最新《结构设计原理》叶见曙-课件--第12章-预应力混凝土结构的基本概念及其材料PPT课件
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《预应力混凝土》ppt课件
前景
随着交通基础设施建设的不断推进和桥梁设计理论的不断完善，大跨度桥梁的建设需求将不断增加。预应力混凝 土作为一种高性能材料，将在未来大跨度桥梁建设中发挥更大的作用，如超大跨度桥梁的建设、新型桥梁结构形 式的探索等。
海洋工程结构中应用现状及前景
现状
海洋工程结构长期处于恶劣的海洋环境中，对结构的耐久性和安全性要求极高。预应力混凝土在海洋 工程结构中具有广泛的应用前景，如海上风力发电基础、海洋石油平台、跨海大桥等。
发展历程
预应力混凝土技术起源于法国，20世 纪初开始应用于桥梁建设，后逐渐扩 展到建筑、水利等领域，成为现代土 木工程的重要分支。
预应力原理及作用机制
原理
通过在混凝土受拉区预先施加压应力，使得混凝土在使用阶段产生拉应力时， 能够抵消或部分抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的承载能力和变形性 能。
未来发展趋势预测和展望
发展趋势预测
数字化与智能化技术的应用：探讨数字化与智能化技术 在预应力混凝土工程设计、施工及运维中的应用及发展 趋势。
提高工程质量和效率：提出通过改进设计方法、优化施 工工艺等措施，进一步提高预应力混凝土工程的质量和 效率。
新型材料的研发与应用：预测未来新型预应力混凝土材 料的研发方向及其在工程中的应用前景。
补偿方法
为减小预应力损失对结构性能的影响，可以采取以下补偿措 施：增加张拉控制应力、采用低松弛钢绞线、加强锚固措施 、采用后张法施工等。同时，在设计和施工过程中，应对预 应力损失进行充分估计和合理控制。
02
材料与构件特性分析
高性能混凝土材料特性
高强度
高性能混凝土具有较高的抗压 、抗拉和抗折强度，能够满足 大跨度、重载等复杂结构的需
验收程序
随着交通基础设施建设的不断推进和桥梁设计理论的不断完善，大跨度桥梁的建设需求将不断增加。预应力混凝 土作为一种高性能材料，将在未来大跨度桥梁建设中发挥更大的作用，如超大跨度桥梁的建设、新型桥梁结构形 式的探索等。
海洋工程结构中应用现状及前景
现状
海洋工程结构长期处于恶劣的海洋环境中，对结构的耐久性和安全性要求极高。预应力混凝土在海洋 工程结构中具有广泛的应用前景，如海上风力发电基础、海洋石油平台、跨海大桥等。
发展历程
预应力混凝土技术起源于法国，20世 纪初开始应用于桥梁建设，后逐渐扩 展到建筑、水利等领域，成为现代土 木工程的重要分支。
预应力原理及作用机制
原理
通过在混凝土受拉区预先施加压应力，使得混凝土在使用阶段产生拉应力时， 能够抵消或部分抵消外荷载产生的拉应力，从而提高结构的承载能力和变形性 能。
未来发展趋势预测和展望
发展趋势预测
数字化与智能化技术的应用：探讨数字化与智能化技术 在预应力混凝土工程设计、施工及运维中的应用及发展 趋势。
提高工程质量和效率：提出通过改进设计方法、优化施 工工艺等措施，进一步提高预应力混凝土工程的质量和 效率。
新型材料的研发与应用：预测未来新型预应力混凝土材 料的研发方向及其在工程中的应用前景。
补偿方法
为减小预应力损失对结构性能的影响，可以采取以下补偿措 施：增加张拉控制应力、采用低松弛钢绞线、加强锚固措施 、采用后张法施工等。同时，在设计和施工过程中，应对预 应力损失进行充分估计和合理控制。
02
材料与构件特性分析
高性能混凝土材料特性
高强度
高性能混凝土具有较高的抗压 、抗拉和抗折强度，能够满足 大跨度、重载等复杂结构的需
验收程序
预应力混凝土 ppt课件
高到k’点。 工程应用：一方面提高钢筋的屈服强度，同时 钢筋的长度也延长了，从而达到节约钢材的目
的。
❖ 2．钢筋的冷拔
将直径为6~8mm的钢筋在常温下通过比 自身直径小0.5~1mm的钨金拔丝模冷拔而 成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压 而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提 高钢筋的强度
耐久性
1横向裂缝 横向裂缝多发生在运营期间，超载等各种原因使预应力的损失超过
设计预想，都可能导致横向裂缝的发生。此外，由于徐变上拱的 发生和发展，在梁的上翼缘也会产生横向裂缝，而且随着徐变
的发展，而当桥上荷载较大时，这种裂缝又会又会暂时闭合。施工 期间内出现横向裂缝主要是控制不当，如底座下沉，施加预应力 滞后，受到冲击等。 2纵向裂缝
如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截 面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于 负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大， 很不经济、不合理、甚至是不可能的
构件中若采用高强度钢筋，将使——使用荷载下钢筋的工作应力提高很多， 挠度和裂 缝宽度将应力混凝土由于事先人为地施加了一个预加力，使其在受
力方面有许多和普通混凝土结构不同的特点。但是，正正常配筋 范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组成材料的 性能有关，而与是否在受拉钢筋中施加拉应力的影响很小。其破 坏弯矩值与同条件下的普通钢筋混凝土的破坏弯矩值几乎相同。 这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其 本身材料强度能力 之外的奇迹，而只是大大地改善了结构在正常适用阶段的工作性 能。
1. 普通混凝土抗裂性很差
混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015，这 时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土的强度也不 明显
