预应力混凝土结
构
一、预应力混凝土结构的原理
二、预应力结构的构造
§ 5.1 预应力混凝土结构的原理
一、基本概念
q k = 10 kN/ m
L 0
跨度为 5.2m的简支梁，截
面尺寸为 200× 450mm2，
作用均布活荷载标准值
qk=10kN/m，均布恒荷载
gk=5kN/m。挠度达到
0.25mm
1,钢筋混凝土的缺欠
★ 因为 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。
裂缝宽度与钢筋应力基本成正比,一般
Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力
计算,Ms下 sss=(0.5~0.7)fy。对于 Ⅱ 级钢筋，
fy =300MPa,sss=150~210MPa，裂缝宽
度已达 (0.15~ 0.25) mm。如采用 Ⅵ 级高强
钢筋,fy=580MPa，则 sss= 290 ~406 MPa，
裂缝宽度已远远超过容许限值。
★ 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为
增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进
一步增大,形成恶性循环。
★ 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得
不到充分利用，造成浪费。
★ 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减
少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成
比例降低，故 挠度变形控制 难以满足。
2,预应力混凝土
在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应
力混凝土构件。
?预应力混凝土受弯构件在受力过程中
预应力筋一直承受较大的拉力 Np，而
截面混凝土则一直主要承受压力 C。
?构件开裂后，钢筋拉力 T和压区混凝
土的压力 C随弯矩增长而不断增大。
优点：
?充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗
压强度高特性，减少用钢量，截面小，
自重轻，适用于大跨结构
?在正常使用条件下，裂缝小，耐久性
好。
?预拱，使构件挠度减小，刚度大。
二、预加应力方法
1,先张法
张拉钢筋 浇筑混凝土 切断钢筋，混凝土预压
? 预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递
2,后张法
? 预应力由构件两端锚具实现
浇筑混凝土构件 穿预应力钢筋 锚固钢筋，孔道灌浆
? 先张法构件采用工厂化的生产方式，，工序少，工艺简单，质量
容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。
? 后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用
钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵
活。适用于不便于运输的大型构件。
? 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
三、预应力混凝土结构的材料
1,钢筋
? 预应力钢筋的强度越高越好。
? 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预
先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较
高的张拉应力,也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。
? 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须 具有一定的塑性 。
同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。
? 对钢丝类预应力筋，还要求具有 低松弛性 和与混凝土良好的粘结性能，
通常采用 ‘刻痕’或‘压波’ 方法来提高与混凝土粘结强度。
? 优先使用 预应力钢绞线, 钢丝 和 热处理钢筋
刻痕钢丝
螺旋肋钢丝钢绞线
? 要求采用 高强混凝土；
?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；
?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 C40。
2,混凝土
四、张拉控制应力与预应力损失
1,张拉控制应力
在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）
