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预应力混凝土结构设计原理是一种通过在混凝土构件中施加预先压缩力，以提高其抗拉性能和承载能力的设计方法。与普通钢筋混凝土相比，预应力混凝土利用高强度钢材（如钢绞线或钢筋）对混凝土施加初始压应力，从而抵消部分外荷载产生的拉应力，避免混凝土过早开裂并延长结构使用寿命。

核心原理1.预应力的施加：通过张拉高强度钢材，在混凝土凝固前或后对其施加压应力。根据施工方法，可分为先张法（在浇筑混凝土前张拉钢筋）和后张法（在混凝土硬化后张拉钢筋）。2.改善受力性能：混凝土本身抗压强度高但抗拉强度低，而预应力可以减少甚至消除拉应力区域，使结构在使用阶段保持较低的拉应力水平，从而增强结构的刚度、抗裂性和耐久性。3.优化材料利用率：通过合理布置预应力筋，充分发挥钢材的高强度特性，同时降低普通钢筋用量，实现经济化设计。

设计要点1.确定预应力值：需综合考虑构件类型、荷载情况及环境因素，确保预应力水平既满足抗裂要求又不过度浪费材料。2.控制损失：预应力在传递过程中会因摩擦、锚具变形、混凝土收缩徐变等因素产生损失db35／t 1957-2021 河湖长制工作管理规范，设计时必须准确计算这些损失并加以补偿。3.构造措施：为保证预应力的有效传递，需合理设计孔道位置、锚固系统以及保护层厚度等。

应用领域预应力混凝土广泛应用于大跨度桥梁、高层建筑基础、水工结构及工业厂房等领域。例如，桥梁中的箱梁采用预应力技术可显著减轻自重，扩大跨越能力；而在楼板设计中，则能有效减少挠度和裂缝宽度。

总之，预应力混凝土结构设计结合了力学理论与工程实践，具有高效、安全、经济的特点，是现代土木工程中不可或缺的技术手段之一。

先张法依靠预应力筋回缩力和其与混凝士之间的粘结力形成预应力体系。 一般先张法所用的预应力筋为：高强钢丝、直径较小的钢绞线和小直径的冷拉钢筋等。 先张法的工艺简单、工序少、效率高、质量易保证，且能省去锚固预应力筋所用的永久锚 具，但需要专门的张拉台座，基建投资较大，还须考虑交通运输条件。预应力筋一般采用直线 或折线布置，适宜于预制大批生产的中小型构件。

制造台座：b）预应力筋张拉：c）混凝土施工：d）预应力筋放极

a）预留孔道混凝土施工；b）穿预应力筋、张拉；c）预应力筋锚固：d）孔道压浆、封铺

应力筋使混凝土构件压缩；待张拉力达到设计值后，用特制的锚具将预应力筋锚固于混凝土构 件上，从而使混凝土获得永久的预压应力；最后，在预留孔道内压注水泥浆，以保护预应力筋并 使其与混凝上粘结成整体。 后张法是通过锚具锚固预应力筋从而保持预加力的预应力体系。因此，后张法适用性较 人，它可以是预制构件，也可以是施工现场按设计部位在支架上施工的混凝土构件等。但后张 法施工.工艺相对比较复余，锚具耗钢量较大。 后张法混凝土构件的预留孔道，是由制孔器来形成的。常用的制孔器的形式有两类： （1)抽拔式制孔器。即在预应力混凝土构件中根据设计要求预埋制孔器具，待混凝土初凝 后抽拔出制孔器具，从而形成预留孔道。最常用的橡胶抽拔管的工艺为：在钢丝网加劲的胶管 内穿人钢筋（称芯棒），再将胶管（连同芯棒）放入构件模板内，待浇筑混凝土结硬到一定强度 （般为初凝期）后，抽掉芯棒再拔出胶管，从而形成预留孔道。 (2)理人式制孔器。即在预应力混凝土构件中根据设计要求永久埋置制孔器（管道），从而 形成预留孔道。通常可采用铁皮管、螺旋波纹铁皮管和特制的塑料管作为制孔器。这种预理 管道的构件，在混凝土达到设计强度后，即可直接张拉管道内的预应力筋。 我国现在·般都采用预埋波纹管方式制孔。 在后张法预应力混凝土构件中，为了防止预应力筋的锈蚀和使预应力筋与梁体混凝土结 合成一个整体，一般在预应力筋张拉完毕之后，即需向预留孔道内压注水泥浆。为了减少水泥 浆结硬过程中的收缩，保证孔道内水泥浆密实，可在水泥浆中加人少量的铝粉，使水泥浆在硬 化过程中膨胀，但应控制其膨胀率不大于5%。水泥浆的水灰比般取0.4~0.45为宜。水泥 浆的标号不低于构件混凝上标号的80%，且不低于C30。具体可以参考我国有关预应力混凝 土施工技术规范

