预应力混凝土 [预应力混凝土总结]

1. 何谓预应力混凝土结构？为何施加预应力？

依人为需要，施加某一数值和分布的压应力，用以部分或全部抵消外荷 载产生应力的钢筋混凝土结构。

为了避免钢筋混凝土结构过早出现裂缝，并充分利用高强钢筋和高强混 凝土的强度，采用预应力混凝土结构。

2. 预应力混凝土结构有哪些特点？

预应力混凝土结构的主要优点：

1 提高构件的抗裂能力 延缓开裂，减小裂缝宽度，甚至避免开裂。

2 构件刚度增大，变形减小 裂缝宽度小，甚至不开裂，构件的刚度大，挠度减小 3 减小构件截面尺寸，减轻自重，节约材料

混凝土有预应力，且使用高强钢筋和高强混凝土，可减轻自重，节约材料 4 扩大了混凝土结构的应用范围 可用于防水，防渗，防腐蚀等要求的环境。 预应力混凝土结构的缺点：

1 构造、施工和计算复杂，制作技术较高，施工周期较长； 2 需要增设施加预应力的设备，投入增加，少量使用不经济； 3 构件延性相对较差。

3. 施加预应力的方法有哪两种？两种方法的区别有哪些？

先张法：在浇注混凝土之前，张拉预应力钢筋的方法。 后张法：在结硬后的砼构件上张拉预应力钢筋的方法。

4. 预应力混凝土的分类。

按预应力的施加方式分类 先张法 后张法

按钢筋和混凝土之间是否有粘结作用分类 有粘结预应力构件 无粘结预应力构件 按预应力施加的程度分类 全预应力砼 部分预应力砼

5. 预应力混凝土结构中钢筋的种类有哪些？选用预应力钢筋的原则是什么？

预应力钢筋的选用原则：

⑴ 强度高； ⑵ 与砼之间有良好的粘结性能； ⑶ 良好的加工性能； ⑷ 具有一定的塑性。 ★ 预应力钢材的种类：

⑴ 中强度预应力钢丝（光面、螺旋肋） ⑶ 消除应力钢丝（光面、螺旋肋） ⑵ 预应力螺纹钢筋（螺纹）

⑷ 钢绞线 由直径5~6mm的高强度钢丝捻成的。 分成1×3和1×7两种。

6. 《规范》对于预应力混凝土结构中混凝土强度的要求是什么？

★ 预应力混凝土结构对混凝土的要求： ⑴ 强度高。① 承受的预应力高（局部受压）； ② 砼与钢筋之间的粘结力高； ③ 比较经济的截面；

⑵ 收缩、徐变小。→ 减小预应力损失。 ⑶ 快硬、早强。→ 加快施工速度。

《砼规》规定：预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，不应低于C30。

7. 锚具按锚固的原理分为哪几类？

夹具和锚具主要靠摩阻、握裹和承压锚固来夹住或锚住钢筋

(1) 锥塞式锚具 (2)夹片式锚具 (3)支承式锚具 (4)握裹式锚具（固定端锚具）

8. 何谓张拉控制应力？张拉控制应力为什么不能取太高？也不能取太低？

张拉预应力钢筋时所控制的最大应力值，其值为张拉设备所控制的总的张拉力除以预应力钢筋面积得到的应力值。

① 个别钢筋可能被拉断，或使钢筋产生较大塑性变形；尤其对于为减少预应力损失s l ，而进行的超张拉。

② 在施工阶段会使构件的某些部位受到拉力甚至开裂，对后张法构件有可能造成端部混凝土局部受压破坏。

③ s con 越高，N cr 与N u 越接近，构件肯开裂即坏，破坏无明显预兆，延性差。

s con 过低 → 预应力小而且存在预应力损失s l → 有效预应力s pc 更少 → 抗裂度和刚度提高就小 → 达不到预期的抗裂效果

8. 何谓预应力损失？预应力损失有哪几种？减小每种预应力损失的措施是什么？

9. 在施工和使用阶段，预应力钢筋中的预应力不断降低的现象。 1. 张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失σl 1

★ 减小a ：a. 选变形小、锚固好的锚具； b. 少用垫块。 ★ 增大l ：增加台座长度（先张法）；当l ≥100m时，s l 1=0。 2. 预应力筋与孔道壁间摩擦引起s l 2 →后张法

