第14章部分预应力混凝土受弯构件..doc

第14章 部分预应力混凝土受弯构件 预应力混凝土结构，早期都是按照全预应力混凝土来设计的。根据当时的认识，预应力的目的只是为了用混凝土承受的预压应力来抵消使用荷载引起的混凝土拉应力。混凝土不受拉，当然就不会出现裂缝。这种在使用荷载作用下必须保持构件截面混凝土受压的设计，通常称为全预应力设计，“零应力”或“无拉应力”则为全预应力混凝土的设计基本准则。 全预应力混凝土结构虽有抗裂刚度大，抗疲劳，防渗漏等优点，但是在工程实践中也发现一些严重缺点，例如，主梁的反拱变形大，以至于桥面铺装施工的实际厚度变化较大，易造成桥面损坏，影响行车顺适；当预加力过大时，锚下混凝土横向拉应变超出了极限拉应变，易出现沿预应力钢筋纵向不能恢复的裂缝。 部分预应力混凝土结构的出现是工程实践的结果，它是介于全预应力混凝土结构和普通钢筋混凝土结构之间的预应力混凝土结构。部分预应力混凝土结构在工程中不仅充分发挥预应力钢筋的作用，而且注意了利用非预应力钢筋的作用，从而节省了预应力钢筋，进一步改善了预应力混凝土的使用性能。同时，它也促进了预应力混凝土结构设计思想的重大发展，使设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低，进行合理的结构设计。 在第13章介绍的内容基础上，本章先介绍部分预应力混凝土结构的受力性能，然后着重介绍B类预应力混凝土受弯构件的计算与设计特点及方法。 14.1 部分预应力混凝土结构的受力特性 《公路桥规》按预应力度的不同，将预应力混凝土结构分为两类：全预应力混凝土结构和部分预应力混凝土结构。全预应力混凝土结构指构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘不出现拉应力的预应力混凝土结构，其；部分预应力混凝土结构指构件在作用（或荷载）短期效应组合下控制的正截面的受拉边缘可出现拉应力的预应力混凝土结构，其。《公路桥规》对部分预应力混凝土结构分为A类构件和BB类预应力混凝土构件。 荷载－挠度曲线是梁工作性能的综合反映。为了理解部分预应力混凝土梁的性能，需要观察不同预应力程度条件下梁的荷载－挠度曲线。图14-1中，曲线1，2和3分别表示具有相同正截面承载能力的全预应力混凝土，部分预应力混凝土和普通钢筋混凝土梁的弯矩－挠度关系示意图。从图中可以看出，部分预应力混凝土梁的受力特性，介于全预应力混凝土梁与钢筋混凝土梁之间。 在荷载作用较小时，部分预应力混凝土梁（曲线2）受力特性与全预应力混凝土梁（曲线1）相似：在自重与有效预加力（扣除相应的预应力损失）作用下，它具有反拱度，但其值较全预应力混凝土梁的反拱度小；随着外加荷载作用增加，弯矩M达到B点，这时表示外荷载作用下产生的梁下挠度与预应力反拱度相等，两者正好相互抵消，此时梁的挠度为零，但此时受拉区边缘的混凝土应力并不为零。 图14-1 弯矩－挠度关系曲线 当荷载作用继续增加，达到曲线2的C点时，外荷载作用产生的梁底混凝土拉应力正好与梁底有效预压应力互相抵消，使梁底受拉边缘的混凝土应力为零，此时相应的外荷载作用产生的弯矩，就称为消压弯矩。 梁的截面下边缘消压后，如继续加载至D点，混凝土的边缘拉应力达到极限抗拉强度。随着外荷载增加，受拉区混凝土就进入塑性阶段，构件的刚度下降，达到D′点时表示构件即将出现裂缝,此时相应的弯矩就称为部分预应力混凝土构件的抗裂弯矩,显然（－）就相当于相应的钢筋混凝土梁的截面抗裂弯矩，即=－。 从D′点开始，外荷载作用加大，裂缝开展，刚度继续下降，挠度增加速度加快。而到达E点时，受拉钢筋屈服。E点以后裂缝进一步扩展，刚度进一步降低，挠度增加速度更快，直到F点，这时构件达到极限承载能力状态而破坏。 14.2 部分预应力混凝土结构的发展与特点 B类14.3 允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件的计算 部分预应力混凝土受弯构件的持久状况正截面承载能力计算与全预应力混凝土受弯构件的相同，本节以简支梁为例主要介绍B类预应力混凝土构件持久状况和短暂状况计算中的一些特殊问题。 14.3.1 B类构件在使用阶段的截面正应力计算 允许开裂的B类预应力混凝土受弯构件与全预应力混凝土及A类预应力混凝土受弯构件在使用阶段的计算不同点在于截面已开裂。开裂截面的中和轴位置和有效截面的几何特性，不仅取决于材料与截面尺寸，而且还取决于轴向力（预加力）与作用（荷载）的大小和位置、预应力钢筋和非预应力钢筋数量的多少，这使计算工作比较复杂。 从预应力混凝土梁的弯矩－挠度曲线可以明确看出，梁开裂后仍具有一个良好的弹性工作性能阶段，即开裂弹性阶段。因此，部分预应力混凝土梁开裂后使用阶段的应力计算可以采用弹性分析方法。 1）开裂截面的弹性分析法 以矩形截面为例，在受拉区布置有预应力钢筋和非预应力钢筋［图14-2a）］，其截面弯矩M大于开裂弯矩时，开裂截面上预应力筋中的拉力为，非预应力筋中的拉力为，中