第八章 部分預(yù)應(yīng)力混凝土,第一節(jié) 部分預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展 1939年，奧地利的工程師Emperger建議在鋼筋混凝土構(gòu)件中加一些預(yù)應(yīng)力筋，這是第一次提出部分預(yù)應(yīng)力混凝土（PPC）的概念，其目的不是消除裂縫，而是減小裂縫寬度與撓度。,在1970年召開的FIP大會(huì)上，提出了將混凝土結(jié)構(gòu)分為四級(jí)的建議：全預(yù)應(yīng)力、限值預(yù)應(yīng)力、部分預(yù)應(yīng)力和鋼筋混凝土。 部分預(yù)應(yīng)力發(fā)展的另一個(gè)里程碑是1968年瑞士規(guī)范中真正引入了部分預(yù)應(yīng)力。 7080年代，部分預(yù)應(yīng)力在歐洲及北美有很大的發(fā)展。80年代至今，部分預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用在國(guó)際上又有很大發(fā)展。,第二節(jié) 部分預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn),若按全預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，其截面配筋常由使用荷載下不出現(xiàn)拉應(yīng)力的條件控制，其受彎承載力安全系數(shù)往往偏大，浪費(fèi)鋼材。部分預(yù)應(yīng)力有利于節(jié)約預(yù)應(yīng)力筋。 部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力較小，可避免過(guò)大的長(zhǎng)期反拱。 與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，部分預(yù)應(yīng)力混凝土具有適量預(yù)應(yīng)力，在正常使用狀態(tài)下，其裂縫經(jīng)常是閉合的。,部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于配有普通鋼筋，在破壞時(shí)呈現(xiàn)的延性和能量吸收能力，比全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)大得多，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震較為有利。 部分預(yù)應(yīng)力混凝土的總預(yù)應(yīng)力值較小，一般不會(huì)有縱向水平裂縫的出現(xiàn)。 部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量少，將減少預(yù)應(yīng)力筋的制作與張拉工作量，給施工帶來(lái)方便。,第三節(jié) 預(yù)應(yīng)力度,一、預(yù)應(yīng)力混凝土的分級(jí) 根據(jù)1970年FIP-CEB第六屆會(huì)議提出的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工建議，結(jié)構(gòu)混凝土分為四級(jí)： 級(jí)全預(yù)應(yīng)力：在使用荷載最不利組合下不容許 混凝土出現(xiàn)彎曲拉應(yīng)力。 級(jí)有限預(yù)應(yīng)力：在全部荷載作用下容許出現(xiàn)低 于混凝土抗拉強(qiáng)度的彎曲拉應(yīng)力，但在準(zhǔn)永 久荷載作用下應(yīng)避免出現(xiàn)拉應(yīng)力。,級(jí)部分預(yù)應(yīng)力：對(duì)拉應(yīng)力無(wú)限制，但必須控制 裂縫寬度。 級(jí)鋼筋混凝土。 二、裂縫控制等級(jí)與預(yù)應(yīng)力度的定義 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ10-89）對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的抗裂性能分為嚴(yán)格要求不出現(xiàn)裂縫、一般要求不出現(xiàn)裂縫和允許出現(xiàn)裂縫三類，裂縫控制等級(jí)分別屬一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)。 該抗裂分級(jí)方法的一級(jí)抗裂對(duì)應(yīng)了全預(yù)應(yīng)力混凝土，二級(jí)抗裂對(duì)應(yīng)了有限預(yù)應(yīng)力混凝土，三級(jí)抗裂對(duì)應(yīng)了部分預(yù)應(yīng)力混凝土。 我國(guó)，二、三級(jí)抗裂統(tǒng)稱為部分預(yù)應(yīng)力混凝土。,預(yù)應(yīng)力度通常有兩種定義方法： 1、按消壓狀態(tài)定義 受彎構(gòu)件預(yù)應(yīng)力度的表達(dá)式為： 式中 M0消壓彎矩，使構(gòu)件控制截面荷載下受 拉邊緣應(yīng)力抵消到零時(shí)的彎矩。 Msk荷載（不包括預(yù)應(yīng)力）作用下控制截 面短期荷載效應(yīng)組合的彎矩。 