第十四、十五章 部分及无粘结预应力砼

第十四章部分预应力混凝土受弯构件工程实践表明，全预应力结构存在以下缺点：部分预应力结构——介于全预应力与普通钢筋砼结构之间的预应力砼结构；其优点是：14.1部分预应力结构的受力特性

1.部分预应力砼梁的受力特性介于全预应力和钢筋砼之间；2.荷载较小时，部分预应力砼梁与全预应力砼梁相似，但部分预应力砼梁的反拱度较小；3.在使用荷载下，部分预应力砼梁即是开裂，但裂缝宽度较钢筋砼梁为小，且闭合能力好；挠度介于全预应力梁与钢筋砼梁之间。预应力度

λ

≥1→

全预应力砼结构λ＜1→

部分预应力砼结构（拉而有限；裂而有限）λ=0→

普通钢筋砼结构（裂而有限）14.2部分预应力砼结构的发展与特点一、部分预应力砼结构的发展二、部分预应力砼结构的优缺点

1.节省锚具和力筋

2.改善了结构性能

(1)由于预加力小，故反拱减小，锚下砼局部应力降低。

(2)裂缝闭合能力强，综合使用性质优于钢筋砼。

(3)由于配置了普通钢筋，提高了延性，有利于抗震。三、实现部分预应力的可行方法全部采用高强力筋，部分张拉到最大容许张拉力，另一部分不张拉作为非力筋作用。2.将全部力筋都张拉到一个较低的应力水平。3.普通钢筋与预应力筋混合配筋。普通钢筋的作用：(1)协助受力(2)承受意外荷载

(3)分散约束裂缝，增加抗弯承载力。14.3允许开裂的部分预应力砼受弯构件的计算一、B类构件在使用阶段的截面正应力计算：1基本假定(1)受弯构件截面开裂后的变形仍符合平截面假定；(2)钢筋和受压混凝土仍处于弹性工作阶段；(3)不计截面受拉区混凝土的拉应力；(4)不考虑裂缝与裂缝之间未开裂截面对计算的影响。2预加力阶段分析对有粘结后张法构件，预加力对预应力钢筋重心处砼产生的压应变为：

力筋中的拉应变为：则预应力钢筋与其重心处砼的应变差为：对先张法构件，放张前混凝土中的应变为零，预应力钢筋中的拉应变为：则预应力钢筋与其重心处混凝土的应变差为：

(1’)(1)3开裂截面应力计算由平截面假定，普通钢筋的合力为：

（拉力）预应力钢筋应变及合力：

（拉力）平衡方程为：

(2)可得进一步可导出

(2‘)力矩平衡方程式

(3)将具体表达式代入，可得(3’)由(2’)、(3’)两式相等可得：

(4)求得x后，再由(2’)或(3’)即可确定的σc

，普通钢筋及力筋中的应力由下式求得：（拉应力）

（拉应力）4混凝土压应力和力筋拉应力验算混凝土最大压应力力筋拉应力对钢丝、钢绞线：

对螺纹钢筋：

二、裂缝宽度计算式中：《公路桥规》的裂缝宽度限值：对螺纹钢筋

对钢丝、钢绞线

三、变形计算A类构件及M≤Mcr的B类受弯构件的计算刚度：M≤Mcr的B类构件：

其中

对先张法构件

对后张法构件

14.4部分预应力受弯构件的设计设计思路：部分预应力既要保证承载力极限状态的承载力又要满足正常使用极限状态的功能要求。部分预应力受弯构件的设计内容：一般的设计方法一、截面配筋设计的预应力度法1.拟定截面型式及尺寸并计算毛截面几何参数.2.假定力筋的和普通筋的合力中心位置.3.选取合适的预应力度.对B类构件，设计经验表明，当λ＝0.6～0.8时，(Ap+As)较小，且可满足B类构件裂缝宽度限制要求。由

