第五篇 预应力混凝土结构构件
? 第十四章 预应力混凝土结构的基本原理
? 第十五章 预应力混凝土轴心受拉构件
? 第十六章 预应力混凝土受弯构件
第十四章
? 14.1 预应力混凝土的基本概念
? 14.2 预加应力的效果
? 14.3 预加应力的方法
? 14.4预应力混凝土分类
? 14.5 预应力混凝土材料及锚夹具
? 14.6 预应力损失
? 14.7 预应力的传递和局部承压
? 14.8 等效荷载
? 14.9 预应力技术的发展
14.1 预应力混凝土的基本概念
? 原理是利用 预先施加 的拉应力抵抗使用过
程中出现的压应力，或利用预先施加的压
应力抵抗使用过程中出现的拉应力。
? 混凝土的 抗拉性能远好于抗压性能,其抗
拉强度仅为抗压强度的 1/18~1/8，极限拉应
变仅为 0.10× 10-3~0.15× 10-3。
? 在正常使用阶段，普通钢筋混凝土梁一般
是 带裂缝工作 的，截面的开裂导致构件刚
度降低、变形增大，结构的耐久性降低。
14.1.2 施加预应力的目的
? 林同炎
? (1)预加应力的目的是将混凝土变成 弹性材
料,“无拉应力”或“零应力”作为预应力
混凝土设计准则。
? 2．预加应力的目的是使高强钢材和混凝土
能够 共同工作
? 3．预加应力的目的是 荷载平衡
14.2 预加应力的效果
? 14.2.1 预应力混凝土与钢筋混凝土的比较
? 1.裂缝及变形
? 裂缝 出现迟、裂宽小，因此刚度大；同时施加预
应力会产生反拱，所以 挠度 很小,
? 2．钢筋应力变化情况
? 开裂后的 钢筋混凝土梁 中的钢筋应力随外荷载的增加而增
加，内力臂的变化不大，抵抗弯矩的增大主要 靠钢筋应力
的增加。 而预应力筋由于已有较高的预拉应力，在使用荷
载范围内，随着外载的增加，抵抗弯矩的增大主要 靠内力
臂 的增加。预应力筋应力增长比例小，因此在使用荷载下，
即使预应力梁开裂，裂宽也较小。
? 3．裂缝闭合
? 预应力程度高的预应力梁，超载时可能开裂，但
卸载后裂缝会闭合。钢筋混凝土梁裂缝闭合程度
较差。
? 4．预应力被克服后
? 一旦预应力被克服，预应力混凝土和钢筋混凝
土之间就没有本质的不同，预应力混凝土梁的受
弯承载力或轴拉构件的承载力与钢筋混凝土相同，
与是否施加预应力无关。
14.2.2 预应力混凝土结构的优点
? 1．变被动设计为主动设计 ;
? 2．在使用荷载作用下不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，提
高结构的耐久性。
? 3．可以合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而节省
材料，减轻结构自重。
? 4．可以提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围进
一步扩大。
? 5．施加预应力相当于对结构或构件作了一次检验，有利于保
证质量。
? 6．由于在正常使用阶段钢筋和混凝土的应力变化幅度较小，
重复荷载下的抗疲劳性能较好。
? 7．具有良好的裂缝闭合性能。
? 8．提高抗剪性能。
14.3 预加应力的方法
? 张拉预应力筋的方法又有千斤顶张拉、机
械张拉、电热法张拉、化学张拉等。
? 目前应用最普遍的是用液压千斤顶张拉预
应力筋。千斤顶张拉可分为先张法和后张
法两类。
14.3.1 先张法
? 1．在生产台座上张拉钢筋至要求的控制应力，并将其
