第十四章 部分预应力混凝土受弯构件工程力学专业结设（下） 部分预应力结构的概念与特点。 部分预应力结构的受力特性。 实现部分预应力的可行方法。 允许开裂的部分预应力混凝土受弯构件的设计计算。 配筋的构造要求。 本章的主要内容：工程力学专业结设（下）14.1 部分预应力结构的概念与特点 一、概 述 你知道全预应力结构在工程应用中的不足吗？ 主梁的反拱大，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； 预加力过大时，锚下混凝土横向拉应变超出极限拉应变，出现沿预应力钢筋方向不能恢复的裂缝。 工程力学专业结设（下）1、基本概念： 介于全预应力混凝土与普通钢筋混凝土之间的结构，根据要求施加适量的预应力，配置普通钢筋以保 证承载力要求。 2、特点： 充分发挥预应力钢筋的作用，利用普通钢筋的作用; 允许在使用期间出现裂缝，扩大了应用范围; 设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低. 工程力学专业结设（下）二、弯矩挠度关系曲线 工程力学专业结设（下）部分预应力混凝土梁的受力特性： 在荷载作用较小时，在自重与有效预加力作用下，它具有反拱度，但其值较全预应力混凝土梁的反拱度小线弹性； 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，此时梁的挠度为零零挠度；工程力学专业结设（下） 当荷载增加，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，称为消压弯矩零应 力； 梁的下边缘消压后，继续加载至D点，混凝土的边缘拉应力达到极限抗拉强度。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,它就相当于相应的钢筋 混凝土梁截面的抗裂弯矩，即 = 出现裂缝；工程力学专业结设（下） 外荷载作用加大，从D点开始，裂缝开展，刚度继续下 降，挠度迅速增加。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破 坏。 二、部分预应力混凝土结构分类： 1、A类部分预应力混凝土结构： 在使用阶段允许出现拉应力，但“拉而无裂”。A类构件的设计与全预应力混凝土结构完全相同。 2、B类部分预应力混凝土结构： 在使用阶段允许裂缝出现，但“裂而有限”，裂缝宽度在限制范围内。工程力学专业结设（下）三、部分预应力混凝土结构的优点： 1）节省预应力钢筋与锚具 2）改善结构性能 (1) 由于预加力减少，构件由弹性变形和徐变变形所引起 的反拱度减少，锚下混凝土的局部应力降低。 (2) 构件开裂前刚度较大，而开裂后刚度降低，但卸荷后 ，刚度部分恢复，裂缝闭合能力强，故综合使用性能优于 普通钢筋混凝土。 (3) 部分预应力混凝土构件，由于配置了非预应力钢筋， 提高了结构的延性和反复荷载作用下结构的能量耗散能力 ，这对结构抗震有利。工程力学专业结设（下）四、实现部分预应力的可行方法 1、 全部采用高强钢筋，将其中的一部分张拉到最大容许应力，保留其余一部分作为非预应力钢筋; 2、 将全部预应力钢筋都张拉到一个较低的应力水平。 3、 采用张拉的预应力钢筋与普通钢筋的混合配筋。工程力学专业结设（下）五、非预应力钢筋的主要作用： （1）协助受力。 受拉或受压 （2）承受意外荷载。 承担运输、堆置和吊装过程中的特殊或意外荷载。 （3）改善梁的正常使用性能和增加梁的承载力。在受拉 区配置非预应力钢筋有利于分散裂缝和约束裂缝宽度，并 能增加梁的抗弯承载力。工程力学专业结设（下）14.3 B类部分预应力混凝土受弯构件的设计计算部分预应力混凝土结构与全预应力混凝土结构的设计计算有许多的相同点，也有一些特殊问题： 相同点：持久状态正截面、斜截面承载力计算，局部承压计算，预应力损失估算。 不同点：使用阶段截面的正应力计算，裂缝宽度计算（验算），变形计算，疲劳计算，截面配筋计算，构造要求。工程力学专业结设（下）1、开裂截面的弹性分析法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（由 预应力混凝土梁的弯矩-挠度曲线可知） 。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法。由开裂截面的应力及应变图可进行计算。（图14-2）混凝土压应力的合力 式（14-2）预应力钢筋的合力 式（14-7）普通钢筋的合力 式（14-8）当给定一个截面上缘混凝土应力（或压应变）值算时，根据内力 平衡条件，可以通过试算得出受压区高度X，即可得到预应力钢筋和 普通钢筋的应力和应变值，则相应于给定的截面上缘混凝土压应变值 的弯矩值就可以求出，式（14-9）。实际工程中，一般需选定两个有较大差距的混凝土应力（或应变 ）值，求出相应的钢筋应力、弯矩，中间的数值则可以通过线形比例 关系求得。弹性分