预应力混凝土结构的原理

东南大学远程教育结构设计原理第七十讲主讲教师：曹双寅舒赣平5/17/2023工程结构设计原理第70讲:预应力混凝土结构的原理(1/16)

内容提要（1/1）一、预应力混凝土的基本概念

二、预应力混凝土材料及锚夹具

三、张拉控制应力和预应力损失

四、预应力的传递和局部承压

五、本章要点

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一、预应力混凝土的基本概念（1/5）

1、预应力的概念（1）预应力：受荷载前预先对混凝土施加（压）应力（2）工作原理：预压力可减少甚至抵消荷载产生的拉力

2施加预应力的目的（1）将混凝土变成弹性材料预应力是改变混凝土性能的手段无裂缝混凝土可用材料力学方法（2）利于使用高强钢材极限状态：承载力、裂缝、挠度问题：钢筋混凝土结构不能充分利用高强钢筋！（3）预加应力的目的是荷载平衡预先施加与使用相反的荷载，抵消部分或全部外荷载5/17/2023工程结构设计原理第70讲:预应力混凝土结构的原理(3/16)

一、预应力混凝土的基本概念（2/5）3、预加应力的效果（1）预应力混凝土梁与钢筋混凝土梁的比较裂缝及变形：裂缝迟、裂宽小；刚度大，反拱，挠度很小。钢筋应力变化（工作机理）相同处：弯矩由钢筋和混凝土合力组成的力矩平衡不同处：RC梁主要靠钢筋应力的增加,内力臂的变化不大PC梁主要靠内力臂增加，预应力筋处于高应力裂缝闭合：超载时可能开裂，但卸载后裂缝会闭合预应力被克服后：没有本质的不同，承载力与RC相同材料：预应力构件能较充分地利用高强材料5/17/2023工程结构设计原理第70讲:预应力混凝土结构的原理(4/16)

一、预应力混凝土的基本概念（3/5）（2）预应力混凝土结构的优点不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，提高结构的耐久性合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围扩大施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证质量重复荷载下的抗疲劳性能较好。具有良好的裂缝闭合性能。提高抗剪性能

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一、预应力混凝土的基本概念（4/5）4、预加应力的方法（1）先张法方法：在混凝土浇筑前张拉预应力筋主要工序：张拉钢筋并临时锚固；制作构件；放松钢筋预应力传递：通过预应力筋与混凝土之间的粘结力（2）后张法方法：直接在成型的构件上张拉预应力筋主要工序：制作构件并预留孔道；直接在构件上张拉；用锚具锚固预应力传递：锚具等

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一、预应力混凝土的基本概念（5/5）5、预应力混凝土分类（1）按照预应力程度分全预应力混凝土定义：在使用荷载作用下受拉区不出现拉应力优点：抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好缺点：费钢材；反拱大；预拉区开裂；延性差；施工费高部分预应力混凝土定义：在使用荷载作用下受拉区已出现拉应力或裂缝的优点：克服全预应力构件的不足，可合理控制裂缝（2）按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态分有粘结:预应力筋沿全长与周围混凝土粘结无粘结：预应力筋沿全长与混凝土不粘结、发生相对滑动5/17/2023工程结构设计原理第70讲:预应力混凝土结构的原理(7/16)

二、预应力混凝土材料及锚夹具（1/1）1预应力混凝土材料（1）混凝土：高强度、低徐变、低收缩（2）预应力筋：高强度、低松驰、具有一定的塑性（3）灌浆材料（一般采用纯水泥浆）：强度、流动性2、预应力混凝土结构的锚夹具（1）锚具和夹具夹具：能够重复使用的锚具：留在构件上不再取下的（2）几种预应力筋常用的锚具群锚锚具JM型锚具螺丝端杆锚具镦头锚具弗式锚具5/17/2023工程结构设计原理第70讲:预应力混凝土结构的原理

（1）

下一讲的主要内容1、预应力的损失2、局部承压的验算5/17/2023工程结构设计原理东南大学远程教育结构设计原理第七十一讲主讲教师：曹双寅舒赣平5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(2)

上一讲的内容1、预应力的概念和作用2、预应力混凝土构件和非预应力混凝土构件的异同处正常使用方面、承载力方面、材料利用方面等3、预应力混凝土构件的分类按照施工方法分、按照应力程度分、按照粘结状态分5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(8/16)

三、张拉控制应力和预应力损失（1/5）1张拉控制应力con（1）定义：张拉设备控制的总张拉力除以预应力钢筋面积（2）要求不宜过低：使混凝土获得较高的预压应力不宜过高：构件开裂时的荷载与破获时的荷载接近施工时(一束中)可能个别钢筋屈服或断裂规定：最小值：不宜小于0.4fptk最大值：与材料和施工方法有关5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(9/16)

三、张拉控制应力和预应力损失（2/5）2、预应力损失（1）定义及影响定义：由于工艺和材料等原因，初始预应力在将不断降低影响：会降低预应力的效果（2）损失原因、特点、影响因素、计算方法和减少措施锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失原因：锚具变形、缝隙压缩和钢筋在锚具中内缩滑移等特点：先、后张法均有，张拉端有锚固端无，瞬时完成计算模式：（对直线钢筋）：减少措施：减少垫片数量，增加台座的长度

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三、张拉控制应力和预应力损失（3/5）钢筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失原因：预应力钢筋与孔道壁（转向装置）之间的摩擦作用特点：先、后张法均有，与位置有关，瞬时完成计算模式