临时锚固于台座上。
? 2．制作混凝土构件。
? 3．待构件混凝土达到一定的强度 (,规范, 规定，不
宜低于混凝土设计强度等级的 75%)后，放松预应力筋。
由于预应力筋的回缩受到混凝土构件的约束，混凝土
构件受压产生预压应力。
? 先张法一般用于生产中小型构件，如楼板、屋面板、
檩条和中小型吊车梁等。
14.3.2 后张法
? 1．制作混凝土构件 (或块体 )，并在预应力筋位
置处预留孔道。
? 2．待混凝土达到一定强度 (,规范, 规定，不
宜低于混凝土设计强度等级的 75%)后，穿预应
力筋，然后直接在构件上张拉预应力筋，同时
混凝土受压。
? 3．当预应力筋张拉至要求的控制应力值时，在
张拉端用锚具将其锚固，使构件的混凝土维持
受压状态。
? 预应力的传递主要是依靠设置在预应力筋
两端的锚固装置 (锚具及其垫板等 )。
? 一般适用于现场施工的大型构件或结构。
14.4预应力混凝土分类
? 全预应力混凝土 和部分预应力混凝土
? 随预应力和荷载相对大小的变化，预应力混凝土
构件受拉区的应力状态有三种可能，即：
? 受拉区混凝土不出现拉应力,仍处于受压状态；
? 受拉区混凝土已出现拉应力，但截面尚未开裂；
? 受拉区混凝土已经开裂。
无粘结和有粘结
? 对 后张法 预应力混凝土构件，根据预应力筋与
混凝土之间的粘结状态，可以分为有粘结预应力
混凝土构件和无粘结预应力混凝土构件。
? 当预应力筋张拉至要求的应力后，以有粘结的材
料通过压力灌浆将预留孔道填实封闭，使预应力
筋沿全长与周围混凝土粘结，这种构件即称为 有
粘结预应力混凝土构件；
? 当预应力筋沿全长与周围混凝土不粘结、可发生
相对滑动，靠锚具传力，这种构件即称为 无粘结
预应力混凝土构件。
14.5 预应力混凝土材料及锚夹具
? 混凝土,
? 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低
于 C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理
钢钢筋作预应力钢筋时，不宜低于 C40。
? 预应力筋,预应力筋要求高强度、低松驰
? 预应力筋将会产生预应力损失 (降低 )，其值
有时可达到 200N/mm2左右 ;
? 灌浆材料,一般采用纯水泥浆，强度等级不
应低于 M20，水灰比宜为 0.40～ 0.45。
14.5.1 预应力混凝土结构的锚夹具
? 锚具和夹具是锚固预应力筋的工具，它主要
是依靠摩阻、握裹和承压来固定预应力筋。
? 能够重复使用的称为夹具；留在构件上不再
取下的称为锚具。
一．群锚锚具
? 国内的群锚有 QM,OVM,HVM及 XM等多
种，其原理相同，仅局部构造处理方法不
同。
二,JM型锚具
? 二,JM型锚具
? 三．螺丝端杆锚具
? 四．镦头锚具
? 五．弗式锚具
14.6 预应力损失
? 14.6.1 张拉控制应力
? 张拉控制应力是张拉预应力钢筋时，张拉
设备所控制 的总张拉力除以预应力钢筋截
面面积得到的应力值。
? 为了充分发挥预应力的优点，张拉控制应
力 宜定得高一点，以使混凝土获得较高
的预压应力，提高构件的抗裂性。
? 但 过高，构件开裂时的荷载与破获时
的荷载接近，构件开裂不久即丧失承载力；
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con?