的。
❖ 2．钢筋的冷拔
将直径为6~8mm的钢筋在常温下通过比 自身直径小0.5~1mm的钨金拔丝模冷拔而 成。钢筋在通过拔丝模后受到很大的侧向挤压 而产生塑性变形，迫使钢材内部发生变化而提 高钢筋的强度
耐久性
1横向裂缝 横向裂缝多发生在运营期间，超载等各种原因使预应力的损失超过
设计预想，都可能导致横向裂缝的发生。此外，由于徐变上拱的 发生和发展，在梁的上翼缘也会产生横向裂缝，而且随着徐变
的发展，而当桥上荷载较大时，这种裂缝又会又会暂时闭合。施工 期间内出现横向裂缝主要是控制不当，如底座下沉，施加预应力 滞后，受到冲击等。 2纵向裂缝
如用于大跨结构时，为满足挠度控制的要求，需要加大截 面尺寸来增大刚度，以致使构件的承载力中有较大一部分用于 负担结构的自重。跨度越大，自重在承载力中所占比例就越大， 很不经济、不合理、甚至是不可能的
构件中若采用高强度钢筋，将使——使用荷载下钢筋的工作应力提高很多， 挠度和裂 缝宽度将应力混凝土由于事先人为地施加了一个预加力，使其在受
力方面有许多和普通混凝土结构不同的特点。但是，正正常配筋 范围内，预应力混凝土梁的破坏弯矩，主要与构建的组成材料的 性能有关，而与是否在受拉钢筋中施加拉应力的影响很小。其破 坏弯矩值与同条件下的普通钢筋混凝土的破坏弯矩值几乎相同。 这说明预应力混凝土结构并不能创造出超越其 本身材料强度能力 之外的奇迹，而只是大大地改善了结构在正常适用阶段的工作性 能。
1. 普通混凝土抗裂性很差
混凝土的极限拉应变很低，只有0.0001～0.0015，这 时钢筋应力仅20～30N/mm2,另外提高混凝土的强度也不 明显
第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料 ppt课件[1]
![第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料 ppt课件[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/d016c557f111f18582d05a15.png)
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§12-2 预加应力的方法与设备
张拉端锚固
2020/10/28
19
§12-2 预加应力的方法与设备
绑扎普通钢筋、模板安装
2020/10/28
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§12-2 预加应力的方法与设备
绑扎普通钢筋、模板安装
2020/10/28
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§12-2 预加应力的方法与设备
浇筑底板混凝土
2020/10/28
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备
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§12-2 预加应力的方法与设备 工作原理 通过锚具来传递和保持预应力。
特点 适用性较大； 工艺复杂； 锚具耗用量较多。
8
8
截面应力： qW M33000 01 003 00 010M 0 Pa
在预加力作用下：
截面应力：
pc
N A
Ne W
30013030013050 0 200300 300000010MPa
在均布荷载和预加力共同作用下：
截面应力： qp N AW N eW M0 1 01 1 0 010 M 0 Pa
支模、浇砼并 养护
第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料第12章预应力混凝土结构的基本概念及其材料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。
叶见曙结构设计原理第四版第12章
12
12.2 预加应力的方法与设备
预加应力的主要方法 1）先张法 ——先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。
图12-2 先张法工艺流程示意图
a) 预应力钢筋就位，准备张拉 b) 张拉并锚固，浇筑构件混凝土
c ) 松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件
13
放张（将临时锚固松开，缓慢放松张拉力），让预应 力钢筋的回缩，通过预应力钢筋与混凝土间的粘结作用，传 递给混凝土，使混凝土获得预压应力。
图12-9 压花锚具
23
（6）连接器
钢绞线束N1锚固后，用来再连接钢绞线束N2 的，称为锚 头连接器（图12-10a）；当两段未张拉的钢绞线束N1 、 N2需 直接接长时，则可采用接长连接器（图12-10b）。
图12-10 连接器构造
a）锚头连接器 b）接长连接器
24
12.2.4 预加应力的其他设备
徐变应变与弹性应变的比 例系数，一般称为徐变系 数（亦称徐变特征值）
c e
徐变应变值
（12-1）
加载（ σc 作用）时的弹 性应变（即急变）值
32
《公路桥规》建议的徐变系数计算式为
t,t0 0 c t t0
（12-2）
计算考虑时刻的混 凝土龄期（d）
加载时的混凝土龄期（d）
1）制孔器 （1）抽拔橡胶管。在钢丝网胶管内事先穿入钢筋（称 芯棒），再将胶管（连同芯棒一起）放入模板内，待浇筑混 凝土达到一定强度后，抽去芯棒，再拔出胶管，则预留孔道 形成。 （2）螺旋金属波纹管（简称波纹管）。在浇筑混凝土 之前，将波纹管按预应力钢筋设计位置，绑扎于与箍筋焊连 的钢筋托架上，再浇筑混凝土，结硬后即可形成穿束的孔道。 由聚丙烯或高密度聚乙烯制成的塑料波纹管制孔器。
12.2 预加应力的方法与设备
预加应力的主要方法 1）先张法 ——先张拉钢筋，后浇筑构件混凝土的方法。