所控制的总张拉力 Np,con除以预应力筋面积 Ap得到的应力称为张拉控
制应力 scon。
? 张拉控制应力 scon取值越高，预应
力筋对混凝土的预压作用越大，可
以使预应力筋充分发挥作用。
? 但 scon取值过高，可能会在张拉时
引起破断事故，产生过大应力松弛。
因此,,规范, 规定了张拉控制应
力限值 [scon]。
? 为避免 scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用,,规范, 规
定 scon不应小于 0.4fptk。
张拉控制应力限值 [ s con ]
张拉方法
钢筋种类
先张法 后张法
预应力钢丝、钢绞线
热处理钢筋
0,75 f p t k
0,70 f p t k
0,75 f p t k
0,65 f p t k
p
conp
con A
N,?s
2,预应力损失
预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，
预应力筋中应力会从 scon逐步减少,并经过相当长的时间才会最终
稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。
由于预应力的通过张拉预应力筋得到,凡是能使预应力筋产生缩短
的因素，都将引起预应力损失,主要有：
? 锚固损失 s11,锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移
? 摩擦损失 s12,在预应力筋张拉过程中，后张法 预应力筋与孔道壁
之间的摩擦,先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会
使张拉应力造成损失。
? 温差损失 s13,先张法中的 热养护引起的温差损失
? 应力松弛损失 s14,长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下
会产生 松弛,会引起预应力损失。
? 混凝土的收缩和徐变引起的损失 s15
? 环形配筋损失 s16
预应力损失的组合
预应力损失的组合 先张法构件 后张法构件
混凝土预压前
（第一批）损失 s l I
s l 1 + s l 2 + s l 3 + s l 4 s l 1 + s l 2
混凝土预压后
（第二批）损失 s l II
s l 5 s l 4 + s l 5
§ 5.2 预应力混凝土结构的构造
一般要求
? 应有 较大抗裂度和刚度,对受弯构件,宽高比宜小,翼缘和腹扳
的厚度不宜过大。梁高取普通钢筋混凝土构件的 70%；
? 受弯构件的 预拉区设非预应力钢筋 ；为控制裂缝宽度，计算确定
受拉区预应力钢筋的配筋；
? 预应力屋面梁和吊车梁等构件，为防止由于施加预应力而产生预
拉区裂缝，以及减少支座附近的主拉应力,支座处预应力钢筋弯
起 ；
? 端部非对称布置的预应力钢筋应在端部 0.2h范围用 附加钢筋加强 ；
对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部 100mm范围附加 不少
于 2根 横向钢筋；
? 构件端部凹进，加构造钢筋；端部全部弯起的受弯构件，或只直
线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不
利应吸纳，在端部设非预应力纵向构造钢筋。
THE END
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一、预应力混凝土结构的原理
二、预应力结构的构造
§ 5.1 预应力混凝土结构的原理
一、基本概念
q k = 10 kN/ m
L 0
跨度为 5.2m的简支梁，截
面尺寸为 200× 450mm2，
作用均布活荷载标准值
qk=10kN/m，均布恒荷载
gk=5kN/m。挠度达到
0.25mm
1,钢筋混凝土的缺欠
★ 因为 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。
裂缝宽度与钢筋应力基本成正比,一般
Ms=(0.6~0.8)My，如配筋按正截面承载力
计算,Ms下 sss=(0.5~0.7)fy。对于 Ⅱ 级钢筋，
fy =300MPa,sss=150~210MPa，裂缝宽
度已达 (0.15~ 0.25) mm。如采用 Ⅵ 级高强
钢筋,fy=580MPa，则 sss= 290 ~406 MPa，
裂缝宽度已远远超过容许限值。
★ 钢筋混凝土梁应用于大跨度结构时，如为
增加刚度而加大截面尺寸，会导致自重进
一步增大,形成恶性循环。
★ 如增加钢筋来提高刚度，则钢材的强度得
不到充分利用，造成浪费。
★ 采用高强钢筋，按正截面承载力要求可减
少配筋，截面抗弯刚度基本与配筋面积成
比例降低，故 挠度变形控制 难以满足。
2,预应力混凝土
在构件受荷载以前，预先施加压力使之产生预压应力，称为预应
力混凝土构件。
?预应力混凝土受弯构件在受力过程中
预应力筋一直承受较大的拉力 Np，而
截面混凝土则一直主要承受压力 C。