? 在张拉控制应力相同时，后张法的实际预
应力效果高于称张法。因此，对于相同种
类的钢筋，先张法的张拉控制应力可高于
后张法。
14.6.2 预应力损失 *
? 由于预应力施工工艺和材料性能等原因，预应
力筋中的初始预应力在施工及使用过程中将不
断降低，这种现象称为 预应力损失 。
?, 规范, 建议的预应力损失值计算方法和减少
预应力损失的措施。
一．预应力钢筋与孔道壁之间的摩
擦引起的预应力损失
? ——考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，
按表 14-3取用；
? x——张拉端至计算截面的距离（ m），并不
应大于；
? 当 x+??≤0.2时, ?l2可按下列近似公式计算：
? 为了减少摩擦损失，可采用两端张拉或超张拉。
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二．锚具变形和钢筋内缩引起的预
应力损失
? 只须考虑张拉端，不须考虑锚固端，因为
锚固端的锚具变形等在张拉过程中已经完
成。
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三．混凝土加热养护时预应力筋与
承受拉力的设备之间的温差引起的
预应力损失
? 为了减少混凝土加热养护温差引起的预应
力损失，可采用 二次升温养护,即首先按
设计允许的温差范围控制升温，待混凝土
凝固并具有一定的强度后，再进行二次升
温
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四．预应力钢筋的应力松弛引起的
预应力损失
? 预应力钢丝、钢绞线
? 普通松弛
? 低松弛
? 热处理钢筋
? 一次张拉
? 超张拉
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五．混凝土的收缩和徐变引起的预
应力损失,
? 先张法构件：
? 后张法构件：
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六．螺旋式预应力钢筋局部挤压混
凝土引起的预应力损失
? 14.6.3 预应力损失的组合
? 通常把混凝土预压前产生的预应力损失称
为第一批损失，其值以符号 表示 ;
? 把混凝土预压后产生的预应力损失称为第
二批损失，
6l?
lI?
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表 14-4 各阶段预应力损失值的组
合
混凝土预压前
(第一批 )的损失 lI?
混凝土预压后 (第二批 )的损失
lII?
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预应力损失值的组合
先张法构件 后张法构件
14.7 预应力的传递和局部承压
? 一．预应力筋的预应力传递长度
? 预应力筋应力由零增至最大值所需要的长度
称为预应力的传递长度，以符号 表示。
? 二．预应力筋的锚固长度
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14.7.2 局部受压承载力计算
? 一．局部受压面积验算
? Fl≤1.35βcβlfcAln
? 二．局部受压承载力验算
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14.8 等效荷载
? 等效荷载有三种典型情况，梁端作用等效外
弯矩（预加力偏心引起）；
? 曲线预应力筋产生的等效均布荷载；
? 折线预应力筋在折点处产生的等效集中力。
? 用等效荷载可以求出施加预应力对结构或构件产生的内力和变形，便
于设计时预估预应力筋数量。预应力设计常用的荷载平衡法以等效荷载
为基础，该方法概念清晰、分析简单，对超静定预应力混凝土结构的分
析十分方便。
? 第十四章 预应力混凝土结构的基本原理
? 第十五章 预应力混凝土轴心受拉构件
? 第十六章 预应力混凝土受弯构件
第十四章
? 14.1 预应力混凝土的基本概念
? 14.2 预加应力的效果
? 14.3 预加应力的方法
? 14.4预应力混凝土分类
? 14.5 预应力混凝土材料及锚夹具
? 14.6 预应力损失
? 14.7 预应力的传递和局部承压
? 14.8 等效荷载
? 14.9 预应力技术的发展
14.1 预应力混凝土的基本概念
? 原理是利用 预先施加 的拉应力抵抗使用过
程中出现的压应力，或利用预先施加的压
应力抵抗使用过程中出现的拉应力。
? 混凝土的 抗拉性能远好于抗压性能,其抗
拉强度仅为抗压强度的 1/18~1/8，极限拉应
变仅为 0.10× 10-3~0.15× 10-3。
