第十四、十五章 部分及無粘結預應力砼

第十四章部分預應力混凝土受彎構件工程實踐表明，全預應力結構存在以下缺點：部分預應力結構——介于全預應力與普通鋼筋砼結構之間的預應力砼結構；其優(yōu)點是：14.1部分預應力結構的受力特性

1.部分預應力砼梁的受力特性介于全預應力和鋼筋砼之間；2.荷載較小時，部分預應力砼梁與全預應力砼梁相似，但部分預應力砼梁的反拱度較??；3.在使用荷載下，部分預應力砼梁即是開裂，但裂縫寬度較鋼筋砼梁為小，且閉合能力好；撓度介于全預應力梁與鋼筋砼梁之間。預應力度

λ

≥1→

全預應力砼結構λ＜1→

部分預應力砼結構（拉而有限；裂而有限）λ=0→

普通鋼筋砼結構（裂而有限）14.2部分預應力砼結構的發(fā)展與特點一、部分預應力砼結構的發(fā)展二、部分預應力砼結構的優(yōu)缺點

1.節(jié)省錨具和力筋

2.改善了結構性能

(1)由于預加力小，故反拱減小，錨下砼局部應力降低。

(2)裂縫閉合能力強，綜合使用性質優(yōu)于鋼筋砼。

(3)由于配置了普通鋼筋，提高了延性，有利于抗震。三、實現(xiàn)部分預應力的可行方法全部采用高強力筋，部分張拉到最大容許張拉力，另一部分不張拉作為非力筋作用。2.將全部力筋都張拉到一個較低的應力水平。3.普通鋼筋與預應力筋混合配筋。普通鋼筋的作用：(1)協(xié)助受力(2)承受意外荷載

(3)分散約束裂縫，增加抗彎承載力。14.3允許開裂的部分預應力砼受彎構件的計算一、B類構件在使用階段的截面正應力計算：1基本假定(1)受彎構件截面開裂后的變形仍符合平截面假定；(2)鋼筋和受壓混凝土仍處于彈性工作階段；(3)不計截面受拉區(qū)混凝土的拉應力；(4)不考慮裂縫與裂縫之間未開裂截面對計算的影響。2預加力階段分析對有粘結后張法構件，預加力對預應力鋼筋重心處砼產生的壓應變?yōu)椋?/p>

力筋中的拉應變?yōu)椋簞t預應力鋼筋與其重心處砼的應變差為：對先張法構件，放張前混凝土中的應變?yōu)榱?，預應力鋼筋中的拉應變?yōu)椋簞t預應力鋼筋與其重心處混凝土的應變差為：

(1’)(1)3開裂截面應力計算由平截面假定，普通鋼筋的合力為：

（拉力）預應力鋼筋應變及合力：

（拉力）平衡方程為：

(2)可得進一步可導出

(2‘)力矩平衡方程式

(3)將具體表達式代入，可得(3’)由(2’)、(3’)兩式相等可得：

(4)求得x后，再由(2’)或(3’)即可確定的σc

，普通鋼筋及力筋中的應力由下式求得：（拉應力）

（拉應力）4混凝土壓應力和力筋拉應力驗算混凝土最大壓應力力筋拉應力對鋼絲、鋼絞線：

對螺紋鋼筋：

二、裂縫寬度計算式中：《公路橋規(guī)》的裂縫寬度限值：對螺紋鋼筋

對鋼絲、鋼絞線

三、變形計算A類構件及M≤Mcr的B類受彎構件的計算剛度：M≤Mcr的B類構件：

其中

對先張法構件

對后張法構件

14.4部分預應力受彎構件的設計設計思路：部分預應力既要保證承載力極限狀態(tài)的承載力又要滿足正常使用極限狀態(tài)的功能要求。部分預應力受彎構件的設計內容：一般的設計方法一、截面配筋設計的預應力度法1.擬定截面型式及尺寸并計算毛截面幾何參數(shù).2.假定力筋的和普通筋的合力中心位置.3.選取合適的預應力度.對B類構件，設計經驗表明，當λ＝0.6～0.8時，(Ap+As)較小，且可滿足B類構件裂縫寬度限制要求。由

