9.1.2预应力混凝土的分类
根据预加应力值对构件截面裂缝控制程度的不同：
? 全预应力混凝土：截面上混凝土不允许出现 拉应力（裂缝控制等级一级）
? 部分预应力混凝土：允许出现裂缝，裂缝宽度 不超过允许值（裂缝控制等级三级）
? 限值预应力混凝土：混凝土一般不开裂（裂缝 控制等级二级）
9.1.3 张拉预应力的方法
9.1.5 预应力混凝土的材料
钢筋： 预应力钢筋宜采用预应力钢丝、钢铰线、 预应力螺纹钢筋；
普通钢筋宜采用 HRB400级和HRB335级钢筋， 也可采用 HPB300级钢筋。
螺旋肋钢丝
螺纹钢筋
钢铰线
9.1.6 张拉控制应力
张拉控制应力 ? con ：预应力筋在进行张拉时所控制
达到的最大应力值
2. 预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失 ? l2
管道摩阻引起的钢筋预应力损失计算简图
2. 预应力钢筋与孔道壁之间摩擦引起的损失 ? l2
σl2
?
σcon???1?
1 ekx? μθ
?? ?
x ––– 从张拉端至计算截面的孔道长度（m ）， 可用投影长度；
? ––– 从张拉端至计算截面曲线孔道部分切线
支承式锚具 -墩头锚具
螺帽
支承式锚具 -螺母锚具
利用螺帽、垫板等的承 压作用将预应力钢筋锚 固在端部
垫板
预应力筋
螺丝杆端
对焊接头
锥塞式锚具 JM12锚具
9.1.5 预应力混凝土的材料 混凝土：
? 强度高 ? 收缩、徐变小 ? 快硬、早强
混凝土： 混凝土强度等级不宜低于 C40，且不应 低于C30
当构件承受使用荷载而产生拉应力时，首先 要抵消混凝土的预压应力，然后随着荷载的增 加，受拉区混凝土产生拉应力。因此，可推迟 混凝土裂缝的出现和开展，以满足使用要求。 这种在结构构件承受荷载以前预先对受拉区混 凝土施加压应力的结构构件，就称为预应力混 凝土构件。
预应力混凝土的工作原理
ep
Np
? pc
? 开裂荷载和破坏荷载接近，一旦裂缝，构件很快破坏， 可能产生无预兆的脆性破坏，延性较差
? 超张拉过程中使个别预应力筋被拉断
钢筋种类
张拉控制应力限值
消除应力钢丝、钢绞线 中强度预应力钢丝 预应力螺纹钢筋
0.75 fptk 0.70 fptk 0.85 fpyk
消除应力钢丝、钢绞线、中强度预应力钢丝的? con不应 小于0.4fptk，预应力螺纹钢筋的? con不宜小于0.5fpyk。
9.1.4 夹具、锚 具
锚具、夹具：用于固定预应力筋的装置。
*夹具：构件中，为保持预应 力筋的拉力并将其固定在生产 台座上（夹持预应力筋）的临 时性锚固装置。
夹具可重复使用
*锚具：后张法构件中，为保 持预应力筋的拉力并将其传递 到混凝土内部的永久性锚固装 置。
锚具不能重复使用
强度高、硬度高，工作安全可靠； 能有效锚固预应力筋；
此时预应力损失值的大小，与构件配筋率ρ、混凝土预
压应力的大小? pc、混凝土强度等级、受荷龄期、构件
尺寸及环境温湿度有关。
先张法：
60?
?
340
pc
? l5 ?
fc?u
1?15?
60?
? 340
p?c
?l?5 ?
fc?u 1?15??
后张法：
55 ? 300? pc
? l5 ?
fc?u
1? 15?