图12-2 先张法工艺流程示意图
a) 预应力钢筋就位，准备张拉 b) 张拉并锚固，浇筑构件混凝土
c ) 松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件
13
放张（将临时锚固松开，缓慢放松张拉力），让预应 力钢筋的回缩，通过预应力钢筋与混凝土间的粘结作用，传 递给混凝土，使混凝土获得预压应力。
图12-9 压花锚具
23
（6）连接器
钢绞线束N1锚固后，用来再连接钢绞线束N2 的，称为锚 头连接器（图12-10a）；当两段未张拉的钢绞线束N1 、 N2需 直接接长时，则可采用接长连接器（图12-10b）。
图12-10 连接器构造
a）锚头连接器 b）接长连接器
24
12.2.4 预加应力的其他设备
徐变应变与弹性应变的比 例系数，一般称为徐变系 数（亦称徐变特征值）
c e
徐变应变值
（12-1）
加载（ σc 作用）时的弹 性应变（即急变）值
32
《公路桥规》建议的徐变系数计算式为
t,t0 0 c t t0
（12-2）
计算考虑时刻的混 凝土龄期（d）
加载时的混凝土龄期（d）
1）制孔器 （1）抽拔橡胶管。在钢丝网胶管内事先穿入钢筋（称 芯棒），再将胶管（连同芯棒一起）放入模板内，待浇筑混 凝土达到一定强度后，抽去芯棒，再拔出胶管，则预留孔道 形成。 （2）螺旋金属波纹管（简称波纹管）。在浇筑混凝土 之前，将波纹管按预应力钢筋设计位置，绑扎于与箍筋焊连 的钢筋托架上，再浇筑混凝土，结硬后即可形成穿束的孔道。 由聚丙烯或高密度聚乙烯制成的塑料波纹管制孔器。
结构设计原理课件第12章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
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12.2 预加应力的方法与设备
2）后张法——先浇筑构件混凝土，待混凝土结硬后，再张 拉预应力钢筋并锚固的方法。
在混凝土结硬后通过张拉预 应力筋并锚固而建立预加应力 的构件称为后张法预应力混凝 a） 土构件。
施工工艺不同，建立预应力 b) 的方法也不同，后张法是靠工 作锚具来传递和保持预加应力 的；先张法则是靠粘结力来传 c) 递并保持预加应力的。
钢丝镦头
预留孔道
锚杯
垫板 锚圈（螺帽） 锚杯 接千斤顶
锚圈（螺帽） 固定端
穿束方向 孔道长度L
钢丝镦头 压浆孔 预留孔道扩口
张拉端
图12-5 镦头锚锚具工作示意图
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
24
12.2 预Байду номын сангаас应力的方法与设备 墩头锚具
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
25
12.2 预加应力的方法与设备 冷铸镦头锚-HiAm锚（抗疲劳性能好，多用于斜拉索中）
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
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12.2 预加应力的方法与设备
（4）夹片锚具
夹片锚具体系主要作为锚固钢绞线之用。
①钢绞线夹片锚（1～55根Φs15.2mm， Φs12.7mm ）
工作锚夹板
铸铁喇叭管
锚板锥孔
螺旋筋
铸铁喇叭管
工作锚接片
钢绞线
Np
N con
波纹管
图12-7 夹片锚具配套示意图
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
桥梁工程专业系列课程—结构设计原理
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12.2 预加应力的方法与设备
（3）钢筋螺纹锚具
当采用高强粗钢筋（精轧螺纹钢筋Φ25mm，Φ32mm ）作 为预应力钢筋时，可采用螺纹锚具固定。
预应力混凝土结构一般知识课件.pptx
第22页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
⑤与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； ⑥有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； ⑦强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模 具、夹具的周转率，降低间接费用
➢ 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于
➢优先使用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋
第21页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
2. 混凝土
➢ 要求采用高强混凝土；
①可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； ②有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； ③具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性
回缩； ④徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；
第34页/共72页
8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定
五、截面形式及尺寸 截面形式一般为矩形、T形、工字形和箱形。 因预应力对构造刚度和抗裂能力有提高作用，故构件截面可选得小些。
一般取截面高度h为（1/15~1/25)l,l为构件跨度，宽度也相应减小。