① 对较长的构件可在两端进行张拉；

计算中孔道长度可按构件的一半长度计算，但会增加s l1，应用时要慎重。

② 采用超张拉。

2min

0−−−−→1. 1σcon −−荷载−−−−→2min 0. 85σcon −−荷载−−−−→σcon

3. 砼加热养护时，预应力筋与张拉设备间温差产生的预应力损失s l 3 →先张法

① 采用二次升温养护。常温养护 → 砼强度达到C7.5～C10 → 逐渐升温养护。 ② 在钢模上张拉预应力钢筋。钢模和构件一起升温 4. 钢筋应力松弛引起的预应力损失s l 4（《规范》表10.2.1）

采用超张拉和低松弛钢筋。

① 高应力短时间的松弛损失比低应力的多；

② 持荷两分钟，可使部分松弛损失发生在锚固前。

l 5

l 5① 采用高标号水泥，减少水泥用量，降低水灰比；

② 采用级配良好的骨料，加强振捣，提高混凝土的密实性； ③ 加强养护，以减少混凝土的收缩； ④ 控制混凝土应力s pc ，要求s pc ≤0.5f cu 。

6. 螺旋式预应力钢筋作配筋的环形构件局部挤压混凝土引起的预应力损失s l 6 →后张法构件

10. 先张法和后张法预应力损失是怎样组合的？

预应力损失的组合

混凝土预压前（第一批）损失s l Ⅰ 混凝土预压后（第二批）损失s l Ⅱ

先张法构件

后张法构件

s l 1+s l 2+s l 3+s l 4

s l 5

s l 1+s l 2 s l 4+s l 5+s l 6

11. 掌握先张法和后张法轴心受拉构件的各阶段应力分析，能够推导预应力钢筋，非预应力钢筋和混凝土的应力，并能进行简单的设计验算。 12. 轴心受拉构件先张法和后张法计算公式的比较。

⑴ 钢筋的应力

① 非预应力筋：公式形式完全相同。说明非预应力钢筋与混凝土的变形协调起点相同。

② 预应力钢筋：后张法较先张法应力大，多了a E s pc ，因为后张法在张拉钢筋时，压缩混凝土，两者变形协调起点不同。 ⑵ 混凝土应力

两种方法的公式形式基本相同，但施工阶段对构件施加的预压力s pc II 不同。因为A 0>A n ，所以当s con ，材料和b ×h 相同时，后张法的s pc II 比先张法的大。 反之，当要求相同条件下两种方法的s pc II 相等时，先张法的张拉控制应力s con 应大于后张法构件。 ⑶ 轴向拉力

使用阶段N 0、N cr 、N u 形式相同，面积均为换算截面面积，但一般情况下先张法和后张法的s pc II 值不同，所以N 0、N cr 、N u 的值不同。

13. 预应力混凝土结构与钢筋混凝土结构的比较。

★ 预应力砼构件与普通钢筋砼构件比较 ① 预应力构件从制作→使用→破坏，预应力钢筋始终处于高应力状态，砼在N 0前始终处于受压状态。因此较普通砼构件，充分发挥了两种材料的性能。