? 在正常使用阶段，普通钢筋混凝土梁一般
是 带裂缝工作 的，截面的开裂导致构件刚
度降低、变形增大，结构的耐久性降低。
14.1.2 施加预应力的目的
? 林同炎
? (1)预加应力的目的是将混凝土变成 弹性材
料,“无拉应力”或“零应力”作为预应力
混凝土设计准则。
? 2．预加应力的目的是使高强钢材和混凝土
能够 共同工作
? 3．预加应力的目的是 荷载平衡
14.2 预加应力的效果
? 14.2.1 预应力混凝土与钢筋混凝土的比较
? 1.裂缝及变形
? 裂缝 出现迟、裂宽小，因此刚度大；同时施加预
应力会产生反拱，所以 挠度 很小,
? 2．钢筋应力变化情况
? 开裂后的 钢筋混凝土梁 中的钢筋应力随外荷载的增加而增
加，内力臂的变化不大，抵抗弯矩的增大主要 靠钢筋应力
的增加。 而预应力筋由于已有较高的预拉应力，在使用荷
载范围内，随着外载的增加，抵抗弯矩的增大主要 靠内力
臂 的增加。预应力筋应力增长比例小，因此在使用荷载下，
即使预应力梁开裂，裂宽也较小。
? 3．裂缝闭合
? 预应力程度高的预应力梁，超载时可能开裂，但
卸载后裂缝会闭合。钢筋混凝土梁裂缝闭合程度
较差。
? 4．预应力被克服后
? 一旦预应力被克服，预应力混凝土和钢筋混凝
土之间就没有本质的不同，预应力混凝土梁的受
弯承载力或轴拉构件的承载力与钢筋混凝土相同，
与是否施加预应力无关。
14.2.2 预应力混凝土结构的优点
? 1．变被动设计为主动设计 ;
? 2．在使用荷载作用下不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，提
高结构的耐久性。
? 3．可以合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而节省
材料，减轻结构自重。
? 4．可以提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围进
一步扩大。
? 5．施加预应力相当于对结构或构件作了一次检验，有利于保
证质量。
? 6．由于在正常使用阶段钢筋和混凝土的应力变化幅度较小，
重复荷载下的抗疲劳性能较好。
? 7．具有良好的裂缝闭合性能。
? 8．提高抗剪性能。
14.3 预加应力的方法
? 张拉预应力筋的方法又有千斤顶张拉、机
械张拉、电热法张拉、化学张拉等。
? 目前应用最普遍的是用液压千斤顶张拉预
应力筋。千斤顶张拉可分为先张法和后张
法两类。
14.3.1 先张法
? 1．在生产台座上张拉钢筋至要求的控制应力，并将其
临时锚固于台座上。
? 2．制作混凝土构件。
? 3．待构件混凝土达到一定的强度 (,规范, 规定，不
宜低于混凝土设计强度等级的 75%)后，放松预应力筋。
由于预应力筋的回缩受到混凝土构件的约束，混凝土
构件受压产生预压应力。
? 先张法一般用于生产中小型构件，如楼板、屋面板、
檩条和中小型吊车梁等。
14.3.2 后张法
? 1．制作混凝土构件 (或块体 )，并在预应力筋位
置处预留孔道。
? 2．待混凝土达到一定强度 (,规范, 规定，不
宜低于混凝土设计强度等级的 75%)后，穿预应
力筋，然后直接在构件上张拉预应力筋，同时
混凝土受压。
? 3．当预应力筋张拉至要求的控制应力值时，在
张拉端用锚具将其锚固，使构件的混凝土维持
受压状态。
? 预应力的传递主要是依靠设置在预应力筋
两端的锚固装置 (锚具及其垫板等 )。
? 一般适用于现场施工的大型构件或结构。
14.4预应力混凝土分类
? 全预应力混凝土 和部分预应力混凝土
? 随预应力和荷载相对大小的变化，预应力混凝土
构件受拉区的应力状态有三种可能，即：
? 受拉区混凝土不出现拉应力,仍处于受压状态；
? 受拉区混凝土已出现拉应力，但截面尚未开裂；
? 受拉区混凝土已经开裂。
无粘结和有粘结
? 对 后张法 预应力混凝土构件，根据预应力筋与
混凝土之间的粘结状态，可以分为有粘结预应力
混凝土构件和无粘结预应力混凝土构件。
? 当预应力筋张拉至要求的应力后，以有粘结的材
料通过压力灌浆将预留孔道填实封闭，使预应力
筋沿全长与周围混凝土粘结，这种构件即称为 有
粘结预应力混凝土构件；
? 当预应力筋沿全长与周围混凝土不粘结、可发生
相对滑动，靠锚具传力，这种构件即称为 无粘结
预应力混凝土构件。
14.5 预应力混凝土材料及锚夹具
? 混凝土,
? 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低
于 C30；当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理
钢钢筋作预应力钢筋时，不宜低于 C40。
? 预应力筋,预应力筋要求高强度、低松驰
? 预应力筋将会产生预应力损失 (降低 )，其值
