无粘结与部分预应力结构.docx

1、W unianjie yu B u fen Y uyingli Jiegou无 粘 结 与 部 分 预 应 力 结 构房 贞 政 编 著人 民 交 通 出 版 社内 容 提 要本 书 讲 述 预 应 力 结 构 的 发 展 、 预 应 力 结 构 应 用 的 材 料 、 部 分 预 应 力 混 凝 土 、 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 结 构 、 预 应 力 损 失 、 预 应 力 混 凝 土 超 静 定 结 构 , 以 及 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 等 。 书 中 的 内 容 涵 盖 以 房 屋 建 筑 和 桥 梁 结 构 为 主 的 土 木 工 程 领 域 。 全

2、书 的 编 写 力 求 理 论 与 实 践 相 结 合 , 可 作 为 土 木 工 程 专 业 高 年 级 本 科 生 、 研 究 生 学 习 预 应 力 结 构 的 教 材 ,亦 可 供 土 木 工 程 领 域 的 技 术 人 员 和 大 专 院 校 的 教 师 参 考 。无 粘 结 与 部 分 预 应 力 结 构房 贞 政 编 著 版 式 设 计 :刘 晓 方 责 任 校 对 :杨 杰 责 任 印 制 :人 民 交 通 出 版 社 出 版 发 行( 1 00 0 13 北 京 和 平 里 东 街 1 0 号 0 10 6 4 2 16 6 02 ) 各 地 新 华 书 店 经 销印 刷 厂

3、 印 刷1开 本 : 8 5 11 6 8 3 2 印 张 : 字 数 : 千1 9 99 年 1 2 月 第 1 版1 9 99 年 1 2 月 第 1 版 第 1 次 印 刷 总 第 1 次 印 刷 印 数 : 0 00 1 4 0 00 册 定 价 : 1 8. 0 0 元IS B N 7 -1 14 - -1前 言预 应 力 结 构 从 它 进 入 土 木 工 程 的 应 用 至 今 ,已 从 一 个 婴 儿 成长 为 巨 人 。 预 应 力 结 构 的 发 展 不 论 是 在 理 论 的 研 究 、 设 计 方 法 、 施 工 工 艺 ,还 是 在 高 强 材 料 的 应 用 方 面

4、 都 取 得 了 巨 大 的 成 就 。 70 年 代 后 ,随 着 无 粘 结 预 应 力 技 术 的 成 熟 ,以 及 部 分 预 应 力 概 念 为 工 程 师 们 所 接 受 ,预 应 力 混 凝 土 结 构 的 应 用 又 得 到 了 一 次 飞 跃 的 发 展 , 并 使 自 身 更 加 尽 善 尽 美 。 精 益 求 精 的 研 究 和 更 加 大 胆 的 设 计 又 涌 现 出 一 批 批 五 彩 缤 纷 的 作 品 ,当 今 ,预 应 力 技 术 更 是 在 土 建 结 构 的 各 个 领 域 扮 演 着 极 为 重 要 的 角 色 。 预 应 力 混 凝 土 已 成 为 当

5、 今 世 界 上 最 主 要 的 一 种 土 建 结 构 材 料 ,而 部 分 预 应 力 概 念 与 无 粘 结 预 应力 技 术 则 是 现 代 预 应 力 结 构 的 重 要 内 容 。 本 书 是 在 作 者 十 多 年 的 教 学 与 科 研 工 作 的 基 础 上 编 著 的 ,编 写 的 目 的 是 通 过 介 绍 现 代 预应 力 结 构 的 发 展 、 理 论 研 究 以 及 分 析 方 法 和 工 程 设 计 计 算 ,以 进 一 步 促 进 预 应 力 技 术 的 应 用 与 发 展 。本 书 共 七 章 。 第 一 章 论 述 预 应 力 结 构 的 历 史 与 发 展