一般来说，普通钢筋混凝土梁的经济适用跨度 为4～8m，钢筋宜采用 HRB400 、HRB500和 HRB335 级钢筋。
预应力混凝土定义
预应力混凝土指在混凝土构件承受外荷载
之前，对其受拉区预先施加压应力
最早由法国工程师在20世纪30年代提出。思 想起源于生活
9.1.1 预应力混凝土的概念
所谓预应力混凝土就是在混凝土构件承受使 用荷载前的制作阶段，预先对使用阶段的受拉 区施加压应力，造成一种人为的应力状态。
第9章 预应力混凝土构件
9.1 概述 一.普通钢筋混凝土受弯构件的工作情况
普通钢筋混凝土 的缺点： qk
L0
普通钢筋混凝土结构或构件 通常带裂缝工作
?对于不允许开裂的构件，受拉钢筋不能充分利用 强度 ?对于允许开裂的构件，一般裂缝宽度较大，影响 耐久性 ?由于对混凝土构件变形和裂缝宽度限制 ,钢筋混 凝土不能用于大跨和重载结构，也不能充分利用高 强材料。 ?产生问题的主要原因 ：混凝土的抗拉强度太低， 导致受拉区混凝土过早开裂，截面抗弯刚度显著降 低。
一端张拉
两端张拉 超张拉
3. 混凝土加热养护时，预应力筋与承受拉力的
设备之间温差引起的预应力损失 ? l3
加热养护： 先张法构件 在采用蒸汽或其他加热 方法养护混凝土时，新浇混凝土 尚未结硬，钢筋受热膨胀，台座 固定不动，即钢筋长度保持不变， 钢筋中的应力随温度的增高而降 低而产生的应力损失 。
张拉预应力的方法
1、先张法 pretensioning method
×
×
主要工序 ：张拉钢筋至控制应力 ? 支模、浇混凝土并 养护到设计强度的 75%以上? 剪断预应力筋 (放张) ? 构件上拱
长线台座
张拉完锚固的钢铰线
先张法：
先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土 之间的粘结力传递预应力的，适用于大批 制作中小型构件，如预应力混凝土楼板、 屋面板、梁等
来一圈内钢筋周长的减小，预拉应力下降，引起? l6。
? l6的大小与环形构件的直径 d成反比，直径越小，
损失越l6 = 30N/mm2
9.1.8 预应力损失值的组合
预应力损失值的组合
先张法构件 后张法构件
混凝土预压前的损失? lI （第一批）
（4）扩大了构件的使用范围：防水、抗渗结构、 减轻自重，大跨度结构，提高适用能力
（1）工艺复杂，对施工技术要求高
缺 （2）需要有专门设备 点 （3）预应力上拱度不易控制
（4）开工费用大
（5）延性稍差
优先采用预应力混凝土的结构
?裂缝控制等级较高的结构 ?大跨度或受力很大的结构 ?对刚度和变形要求较高的结构
? l3 ? ? ?Es ? ? ??t ?Es
????????2.0? 105 ?1.0?10?5? t ? 2? t
? 减小温差损失 ，常采用 二次升温 的养护方法 ? 钢模生产构件，张拉台座与被养护构件是共同
受热、共同变形，不计入此项应力损失。
4. 预应力钢筋的应力松弛引起的损失 ? l4
55 ? 300? p?c
? l?5 ?
fc?u
1? 15? ?
? 、 ?' ––– 受拉区、受压区预应力筋和非预应力筋
的配筋率；
? pc、? ' pc –––受拉区、受压区预应力钢筋在各自合
力点处混凝土的法向压应力。
减少? l5的措施有：
?采用高强度等级水泥，减少水泥用量，降低 水灰比，采用干硬性混凝土；
可能的应力分布？
全截面 受压
全截面 受压
部分截面受 压，下边缘 拉应力小
部分截面受 压，下边缘 拉应力较大
全预应力混凝土 限值预应力混凝土 部分预应力混凝土
预应力混凝土结构的优缺点
（1）提高构件的抗裂能力，增加了结构的耐久性
优 （2）增大了构件的刚度，减小挠度， 点 （3）充分利用高强度材料的性能
◆当混凝土受拉刚开裂时，钢筋拉应力约多大？ 混凝土的极限抗拉应变值大约为 0.00015，则在
开裂时钢筋应力值约为 : σs= Esεs= Esεct u=2×105×0.00015=30N/mm 2 ◆如果裂缝宽度为 0.2mm，钢筋拉应力约多大？
钢筋混凝土构件的一大缺点是不能采用高强度钢 筋。与wmax对应的? s = 200MPa，而高强钢丝强度可 达1600MPa 以上
钢筋最终有效预应力：
? pe = ? con–? l
引起预应力损失的原因：
1、锚具变形、钢筋内缩引起的预应力损失； 2、预应力筋与管道壁间摩擦引起的预应力损失 ; 3、混凝土加热养护时，钢筋和台座温差引起的损失； 4、预应力钢筋应力松弛引起的预应力损失； 5、混凝土收缩徐变引起的预应力损失。 6、环形构件，混凝土的局部挤压引起的预应力损失
? con
?
N p .con Ap
? ? con：张拉预应力钢筋时，张拉设备上的测力仪表所
指示的总张拉力除以预应力筋截面面积。
确定? con时考虑的因素 ?? con 不能过低。 对混凝土施加的预压应力过小，不
能有效提高预应力混凝土构件的抗裂度和刚度
?但是，若 ? con过高，则会产生一些问题：
? 施工阶段可能引起构件某些部分受拉开裂或局 部受压破坏。
对锚具的要求： 预应力损失要小；
构造简单，制作方便，用钢量少； 张拉锚固方便迅速，设备简单
锚具的种类： （张拉端）
张拉端
夹片式锚具 支承式锚具：
如墩头锚、螺母锚等 锥塞式锚具
固定端 握裹式锚具
固定端锚具
张拉端锚具 -夹片式锚具
锚块内的孔洞以及锚塞做成楔形或锥形， 预应力钢筋回缩时受到挤压而被锚住。
1. 锚具变形和预应力筋内缩引起的预应力损失值 ? l1
直线：
?
l1
?
?
l
?Es
减少? l1措施 ：
? l1
?
?
l
?Es
? 选择锚具变形小或使预应力筋内缩小的锚具、夹 具，并尽量少用垫板（每增加一块垫块， a值就增 加1mm）
? 增加台座长度。（当台座长度超过 100m时，可忽
略? l1）
后张法构件中由于锚具变形和预应力筋内 缩引起的预应力损失值按《混凝土结构设计 规范》附录J计算
的夹角之和，rad。