有时可达到 200N/mm2左右 ;
? 灌浆材料,一般采用纯水泥浆，强度等级不
应低于 M20，水灰比宜为 0.40～ 0.45。
14.5.1 预应力混凝土结构的锚夹具
? 锚具和夹具是锚固预应力筋的工具，它主要
是依靠摩阻、握裹和承压来固定预应力筋。
? 能够重复使用的称为夹具；留在构件上不再
取下的称为锚具。
一．群锚锚具
? 国内的群锚有 QM,OVM,HVM及 XM等多
种，其原理相同，仅局部构造处理方法不
同。
二,JM型锚具
? 二,JM型锚具
? 三．螺丝端杆锚具
? 四．镦头锚具
? 五．弗式锚具
14.6 预应力损失
? 14.6.1 张拉控制应力
? 张拉控制应力是张拉预应力钢筋时，张拉
设备所控制 的总张拉力除以预应力钢筋截
面面积得到的应力值。
? 为了充分发挥预应力的优点，张拉控制应
力 宜定得高一点，以使混凝土获得较高
的预压应力，提高构件的抗裂性。
? 但 过高，构件开裂时的荷载与破获时
的荷载接近，构件开裂不久即丧失承载力；
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? 在张拉控制应力相同时，后张法的实际预
应力效果高于称张法。因此，对于相同种
类的钢筋，先张法的张拉控制应力可高于
后张法。
14.6.2 预应力损失 *
? 由于预应力施工工艺和材料性能等原因，预应
力筋中的初始预应力在施工及使用过程中将不
断降低，这种现象称为 预应力损失 。
?, 规范, 建议的预应力损失值计算方法和减少
预应力损失的措施。
一．预应力钢筋与孔道壁之间的摩
擦引起的预应力损失
? ——考虑孔道每米长度局部偏差的摩擦系数，
按表 14-3取用；
? x——张拉端至计算截面的距离（ m），并不
应大于；
? 当 x+??≤0.2时, ?l2可按下列近似公式计算：
? 为了减少摩擦损失，可采用两端张拉或超张拉。
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二．锚具变形和钢筋内缩引起的预
应力损失
? 只须考虑张拉端，不须考虑锚固端，因为
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成。
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三．混凝土加热养护时预应力筋与
承受拉力的设备之间的温差引起的
预应力损失
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四．预应力钢筋的应力松弛引起的
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? 预应力钢丝、钢绞线
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五．混凝土的收缩和徐变引起的预
应力损失,
? 先张法构件：
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六．螺旋式预应力钢筋局部挤压混
凝土引起的预应力损失
? 14.6.3 预应力损失的组合
? 通常把混凝土预压前产生的预应力损失称
为第一批损失，其值以符号 表示 ;
? 把混凝土预压后产生的预应力损失称为第
二批损失，
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表 14-4 各阶段预应力损失值的组
合
混凝土预压前
(第一批 )的损失 lI?
混凝土预压后 (第二批 )的损失
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先张法构件 后张法构件
14.7 预应力的传递和局部承压
? 一．预应力筋的预应力传递长度
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称为预应力的传递长度，以符号 表示。
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14.7.2 局部受压承载力计算
? 一．局部受压面积验算
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14.8 等效荷载
? 等效荷载有三种典型情况，梁端作用等效外
弯矩（预加力偏心引起）；
? 曲线预应力筋产生的等效均布荷载；
? 折线预应力筋在折点处产生的等效集中力。
? 用等效荷载可以求出施加预应力对结构或构件产生的内力和变形，便
于设计时预估预应力筋数量。预应力设计常用的荷载平衡法以等效荷载
为基础，该方法概念清晰、分析简单，对超静定预应力混凝土结构的分
析十分方便。
