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1、第八章第八章 部分预应力混凝土部分预应力混凝土第一节第一节 部分预应力混凝土的发展部分预应力混凝土的发展 1939年，奥地利的工程师Emperger建议在钢筋混凝土构件中加一些预应力筋，这是第一次提出部分预应力混凝土（PPC）的概念，其目的不是消除裂缝，而是减小裂缝宽度与挠度。v在1970年召开的FIP大会上，提出了将混凝土结构分为四级的建议：全预应力、限值预应力、部分预应力和钢筋混凝土。v部分预应力发展的另一个里程碑是1968年瑞士规范中真正引入了部分预应力。v7080年代，部分预应力在欧洲及北美有很大的发展。80年代至今，部分预应力的应用在国际上又有很大发展。第二节第二节 部分预应力混凝土
2、的优点部分预应力混凝土的优点v若按全预应力设计，其截面配筋常由使用荷载下不出现拉应力的条件控制，其受弯承载力安全系数往往偏大，浪费钢材。部分预应力有利于节约预应力筋。v部分预应力结构由于预应力较小，可避免过大的长期反拱。v与钢筋混凝土结构相比，部分预应力混凝土具有适量预应力，在正常使用状态下，其裂缝经常是闭合的。v部分预应力结构由于配有普通钢筋，在破坏时呈现的延性和能量吸收能力，比全预应力结构大得多，对结构抗震较为有利。v部分预应力混凝土的总预应力值较小，一般不会有纵向水平裂缝的出现。v部分预应力混凝土结构中预应力筋数量少，将减少预应力筋的制作与张拉工作量，给施工带来方便。第三节 预应力度一、
3、预应力混凝土的分级一、预应力混凝土的分级 根据1970年FIP-CEB第六届会议提出的预应力混凝土结构设计与施工建议，结构混凝土分为四级：级全预应力：在使用荷载最不利组合下不容许 混凝土出现弯曲拉应力。级有限预应力：在全部荷载作用下容许出现低 于混凝土抗拉强度的弯曲拉应力，但在准永 久荷载作用下应避免出现拉应力。级部分预应力：对拉应力无限制，但必须控制 裂缝宽度。级钢筋混凝土。二、裂缝控制等级与预应力度的定义二、裂缝控制等级与预应力度的定义 混凝土结构设计规范（GBJ10-89）对预应力混凝土的抗裂性能分为严格要求不出现裂缝、一般要求不出现裂缝和允许出现裂缝三类，裂缝控制等级分别属一级、二级和
4、三级。该抗裂分级方法的一级抗裂对应了全预应力混凝土，二级抗裂对应了有限预应力混凝土，三级抗裂对应了部分预应力混凝土。我国，二、三级抗裂统称为部分预应力混凝土。v预应力度通常有两种定义方法：1、按消压状态定义 受弯构件预应力度的表达式为：式中 M0消压弯矩，使构件控制截面荷载下受 拉边缘应力抵消到零时的弯矩。Msk荷载（不包括预应力）作用下控制截 面短期荷载效应组合的弯矩。受拉构件预应力度的表达式为：若受弯构件及受拉构件截面不开裂，则因此，按预应力度划分混凝土结构类型为：全预应力混凝土部分预应力混凝土钢筋混凝土这里，部分预应力混凝土采用了广义的定义，包括限值预应力和部分预应力两个部分。2、按强度
5、比定义按受弯构件或受拉构件预应力筋承担的承载力占总承载力的比例定义预应力度表示为：式中 Ap控制截面处预应力筋截面面积；As控制截面处普通钢筋截面面积；fy普通钢筋强度设计值；fpy预应力钢筋强度设计值。两种预应力度的定义，第一种以抗裂为基础，第二种以承载力为基础，两种定义有一定的关系。第四节 部分预应力混凝土结构裂缝控制v裂缝控制研究包括以下几个方面：1、短期荷载下裂缝开展宽度的限值；2、裂缝出现荷载的计算；3、反复荷载下裂缝宽度的计算；4、长期荷载组合下裂缝闭合荷载的计算。1、裂缝开展的允许宽度 CEB规范，FIP设计建议等对短期效应组合下的裂缝宽度限制相对较宽松，对不同的环境及不同的钢材
6、给予了不同的限制。根据东南大学10多年来对预应力混凝土框架结构的设计研究和实践，建议在短期荷载组合时，低侵蚀环境下，允许裂缝开展0.20mm，中等侵蚀环境下，允许裂缝开展0.10mm。这样，结构设计时能使得在承载力验算时预应力筋及非预应力筋都能充分发挥作用。并保证长期作用组合时，低侵蚀环境下裂缝宽度小于0.05mm，中等侵蚀环境下裂缝闭合起来，满足耐久性要求。2、裂缝出现的荷载式中 W为毛截面的抗弯模量3、裂缝开展宽度计算式中，对受弯构件acr=2.1，钢筋应力不均匀系数：ss为非预应力筋的应力或预应力筋的应力增量。4、裂缝闭合试验结果证明，影响裂缝闭合的主要因素及卸载时荷载与裂宽的关系：（1
7、）在卸载过程中，裂缝宽度与荷载的关系由三段直线组成。卸载开始段有滞后现象，随后是另一直线变化直至裂缝闭合点。之后，转为另一直线。在最后区段内，裂缝变化很少，已经闭合有时表面仍可见到很细的残余裂缝。（2）在同一级荷载下作循环加载和卸载，循环次数对裂缝闭合荷载和裂缝重新开展荷载的影响很小。影响短期荷载裂缝闭合的主要因素是卸载初期的变形滞后、构件中的有效预应力、已开裂缝的宽度及构件受压区的混凝土塑性变形。（3）受拉区配置小直径的非预应力变形钢筋对改善预应力混凝土结构裂缝开展、控制裂缝宽度有很大作用，但这些钢筋的存在会影响裂缝的完全闭合，使构件表面留有残余裂缝。（4）超静定结构（特别是大梁截面为T形）
8、中，正弯矩裂缝闭合优于负弯矩区。（5）各种预应力构件或结构只要最大弯矩截面的裂缝开展宽度在0.15mm以下，预应力和长期荷载作用下，保持截面最外受拉纤维（使用阶段）有0.5N/mm2的压应力，裂缝基本闭合，残余裂宽将小于0.02mm。第五节 部分预应力混凝土结构挠度控制v计算原则：“最小刚度原则”v开裂后受弯构件的刚度：上式考虑的因素较多，比较复杂。一般结构按下述方法计算。v部分预应力混凝土受弯构件在不出现裂缝的情况下，其性能属弹性。但在计算使用阶段刚度时应考虑混凝土的非弹性变形，取Bs=0.85EcI0，计算预应力引起的反拱时，其刚度取为Bs=EcI0。并且对采用高强钢材作为预应力筋的构件，其I0可用毛截面计算。v长期刚度计算：式中 MSK使用荷载下短期效应组合弯矩；BL长期刚度；MLK活载下的弯矩；MDK恒载下的弯矩。第六节 部分预应力混凝土构件截面承载力计算 对于部分预应力混凝土构件，和全预应力混凝土构件截面承载力计算方法相同，只是截面材料的强度指标不同。