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《建筑力学与结构》预应力混凝土构件

【学习目标】
1、学生对于各种预应力构件有一个基本的认知；
2、能够指导工人生产加工预应力构件；
【知识点】
预应力混凝土的基本概念；施加预应力的方法；锚具、夹具；预应力混凝土构件对材
料的要求；张拉控制应力和预应力损失；预应力混凝土构件的构造要求。
【工作任务】
1、认识各种预应力混凝土构件
2、指导工人进行工人生产加工预应力构件
【教学设计】
本单元的教学内容是预应力混凝土构件。教学围绕2个工作任务展开。教学分6个步
骤完成，工地现场参观，认识预应力混凝土构件——教师教学（按知识点分别依次教学）
——学生识读预应力混凝土构件图纸(提出问题，教师解答)——现场检验工人加工的构件是
否合格——学生分小组讨论，交流心得——教师、工程师针对发现问题和学生交流心得

15.1预应力混凝土的基本概念

15.1.1概述
现代混凝土结构工程发展的总趋势，是通过不断改进设计、施工方法和采用高强、高性
能的轻质材料建造更为经济合理的结构。提高强度有利于减少截面尺寸和减轻结构自重，高
强、高性能轻质材料的发展，对加筋混凝土结构来说尤为重要。因为它的自重往往占到设计
总荷载的很大部分。

然而，由于混凝土的抗拉性能很差，使钢筋混凝土存在两个无法解决的问题：一是在使
用荷载作用下，钢筋混凝土受拉、受弯等构件通常是带裂缝工作的。裂缝的存在，不仅使构
件刚度大为降低，而且不能应用于不允许开裂的结构中；二是从保证结构耐久性出发，必须
限制裂缝宽度，这就使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应也不可能
使高强度混凝土的作用发挥出来。因此，当荷载或跨度增加时，需要增大构件的截面尺寸和
用钢量，来满足变形和裂缝控制的要求，这将导致自重过大，使钢筋混凝土结构用于大跨度
或承受动力荷载的结构成为不可能或很不经济。要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就
必须解决混凝土抗拉性能弱这一缺点，而预应力混凝土结构就是克服钢筋混凝土结构的缺点，
经人们长期实践而创造出来的一种具有广泛发展潜力、性能优良的结构。用高强钢材与
高强混凝土制作的预应力混凝土已成为当前加筋混凝土结构发展的主要方向。
15.1.2预应力混凝土的基本原理

预应力是预加应力的简称。在预应力混凝土结构中，通常为了避免钢筋混凝土结构的裂
缝过早出现，充分利用高强度钢筋及高强度混凝土，可以设法在结构构件承受使用荷载前，
预先对受拉区的混凝土施加压力，使它产生预压应力来减小或抵消荷载所引起的混凝土拉应
力，从而将结构构件的拉应力控制在较小范围，甚至处于受压状态，以推迟混凝土裂缝的出
现和扩展，从而提高构件的抗裂性能和刚度。
现以简支梁为例，进一步说明预应力混凝土结构的基本原理，如图15.1所示。

图15.1预应力混凝土简支梁结构的基本原理
(a)预应力作用；(b)使用荷载作用；(c)预应力和荷载共同作用
15.1.3预应力混凝土的分类
1、根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类
（1）全预应力混凝土
在使用荷载作用下，不允许截面上混凝土出现拉应力的构件。属严格要求不出现裂缝的
构件。
全预应力混凝土的特点是：

①抗裂性能好。由于全预应力混凝土结构所施加的预应力大，混凝土不开裂，因而其抗
裂性能好，构件刚度大，常用于对抗裂或抗腐蚀性能要求较高的结构，如贮液罐、核电站安
全壳等。
②抗疲劳性能好。预应力钢筋从张拉完毕直至使用阶段整个过程中，其应力值的变化幅
度小，因而在重复荷载作用下抗疲劳性能好，如吊车梁等。
③反拱值一般过大。由于预加应力较高，而恒载小，活荷载较大的结构中经常发生影响
正常使用。
④延性较差。由于全预应力混凝土结构构件的开裂荷载与极限荷载较为接近，导致延性
较差，对抗震不利。
（2）部份预应力混凝土
允许出现裂缝，但最大裂缝宽度不超过允许值的构件。属允许出现裂缝的构件。
部分预应力混凝土的特点是：

①可合理控制裂缝节约钢材。由于可根据结构构件的不同使用要求，可变荷载作用情况
及环境条件等对裂缝进行控制，降低了预加应力值，从而节约钢材。
②控制反拱值不致过大。由于预加应力值相对较小，构件初始反拱值较小，徐变小。
③延性较好。部分预应力混凝土构件由于配置了非预应力钢筋，可提高构件延性，有利
于结构抗震，改善裂缝分布，减小裂缝宽度。
④与全预应力混凝土相比，其综合经济效果好。对于抗裂要求不高的结构构件，部分预
应力混凝土是一种有应用前途的结构构件。
2、按照粘结方式分类
（1）有粘结预应力混凝土
（2）无粘结预应力混凝土

无粘结预应力混凝土是继有粘结预应力混凝土和部分预应力混凝土之后又一种新的预
应力形式。无粘结预应力钢筋是将预应力钢筋的外表面涂以沥清、油脂或其他润滑防锈材料，
以减小摩擦力并防锈蚀，并用塑料套管或以纸带、塑