（4）根据设计取用的预应力筋种类、预压力大小及布束的需要选择锚具体系； （5）预应力筋张拉操作方便，设备简单。 根据我国国家标准（GB/T14370一93），按照使用要求，锚具的锚固性能分为两类：I类错具 适用于承受动、静荷载的预应力混凝土结构；Ⅱ类锚具一仅适用于有粘结预应力混凝土 结构中预应力筋应力变化不大的部位。锚具的锚固性能分类依据静载锚固性能，并由预应力 筋组装件静载试验测定的锚具效率系数7。和达到实测极限拉应力时的总应变确定。其 中，锚具效率系数7按下式计算：

Fapu 7a= 7F

≥0.95,eapu≥2.0% 7≥0.90，apu≥1.7%

Fgu 7g= 7pFeu

式中：F一夹具组装件的实测极限拉力； F一夹具组装件中各预应力钢材的计算极限拉力之和； 其余符号意义同前。 夹具的静载锚固性能应符合7≥0.95。 预应力锚固体系的其它··些技术要求及性能可参见有关规范和标准，此不赞述。 下面简略介绍几种国内外常用的锚固体系，其中主要介绍锚具部分。

号钢或45号钢冷作铣制而成，一般不得锻造加工，使用前应逐个进行电磁探伤检验，不得有裂 缝和暗伤。锚塞用45号优质碳素结构圆钢经热处理制成。除保证锚圈和锚塞的强度外，还要 注意他们的硬度，要求锚塞的洛氏硬度为HRC55～58单位，硬度要稍大于钢丝，锚圈的硬度却 要略低于钢丝，这样在顶塞后，锚塞齿纹能压入钢丝表面，咬住钢丝并将钢丝嵌入锚圈内，从而

获得可靠的锚固。 预应力筋张拉时需要特制的双作用或三作用千斤顶。利用主缸进油张拉钢丝、小缸进油 顶紧锚塞，则为双作用千斤顶；利用上缸复位时顶出卡樱以放松钢丝的，则为三作用千斤顶。 目前在后张法预应力混凝土结构中常用的锥形锚，主要用于错固18根5mm和24根p5mm的 高强钢丝束（简称18丝和24丝）：但这种锚固高强钢丝的锚县，在国内使用已逐渐减少。 锥形锚具的尺寸较小，便于分散布置。缺点是钢丝向缩量较大，所引起的应力损失亦大 并且无法重复张拉和接长。

在14mm以下的钢筋束。它的工作原理是将预应力筋穿过锚杯的蜂窝眼后，用专门的镦头 等钢筋或钢丝的端头镦粗，这样镦粗头的预应力束直接锚固在锚杯上.将于斤顶拉杆旋人销