减少措施：两端张拉，超张拉加热养护时预应力筋与承拉设备间温差引起的预应力损失原因：T砼未成型,钢筋伸长(变松)，T共同变形特点：先张法有，与升温时砼结硬程度有关计算方法：减少措施：两次升温，在钢模上张拉（共同升温）5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(11/16)

三、张拉控制应力和预应力损失（4/5）预应力钢筋的应力松弛引起的预应力损失原因：钢筋松驰和徐变特点：先、后张法均有，需要时间（初期快）计算方法（与钢筋种类、强度和控制应力有关）：措施：超张拉

混凝土的收缩和徐变引起的预应力损失原因：混凝土的收缩和徐变特点：先、后张法均有，需要时间（初期快）计算方法：l5=(45(25)+220pc/fcu’)/(1+15)修正：高湿度环境可降低；干燥环境应增加。可考虑荷载作用时间的影响，乘以不大于1的系数措施：混凝土质量，控制pc/fcu’<0.5，增加非预应力钢筋5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(12/16)

三、张拉控制应力和预应力损失（5/5）螺旋式预应力钢筋局部挤压混凝土引起的预应力损失原因：用螺旋预应力筋作配筋，混凝土受挤压变形计算方法：与直径有关，d<3m时取30N/mm2；d>3m时忽略。分批张拉引起的损失原因：分批张拉时，受后批张拉使构件压缩(或伸长)计算方法：与在已张拉筋处产生的混凝土法向应力有关（3）各阶段预应力损失的组合

分批组合内容混凝土预压前的损失lI：混凝土预压后的损失lII：l（lI+lII）最小限量：100（先张法），80（后张法）

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四、预应力的传递和局部承压（1/3）

1、先张法预应力筋的应力传递长度和锚固长度（1）预应力筋的预应力传递长度先张法构件的“自锚”原因：钢筋和混凝土的粘结作用应力特点：端部为零，逐渐增大至最大。传递长度：应力由零增至最大所需长度说明：ltr内预应力效果差，应按实际应力（按照线性）ltr与预应力筋的种类和直径、混凝土强度等有关（2）预应力筋的锚固长度预应力筋的锚固长度la应较其传递长度ltr大。5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(14/16)

四、预应力的传递和局部承压（2/3）

2、局部受压承载力计算（1）特点后张法构件锚具的垫板下的混凝土承受较大的局部应力局部应力分布复杂（2）局部受压承载力计算要求：不开裂，无过大变形（下陷）足够的局部抗压承载力截面尺寸验算：Fl≤1.35βcβlfcAln

受压承载力验算：

间接钢筋对混凝土约束的折减系数

ρv间接钢筋的体积配筋率5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应力混凝土结构的原理(15/16)

四、预应力的传递和局部承压（3/3）

混凝土局部受压时的强度提高系数局部压力设计值，Fl=1.2σconAp局部受压时的计算底面积，按同心、对称的原则确定βcor配置间接钢筋的局部受压承载力提高系数5/17/2023工程结构设计原理第71讲：预应培力混质凝土疗结构党的原展理(16赠/16谨)五、题本章科要点裹（1/休1）1、预应载力的概航念：目茂的、效和果和分宰类2、张猫拉控岗制应殿力的期定义3、预应啦力损失平原因、少减少措脖施、组酒合和计至算方法4、先射张法损构件考端部购钢筋舱应力屋的传扣递特讯点5、局陪部受纷压设所计计苗算。5/4婚/20尾23工程结钞构设计征原理东南大拌学远程饲教育结构俊设计坝原理第真七十二讲主讲摘教师惠：湖曹双炉寅龟舒赣迈平5/4捉/20疯23工程组结构个设计剪原理第72讲：预应力链混凝土灭结构的孟原理(3)上一讲眠的内容1、张拉别控制应已力定义及词要求2、预应蜡力损失分类卡、特药点和刻控制5/晶4/债20信23工程负结构胆设计壳原理第72讲：预应力痒混凝土笋结构的理原理(1兰3/尿16嚼)四、灵预应陷力的旬传递传和局啦部承茶压（1/3）1、先移张法晌预应计力筋而的应值力传取递长创度和触锚固传长度（1）预众应力辜筋的及预应度力传迁递长好度先张法迷构件的捕“自培锚”原因分：钢越筋和星混凝喇土的贸粘结喊作用应力特来点：端透部为零吵，逐渐卖增大至尼最大。传递长旷度：应力夫由零扛增至昆最大斥所需准长度说明：ltr内预应贴力效果至差，应怠按实际展应力（穴按照线包性）ltr与预宰应力缓筋的店种类霉和直远径、遇混凝陡土强糊度等启有关（2）预应太力筋的歇锚固长真度预应届力筋谈的锚史固长郑度la应较驼其传败递长菊度ltr大。5/柳4/蠢20去23工程奇结构煤设计爬原理第72讲：预应淹力混颠凝土跨结构武的原栽理(14浊/16兆)四、预益应力的罪传递和议局部承块压（2/盈3）2、局害部受悲压承亦载力领计算（1）特点后张淋法构承件锚被具的漫垫板咳下的搞混凝葛土承货受较块大的阴局部雀应力局部命应力耀分布退复杂（2）局部不受压承吐载力计故算要求：不开母裂，挑无过多大变望形（柏下陷安）足够房诚的局袄部抗拢压承仍载力截面尺闸寸验算：Fl≤1握.3市5βcβlfcAln受压承独载力验具