6、 ,着 重 于 预 应 力 的 概 念 及 其 发 展 。 第 二 章 简 要 介 绍 预 应 力 结 构 材 料 的 发 展 。 第 三 章 讲 述 部 分 预 应 力 混 凝 土 的 原 理 及 分 析 方 法 ,介 绍 了 预 应 力 混凝 土 构 件 抗 剪 强 度 的 分 析 方 法 ,并 提 供 了 用 于 部 分 预 应 力 混 凝 土受 弯 构 件 分 析 的 计 算 分 析 程 序 。 第 四 章 讲 述 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 结 构 ,本 章 着 重 于 无 粘 结 预 应 力 筋 的 极 限 应 力 分 析 与 无 粘 结 预 应力 混 凝 土 楼 盖 结

7、构 的 设 计 计 算 。 第 五 章 介 绍 预 应 力 混 凝 土 的 预 应 力 损 失 问 题 ,包 括 损 失 的 计 算 、 组 合 及 讨 论 。 第 六 章 介 绍 预 应 力 混 凝 土 超 静 定 结 构 ,主 要 论 述 预 加 力 的 次 力 矩 、 徐 变 与 收 缩 变 形 及 其 次 内 力 、 内 力 重 分 布 ,以 及 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 的 平 衡 设 计 法 等 问 题 。 这 些 问 题 是 预 应 力 混 凝 土 超 静 定 结 构 中 倍 受 关 注 的 问 题 。 第2七 章 论 述 了 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构

8、 。 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 是 当 今 预 应 力 技 术 应 用 的 又 一 新 的 领 域 ,是 无 粘 结 与 部 分 预应 力 两 者 的 结 合 ,也 是 下 一 世 纪 最 有 应 用 前 景 的 结 构 之 一 。本 书 力 求 以 发 展 的 观 点 来 编 写 ,在 理 论 阐 述 方 面 力 求 概 念 清晰 、 条 理 清 楚 ,在 各 章 的 主 要 内 容 中 均 反 映 了 该 领 域 国 内 外 研 究 的 最 新 成 果 及 国 内 外 主 要 现 行 规 范 的 规 定 条 款 。 本 书 的 编 写 以 今 后 的 土 木 工 程 专

9、业 为 基 点 ,为 使 本 书 能 同 时 适 用 于 教 学 、 科 研 以 及 工 程 的 设 计 与 施 工 ,在 各 有 关 章 节 都 列 举 了 工 程 设 计 算 例 。在 本 书 编 写 中 ,陈 红 媛 、 陈 国 栋 、 韩 艳 等 同 志 参 加 了 插 图 的 绘制 ,宗 周 红 参 与 了 第 七 章 的 编 写 ,在 此 一 并 致 谢 。由 于 作 者 水 平 所 限 ,本 书 的 缺 点 与 错 误 在 所 难 免 ,恳 请 读 者 批 评 指 正 。编 著 者 1999 年 3 月 于 福 州 大 学1目 录第 一 章 预 应 力 结 构 的 历 史 与 发

10、 展 1第 一 节 预 应 力 原 理 的 三 种 概 念 2第 二 节 预 应 力 混 凝 土 的 等 级 与 分 类 5第 三 节 预 应 力 度 7第 二 章 预 应 力 结 构 材 料 的 应 用 与 发 展 10第 一 节 混 凝 土 材 料 的 发 展 10第 二 节 预 应 力 筋 17第 三 节 锚 具 21第 三 章 部 分 预 应 力 混 凝 土 结 构 29第 一 节 概 述 29第 二 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 正 截 面 强 度 34第 三 节 正 常 使 用 阶 段 开 裂 截 面 的 应 力 分 析 55第 四 节 裂 缝 的 控 制 与

11、 计 算 62第 五 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 变 形 计 算 72第 六 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 受 弯 构 件 斜 截 面 抗 剪 强 度 76第 七 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 构 件 的 疲 劳 93第 八 节 部 分 预 应 力 混 凝 土 构 件 的 设 计 95第 四 章 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 结 构 104第 一 节 概 述 104第 二 节 无 粘 结 预 应 力 筋 的 极 限 应 力 107第 三 节 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 梁 的 极 限 弯 矩 119第 四 节 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土

