第十四、十五章 部分及無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼

第十四章部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件工程實(shí)踐表明，全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)：部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)——介于全預(yù)應(yīng)力與普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)之間的預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)；其優(yōu)點(diǎn)是：14.1部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力特性

1.部分預(yù)應(yīng)力砼梁的受力特性介于全預(yù)應(yīng)力和鋼筋砼之間；2.荷載較小時(shí)，部分預(yù)應(yīng)力砼梁與全預(yù)應(yīng)力砼梁相似，但部分預(yù)應(yīng)力砼梁的反拱度較??；3.在使用荷載下，部分預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力梁與鋼筋砼梁之間。預(yù)應(yīng)力度

λ

≥1→

全預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)λ＜1→

部分預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)（拉而有限；裂而有限）λ=0→

普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)（裂而有限）14.2部分預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的發(fā)展與特點(diǎn)一、部分預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的發(fā)展二、部分預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

1.節(jié)省錨具和力筋

2.改善了結(jié)構(gòu)性能

(1)由于預(yù)加力小，故反拱減小，錨下砼局部應(yīng)力降低。

(2)裂縫閉合能力強(qiáng)，綜合使用性質(zhì)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(shí)現(xiàn)部分預(yù)應(yīng)力的可行方法全部采用高強(qiáng)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(gè)較低的應(yīng)力水平。3.普通鋼筋與預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件的計(jì)算一、B類構(gòu)件在使用階段的截面正應(yīng)力計(jì)算：1基本假定(1)受彎構(gòu)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(jì)截面受拉區(qū)混凝土的拉應(yīng)力；(4)不考慮裂縫與裂縫之間未開裂截面對計(jì)算的影響。2預(yù)加力階段分析對有粘結(jié)后張法構(gòu)件，預(yù)加力對預(yù)應(yīng)力鋼筋重心處砼產(chǎn)生的壓應(yīng)變?yōu)椋?/p>

力筋中的拉應(yīng)變?yōu)椋簞t預(yù)應(yīng)力鋼筋與其重心處砼的應(yīng)變差為：對先張法構(gòu)件，放張前混凝土中的應(yīng)變?yōu)榱?，預(yù)應(yīng)力鋼筋中的拉應(yīng)變?yōu)椋簞t預(yù)應(yīng)力鋼筋與其重心處混凝土的應(yīng)變差為：

(1’)(1)3開裂截面應(yīng)力計(jì)算由平截面假定，普通鋼筋的合力為：

（拉力）預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)變及合力：

（拉力）平衡方程為：

(2)可得進(jìn)一步可導(dǎo)出

(2‘)力矩平衡方程式

(3)將具體表達(dá)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(yīng)力由下式求得：（拉應(yīng)力）

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

對螺紋鋼筋：

二、裂縫寬度計(jì)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(jì)算A類構(gòu)件及M≤Mcr的B類受彎構(gòu)件的計(jì)算剛度：M≤Mcr的B類構(gòu)件：

其中

對先張法構(gòu)件

對后張法構(gòu)件

14.4部分預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路：部分預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)內(nèi)容：一般的設(shè)計(jì)方法一、截面配筋設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力度法1.擬定截面型式及尺寸并計(jì)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(yù)應(yīng)力度.對B類構(gòu)件，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)λ＝0.6～0.8時(shí)，(Ap+As)較小，且可滿足B類構(gòu)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(qiáng)粗鋼筋可取0.7，高強(qiáng)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(yàn)算，并符合；6.斜截面抗剪力驗(yàn)算；7.錨固區(qū)驗(yàn)算；8.使用階段砼應(yīng)力驗(yàn)算、鋼筋疲勞驗(yàn)算、裂縫驗(yàn)算、變形驗(yàn)算。二、截面配筋設(shè)計(jì)的名義拉應(yīng)力法名義拉應(yīng)力法是根據(jù)構(gòu)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(zhì)且未開裂，用材料力學(xué)公式計(jì)算應(yīng)力并滿足：設(shè)計(jì)步驟：1.計(jì)算毛截面參數(shù)并假定力筋和普通筋的重心位置。2.計(jì)算。

3.確定

由構(gòu)件的使用要求及環(huán)境條件確定。4.計(jì)算由容許條件

得

5.求Np及AP而

得

則

6.根據(jù)正截面承載力確定As（同前）7.驗(yàn)算正截面承載力要求，并符合。14.5構(gòu)造要求1.部分預(yù)應(yīng)力砼梁應(yīng)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(gòu)件，《建議》：其非力筋數(shù)量，應(yīng)根據(jù)預(yù)應(yīng)力度的大小按下列原則配置：①當(dāng)預(yù)應(yīng)力度較高時(shí)（λ>0.7），為保證構(gòu)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(shè)置非力筋。②當(dāng)預(yù)應(yīng)力度中等時(shí)（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(yīng)予以加大。③當(dāng)預(yù)應(yīng)力度較低時(shí)（λ＜0.4），非預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量已超過預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量，構(gòu)件受力性能已接近鋼筋混凝土構(gòu)件，可按鋼筋混凝土梁的構(gòu)造規(guī)定配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋。3.非預(yù)應(yīng)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(jié)預(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼——主筋為無粘結(jié)力筋的后張法預(yù)應(yīng)力砼無粘結(jié)力筋——沿其全長內(nèi)涂專用防腐油脂，外包聚乙烯套管無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼的特點(diǎn)：省去了預(yù)埋管道、穿束、壓漿等工藝15.1無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件的受力特點(diǎn)一、