第35页/共72页
8.3 预应力混凝土构件计算的一般原理
第8页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
➢ 目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，属后张法一种。
钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留孔洞 ，穿筋， 灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨度梁。
无粘结预应力束 第9页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
第14页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
2. 锚具和夹具
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
⑤与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长度； ⑥有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具垫板的尺寸； ⑦强度早期发展较快，可较早施加预应力，加快施工速度，提高台座、模 具、夹具的周转率，降低间接费用
➢ 一般预应力混凝土构件的混凝土强度等级不低于C30，当采用高强钢丝时不低于
➢优先使用预应力钢绞线、钢丝和热处理钢筋
第21页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
2. 混凝土
➢ 要求采用高强混凝土；
①可以施加较大的预压应力，提高预应力效率； ②有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； ③具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压时的弹性
回缩； ④徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失；
第34页/共72页
8.2 预应力混凝土构件设计的一般规定
五、截面形式及尺寸 截面形式一般为矩形、T形、工字形和箱形。 因预应力对构造刚度和抗裂能力有提高作用，故构件截面可选得小些。
一般取截面高度h为（1/15~1/25)l,l为构件跨度，宽度也相应减小。
第35页/共72页
8.3 预应力混凝土构件计算的一般原理
第8页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
➢ 目前最常见的预应力结构有无粘结预应力混凝土结构，属后张法一种。
钢筋表面涂膜防腐蚀油脂，与混凝土一同浇筑。避免预留孔洞 ，穿筋， 灌浆繁杂过程。适用于跨度大于6 m的楼板及大跨度梁。
无粘结预应力束 第9页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
第14页/共72页
8.1 预应力混凝土结构的基本概念
2. 锚具和夹具
2024版预应力混凝土ppt教学课件
目录•预应力混凝土基本概念与原理•预应力混凝土材料与构件•预应力混凝土施工工艺与设备•预应力混凝土结构设计方法•预应力混凝土结构性能评价与加固技术•预应力混凝土在土木工程领域应用前景展望理010405060302定义：预应力混凝土是一种在混凝土构件受荷前，通过张拉钢筋等方法对混凝土施加预压应力，以改善其受力性能的结构形式。
特点提高构件的抗裂度和刚度减小构件的变形提高构件的耐久性节约材料，降低造价预应力混凝土定义及特点原理通过在混凝土构件受荷前对其施加预压应力，使得混凝土在受荷后产生压应力，从而抵消或部分抵消外荷载产生的拉应力，提高构件的承载力和变形能力。
预应力筋作用预应力筋在混凝土中建立预压应力场，对混凝土产生约束作用，提高其抗压强度和变形能力。
锚具作用锚具将预应力筋锚固在混凝土中，传递预压应力并保持其稳定性。
预压应力作用通过张拉钢筋等方法对混凝土施加预压应力，使混凝土在受荷前处于受压状态。
预应力原理及作用机制预应力损失原因01锚具变形和钢筋内缩02混凝土弹性压缩0301钢筋松弛02温度变化引起的损失补偿方法0201超张拉法通过超过设计张拉控制应力的方法，弥补锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失。
02二次张拉法在混凝土达到设计强度后，再次对预应力筋进行张拉，以弥补混凝土弹性压缩和钢筋松弛引起的预应力损失。
03加热养护法通过加热养护提高混凝土早期强度，减小混凝土弹性压缩引起的预应力损失。
预应力混凝土材料与构件高性能混凝土材料特性高强度01高性能混凝土的抗压、抗拉、抗折强度均高于普通混凝土，能够满足大跨度、重载等复杂受力条件下的设计要求。
高耐久性02高性能混凝土具有优异的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等特点，能够显著提高结构的使用寿命。
高工作性03高性能混凝土具有良好的流动性、粘聚性和保水性，便于施工操作，能够提高施工效率。
预应力混凝土结构中常用的钢筋类型有热轧钢筋、冷拉钢筋、刻痕钢丝等。
钢筋类型钢筋的规格用直径表示，常用直径为6mm 、8mm 、10mm 等，不同直径的钢筋具有不同的力学性能。
预应力混凝土结构PPT课件
17
1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起 的预应力损失
产生原因：由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台 座或构件上以后，锚具、垫板与构件之间的缝隙被压 紧，以及预应力钢筋在锚具中的滑动，造成预应力钢 筋回缩而产生的预应力损失。 产生范围：先张法构件、后张法构件。 减小措施：