12、 梁 的 裂 缝 及 抗 震 构 造 123第 五 节 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 设 计 1322第 六 节 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 楼 盖 138第 五 章 预 应 力 损 失 154第 一 节 预 应 力 损 失 的 计 算 154第 二 节 预 应 力 损 失 计 算 的 组 合 及 讨 论 163第 六 章 预 应 力 混 凝 土 超 静 定 结 构 166第 一 节 预 应 力 超 静 定 结 构 的 次 内 力 166第 二 节 线 性 变 换 、 吻 合 力 筋 及 索 界 178第 三 节 预 应 力 混 凝 土 超 静 定 梁 的 徐 变 及

13、 其 次 内 力 184第 四 节 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 的 内 力 重 分 布 200第 五 节 预 应 力 混 凝 土 连 续 梁 的 平 衡 设 计 法 210第 七 章 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 219第 一 节 概 述 219第 二 节 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 梁 的 受 力 性 能 与分 析 计 算 222第 三 节 剪 力 连 接 件 设 计 239第 四 节 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 梁 的 疲 劳 与 稳 定 245第 五 节 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 梁 设 计 算 例 252参 考 文 献 2581第 一 章

14、 预 应 力 结 构 的 历 史 与 发 展纵 观 预 应 力 结 构 的 历 史 与 发 展 ,从 它 进 入 土 木 工 程 的 实 际 应用 ,即 从 本 世 纪 20 年 代 诞 生 到 本 世 纪 末 ,已 经 从 一 个 婴 儿 成 长 为巨 人 1 。 预 应 力 混 凝 土 结 构 是 由 普 通 钢 筋 混 凝 土 结 构 发 展 而 来 ,早 期 预 应 力 混 凝 土 进 入 实 用 阶 段 应 当 归 功 于 法 国 杰 出 的 工 程 师 弗 来 西 奈 (F reyssinet),他 在 1928 年 研 制 成 功 了 预 应 力 混 凝 土 ,指 出 预 应 力

15、 混 凝 土 必 需 采 用 高 强 钢 材 和 高 强 混 凝 土 。 第 二 次 世 界 大 战 后 , 预 应 力 混 凝 土 得 到 蓬 勃 发 展 ,70 年 代 后 预 应 力 混 凝 土 更 是 在 土 建结 构 的 各 个 领 域 扮 演 着 重 要 的 角 色 。 精 益 求 精 的 研 究 和 更 加 大 胆 的 设 计 又 涌 现 出 五 彩 缤 纷 的 先 进 预 应 力 结 构 ,随 着 无 粘 结 筋 的 出现 ,以 及 部 分 预 应 力 概 念 为 工 程 师 们 所 接 受 之 后 ,预 应 力 混 凝 土 结 构 又 得 到 了 一 次 飞 跃 的 发 展

16、,并 使 自 身 更 加 完 美 。虽 然 预 应 力 混 凝 土 在 本世 纪 20 年 代 才 进 入 实 际 应 用 阶 段 ,但 是 ,预 应 力 的 基 本 原 理 大 概 几 个 世 纪 以 前 就 已 经 被 聪 明 的 祖 先 应 用 了 。 当时 的 藤 或 铁 箍 木 桶 就 是 一 个 很 好 的 例 子 ,图 1-1 就 是 早 先的 预 应 力 原 理 。 随 着 预 应 力 混 凝 土 的 应 用 , 人 们 对 预 应力 混 凝 土 的 认 识 又 有 了 新 的 图 1 -1 预 应 力 原 理 图概 念 。 T .Y .L in 教 授 曾 对 预 应 力 混