受拉構(gòu)件預(yù)應(yīng)力度的表達(dá)式為：,若受彎構(gòu)件及受拉構(gòu)件截面不開裂，則,因此，按預(yù)應(yīng)力度劃分混凝土結(jié)構(gòu)類型為： 全預(yù)應(yīng)力混凝土 部分預(yù)應(yīng)力混凝土 鋼筋混凝土,這里，部分預(yù)應(yīng)力混凝土采用了廣義的定義，包括 限值預(yù)應(yīng)力和部分預(yù)應(yīng)力兩個(gè)部分。,2、按強(qiáng)度比定義 按受彎構(gòu)件或受拉構(gòu)件預(yù)應(yīng)力筋承擔(dān)的承載力占總承載力的比例定義預(yù)應(yīng)力度表示為：,式中 Ap控制截面處預(yù)應(yīng)力筋截面面積； As控制截面處普通鋼筋截面面積； fy普通鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； fpy預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,兩種預(yù)應(yīng)力度的定義，第一種以抗裂為基礎(chǔ)， 第二種以承載力為基礎(chǔ)，兩種定義有一定的關(guān)系。,第四節(jié) 部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制,裂縫控制研究包括以下幾個(gè)方面： 1、短期荷載下裂縫開展寬度的限值； 2、裂縫出現(xiàn)荷載的計(jì)算； 3、反復(fù)荷載下裂縫寬度的計(jì)算； 4、長(zhǎng)期荷載組合下裂縫閉合荷載的計(jì)算。,1、裂縫開展的允許寬度 CEB規(guī)范，F(xiàn)IP設(shè)計(jì)建議等對(duì)短期效應(yīng)組合下的 裂縫寬度限制相對(duì)較寬松，對(duì)不同的環(huán)境及不同的鋼 材給予了不同的限制。 根據(jù)東南大學(xué)10多年來(lái)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì)研究和實(shí)踐，建議在短期荷載組合時(shí)，低侵蝕 環(huán)境下，允許裂縫開展0. 20mm，中等侵蝕環(huán)境下， 允許裂縫開展0. 10mm。這樣，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)能使得在 承載力驗(yàn)算時(shí)預(yù)應(yīng)力筋及非預(yù)應(yīng)力筋都能充分發(fā)揮作 用。并保證長(zhǎng)期作用組合時(shí)，低侵蝕環(huán)境下裂縫寬度 小于0. 05mm，中等侵蝕環(huán)境下裂縫閉合起來(lái)，滿足 耐久性要求。,2、裂縫出現(xiàn)的荷載 式中 W為毛截面的抗彎模量 3、裂縫開展寬度計(jì)算,式中，對(duì)受彎構(gòu)件acr=2.1，鋼筋應(yīng)力不均勻系數(shù)：,ss為非預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量。,4、裂縫閉合 試驗(yàn)結(jié)果證明，影響裂縫閉合的主要因素及卸載時(shí)荷 載與裂寬的關(guān)系： （1）在卸載過(guò)程中，裂縫寬度與荷載的關(guān)系由三段直線組成。卸載開始段有滯后現(xiàn)象，隨后是另一直線 變化直至裂縫閉合點(diǎn)。之后，轉(zhuǎn)為另一直線。在最后 區(qū)段內(nèi)，裂縫變化很少，已經(jīng)閉合有時(shí)表面仍可見到 很細(xì)的殘余裂縫。 （2）在同一級(jí)荷載下作循環(huán)加載和卸載，循環(huán)次數(shù) 對(duì)裂縫閉合荷載和裂縫重新開展荷載的影響很小。 影響短期荷載裂縫閉合的主要因素是卸載初期的變形滯后、構(gòu)件中的有效預(yù)應(yīng)力、已開裂縫的寬度及構(gòu)件受壓區(qū)的混凝土塑性變形。,（3）受拉區(qū)配置小直徑的非預(yù)應(yīng)力變形鋼筋對(duì)改善預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)裂縫開展、控制裂縫寬度有很大作用，但這些鋼筋的存在會(huì)影響裂縫的完全閉合，使構(gòu)件表面留有殘余裂縫。 （4）超靜定結(jié)構(gòu)（特別是大梁截面為T形）中，正彎矩裂縫閉合優(yōu)于負(fù)彎矩區(qū)。 （5）各種預(yù)應(yīng)力構(gòu)件或結(jié)構(gòu)只要最大彎矩截面的裂縫開展寬度在0.15mm以下，預(yù)應(yīng)力和長(zhǎng)期荷載作用下，保持截面最外受拉纖維（使用階段）有0.5N/mm2的壓應(yīng)力，裂縫基本閉合，殘余裂寬將小于0.02mm。,第五節(jié) 部分預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)撓度控制,計(jì)算原則：“最小剛度原則” 開裂后受彎構(gòu)件的剛度：,上式考慮的因素較多，比較復(fù)雜。 一般結(jié)構(gòu)按下述方法計(jì)算。,部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件在不出現(xiàn)裂縫的情況下，其性能屬?gòu)椥?。但在?jì)算使用階段剛度時(shí)應(yīng)考慮混凝土的非彈性變形，取Bs=0.85EcI0，計(jì)算預(yù)應(yīng)力引起的反拱時(shí)，其剛度取為Bs=EcI0。并且對(duì)采用高強(qiáng)鋼材作為預(yù)應(yīng)力筋的構(gòu)件，其I0可用毛截面計(jì)算。 長(zhǎng)期剛度