（1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，并尽量减 少垫板的数量；
产生原因：由于混凝土的收缩和徐变使构件长 度缩短，被张紧的钢筋回缩而产生的预应力损 失。此项预应力损失是各项损失中最大的一项， 在直线预应力配筋构件中约占总损失的50％， 在曲线预应力配筋构件中约占30％左右。 产生范围：先张法构件、后张法构件。
5. 混凝土收缩和徐变引起的预 应力损失
减少措施： (1)设计时尽量使混凝土压应力不要过高； (2)采用高强度等级水泥，以减少水泥用量，
预应力混凝土的一般原理
荷载平衡
预加应力可以认为是对混凝土构件预先施 加与使用荷载相反方向的荷载，以抵消（或 称平衡）部分或全部工作荷载 ，该荷载称 反荷载或等效荷载 。
反Байду номын сангаас载或等效荷载的概念
P e
P
Psin
Psin
Pcos
Pcos P q
对于二次抛物线预应力筋 ，平衡均布荷载 产生 的弯矩
M4P(e Lx)x/L2
q8Pe/l2
P
P
Pe
P
e
Psin
P
Psin
Pcos
Pcos
g
2Psin
P
Psin
Pcos
P
Pe P
P
Psin Pcos
Pe P
P
P
Psin
1.张拉端锚具变形和钢筋内缩引起 的预应力损失
产生原因：由于经过张拉的预应力钢筋被锚固在台 座或构件上以后，锚具、垫板与构件之间的缝隙被压 紧，以及预应力钢筋在锚具中的滑动，造成预应力钢 筋回缩而产生的预应力损失。 产生范围：先张法构件、后张法构件。 减小措施：
（1）选择变形小或预应力筋滑动小的锚具、夹具，并尽量减 少垫板的数量；
产生原因：由于混凝土的收缩和徐变使构件长 度缩短，被张紧的钢筋回缩而产生的预应力损 失。此项预应力损失是各项损失中最大的一项， 在直线预应力配筋构件中约占总损失的50％， 在曲线预应力配筋构件中约占30％左右。 产生范围：先张法构件、后张法构件。
5. 混凝土收缩和徐变引起的预 应力损失
减少措施： (1)设计时尽量使混凝土压应力不要过高； (2)采用高强度等级水泥，以减少水泥用量，
预应力混凝土的一般原理
荷载平衡
预加应力可以认为是对混凝土构件预先施 加与使用荷载相反方向的荷载，以抵消（或 称平衡）部分或全部工作荷载 ，该荷载称 反荷载或等效荷载 。
反Байду номын сангаас载或等效荷载的概念
P e
P
Psin
Psin
Pcos
Pcos P q
对于二次抛物线预应力筋 ，平衡均布荷载 产生 的弯矩
M4P(e Lx)x/L2
q8Pe/l2
P
P
Pe
P
e
Psin
P
Psin
Pcos
Pcos
g
2Psin
P
Psin
Pcos
P
Pe P
P
Psin Pcos
Pe P
P
P
Psin
预应力混凝土结构ppt教案(2024)
2024/1/29
12
荷载效应组合及内力计算
荷载效应组合
根据荷载规范，将永久荷载、可变荷载等按照不同的组合方式进行效应组合，以 考虑最不利荷载情况。
内力计算
采用力学分析方法，如弹性力学、塑性力学等，对结构进行内力计算，得到截面 上的弯矩、剪力、轴力等内力值。
2024/1/29
13
截面设计与配筋方法
2024/1/29
25
绿色环保理念在预应力混凝土结构中推广
绿色材料
使用可再生、可循环利用的材料，如再生骨料、工业废弃物等，降 低预应力混凝土结构的环境负荷。
节能减排
通过优化设计方案、采用高效节能的施工设备和技术，降低预应力 混凝土结构建设和使用过程中的能耗和排放。
建筑垃圾处理
对施工过程中产生的建筑垃圾进行合理分类和处理，实现资源的有效 利用和环境的保护。
某地铁站预应力混凝土站台板设计。该案例介绍了预应力混凝土在地铁
工程中的应用，包括站台板的结构形式、预应力筋的布置和张拉等。
20
成功经验总结与启示
1 2
成功经验一
合理选择预应力筋材料和类型，根据工程需求和 结构特点选用高强度钢绞线、钢丝束等不同类型 的预应力筋。
成功经验二
精确计算预应力损失，充分考虑施工过程中的各 种因素，如张拉顺序、张拉应力、锚具变形等， 确保预应力的有效传递。
预应力混凝土结构ppt 教案
2024/1/29
1
目 录
2024/1/29
• 预应力混凝土结构基本概念与原理 • 材料性能与选用 • 设计方法与步骤 • 施工技术与质量控制 • 工程实例分析 • 未来发展趋势与展望
2
预应力混凝土结构
01
(完整版)叶见曙结构设计原理第四版第12章
6
❖ 配筋混凝土结构的分类
国内通常把全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混 凝土结构总称为配筋混凝土结构系列。
1）国外配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，正截面 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，正截 面上混凝土允许出现拉应力，但不超过其抗拉强度（即不出 现裂缝）；在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力；
10
❖ 预应力混凝土结构的优缺点 （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）可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 （4）预应力可做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。 预应力还可以提高结构的耐疲劳性能,这对承受动荷载
的桥梁结预应力混凝土结构的基本原理。 ❖ 了解预应力混凝土结构的分类。 ❖ 熟练掌握预加应力的先张法和后张法。 ❖ 了解预应力混凝土结构对材料的要求，理解混凝土
收缩和徐变、预应力钢筋的应力松弛概念。 ❖ 了解锚具类型、作用机理和预加应力的其他设备。
3
12.1 概述
钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题： 1)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； 2)无法充分利用高强材料。 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。 钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。
15
在混凝土结硬后通过张拉预应力筋并锚固而建立预加应 力的构件称为后张法预应力混凝土构件。
施工工艺不同，建立预应力的方法也不同，后张法是靠 工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是靠粘结力 来传递并保持预加应力的。
❖ 配筋混凝土结构的分类
国内通常把全预应力混凝土、部分预应力混凝土和钢筋混 凝土结构总称为配筋混凝土结构系列。
1）国外配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，正截面 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，正截 面上混凝土允许出现拉应力，但不超过其抗拉强度（即不出 现裂缝）；在长期持续荷载作用下，混凝土不出现拉应力；
10
❖ 预应力混凝土结构的优缺点 （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）可以减小混凝土梁的竖向剪力和主拉应力。 （4）预应力可做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。 预应力还可以提高结构的耐疲劳性能,这对承受动荷载
的桥梁结预应力混凝土结构的基本原理。 ❖ 了解预应力混凝土结构的分类。 ❖ 熟练掌握预加应力的先张法和后张法。 ❖ 了解预应力混凝土结构对材料的要求，理解混凝土
收缩和徐变、预应力钢筋的应力松弛概念。 ❖ 了解锚具类型、作用机理和预加应力的其他设备。
3
12.1 概述
钢筋混凝土结构在使用中存在如下两个问题： 1)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； 2)无法充分利用高强材料。 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。 钢筋混凝土结构在桥梁工程中的使用范围受到很大限制。
15
在混凝土结硬后通过张拉预应力筋并锚固而建立预加应 力的构件称为后张法预应力混凝土构件。
施工工艺不同，建立预应力的方法也不同，后张法是靠 工作锚具来传递和保持预加应力的；先张法则是靠粘结力 来传递并保持预加应力的。
结构设计原理预应力混凝土的基本概念及其材料.ppt
第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
9.1.2 配筋混凝土结构的分类 1）国外配筋混凝土结构的分类 III级：部分预应力混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许 出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。 IV级：普通钢筋混凝土 部分预应力混凝土是按在使用荷载作用下，容许 出现裂缝，但最大裂宽不超过允许值的要求设计。
先张法预应力混凝土构件，预应力是靠钢筋与混 凝土之间的粘结力来传递的。
先张法
第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
9.2 预加应力的方法与设备
9.2.1 预应加力的主要方法 ◆先张法的工序
※ 将预应力钢筋用夹具
固定于台座或钢模上
※ 支模、帮扎非预应
力钢筋、浇注混凝土
※ 待混凝土达到预定
强度后，切断或放松 钢筋，使混凝土产生 预压应力。
★可以施加较大的预压应力，提高预应力效率；
★有利于减小构件截面尺寸，以适用大跨度的要求； ★具有较高的弹性模量，有利于提高截面抗弯刚度，减少预压 时的弹性回缩； ★徐变较小，有利于减少徐变引起的预应力损失； ★与钢筋有较大粘结强度，减少先张法预应力筋的应力传递长 度； ★有利于提高局部承压能力，便于后张锚具的布置和减小锚具 垫板的尺寸；
第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
9.2.1 预应加力的主要方法
②后张法：后张法就是在构件浇筑成型后再张拉钢筋
的施工方法。后张法构件中，预应力主要靠钢筋端部 的锚具来传递。
后张法
第9章 预应力混凝土结构的基本概念及其材料
9.2.1 预应加力的主要方法
◆后张法的工序 ※ 浇筑混凝土构件， 并在构件中预留孔道 ※ 待混凝土达到预定 强度后，用千斤顶张 拉钢筋，用锚具将张 拉端预应力钢筋锚固 ※ 用压力泵将高强水 泥浆灌入预留孔道， 使预应力钢筋与孔道 壁产生粘结力
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《结构设计原理》叶见曙-课件-第12章-预应力混凝土结构的基
本概念及其材料
木桶是用环向竹箍对桶壁预先 施加环向压应力。当桶中盛水 后，水压引起的拉应力小于预 加压应力时，桶就不会漏水。
从书架上取下一叠书，由于 受到双手施加的压力，这一 叠书就如同一横梁，可以承 担全部书的重量。
2、预应力的工作原理
2．墩头锚——锚14 以下钢筋束 组成：1）锚杯 2）锚圈 3）冷墩头
优点：1）可靠（不滑丝） 2）预应 力损失小 3）工序简单
常用的锚具
1．锥形锚 组成：1）锚塞 2）锚圈 优点：锚具尺寸较小，便于布置 缺点：钢丝回缩量较大，对应的预应力损 失较大，无法重复张拉和接长，冲击可能松动 （需压浆）
4．夹片锚——用于锚钢胶线 组成：夹片；锚板；锚垫板 优点：锚固性能稳定，安全可靠；适应范 围广
