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9预应力混凝土构件

本章提要

本章主要介绍预应力混凝土的基本原理、预应

力混凝土结构构件的基本计算规定、预应力混凝土

轴心受拉构件的设计、预应力混凝土构件的构造要

求。重点是预应力混凝土构件的设计原理和构造要

求。

本章内容

9.1概述

9.2预应力混凝土结构的材料

9.3预应力混凝土结构构件的基本计

算规定

9.4预应力混凝土轴心受拉构件

9.5预应力混凝土结构的构造要求

9.1概述

9.1.1普通钢筋混凝土结构的缺点

混凝土受拉构件、受弯构件、大偏心受压构件

等，在各种荷载作用下，都存在受拉区。当荷载不

是太大时，上述构件中将出现裂缝。

混凝土的极限抗拉应变值εctu大约为0.00015，则

钢筋应力在开裂时的值约为:

52

σ=Eε=Eε=2×10×0.00015=30N/mm

ssssctu

钢筋混凝土构件的另一大缺点是不能采用高强度

钢筋。

9.1.2预应力混凝土的基本原理

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。

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。

如图9.1所示，一简支梁在承受外荷载之前，预

先在梁的受拉区施加一对大小相等、方向相反的集

中力P,则构件各截面的应力分布如图9.1(a)，下边混

凝土纤维的压应力为σ；

pc

仅在使用荷载作用下，梁跨中截面应力分布如

图9.1(b)，跨中截面下边缘混凝土的拉应力为σ；

t

当两种应力状态相互叠加时（如图9.1(c)所示)，

梁跨中下边缘的应力可能是数值很小的拉应力，也

可能是压应力，甚至应力为零，视施加压力P和荷载

的相对大小而定。

图9.1预应力混凝土构件

图9.2简支梁荷载挠度曲线

9.1.4施加预应力的方法

（1）先张法

先张法是指首先在台座上或钢模内张拉钢筋，

并作临时锚固，然后浇筑混凝土。待混凝土达到一

定强度后剪断或放松钢筋。钢筋剪断后将产生弹性

回缩，但钢筋与混凝土之间存在着粘结力，混凝土

就会阻止钢筋回缩而混凝土本身受到预压应力。

先张法的主要工序见图9.3所示。

（2）后张法

后张法是指先浇筑混凝土构件并预留好孔道，

待混凝土达到一定的强度后在孔道内穿入钢筋，然

后直接在构件上张拉钢筋，最后用锚具在构件两端

将钢筋锚固，阻止钢筋回缩，从而对构件施加预应

力。钢筋张拉完毕并将张拉端锚固后，预留孔道内

应按要求灌浆。

后张法的主要工序见图9.4所示。

图9.3先张法主要工序示意图

(a)张拉钢筋；(b)支模并浇捣混凝土；(c)放松并截断预应力钢筋

图9.4后张法主要工序示意图

(a)制作混凝土构件；(b)张拉钢筋；(c)张拉端锚固并对孔道灌浆

9.1.5预应力混凝土构件的优缺点

预应力混凝土构件的抗裂性能远高于普通钢筋混

凝土构件，增加了混凝土结构的使用范围；在使用荷

载作用下一般不出现裂缝，构件的耐久性好、刚度大、

变形也小；能充分利用高强度钢筋和高强度混凝土，

减少了钢筋用量，截面小，减轻了构件自重，从而为

混凝土结构用于大跨度结构创造了良好的条件；预应

力技术的采用，也为装配式结构提供了良好的装配、

拼装手段，可通过纵、横方向施加预应力钢筋，把装

配式结构连成理想的整体。

其主要缺点是施工设备