得

而

故4.求Ap和As

由得

則λ

：對高強粗鋼筋可取0.7，高強鋼絲和鋼絞線0.6～0.65。由正截面抗彎承載力確定As：（對矩形截面）5.正截面承載力驗算，并符合；6.斜截面抗剪力驗算；7.錨固區(qū)驗算；8.使用階段砼應力驗算、鋼筋疲勞驗算、裂縫驗算、變形驗算。二、截面配筋設計的名義拉應力法名義拉應力法是根據構件在使用階段的裂縫寬度要求，確定截面上力筋和非力筋所需面積。假定：在使用荷載下，砼截面為勻質且未開裂，用材料力學公式計算應力并滿足：設計步驟：1.計算毛截面參數(shù)并假定力筋和普通筋的重心位置。2.計算。

3.確定

由構件的使用要求及環(huán)境條件確定。4.計算由容許條件

得

5.求Np及AP而

得

則

6.根據正截面承載力確定As（同前）7.驗算正截面承載力要求，并符合。14.5構造要求1.部分預應力砼梁應采用混合配筋，非力筋宜采用較小直徑及較小間距布置在梁受拉區(qū)邊緣。2.采用混合配筋的受彎構件，《建議》：其非力筋數(shù)量，應根據預應力度的大小按下列原則配置：①當預應力度較高時（λ>0.7），為保證構件的安全和延性，宜采用較小直徑及較小間距，按最小配筋率設置非力筋。②當預應力度中等時（0.4≤λ＜0.7），由于非力筋數(shù)量相對增多，因此鋼筋的直徑，特別是最外排的直徑應予以加大。③當預應力度較低時（λ＜0.4），非預應力筋數(shù)量已超過預應力筋數(shù)量，構件受力性能已接近鋼筋混凝土構件，可按鋼筋混凝土梁的構造規(guī)定配置非預應力鋼筋。3.非預應力鋼筋宜采用HRB335、400級熱軋鋼筋.4.截面配筋率①最小配筋率“建議”②最大配筋率

第十五章無粘結預應力砼受彎構件無粘結預應力砼——主筋為無粘結力筋的后張法預應力砼無粘結力筋——沿其全長內涂專用防腐油脂，外包聚乙烯套管無粘結預應力砼的特點：省去了預埋管道、穿束、壓漿等工藝15.1無粘結預應力砼受彎構件的受力特點一、

無粘結預應力砼受彎構件的受力特點無粘結預應力砼的分類1純無粘結預應力砼梁①裂縫特征：裂縫少而集中，并常分叉.②破壞特征：裂縫開叉后不久就發(fā)生砼被壓碎的脆性破壞.③變形特征：開裂后撓度曲線無明顯的折線特征④無粘結筋應力：無粘結筋的應力增量較小，梁破壞時達不到極限強度.⑤承載力：抗彎能力較有粘結預應力梁要低.簡支梁示例：力筋中心處混凝土的應變

若為等截面，且

力筋線形

當ep=0時，與書中的結論相同，為有粘結的2/3；

當e0=0時，為有粘結的8/15.2無粘結部分預應力梁①變形特征：荷載－撓度曲線為三段折線型（開裂、普通鋼筋屈服）.②裂縫特征：裂縫的分布與鋼筋砼梁相似.③破壞特征：普通鋼筋先屈服，砼后壓碎，呈現(xiàn)塑性破壞的特征.△σp與綜合配筋指標β0成直線關系。④無粘結筋應力：無粘結筋應力比純無粘結預應力砼梁有較大增加，但仍小于σ0.215.2無粘結部分預應力砼受彎構件的計算1無粘結筋的極限應力土木學會“部分預應力建議”中?。?5－3）配筋指標βp+βsl/hp配筋指標βp+βsl/hp102010200.055005000.203503000.105005000.252502000.15450400

無粘結預應力鋼筋在極限荷載下的應力增量/MPa《無粘結預應力砼結構技術規(guī)程》（JGJ92—2004）規(guī)定：2無粘結筋的預應力損失估算除摩擦損失外，其余同有粘結后張構件的計算.對摩擦損失的計算，應特別注意摩擦系數(shù)k、μ的選取.3無粘結部分預應力砼梁正截面抗彎能力計算適用條件

