第九章 预应力混凝土构件

混凝土结构（中册）复习(河南工业大学)第九章预应力混凝土构件一、概述：1、何为预应力混凝土？何为预应力混凝土构件？答：结构构件受外荷载作用前，预先对由外荷载产生的混凝土受拉区施加压力，由此产生的预压应力可以减小或抵消外荷载所引起的混凝土拉应力。

预应力混凝土构件：用人工方法预先使构件截面中产生预压应力的混凝土构件。

2、预应力混凝土构件可以延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗裂度和刚度，高强度钢筋和高强度混凝土的应用，可取的节约钢筋、减轻构件自重的效果，克服了钢筋混凝土的主要缺点。

3、那些结构物宜优先采用预应力混凝土？答：下列结构物宜优先采用预应力混凝土：（1）要求裂缝控制等级较高的结构；（2）大跨度或受力很大、承受动荷载的构件；（3）对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。

4、与钢筋混凝土构件相比，预应力混凝土构件有何优缺点？答：与钢筋混凝土构件相比：优点：预应力构件可以采用高强混凝土和高强钢筋，强度高，刚度大，截面尺寸相对小自重轻，易于做建造大跨度和承受重型荷载的构件；预应力混凝土构件是在构件承载前，对混凝土受拉区施加预应力，提高构件的抗裂性能和刚度，扩大了钢筋混凝土构件的适用范围；缺点：如施工工序多，工艺和构造较复杂，要求高，需要张拉设备和场地，设计和计算也比普通钢筋混凝土复杂，此外预应力混凝土构件开裂荷载与破坏荷载比较接近，其延性较差。

5、预应力混凝土构件分为哪几类？答：根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同，预应力混凝土构件分为全预应力和部分预应力两类。

全预应力混凝土：在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。

相当于裂缝控制等级为一级。

部分预应力混凝土：在使用荷载作用下，允许出现裂纹，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件，大致相当于裂缝控制等级为三级。

6、张拉预应力钢筋的方法有哪些？各有何特点？答：有先张法和后张法。

（1）先张法：在浇灌混凝土前张拉钢筋的方法。

特点：生产工艺比较简单，质量较易保证，不需要永久性锚具；需要台座，第一次投资费用较大；适合工厂化成批生产中、小型预应力构件。

[例9-1] 24m屋架预应力混凝土下弦拉杆，截面构造如图9-1。

采用后张法一端施加预应力。

孔道直径50mm，预埋波纹管成孔。

每个孔道配置3根普通松弛钢绞线（A p=839.88，f ptk=1570），非预应力钢筋采用HRB335级钢筋412（A s=452）。

采用XM型锚具，张拉控制应力采用σcon=0.65f ptk，混凝土为C40级，施加预应力时f cu'=40。

要求计算预应力损失。

图9-1[解]（1）截面几何特征预应力钢绞线E p=1.95×105，非预应力钢筋E s=2.0×105，C40级混凝土E c=3.25×104，扣除孔道的净换算截面面积A n（2）预应力损失计算张拉控制应力σcon=0.65f ptk=0.65×1570=1020.5①锚具变形及钢筋内缩损失σ11：XM型锚具采用钢绞线内缩值a =5mm，构件长l=24m②孔道摩擦损失σ12：预埋波纹管成孔，κ=0.0015，直线配筋μθ=0第一批损失σ1Ⅰ= σ11+ σ12 = 77.34N/mm2③预应力筋应力松弛损失σ14：非超张拉ψ = 1.0，按(9-20)式，④混凝土收缩徐变损失σ15：张拉中止后混凝土的预压应力σpc第二批损失σ1II= σ14+ σ15 = 172.6全部预应力损失为σ1= σ1I I+ σ1II = 249.9。

[本例题完][例9-2] 3.6m先张预应力混凝土圆孔板截面如图9-2。

预应力筋采用8φ 5的1570级低松弛螺旋肋钢丝（A p=157），在4m长的钢模上张拉。

混凝土为C40级，达到75％强度时放张，张拉控制应力σcon=0.75f ptk。

要求计算预应力损失。

图9-2[解]（1）截面几何特征将圆孔板截面按截面面积、形心位置和惯性矩相等的条件换算为工形截面。

即将圆孔换算成b k×h k的矩形孔。

,解得b k=526.9mm，h k=72mm，故换算的工形截面b f'=860mm，h f'=（24+83/2）-72/2=29.5mm，b f=890mm，hf'=（18+83/2）-72/2=23.5mm，mm。

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。

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。

混凝土结构设计原理试题库及其参考答案一、判断题（请在你认为正确陈述的各题干后的括号内打“√”，否则打“×”。

每小题1分。

）第6章受扭构件承载力1．钢筋混凝土构件在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的承载力计算时，其所需要的箍筋由受弯构件斜截面承载力计算所得的箍筋与纯剪构件承载力计算所得箍筋叠加，且两种公式中均不考虑剪扭的相互影响。