得

而

故4.求Ap和As

由得

则λ

：对高强粗钢筋可取0.7，高强钢丝和钢绞线0.6～0.65。由正截面抗弯承载力确定As：（对矩形截面）5.正截面承载力验算，并符合；6.斜截面抗剪力验算；7.锚固区验算；8.使用阶段砼应力验算、钢筋疲劳验算、裂缝验算、变形验算。二、截面配筋设计的名义拉应力法名义拉应力法是根据构件在使用阶段的裂缝宽度要求，确定截面上力筋和非力筋所需面积。假定：在使用荷载下，砼截面为匀质且未开裂，用材料力学公式计算应力并满足：设计步骤：1.计算毛截面参数并假定力筋和普通筋的重心位置。2.计算。

3.确定

由构件的使用要求及环境条件确定。4.计算由容许条件

得

5.求Np及AP而

得

则

6.根据正截面承载力确定As（同前）7.验算正截面承载力要求，并符合。14.5构造要求1.部分预应力砼梁应采用混合配筋，非力筋宜采用较小直径及较小间距布置在梁受拉区边缘。2.采用混合配筋的受弯构件，《建议》：其非力筋数量，应根据预应力度的大小按下列原则配置：①当预应力度较高时（λ>0.7），为保证构件的安全和延性，宜采用较小直径及较小间距，按最小配筋率设置非力筋。②当预应力度中等时（0.4≤λ＜0.7），由于非力筋数量相对增多，因此钢筋的直径，特别是最外排的直径应予以加大。③当预应力度较低时（λ＜0.4），非预应力筋数量已超过预应力筋数量，构件受力性能已接近钢筋混凝土构件，可按钢筋混凝土梁的构造规定配置非预应力钢筋。3.非预应力钢筋宜采用HRB335、400级热轧钢筋.4.截面配筋率①最小配筋率“建议”②最大配筋率

第十五章无粘结预应力砼受弯构件无粘结预应力砼——主筋为无粘结力筋的后张法预应力砼无粘结力筋——沿其全长内涂专用防腐油脂，外包聚乙烯套管无粘结预应力砼的特点：省去了预埋管道、穿束、压浆等工艺15.1无粘结预应力砼受弯构件的受力特点一、

无粘结预应力砼受弯构件的受力特点无粘结预应力砼的分类1纯无粘结预应力砼梁①裂缝特征：裂缝少而集中，并常分叉.②破坏特征：裂缝开叉后不久就发生砼被压碎的脆性破坏.③变形特征：开裂后挠度曲线无明显的折线特征④无粘结筋应力：无粘结筋的应力增量较小，梁破坏时达不到极限强度.⑤承载力：抗弯能力较有粘结预应力梁要低.简支梁示例：力筋中心处混凝土的应变

若为等截面，且

力筋线形

当ep=0时，与书中的结论相同，为有粘结的2/3；

当e0=0时，为有粘结的8/15.2无粘结部分预应力梁①变形特征：荷载－挠度曲线为三段折线型（开裂、普通钢筋屈服）.②裂缝特征：裂缝的分布与钢筋砼梁相似.③破坏特征：普通钢筋先屈服，砼后压碎，呈现塑性破坏的特征.△σp与综合配筋指标β0成直线关系。④无粘结筋应力：无粘结筋应力比纯无粘结预应力砼梁有较大增加，但仍小于σ0.215.2无粘结部分预应力砼受弯构件的计算1无粘结筋的极限应力土木学会“部分预应力建议”中取（15－3）配筋指标βp+βsl/hp配筋指标βp+βsl/hp102010200.055005000.203503000.105005000.252502000.15450400

无粘结预应力钢筋在极限荷载下的应力增量/MPa《无粘结预应力砼结构技术规程》（JGJ92—2004）规定：2无粘结筋的预应力损失估算除摩擦损失外，其余同有粘结后张构件的计算.对摩擦损失的计算，应特别注意摩擦系数k、μ的选取.3无粘结部分预应力砼梁正截面抗弯能力计算适用条件