17、 凝 土 的 原 理 总 结 了 三 种 不 同 的 概 念 。2第 一 节 预 应 力 原 理 的 三 种 概 念第 一 种 概 念 预 加 应 力 使 混 凝 土 为 弹 性 材 料这 一 概 念 把 预 应 力 混 凝 土 基 本 看 作 混 凝 土 经 过 预 压 后 从 原 先 抗 拉 弱 抗 压 强 的 脆 性 材 料 变 为 一 种 既 能 抗 拉 又 能 抗 压 的 弹 性 材 料 。 由 此 混 凝 土 被 看 作 承 受 两 个 力 系 ,即 内 部 预 应 力 和 外 部 荷 载 。 外 部 荷 载 引 起 的 拉 应 力 被 预 应 力 所 产 生 的 预 压 应 力

18、所 抵 消 。 在 正 常 使 用 状 态 下 混 凝 土 没 有 裂 缝 出 现 ,甚 至 没 有 拉 应 力 出 现 。 这 是 全 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 情 形 ,在 这 两 个 力 系 作 用 下 所 产 生 的 混 凝 土的 应 力 、 应 变 及 挠 度 均 可 按 弹 性 材 料 的 计 算 公 式 考 虑 ,并 在 需 要 时 叠 加 。图 1-2 偏 心 预 应 力 混 凝 土 截 面 的 应 力 分 布如 图 1-2 所 示 ,一 偏 心 施 加 预 应 力 的 混 凝 土 梁 ,在 预 加 力 N 作 用 下 ,混 凝 土 截 面 的 应 力 为 : = -

19、 N A N eN yI (1-1)当 外 荷 载 (包 括 梁 自 重 )对 梁 某 一 载 面 引 起 的 力 矩 为 M ,该 截 面 的 应 力 为 : = MyI (1-2)3在 两 个 力 系 共 同 作 用 下 ,截 面 内 任 一 点 的 应 力 为 : = - N A N eN yIM yI (1-3)式 中 :应 力 负 值 表 示 压 应 力 ,正 值 代 表 拉 应 力 。 第 二 种 概 念 预 加 应 力 使 高 强 钢 材 与 混 凝 土 能 共 同 工 作 这 种 概 念 是 将 预 应 力 混 凝 土 看 作 是 高 强 钢 材 与 混 凝 土 两 种 材料

20、的 一 种 结 合 ,它 也 与 钢 筋 混 凝 土 一 样 ,用 钢 筋 承 受 拉 力 、 混 凝 土 承 受 压 力 以 形 成 一 抵 抗 外 力 弯 矩 的 力 偶 ,如 图 1-3 所 示 。图 1 -3 预 应 力 混 凝 土 与 钢 筋 混 凝 土 梁 内 的 内 部 抵 抗 力 矩 a) 预 应 力 梁 的 部 分 ;b )钢 筋 混 凝 土 梁 的 部 分在 预 应 力 混 凝 土 结 构 中 采 用 的 是 高 强 钢 筋 。 如 果 要 使 高 强 钢 筋 的 强 度 充 分 被 利 用 ,必 须 使 其 有 很 大 的 伸 长 变 形 ,但 是 ,如 果 高强 钢 筋

21、 也 像 普 通 钢 筋 混 凝 土 的 钢 筋 那 样 简 单 地 浇 筑 在 混 凝 土 体 内 ,那 么 在 工 作 荷 载 作 用 下 高 强 钢 筋 周 围 的 混 凝 土 势 必 严 重 开 裂 , 构 件 将 出 现 不 能 容 许 的 宽 裂 缝 和 大 挠 度 。 因 此 ,用 在 预 应 力 混 凝 土 中 的 高 强 钢 筋 必 须 在 与 混 凝 土 结 合 之 前 预 先 张 拉 ,从 这 一 观 点 看 , 预 加 应 力 只 是 一 种 充 分 利 用 高 强 钢 材 的 有 效 手 段 ,所 以 预 应 力 混凝 土 又 可 看 成 是 钢 筋 混 凝 土 应