12.2 预应力锚具——钢筋螺纹锚
1、承压型锚具——钢筋螺纹锚：利用螺帽、垫板等的 承压作用将预应力钢筋锚固在端部
a） 螺帽
锚固板 灌浆排气 波纹套管
b）
钢垫板 圆垫圈 锚固螺母
粗钢筋
螺旋筋 预留孔道
梁体
钢筋
排气槽
12.2 预应力锚具——钢筋螺纹锚
特点：属于自承式锚具， 操作简单，受力可靠，滑 移量小。 缺点：下料长工度精度要 求高，不可多根锚固。 适用于较短的预应力构件 及直线预应构件。
拉
压
12.1 概述——预应力砼结构缺点
a. 预应力损失：最主要的问题是在使用阶段如何保持有 效预应力不至于降低到最小。
b. 技术要求高：需要有一定的专门设备和配备一支技术 熟练的专业队伍。
c. 预应力反拱度不易控制。
12.1 概述——预应力砼结构应用
1. 大跨度结构（大跨度桥梁）； 2. 特种结构（防漏 、防渗和压力容器 ）； 3. 对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。 4. 除在桥梁工程采用外，路基边坡治理、库岸斜坡治理
12.2 预应力锚具——墩头锚锚具
钢丝镦头
预留孔道
锚杯
垫板 锚圈（螺帽） 锚杯 接千斤顶
锚圈（螺帽） 固定端
穿束道扩口
张拉端
墩头锚工作示意图
12.2 预应力锚具——墩头锚
墩头锚产品图片
12.2 预应力锚具——锥形锚
3、摩擦型锚具——锥形锚
钢丝通过摩擦力将预拉力传给锚环，锚环通过承压板将 预应力传给混凝土
c)松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件
12.2 预应力张拉方法——先张法
12.2 预应力张拉方法——后张法
后张法
依靠工作锚具 来传递和保持 预加应力
浇混凝土构件，并在构件中预留孔道 在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉 锚固灌浆
12.2 预应力张拉方法——后张法
12.2 预应力张拉方法——后张法
3. 钢筋混凝土：不施加预应力的混凝土结构，即 0
12.2 预应力张拉方法——先张法
先张法
张拉钢筋并在座上固定
依靠粘结 力来传递 并保持预 加应力
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计强度的 75%以上时剪断钢筋
张拉台座
a）
预应力筋
混凝土 b）
c）
伸长
Np 临时锚固
压缩
压缩
图 12-2 先张法工艺流程示意图 a)预应力钢筋就位，准备张拉 b)张拉并锚固，浇筑构件混凝土
用途：可以用到固定端，也可以用于张拉端 缺点：滑移量大、每根钢丝应力有差异
12.2 预应力锚具——夹片锚
4、夹片锚 用途：锚固钢绞线之用，锚固由（1~55）根不等的φs 15.2 mm或φs 12.7mm钢绞线所组成的预应力钢束。 组成：夹片；锚板；锚垫板 优点：（1）锚固吨位大；（2）各根钢绞线均为单独工作 ，1根钢绞线锚固失效也不会影响全锚。 缺点：因锚板锥孔布置的需要，必须扩孔。
锚具：永久地留在构件 上，如锚具失效构件中 的预应力将全部消失。
12.2 预应力结构——锚具分类
锚具分类方法：
1. 按锚固受力筋类型：锚粗钢筋、钢丝束、钢铰线、钢 筋束
2. 按传递预应力的原理分：支承式和摩擦式 3. 按锚具的使用位置不同：张拉端和固定端
常用的锚具
1．钢筋螺纹锚——用于锚高强粗钢筋 优点：锚固可靠；构造简单；施工方 便；预应力损失小 缺点：有时螺纹不易咬紧而需要用双 螺母
12.2 预应力锚具——墩头锚具
2、承压形锚具——墩头锚具 镦头锚具：利用钢丝的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种支 承式锚具 用途：主要用于锚固钢丝束，锚固5mm和7mm。 组成：(1)锚杯 (2)锚圈 (3)冷镦头 工作原理：借镦头直接承压将钢丝锚固于锚杯上。 优点：(1)可靠（不滑丝） (2)预应力损失小 (3)工序简单 缺点: (1)如张拉吨位过大，钢丝数很多，施工麻烦； (2)对钢丝的下料长度要求很精确，
12.2 预应力结构——锚具
1、预应力结构对锚具的要求 (1)根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的 需要选择预应力锚具 (2)锚具应只有足够的强度和刚度，安全可靠； (3)构造简单，加工制作方便； (4)施工方便、节省材料、价格低廉。
12.2 预应力结构——锚具
夹具：主要依靠摩擦力来 夹住钢筋，它不留在构件 上，剪断预应力筋后夹具 的作用即消失
中也广泛应用（如预应力锚杆、预应力锚索）
12.1 概述——预应力度
《公路桥规》将预应力度（λ）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M的比值，即
λ=M0/Ms 式中：λ—预应力度；
M0—消压弯矩。构件抗裂边缘预压应力抵消到零时 的弯矩。 Ms—按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩。
在混凝土结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下
的受拉区施加预压应力，以改善结构使用性能，这种结构形式 称为预应力混凝土结构。
拉-
下面以简
Np
Np
支梁为例，
说明预应力
压+
P
P
混凝土结构
压+
的基本原理：
拉-
预应力的作用可部分或 Np 全部抵消外荷载产生的 拉力，从而提高构件的 抗裂性。
P
P
Np
压
压
或
12.1 概述——预应力砼的分类
1. 全预应力混凝土：沿预应力方向的正截面不出现拉应
力，即 1
2. 部分预应力混凝土：沿预应力方向的正截面出现拉应
力或出现不超过规定宽度的裂缝，即 10
对拉应力加以限制时，为A类构件（拉而不裂）； 拉应力超过限值或出现不超过限定的裂缝宽度时，为B类构件
（裂而有限）
本概念及其材料