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件的受力特點(diǎn)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼的分類1純無粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(jié)筋應(yīng)力：無粘結(jié)筋的應(yīng)力增量較小，梁破壞時(shí)達(dá)不到極限強(qiáng)度.⑤承載力：抗彎能力較有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁要低.簡支梁示例：力筋中心處混凝土的應(yīng)變

若為等截面，且

力筋線形

當(dāng)ep=0時(shí)，與書中的結(jié)論相同，為有粘結(jié)的2/3；

當(dāng)e0=0時(shí)，為有粘結(jié)的8/15.2無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)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(biāo)β0成直線關(guān)系。④無粘結(jié)筋應(yīng)力：無粘結(jié)筋應(yīng)力比純無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼梁有較大增加，但仍小于σ0.215.2無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件的計(jì)算1無粘結(jié)筋的極限應(yīng)力土木學(xué)會“部分預(yù)應(yīng)力建議”中?。?5－3）配筋指標(biāo)βp+βsl/hp配筋指標(biāo)βp+βsl/hp102010200.055005000.203503000.105005000.252502000.15450400

無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋在極限荷載下的應(yīng)力增量/MPa《無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ92—2004）規(guī)定：2無粘結(jié)筋的預(yù)應(yīng)力損失估算除摩擦損失外，其余同有粘結(jié)后張構(gòu)件的計(jì)算.對摩擦損失的計(jì)算，應(yīng)特別注意摩擦系數(shù)k、μ的選取.3無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力砼梁正截面抗彎能力計(jì)算適用條件

“建議”中?。?/p>

15.3無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力砼受彎構(gòu)件的截面設(shè)計(jì)方法一：預(yù)應(yīng)力度法方法二：部分預(yù)應(yīng)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(jié)合（15-8）代入上式

以上是采用預(yù)應(yīng)力比率法估算Ap及As的計(jì)算式，具體步驟可概括為：假定PPR=0.7~0.95之間；假設(shè)ap、as,hp=h-ap、hs=h-as,計(jì)算h0；按式15-10計(jì)算ξ，并復(fù)核ξ≤ξb；若不滿足，應(yīng)該調(diào)整PPR值或修改截面尺寸，重新計(jì)算；4.假定σpu在（0.6~0.8）fpd之間；5.由式（15-12）及（15-13）分別計(jì)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(gòu)件，按全預(yù)應(yīng)力砼梁的估算方法進(jìn)行.對B類構(gòu)件，用允許名義拉應(yīng)力來估算Ap.由上述兩方面考慮選擇合適的Ap和As值，同時(shí)應(yīng)滿足：15.4無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的構(gòu)造

（1）無粘結(jié)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(yīng)超過20mm.(2)非力筋布置在外側(cè).(3)非力筋最小數(shù)量應(yīng)滿足(4)無粘結(jié)筋的保護(hù)：內(nèi)涂、外包緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)———是繼有粘結(jié)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)之后的一種新型預(yù)應(yīng)力技術(shù)，它秉承了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工簡便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，是預(yù)應(yīng)力技術(shù)發(fā)展的一大創(chuàng)新。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是處在無粘結(jié)筋與有粘結(jié)筋間的一種新的預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式，即它既具有無粘結(jié)筋的布索自由、使用方便、無需孔道的設(shè)置和壓漿的優(yōu)點(diǎn)，又具有有粘結(jié)筋在后期使用上的特點(diǎn)和安全性的一種新預(yù)應(yīng)力工藝。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋剖面圖1——外層套管2——潤滑膠粘材料3——預(yù)應(yīng)力鋼筋（鋼絞線）

緩粘結(jié)筋的作用機(jī)理是在預(yù)應(yīng)力的外側(cè)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(jié)，這就滿足了現(xiàn)場張拉力筋的時(shí)間要求。在30天后開始逐漸硬化，并對預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生握裹、保護(hù)作用，并最終達(dá)到30MPa以上的抗壓強(qiáng)度。其作用機(jī)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(chǎn)物表面，使得水分子和Ca、SO+等離子與C3A類物質(zhì)作用程度變?nèi)酰y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(zhì)膜，阻礙了水泥礦物正常的水化作用，而起到緩凝作用。當(dāng)不溶性質(zhì)膜內(nèi)滲透壓增大使之破裂，暴露出新的熟料表面時(shí)，又消耗緩凝材料生成不溶性物質(zhì)，直到消耗盡緩凝物質(zhì)，才能使水泥正常水化，使緩凝砂漿具有強(qiáng)度。緩粘結(jié)設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵控制技術(shù)

◆緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的潤滑材料應(yīng)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(zhì)量要求；

◆緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的加工時(shí)間應(yīng)與工程整體進(jìn)度相協(xié)調(diào)，總包單位準(zhǔn)確通知工程進(jìn)度，減少緩粘結(jié)筋制用到鋪放在空氣中的暴露時(shí)間;

◆緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋端頭要用膠帶包裹密實(shí)，避免潤滑劑流出和雜質(zhì)進(jìn)入，運(yùn)輸、吊裝過程中應(yīng)注意避免對預(yù)應(yīng)力筋表皮的損傷，輕拿輕放、嚴(yán)禁拋摔，鋪放時(shí)避免拖擦，并著重加強(qiáng)鋪放后及混凝土澆筑時(shí)的成品保護(hù)工作；

◆盡量避免緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋穿越后澆帶，總包單位應(yīng)合理安排施段的劃分和施工順序，在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后盡快優(yōu)先張拉緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

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