?构件开裂后，钢筋拉力 T和压区混凝
土的压力 C随弯矩增长而不断增大。
优点：
?充分利用了钢筋抗拉强度和混凝土抗
压强度高特性，减少用钢量，截面小，
自重轻，适用于大跨结构
?在正常使用条件下，裂缝小，耐久性
好。
?预拱，使构件挠度减小，刚度大。
二、预加应力方法
1,先张法
张拉钢筋 浇筑混凝土 切断钢筋，混凝土预压
? 预应力由混凝土与钢筋间的粘结力来传递
2,后张法
? 预应力由构件两端锚具实现
浇筑混凝土构件 穿预应力钢筋 锚固钢筋，孔道灌浆
? 先张法构件采用工厂化的生产方式，，工序少，工艺简单，质量
容易保证，但它只适用于生产中小型构件。如楼板，屋面板。
? 后张法施工程序和工艺复杂，需专用张拉设备，和特制锚具，用
钢量大；但由于它不需要固定的张拉台座，可现场施工，应用灵
活。适用于不便于运输的大型构件。
? 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
三、预应力混凝土结构的材料
1,钢筋
? 预应力钢筋的强度越高越好。
? 而且在预应力混凝土制作和使用过程中，由于种种原因，预应力筋中预
先施加的张拉应力会产生损失，因此，为使得扣除应力损失后仍具有较
高的张拉应力,也必须使用高强钢筋（丝）作预应力筋。
? 为避免在超载情况下发生脆性破断，预应力筋还必须 具有一定的塑性 。
同时还要求具有良好的加工性能，以满足对钢筋焊接、镦粗的加工要求。
? 对钢丝类预应力筋，还要求具有 低松弛性 和与混凝土良好的粘结性能，
通常采用 ‘刻痕’或‘压波’ 方法来提高与混凝土粘结强度。
? 优先使用 预应力钢绞线, 钢丝 和 热处理钢筋
刻痕钢丝
螺旋肋钢丝钢绞线
? 要求采用 高强混凝土；
?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；
?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 C40。
2,混凝土
四、张拉控制应力与预应力损失
1,张拉控制应力
在张拉预应力筋对构件施加预应力时，张拉设备（千斤顶油压表）
所控制的总张拉力 Np,con除以预应力筋面积 Ap得到的应力称为张拉控
制应力 scon。
? 张拉控制应力 scon取值越高，预应
力筋对混凝土的预压作用越大，可
以使预应力筋充分发挥作用。
? 但 scon取值过高，可能会在张拉时
引起破断事故，产生过大应力松弛。
因此,,规范, 规定了张拉控制应
力限值 [scon]。
? 为避免 scon的取值过低，影响预应力筋充分发挥作用,,规范, 规
定 scon不应小于 0.4fptk。
张拉控制应力限值 [ s con ]
张拉方法
钢筋种类
先张法 后张法
预应力钢丝、钢绞线
热处理钢筋
0,75 f p t k
0,70 f p t k
0,75 f p t k
0,65 f p t k
p
conp
con A
N,?s
2,预应力损失
预应力筋张拉后，由于混凝土和钢材的性质以及制作方法上原因，
预应力筋中应力会从 scon逐步减少,并经过相当长的时间才会最终
稳定下来，这种应力降低现象称为预应力损失。
由于预应力的通过张拉预应力筋得到,凡是能使预应力筋产生缩短
的因素，都将引起预应力损失,主要有：
? 锚固损失 s11,锚具变形引起预应力筋的回缩、滑移
? 摩擦损失 s12,在预应力筋张拉过程中，后张法 预应力筋与孔道壁
之间的摩擦,先张法预应力筋与锚具之间以及折点处的摩擦，也会
使张拉应力造成损失。
? 温差损失 s13,先张法中的 热养护引起的温差损失
? 应力松弛损失 s14,长度不变的预应力筋，在高应力的长期作用下
会产生 松弛,会引起预应力损失。
? 混凝土的收缩和徐变引起的损失 s15
? 环形配筋损失 s16
预应力损失的组合
预应力损失的组合 先张法构件 后张法构件
混凝土预压前
（第一批）损失 s l I
s l 1 + s l 2 + s l 3 + s l 4 s l 1 + s l 2
混凝土预压后
（第二批）损失 s l II
s l 5 s l 4 + s l 5
§ 5.2 预应力混凝土结构的构造
一般要求
? 应有 较大抗裂度和刚度,对受弯构件,宽高比宜小,翼缘和腹扳
的厚度不宜过大。梁高取普通钢筋混凝土构件的 70%；
? 受弯构件的 预拉区设非预应力钢筋 ；为控制裂缝宽度，计算确定
受拉区预应力钢筋的配筋；
? 预应力屋面梁和吊车梁等构件，为防止由于施加预应力而产生预
拉区裂缝，以及减少支座附近的主拉应力,支座处预应力钢筋弯
起 ；
? 端部非对称布置的预应力钢筋应在端部 0.2h范围用 附加钢筋加强 ；
对槽形板，为防止产生纵向裂缝，应在端部 100mm范围附加 不少
于 2根 横向钢筋；
? 构件端部凹进，加构造钢筋；端部全部弯起的受弯构件，或只直
线配筋的先张法构件，当端部焊接下部支撑，考虑收缩徐变等不
利应吸纳，在端部设非预应力纵向构造钢筋。
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