（）2．《混凝土结构设计规范》对于剪扭构件承载力计算采用的计算模式是混凝土和钢筋均考虑相关关系。

（）3.在钢筋混凝土受扭构件设计时，《混凝土结构设计规范》要求，受扭纵筋和箍筋的配筋强度比应不受限制。

（）第8章钢筋混凝土构件的变形和裂缝1．受弯构件的裂缝会一直发展，直到构件的破坏。

（）2．钢筋混凝土受弯构件两条裂缝之间的平均裂缝间距为1.0倍的粘结应力传递长度。

（）3．裂缝的开展是由于混凝土的回缩，钢筋的伸长，导致混凝土与钢筋之间产生相对滑移的结果。

（）4．《混凝土结构设计规范》定义的裂缝宽度是指构件外表面上混凝土的裂缝宽度。

（）5．当计算最大裂缝宽度超过允许值不大时，可以通过增加保护层厚度的方法来解决。

（）6．受弯构件截面弯曲刚度随着荷载增大而减小。

（）7．受弯构件截面弯曲刚度随着时间的增加而减小。

（）8．钢筋混凝土构件变形和裂缝验算中荷载、材料强度都取设计值。

（）第9章预应力混凝土构件1．在浇灌混凝土之前张拉钢筋的方法称为先张法。

（）2．预应力混凝土结构可以避免构件裂缝的过早出现。

（）3．预应力混凝土构件制作后可以取下重复使用的称为锚具。

（） 张拉控制应力的确定是越大越好。

（）4．con5．预应力钢筋应力松弛与张拉控制应力的大小有关，张拉控制应力越大，松弛越小；（）6．混凝土预压前发生的预应力损失称为第一批预应力损失组合。

（）7．张拉控制应力只与张拉方法有关系。

（）二、单选题（请把正确选项的字母代号填入题中括号内，每题2分。

）第6章受扭构件承载力1．钢筋混凝土受扭构件中受扭纵筋和箍筋的配筋强度比7.1<ζ说明，当6.0<构件破坏时，（）。

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。

它们不仅为建筑物提供了更高的强度和稳定性，还在很大程度上满足了人们对于大跨度、轻量化结构的需求。

那么，究竟什么是预应力混凝土构件呢？简单来说，预应力混凝土构件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。

这种预先施加的压力可以有效地抵消或减小在使用过程中可能产生的拉应力，从而提高构件的抗裂性能和承载能力。

预应力混凝土构件的制作过程相对复杂，但原理却不难理解。

首先，需要准备高强度的钢材，如钢丝、钢绞线等，这些钢材将作为预应力筋。

然后，在浇筑混凝土之前，将预应力筋按照设计要求布置在模板内，并通过锚具等装置将其固定在两端。

当混凝土浇筑并养护达到一定强度后，通过张拉设备对预应力筋进行张拉，使其产生拉力。

由于预应力筋与混凝土之间的粘结作用，拉力会传递到混凝土上，从而使混凝土受到预压应力。

预应力混凝土构件具有许多显著的优点。

其一，它能够大幅度提高构件的抗裂性能。

在普通混凝土构件中，当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会出现裂缝。

而预应力混凝土构件由于预先受到了压应力，在使用荷载作用下，只有当拉应力超过预压应力时才会出现裂缝，从而有效地延迟了裂缝的出现和发展，提高了构件的耐久性。

其二，预应力混凝土构件可以减小构件的截面尺寸，减轻结构自重。

这对于大跨度的桥梁、高层建筑等结构来说，具有重要的意义。

它可以减少材料的使用量，降低工程造价，同时也为建筑设计提供了更多的灵活性。

其三，预应力混凝土构件能够提高构件的承载能力。

由于预先施加的压力改善了混凝土的受力状态，使得构件能够承受更大的荷载。

在实际应用中，预应力混凝土构件的种类繁多。

常见的有预应力混凝土梁、板、柱等。

预应力混凝土梁广泛应用于桥梁工程中，特别是大跨度桥梁。

通过施加预应力，可以有效地减小梁的挠度，提高桥梁的通行能力和安全性。

预应力混凝土板则常用于工业厂房、仓库等建筑的楼盖结构，能够满足大空间、大跨度的使用要求。

第九章 预应力混凝土构件本章的意义和内容：本章讲述了预应力混凝土的基本知识、预应力混凝土构件设计的一般规定、预应力混凝土轴心受拉构件的应力分析、预应力混凝土轴心受拉构件的计算和验算、预应力混凝土受弯构件的应力分析与设计计算以及预应力混凝土的构造要求。

通过本章的学习，使学生对预应力混凝土有全面的了解，并使学生掌握了以下的重点、难点：1. 预应力混凝土构件的工作原理，预应力混凝土改善了普通混凝土构件抗裂性差、刚度小、变形大、不能充分利用高强材料、适用范围受到限制的缺陷，可以运用到有防水、抗渗要求的特殊环境及大跨、重荷载结构。

2. 施加预应力的方法：先张法、后张法。

先张法是靠预应力钢筋和混凝土粘结力传递预应力的，在构件端部有预应力传递长度；后张法是依靠锚具传递预应力的，端部处于局压的应力状态。

3. 张拉控制应力con σ的取值。

con σ的大小对预应力混凝土构件非常重要，取值过高对构件安全有影响，过低预应力效果不好，因此张拉控制应力的取值应适当。

4. 与普通混凝土构件不同，预应力混凝土应采用高强钢筋和高强混凝土，对使用的锚具要求及施工要求比普通混凝土构件要更高。

5. 各项预应力损失的原因，损失的分析、计算方法以和减少各项损失的措施，以及先张法、后张法各有哪些损失，第一批和第二批损失是哪些组合。

6. 预应力混凝土轴心受拉构件，从施加预应力到施加荷载构件破坏经历了六个特殊阶段，各个阶段混凝土、钢筋的应力、应变情况，先张法和后张法有何相同点和不同点。

7. 预应力混凝土构件在外荷载作用后的使用阶段，两种极限状态的计算与普通混凝土构件类似，为了保证施工阶段构件的安全性，应进行相关的验算。

对后张法构件还应计算端部的局压承载力。

预应力混凝土受弯构件除了同普通混凝土受弯构件要进行使用阶段的承载能力计算（正截面、斜截面）、使用阶段的抗裂验算、使用阶段的变形验算，还要进行施工阶段的强度及抗裂验算。

一、概 念 题（一）填空题1．先张法构件的预应力总损失至少应取 ，后张法构件的预应力总损失至少应取 。