内螺纹后可进行张拉，待锚杯带动钢筋或钢丝伸长到设 计需要时，将锚圈沿锚杯外的螺纹旋紧顶在构件表面 于是锚圈通过支承垫板将预压力传到混凝土体上。 国内研制成的头锚具，可以锚固直径5mm的高 强度钢丝12～110根，锚固直径7mm高强钢丝12～48 根，钢丝强度有1570MPa和1670MPa两种。 头锚具的优点是操作简便迅速，不会出现锥形锚 易发生的“滑丝”现象，故不发生相应的预应力损失。与 锥形锚具相比，一般可节约高强度预应力钢丝20%以

的端部而形成最简单的锚具。同济大学桥梁工程系试制成的轧丝锚具采用了冷滚压工艺 即一种无切削的加工方法，在预应力钢筋端部滚压加工过程中，并不减少钢筋的体积，只是通 过钢筋表层金属的塑性变形而形成螺纹的牙峰和牙槽。滚压可利用普通车床进行，并配有拧 紧螺帽的扳手工具，通过旋紧螺帽的圈数测定引伸量。由于轧丝锚经济效益高，所以得到广泛 应用。缺点是有时螺纹不易咬紧而需用双螺母。 轧丝锚制作简单，用钢量最省，张拉操作方便，锚固作用明确可靠0386 汉中市某医院门诊科技楼工程施工组织设计，锚具的预应力损失小， 适用于短小预应力混凝土构件。亦能用简单的套筒加以接长，还具有能多次重复张拉与放松 的优点。

锁在千斤顶后部的错固器内，千斤顶复位后前端再次锁定，后端自动放松，这样周而复始 拉，直至获得所需的张拉力

前，我国采用最多的锚具是夹片式锚和徽头

a)张拉端锚具EC型：b）固定端罐具P型

采用最多的锚具是夹片式锚和镦头锚两种形

斤顶是预应力混凝土结构张拉预应力筋的主要设备。目前，国内外的张拉设备均与锚 相配合，可以参考有关的资料，此不赘述。

第三章预应力及预应力损失计算

沿预应力混凝土构件长度方向，预应力筋中预拉应力的大小并不是一个恒定值，由于受到 施工因素、材料性能及环境条件的影响，在施工和使用过程中往往会逐渐减小，从而也使混凝 土中的预压应力相应减小。预应力筋中这种预拉应力减小的现象称为预应力损失。 根据构件荷载需要而设计的预应力筋中的预拉应力，应是扣除预应力损失后的有效预应 力。因此，一方面要确定预应力筋张拉时的初始应力（一般称为张拉控制应力），另一方面要正 确估算预应力损失值，然后根据两者之差确定有效预应力值。值得注意的是，有效预应力值过 大或过小对结构都是有害的，这是因为预应力筋的作用除加劲外更主要的还有施力作用。如 果对预应力损失估计过高，实际上混凝士必须承受过高的持续压应力，甚至产生过大的反拱 度，对结构安全和使用都不利。所以，对预应力损失必须作出与结构重要性相称的尽可能合理 的估计。对于跨度较大和体系较复杂的预应力混凝十结构，一般应分时段计算，考虑与时间相 关的各种损失的相依关系，以精确估算预应力损失值；对于一些重要结构或采用新的施工方法 时，则需要通过试验来取得各项预应力损失的估算值，以便更能符合实际的损失值。

擦、松弛和分批张拉弹性压缩等因素引起的预应力损失，采取超过张拉控制应力的张拉；为了 提高构件在制作和吊运中的抗裂性，以及对于在使用阶段的受压区所布置的预应力筋等，也采 取适当提高张拉应力的超张拉。但在任何情况下路面基层交底，预应力筋中的最大控制张拉应力：钢丝和钢 绞线不应超过0.80f，冷拉粗钢筋不应超过0.95fk。另·方面，为了充分发挥预应力钢材的 作用、克服预应力损失面留有足够的有效预应力，钢丝、钢绞线和热处理钢筋的最低张拉控制 应力不应小于0.40f，冷拉粗钢筋的最低张拉控制应力不应小于0.50fk