② 当材料强度等级、截面面积和构件截面尺寸相同时，预应力砼构件与普通钢筋砼构件具有相同的极限承载力，即预加应力既不会提高构件的承载能力。

③ 预应力砼构件的开裂荷载N cr 大大高于普通钢筋砼构件，因此构件的抗裂度大大提高，这正是对构件施加预应力的目的所在。

但预应力构件出现裂缝的荷载值与破坏荷载值比较接近，故延性较差。

14. 预应力混凝土轴心受拉构件设计计算的内容有哪些？

使用阶段承载力计算 抗裂度验算和裂缝宽度验算 轴心受拉构件施工阶段验算

15. 《规范》的裂缝控制等级及相应的计算公式。

按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度

★ 对二a 类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。

16. 轴心受拉构件施工阶段验算的公式。 17. 局部受压承载力计算的内容包括哪些？

后张法构件锚固垫板下局部受压承载力计算 ① 局部受压截面尺寸验算。 ② 局部受压承载力计算。

18. 预应力混凝土受弯构件施工阶段的计算公式。 19. 预应力混凝土受弯构件设计计算的内容有哪些？

1. 受弯构件正截面承载力计算

2. 任意位置处预应力钢筋和非预应力钢筋应力的计算 3. 破坏时压区预应力钢筋的应力

20. 正截面受弯承载力计算中预应力混凝土与钢筋混凝土的区别。 21. 为什么施加预应力会提高构件的抗剪承载力？

① 抑制了斜裂缝的出现和开展；② 增加了砼剪压区的高度和骨料咬合力。

22. 预应力混凝土受弯构件斜截面抗裂验算的原理是什么？《规范》的要求是什么？

在斜裂缝出现前，构件基本处于弹性阶段，可按材力方法计算主应力。构件中各砼微单元除了受由荷载引起的正应力和剪应力外，还承受由预应力钢筋所引起的预应力。 ⑴ 一级——严格要求不出现裂缝的构件。在荷载效应标准组合下 ⑵ 二级——一般要求不出现裂缝的构件。在荷载效应标准组合下

⑶ 裂缝控制等级为三级——允许出现裂缝的构件。按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响

★ 对二a 类环境的预应力混凝土构件，尚应按荷载准永久组合计算，构件受拉边缘混凝土的拉应力不应大于混凝土的抗拉强度标准值。

23. 预应力混凝土受弯构件挠度包括哪两个部分？

一部分则是受荷后产生的挠度f 1；另一部分是由预加应力产生的反拱f 2

24. 预应力反拱的计算原理是什么？

可用结构力学方法按刚度E c I 0 进行计算。即按两端有弯矩（等于N p e p ）作用的简支梁计算。

25. 预应力混凝土受弯构件施工阶段验算的原理是什么？

《砼规》是通过限制边缘纤维混凝土应力值的方法，来满足预压区不允许或允许出现裂缝的要求，同时保证预压区的抗压强度。

⑴

⑵

⑶

⑷ 施加预应力对构件正截面承载力无明显影响。

预应力混凝土适用的结构 1大跨度和承受重荷载结构 2对抗裂度有特殊要求的结构 3适用于高耸结构 4大量制造的预制构件

5 特殊要求的一般建筑，如层高、梁高和截面尺寸受限。

n c E s c E s E p 0

★ 由公式说明的问题：

① s l5与相对初应力s pc /f" cu 为线性关系，因此要满足s pc ≤0.5f" cu 。否则，会导致预应力损失显著增大。可见，过大的预应力或放张时过低的砼抗压强度均是不妥的。

② 后张法的s l5值比先张法的低，因为后张法构件在施加预应力时，砼已完成了部分收缩。 ★ 组合时应注意的问题

⑴ 考虑到应力损失计算值与实际损失尚有误差，为了保证预应力构件抗裂性能。《砼规》规定了总预应力损失的最小值，即当计算所得的总预应力损失值 s l =s l I +s l II 小于下列数值时，应按下列数值取用：

22

先张法构件：100N/mm； 后张法构件：80N/mm。 ⑵ 后张法构件的预应力钢筋采用分批张拉时，应考虑后批张拉钢筋所产生的混凝土弹性压缩(或伸长) 对先批张拉钢筋的影响，可将先批张拉钢筋的张拉控制应力值s con 增加或减小a E s pci 。此处，s pci 为后批张拉钢筋在先批张拉钢筋重心处产生的混凝土法向应力。

3. 对锚固区的要求：

⑴ 确保锚固区的砼不产生裂缝和较大变形 → 验算截面尺寸；

⑵ 确保锚固区内的间接钢筋满足局部受压承载力的要求 → 配置间接钢筋并验算。

A s ，A" s ——在受拉、受压区均配置。→防止制作、运输、吊装出现裂缝

预应力砼受弯构件与轴拉构件相同，预应力钢筋与砼变形协调的起点：先张法为切断预应力钢筋的时刻（砼起点应力=0）；后张法为完成第二批预应力损失的时刻（砼应力为s pc II ）；

当不配A " p 时，可按构造确定A s , A "s ，利用基本公式求x 和A p

当配置A "p 时，可先不考虑A "p ，并按构造确定A s 及A "s ，估算A p ，再按A "p = (0.15 ~ 0.25)A p ，再由公式计算σ"p ，计算A p 和A "p 。

⑷ 斜截面抗裂度控制验算位置：

① 应选择跨度内不利位置的截面。如弯矩和剪力较大截面，或外形有突变的截面；

② 在沿截面高度上，应选择截面的换算截面重心处和截面宽度突变处进行验算。如I 形截面上、下翼缘与腹板交接处等主应力较大的部位。

A =A +αA +αA A =A +αA