5．掌握预应力混凝土构件的构造要求6．熟悉预应力构件的计算实例二、重点难点1．预应力损失的概念、计算方法和组合方法2．预应力轴心受拉、受弯构件各阶段的应力分析及计算（先张法、后张法）三、主要内容10.1 概述1.普通混凝土用来承担拉力的缺点混凝土作为一种建筑材料，主要缺点之一就是抗拉的能力很低。

当混凝土用于存在受拉区的构件时，比如用于受拉构件或受弯构件时，受拉区的混凝土在很小的拉应力作用下就会开裂，造成构件裂缝宽度超出许可或构件刚度达不到要求．在很多情况下，混凝土构件的截面尺寸是由对其抗裂要求、裂缝宽度要求或刚度的要求所决定的。

使用高强度的混凝土并不能解决这一问题。

混凝土的强度提高后，极限拉应变没有大的变化，弹性模量的提高也很有限．在抗裂能力和弹性模量都没有根奉提高的情况下，仍然只能靠加大截面尺寸的方法来保证构件的抗裂能力和刚度，既不能节省材料，反而由于采用高强度混凝土而提高了造价。

混凝土的这一缺点还限制了高强度钢筋的使用。

混凝土的极限抗拉应变一般只有(0.1～0.15)X103左右，因此当混凝土受拉开裂时，钢筋中的应力只有20 ～30MPa(相应的钢筋应变为(0.1～0.15)X103)，强度远未充分利用。

即便对于允许开裂的构件，规范规定一般的裂缝宽度不得大于0.2～0.3mm，与此相应的钢筋拉应力约为150—250MPa(光面钢筋)或g00—300MPa(螺纹钢筋)。

这就意味着，钢筋的应力无法再提高，使用高强钢筋是无法发挥作用的，为解决混凝土抗拉能力低所带来的这一系列问题，人们设想对在荷载作用下的受拉区混凝土预先施加一定的压应力，称为预压应力，使其能够部分或全部抵消由荷载产生的拉应力。