第八章
预应力混凝土结构的特性和分析
预应力混凝土结构的特性和分析
一、引言
二、静定梁的设计
三、荷载平衡法
四、部分预应力混凝土
五、无粘结预应力梁
六、连续梁
七、预应力的损失
八、挠度
预应力在生活中的应用一、引言
一、引言
1、建筑材料发展高强度钢筋和高强度混凝土的结合
一、引言
2、预应力的发展简史
1886年，旧金山的工程师P. H. Jackson获得了在混凝土拱内张紧钢拉杆作为楼板使用的专利。
1888年，德国工程师C. E. W. Doehring获得了楼板受荷载前用已施加拉力的钢筋来加强混凝土的专利。
以上最初的尝试由于采用低强钢筋以及由于预应力损失，并不成功。
一、引言
2、预应力的发展简史（续）
1908年，美国C. R. Steiner建议在发生收缩徐变损失后重新张拉钢筋以挽回一些损失。
1925年，Nebraska（内布拉斯加）州的R. E. Dill试用加有涂层防止和混凝土粘结的高强钢筋。在混凝土结硬后，张拉钢筋并靠螺帽锚固于混凝土。
1928年，法国E. Freyssinet（弗莱西奈）把高强度钢丝用于预应力混凝土，从而促成了预应力混凝土结构的现代发展。
一、引言
2、预应力的发展简史（续）
现在预应力在各种结构中得到广泛的应用，包括：各种民用建筑、工业建筑、高层建筑、核反应堆容器、海洋工程、贮液池、电视塔和飞机跑道等等。
一、引言
3、预应力混凝土的一般原理
可以用三种不同的概念来说明和分析预应力混凝土的基本行为：
第一种概念：预应应力变混凝土为弹性材料。
把混凝土经过预压而从一种脆性材料变为一种弹性材料，外部荷载引起的拉应力被预应力所产生的压应力所抵消，也就是说荷载引起的混凝土开裂会被预应力筋产生的预应力所阻止或延迟。
一、引言
第二种概念：预加应力使高强钢筋和混凝土结合。
将预应力混凝土看作是钢筋和混凝土的一种结合，和钢筋混凝土一样，用钢筋承受拉力及混凝土承受压力以便形成一抵抗外弯矩的力偶。
在预应力混凝土中，采用的是高强度钢筋，若此高强度的钢筋象在普通混凝土内那样是简单的埋置在混凝土内，周围的混凝土必将在钢筋全部强度被利用之前非常严重地开裂。
一、引言
第三种概念：预加应力实现荷载平衡。
把预加应力主要看作是试图平衡构件上的荷载。在预应力混凝土结构的总体设计中，预加应力的效果被认为是平衡重力荷载，以便受弯构件
在给定的荷载条件下将不受挠曲应力。
取一用抛物线形力筋预加应力的简支梁，侧向上的均匀荷载用下式表示：
一、引言
28b Fh L
ω=式中：F 为预张拉力；L 为跨长；h 为抛物线垂度。
因而对于一给定的向下的均匀荷载，在此情况下的弯矩是由未被平衡的荷载所引起的未被平衡的弯矩。
ω()b ωω−
一、引言
4、预应力混凝土结构的特点
1）改善结构使用性能
通过对截面受拉区施加预压应力，使结构在使用荷载下不开裂或减小裂缝宽度，并由于预应力反拱而降低结构的变形，从而改善结构的使用性能，提高结构的耐久性。
2）减小构件截面高度，减轻自重
对于大跨度、承受重荷载的结构，预应力可以有效提高结构的跨高比限值。
3）充分利用高强钢材
在普通混凝土结构中，由于裂缝宽度和挠度的限制，高强钢材的强度不可能被充分利用；而在预应力混凝土结构中，通过对高强钢材预先施加较高
一、引言
的拉应力，可以使高强钢材在结构破坏前能够达到其屈服强度或名义屈服强度。
4）具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能当作用在结构上的活荷载部分或全部卸载时，预应力混凝土结构具有良好的裂缝闭合性能与变形恢复性能，从而提高了截面刚度，进一步改善结构的耐久性。
5）提高抗剪承载力
由于预压应力延缓了截面斜裂缝的产生，增加了截面剪压区面积，从而提高了构件的抗剪承载力；另一方面，预应力混凝土梁的腹板宽度也可以做得薄些，以进一步减轻自重。
一、引言
6）提高抗疲劳强度
预压应力可以有效降低钢筋的应力循环幅度，增加疲劳寿命。这对于以承受动力荷载为主的桥梁结构是很有利的。
7）具有良好的经济性
预应力混凝土结构比普通混凝土结构节省20%-40%的混凝土和30%-60%的纵筋钢材，而与钢结构相比，则可节省一半以上的造价。
5
、预应力混凝土结构的类型
1）按预应力工艺分类：先张法和后张法
一、引言
一、引言
2）按预应力度分类
①全预应力混凝土结构：指沿预应力筋方向正截
面，在最不利荷载作用下，混凝土不出现拉应力。
②部分预应力混凝土结构：指沿预应力筋方向正截
面，在最不利荷载作用下，混凝土出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝。
3）按预应力体系分类
①体内预应力混凝土结构：预应力筋布置在混凝土
构件体内的称为体内预应力结构。
②体外预应力混凝土：为预应力筋（称为体外索）
布置在混凝土构件体外的预应力结构。混凝土斜拉桥属此类结构的特例。
③有粘结预应力混凝土结构：指沿预应力筋全长预应力筋周围完全与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。先张预应力结构和预设孔道穿筋压力灌浆的后张预应力结构均属此类。
④无粘结预应力混凝土结构：指预应力筋不与混凝土粘结的预应力混凝土结构。通常与后张预应力工艺相结合。
⑤预拉应力混凝土结构：指在混凝土受压区采用预压的预应力筋或其它施力措施，使混凝土产生预拉应力的预应力混凝土结构。
一、引言