“建议”中取：

15.3无粘结部分预应力砼受弯构件的截面设计方法一：预应力度法方法二：部分预应力比率法1按正截面抗弯承载力估算钢筋数量Ap、As

则

由

（15-8）

由

结合（15-8）代入上式

以上是采用预应力比率法估算Ap及As的计算式，具体步骤可概括为：假定PPR=0.7~0.95之间；假设ap、as,hp=h-ap、hs=h-as,计算h0；按式15-10计算ξ，并复核ξ≤ξb；若不满足，应该调整PPR值或修改截面尺寸，重新计算；4.假定σpu在（0.6~0.8）fpd之间；5.由式（15-12）及（15-13）分别计算Ap及As。2按施工和使用阶段的要求估算钢筋面积（主要是Ap）

对A类构件，按全预应力砼梁的估算方法进行.对B类构件，用允许名义拉应力来估算Ap.由上述两方面考虑选择合适的Ap和As值，同时应满足：15.4无粘结部分预应力混凝土受弯构件的构造

（1）无粘结筋宜采用钢丝、钢绞线和热处理钢筋，砼等级≥C40.

非力筋:HRB335、400，直径宜选12或14mm,不应超过20mm.(2)非力筋布置在外侧.(3)非力筋最小数量应满足(4)无粘结筋的保护：内涂、外包缓粘结预应力技术———是继有粘结和无粘结预应力技术之后的一种新型预应力技术，它秉承了无粘结预应力施工简便的优点，同时又具有有粘结预应力力学性能好的优点，是预应力技术发展的一大创新。缓粘结预应力筋是处在无粘结筋与有粘结筋间的一种新的预应力筋粘结形式，即它既具有无粘结筋的布索自由、使用方便、无需孔道的设置和压浆的优点，又具有有粘结筋在后期使用上的特点和安全性的一种新预应力工艺。缓粘结预应力钢筋剖面图1——外层套管2——润滑胶粘材料3——预应力钢筋（钢绞线）

缓粘结筋的作用机理是在预应力的外侧包裹一种特殊的缓凝砂浆，这种砂浆要求在5~40℃密闭条件下，能在30天前不凝结，这就满足了现场张拉力筋的时间要求。在30天后开始逐渐硬化，并对预应力筋产生握裹、保护作用，并最终达到30MPa以上的抗压强度。其作用机理之一是由于所掺入的缓凝剂吸附于水泥颗粒表面或水化产物表面，使得水分子和Ca、SO+等离子与C3A类物质作用程度变弱，难于较快地生成钙矾石晶体而起到缓凝作用；之二是缓凝剂与Ca离子作用，在水泥颗粒表面形成不溶性物质膜，阻碍了水泥矿物正常的水化作用，而起到缓凝作用。当不溶性质膜内渗透压增大使之破裂，暴露出新的熟料表面时，又消耗缓凝材料生成不溶性物质，直到消耗尽缓凝物质，才能使水泥正常水化，使缓凝砂浆具有强度。缓粘结设计施工关键控制技术

◆缓粘结预应力筋的润滑材料应具有良好的润滑性、涂附性和自行固化性能，可以保证施工阶段不离析，固化后体积稳定不收缩，能够很好的满足工程质量要求；

◆缓粘结预应力筋的加工时间应与工程整体进度相协调，总包单位准确通知工程进度，减少缓粘结筋制用到铺放在空气中的暴露时间;

◆缓粘结预应力筋端头要用胶带包裹密实，避免润滑剂流出和杂质进入，运输、吊装过程中应注意避免对预应力筋表皮的损伤，轻拿轻放、严禁抛摔，铺放时避免拖擦，并着重加强铺放后及混凝土浇筑时的成品保护工作；

◆尽量避免缓粘结预应力筋穿越后浇带，总包单位应合理安排施段的划分和施工顺序，在混凝土强度达到设计要求后尽快优先张拉缓粘结预应力筋。

◆缓粘结预应力筋在张拉阶段与无粘结预应力筋性能基本一致，可以完全采用无粘结预应力筋的张拉工艺，设备及锚固装置。双预应力砼梁一、双作用预应力的原理对简支梁：①受拉区张拉力筋，在截面上缘产生较小的预拉应力，在截面下缘产生较大的预压应力。受压区预压力筋，在截面上缘产生较大的预拉应力，在截面下缘产