“建議”中?。?/p>

15.3無粘結部分預應力砼受彎構件的截面設計方法一：預應力度法方法二：部分預應力比率法1按正截面抗彎承載力估算鋼筋數(shù)量Ap、As

則

由

（15-8）

由

結合（15-8）代入上式

以上是采用預應力比率法估算Ap及As的計算式，具體步驟可概括為：假定PPR=0.7~0.95之間；假設ap、as,hp=h-ap、hs=h-as,計算h0；按式15-10計算ξ，并復核ξ≤ξb；若不滿足，應該調整PPR值或修改截面尺寸，重新計算；4.假定σpu在（0.6~0.8）fpd之間；5.由式（15-12）及（15-13）分別計算Ap及As。2按施工和使用階段的要求估算鋼筋面積（主要是Ap）

對A類構件，按全預應力砼梁的估算方法進行.對B類構件，用允許名義拉應力來估算Ap.由上述兩方面考慮選擇合適的Ap和As值，同時應滿足：15.4無粘結部分預應力混凝土受彎構件的構造

（1）無粘結筋宜采用鋼絲、鋼絞線和熱處理鋼筋，砼等級≥C40.

非力筋:HRB335、400，直徑宜選12或14mm,不應超過20mm.(2)非力筋布置在外側.(3)非力筋最小數(shù)量應滿足(4)無粘結筋的保護：內涂、外包緩粘結預應力技術———是繼有粘結和無粘結預應力技術之后的一種新型預應力技術，它秉承了無粘結預應力施工簡便的優(yōu)點，同時又具有有粘結預應力力學性能好的優(yōu)點，是預應力技術發(fā)展的一大創(chuàng)新。緩粘結預應力筋是處在無粘結筋與有粘結筋間的一種新的預應力筋粘結形式，即它既具有無粘結筋的布索自由、使用方便、無需孔道的設置和壓漿的優(yōu)點，又具有有粘結筋在后期使用上的特點和安全性的一種新預應力工藝。緩粘結預應力鋼筋剖面圖1——外層套管2——潤滑膠粘材料3——預應力鋼筋（鋼絞線）

緩粘結筋的作用機理是在預應力的外側包裹一種特殊的緩凝砂漿，這種砂漿要求在5~40℃密閉條件下，能在30天前不凝結，這就滿足了現(xiàn)場張拉力筋的時間要求。在30天后開始逐漸硬化，并對預應力筋產生握裹、保護作用，并最終達到30MPa以上的抗壓強度。其作用機理之一是由于所摻入的緩凝劑吸附于水泥顆粒表面或水化產物表面，使得水分子和Ca、SO+等離子與C3A類物質作用程度變弱，難于較快地生成鈣礬石晶體而起到緩凝作用；之二是緩凝劑與Ca離子作用，在水泥顆粒表面形成不溶性物質膜，阻礙了水泥礦物正常的水化作用，而起到緩凝作用。當不溶性質膜內滲透壓增大使之破裂，暴露出新的熟料表面時，又消耗緩凝材料生成不溶性物質，直到消耗盡緩凝物質，才能使水泥正常水化，使緩凝砂漿具有強度。緩粘結設計施工關鍵控制技術

◆緩粘結預應力筋的潤滑材料應具有良好的潤滑性、涂附性和自行固化性能，可以保證施工階段不離析，固化后體積穩(wěn)定不收縮，能夠很好的滿足工程質量要求；

◆緩粘結預應力筋的加工時間應與工程整體進度相協(xié)調，總包單位準確通知工程進度，減少緩粘結筋制用到鋪放在空氣中的暴露時間;

◆緩粘結預應力筋端頭要用膠帶包裹密實，避免潤滑劑流出和雜質進入，運輸、吊裝過程中應注意避免對預應力筋表皮的損傷，輕拿輕放、嚴禁拋摔，鋪放時避免拖擦，并著重加強鋪放后及混凝土澆筑時的成品保護工作；

◆盡量避免緩粘結預應力筋穿越后澆帶，總包單位應合理安排施段的劃分和施工順序，在混凝土強度達到設計要求后盡快優(yōu)先張拉緩粘結預應力筋。

◆緩粘結預應力筋在張拉階段與無粘結預應力筋性能基本一致，可以完全采用無粘結預應力筋的張拉工藝，設備及錨固裝置。雙預應力砼梁一、雙作用預應力的原理對簡支梁：①受拉區(qū)張拉力筋，在截面上緣產生較小的預拉應力，在截面下緣產生較大的預壓應力。受壓區(qū)預壓力筋，在截面上緣產生較大的預拉應力，在截面下緣產