《结构设计原理》教案 第十五章 部分混凝土预应力受弯构件.doc

第一节 概述 第二节 部分预应力混凝土结构的计算原理 第一节 概述 二、部分预应力混凝土结构的受力特性 三、部分预应力混凝土结构的优缺点 一、预应力混凝土结构的分类 1、部分预应力混凝土的定义： 所谓部分预应力混凝土，系指其“预应力度”处于以全预应力混凝土和钢筋混凝土为两个极端的中间领域的预应力混凝土构件。即这种构件按正常使用极限状态设计时，在荷载短期组合作用下，其截面受拉边缘出现拉应力或出现裂缝。 2、预应力度(degree of prestress)： 我国《公桥规》中提出的预应力度λ定义为： λ=M0/M 预应力度将配筋混凝土结构系列分三类： a.全预应力混凝土：沿预应力钢筋方向的混凝土正截面不出现拉应力，即λ≥１； b.部分预应力混凝土：沿预应力钢筋方向的混凝土正截面出现拉应力或出现不超过规定宽度的裂缝，即0λ1； c.钢筋混凝土：不预加应力，即λ＝0。 二、部分预应力混凝土结构的受力特性 如图所示： 曲线a为全预应力混凝土梁；b为部分预应力混凝土梁；c为钢筋混凝土梁。 部分预应力混凝土梁（曲线b）在荷载较小时，其受力特性与全预应力混凝土梁（曲线a）相似；在有效预加力Np（扣除相应的预应力损失）作用下，它具有预应力反拱度（OA），但其值较全预应力混凝土梁的反拱度(OA′)小；当荷载（M）增加到Ｂ点时，表示外荷载作用下产生的向下挠度与预应力反拱度相等，两者正好相互抵消，梁的挠度为零。 D点表示荷载继续增加后，混凝土的边缘拉应力达到极限抗拉强度；荷载再增加，受拉区混凝土就进入塑性阶段，构件刚度下降，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Mpf，显然（Mpf-M0）就相当于相应的钢筋混凝土构件的截面抗裂弯矩Mcr=Mpf-M0。至Ｅ点则表示由于外荷载加大，裂缝开展，刚度继续下降，挠度增加速度加快，而使受拉钢筋屈服；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，直至F点，构件达到极限承载状态而破坏。 但此时受拉区边缘应力并不为零，只有当荷载继续增加，达到曲线C的C点时，则表示外荷载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，此时相应的外荷载弯矩就称为消压弯矩M0。 此后，如果继续加载，部分预应力混凝土梁的受力特性，就像普通钢筋混凝土梁（steel string concrete beam）一样了。 三、部分预应力混凝土结构的优缺点 1、部分预应力混凝土结构的优点 （1）部分预应力改善了构件的使用性能。 （2）节省高强预应力钢材，简化施工工艺，降低工程造价。 （3）提高构件的延性。 （4）可以合理的控制裂缝。 2、部分预应力混凝土的缺点是：与全预应力混凝土相比抗裂性略低，刚度较小，设计计算略为复杂；与钢筋混凝土相比，则所需的预应力工艺复杂。 1.用非预应力钢筋来加强应力传递时梁的承载力，如图所示， 2.第二种非预应力筋是用来承受临时荷载或者意外荷载，这些荷载可能在施工阶段出现。 3.第三种是用非预应力筋来改善梁的结构性能以及提高梁的承载能力， 这些部分预应力钢筋在正常使用状态与承载能力极限状态都要发挥重要作用。它有利于分散裂缝的分布，限制裂缝的宽度，并能增加梁的抗弯承载力和提高破坏时的延性。在悬臂梁和连续梁的尖峰弯矩区配制这种非预应力筋起的作用会更显著。如图 第二节 部分预应力混凝土结构的计算原理 二、受压区高度计算 三、裂缝计算 四、构造要求 一、承载能力极限状态的计算 部分预应力混凝土梁的承载能力极限状态的计算，从原理到公式都与全预应力混凝土梁相同。 二、受压区高度计算 图15-4表示B类预应力混凝土受弯构件转化为在偏心压力作用下的开裂截面及应力图。假定开裂截面的中性轴位于腹板内， ， ， 令，， ， ， 受压区高度x计算公式： 计算A、B、C、D后可求x。 三、裂缝计算 B类预应力混凝土受弯构件，裂缝宽度计算公式与钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式相同，只是配筋率应按下式计算： 四、构造要求 １.部分预应力混凝土构件的预应力钢筋为高强度钢筋（或钢丝）时，一般宜采用混合配筋方案，即在配置高强度预应力钢筋的同时，也配置一定数量的中、低强度非预应力钢筋，并将非预应力钢筋布置在构件受拉区的外侧，以增大预应力钢筋的保护层厚度，且一旦出现裂缝，可以由非预应力钢筋控制裂缝宽度的扩展，以保护预应力钢筋不受腐蚀。 ２.采用混合配筋的受弯构件，《建议》中建议，其非预应力钢筋数量，应根据预应力度的大小按下列原则配置： （１）当预应力度较高(λ0.7)时，为了保证构件的安全和延性，宜采用较小直径及较密间距，按最小配筋率（对于受弯构件：非预应力钢筋的截面积与受拉区混凝土面积Acl之比＝0.2%～0.3%）设置非预应力钢筋； （２）当预