木桶是用环向竹箍对桶壁预先 施加环向压应力。当桶中盛水 后，水压引起的拉应力小于预 加压应力时，桶就不会漏水。
从书架上取下一叠书，由于 受到双手施加的压力，这一 叠书就如同一横梁，可以承 担全部书的重量。
2、预应力的工作原理
2．墩头锚——锚14 以下钢筋束 组成：1）锚杯 2）锚圈 3）冷墩头
优点：1）可靠（不滑丝） 2）预应 力损失小 3）工序简单
常用的锚具
1．锥形锚 组成：1）锚塞 2）锚圈 优点：锚具尺寸较小，便于布置 缺点：钢丝回缩量较大，对应的预应力损 失较大，无法重复张拉和接长，冲击可能松动 （需压浆）
4．夹片锚——用于锚钢胶线 组成：夹片；锚板；锚垫板 优点：锚固性能稳定，安全可靠；适应范 围广
12.2 预应力锚具——钢筋螺纹锚
1、承压型锚具——钢筋螺纹锚：利用螺帽、垫板等的 承压作用将预应力钢筋锚固在端部
a） 螺帽
锚固板 灌浆排气 波纹套管
b）
钢垫板 圆垫圈 锚固螺母
粗钢筋
螺旋筋 预留孔道
梁体
钢筋
排气槽
12.2 预应力锚具——钢筋螺纹锚
特点：属于自承式锚具， 操作简单，受力可靠，滑 移量小。 缺点：下料长工度精度要 求高，不可多根锚固。 适用于较短的预应力构件 及直线预应构件。
拉
压
12.1 概述——预应力砼结构缺点
a. 预应力损失：最主要的问题是在使用阶段如何保持有 效预应力不至于降低到最小。
b. 技术要求高：需要有一定的专门设备和配备一支技术 熟练的专业队伍。
c. 预应力反拱度不易控制。
12.1 概述——预应力砼结构应用
1. 大跨度结构（大跨度桥梁）； 2. 特种结构（防漏 、防渗和压力容器 ）； 3. 对构件的刚度和变形控制要求较高的结构构件。 4. 除在桥梁工程采用外，路基边坡治理、库岸斜坡治理
12.2 预应力锚具——墩头锚锚具
钢丝镦头
预留孔道
锚杯
垫板 锚圈（螺帽） 锚杯 接千斤顶
锚圈（螺帽） 固定端
穿束道扩口
张拉端
墩头锚工作示意图
12.2 预应力锚具——墩头锚
墩头锚产品图片
12.2 预应力锚具——锥形锚
3、摩擦型锚具——锥形锚
钢丝通过摩擦力将预拉力传给锚环，锚环通过承压板将 预应力传给混凝土
c)松锚，预应力钢筋回缩，制成预应力混凝土构件
12.2 预应力张拉方法——先张法
12.2 预应力张拉方法——后张法
后张法
依靠工作锚具 来传递和保持 预加应力
浇混凝土构件，并在构件中预留孔道 在构件中预留孔道中穿钢筋并张拉 锚固灌浆
12.2 预应力张拉方法——后张法
12.2 预应力张拉方法——后张法
3. 钢筋混凝土：不施加预应力的混凝土结构，即 0
12.2 预应力张拉方法——先张法
先张法
张拉钢筋并在座上固定
依靠粘结 力来传递 并保持预 加应力
浇注混凝土构件
混凝土强度达设计强度的 75%以上时剪断钢筋
张拉台座
a）
预应力筋
混凝土 b）
c）
伸长
Np 临时锚固
压缩
压缩
图 12-2 先张法工艺流程示意图 a)预应力钢筋就位，准备张拉 b)张拉并锚固，浇筑构件混凝土
用途：可以用到固定端，也可以用于张拉端 缺点：滑移量大、每根钢丝应力有差异
12.2 预应力锚具——夹片锚
4、夹片锚 用途：锚固钢绞线之用，锚固由（1~55）根不等的φs 15.2 mm或φs 12.7mm钢绞线所组成的预应力钢束。 组成：夹片；锚板；锚垫板 优点：（1）锚固吨位大；（2）各根钢绞线均为单独工作 ，1根钢绞线锚固失效也不会影响全锚。 缺点：因锚板锥孔布置的需要，必须扩孔。
锚具：永久地留在构件 上，如锚具失效构件中 的预应力将全部消失。
12.2 预应力结构——锚具分类
锚具分类方法：
1. 按锚固受力筋类型：锚粗钢筋、钢丝束、钢铰线、钢 筋束
2. 按传递预应力的原理分：支承式和摩擦式 3. 按锚具的使用位置不同：张拉端和固定端
常用的锚具
1．钢筋螺纹锚——用于锚高强粗钢筋 优点：锚固可靠；构造简单；施工方 便；预应力损失小 缺点：有时螺纹不易咬紧而需要用双 螺母
12.2 预应力锚具——墩头锚具
2、承压形锚具——墩头锚具 镦头锚具：利用钢丝的镦粗头来锚固预应力钢丝的一种支 承式锚具 用途：主要用于锚固钢丝束，锚固5mm和7mm。 组成：(1)锚杯 (2)锚圈 (3)冷镦头 工作原理：借镦头直接承压将钢丝锚固于锚杯上。 优点：(1)可靠（不滑丝） (2)预应力损失小 (3)工序简单 缺点: (1)如张拉吨位过大，钢丝数很多，施工麻烦； (2)对钢丝的下料长度要求很精确，
12.2 预应力结构——锚具
1、预应力结构对锚具的要求 (1)根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的 需要选择预应力锚具 (2)锚具应只有足够的强度和刚度，安全可靠； (3)构造简单，加工制作方便； (4)施工方便、节省材料、价格低廉。
12.2 预应力结构——锚具
夹具：主要依靠摩擦力来 夹住钢筋，它不留在构件 上，剪断预应力筋后夹具 的作用即消失
中也广泛应用（如预应力锚杆、预应力锚索）
12.1 概述——预应力度
《公路桥规》将预应力度（λ）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M的比值，即
λ=M0/Ms 式中：λ—预应力度；
M0—消压弯矩。构件抗裂边缘预压应力抵消到零时 的弯矩。 Ms—按作用（或荷载）短期效应组合计算的弯矩。
在混凝土结构承受外荷载之前，预先对其在外荷载作用下
的受拉区施加预压应力，以改善结构使用性能，这种结构形式 称为预应力混凝土结构。
拉-
下面以简
Np
Np
支梁为例，
说明预应力
压+
P
P
混凝土结构
压+
的基本原理：
拉-
预应力的作用可部分或 Np 全部抵消外荷载产生的 拉力，从而提高构件的 抗裂性。
P
P
Np
压
压
或
12.1 概述——预应力砼的分类
1. 全预应力混凝土：沿预应力方向的正截面不出现拉应
力，即 1
2. 部分预应力混凝土：沿预应力方向的正截面出现拉应
力或出现不超过规定宽度的裂缝，即 10
对拉应力加以限制时，为A类构件（拉而不裂）； 拉应力超过限值或出现不超过限定的裂缝宽度时，为B类构件
（裂而有限）