22、用 的 扩 展 ,这 一 概 念 清 晰 地 告 诉 我们 :预 应 力 混 凝 土 也 不 能 超 越 材 料 本 身 的 强 度 极 限 。第 三 种 概 念 预 加 应 力 实 现 荷 载 平 衡这 种 概 念 把 预 加 应 力 的 作 用 主 要 看 作 是 试 图 平 衡 构 件 上 的 部 分 或 全 部 的 工 作 荷 载 。 如 果 外 荷 载 对 梁 各 截 面 产 生 的 力 矩 均 被 预 加 力 所 产 生 的 力 矩 抵 消 ,那 么 一 个 受 弯 的 构 件 就 可 以 转 换 成 一 轴心 受 压 的 构 件 。 如 图 1-4 所 示 的 抛 物 线 形 设

23、 置 预 应 力 筋 的 简 支 梁 , 在 预 加 力 N 作 用 下 ,梁 体 可 以 看 成 承 受 向 上 的 均 匀 荷 载 :4q=图 1 -4 抛 物 线 形 配 筋 的 预 应 力 梁8N el2 (1-4)以 及 轴 向 N 。 如 果 作 用 在 梁 上 也 是 荷 载 集 度 为 q 方 向 向 下 的 均 布 荷 载 ,那 末 ,两 种 效 应 抵 消 后 梁 在 工 作 荷 载 下 仅 受 轴 力 N 的 作 用 , 即 梁 不 发 生 挠 曲 也 不 产 生 反 拱 。 如 果 外 荷 载 超 过 预 加 力 所 产 生 的 反 向 荷 载 效 应 ,则 可 用 荷

24、 载 差 值 来 计 算 梁 截 面 增 加 的 应 力 ,这 种 把 预 加 力 看 成 实 现 荷 载 平 衡 的 概 念 是 由 T .Y .L in 教 授 提 出 的 。 这 种 方 法 大 大 简 化 了 复 杂 难 解 的 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 设 计 与 分 析 ,尤 其 适 用 于 超 静 定 预 应 力 混 凝 土 梁 。对 于 同 一 个 预 应 力 混 凝 土 可 以 有 三 个 不 同 的 概 念 ,它 们 之 间并 没 有 相 互 的 矛 盾 ,仅 仅 是 从 不 同 的 角 度 来 解 释 预 应 力 混 凝 土 的原 理 。 第 一 种 概 念 正

25、 是 全 预 应 力 混 凝 土 弹 性 分 析 的 依 据 ;第 二 种 概 念 则 是 强 度 理 论 ,它 指 出 预 应 力 混 凝 土 也 不 能 超 越 其 材 料 自 身 强度 的 界 限 ;第 三 种 概 念 则 为 复 杂 的 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 设 计 与 分析 提 供 了 简 捷 的 方 法 。预 应 力 混 凝 土 是 在 普 通 钢 筋 混 凝 土 结 构 上 发 展 起 来 的 ,早 期的 预 应 力 混 凝 土 一 般 都 指 全 预 应 力 混 凝 土 ,英 文 称 为 “P restressed C oncrete”,与 普 通 钢 筋 混 凝

26、 土 “R einforced C oncrete”含 义 不 同 , 预 应 力 混 凝 土 不 能 称 为 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 。 但 是 ,随 着 预 应 力 结 构 应 用 的 发 展 ,人 们 发 现 全 预 应 力 混 凝 土 并 非 是 完 美 的 结 构 ,相 反 , 在 某 些 环 境 与 条 件 下 ,如 可 变 荷 载 占 总 荷 载 比 例 较 大 时 ,全 预 应 力5全 预 应 力 混 凝 土混 凝 土 也 有 不 足 之 处 ,如 构 件 长 期 处 于 高 压 应 力 状 态 、 反 拱 度 大 等 缺 点 。 因 此 ,在 预 应 力 混 凝 土

27、发 展 中 就 出 现 了 部 分 预 应 力 混 凝 土 结 构 ,而 且 ,部 分 预 应 力 的 概 念 逐 渐 被 人 们 所 接 受 。钢 筋 混 凝 土部 分 预 应 力 混 凝 土从 上 图 可 以 发 现 预 应 力 结 构 的 发 展 包 含 着 否 定 之 否 定 的 辨证 发 展 规 律 ,从 钢 筋 混 凝 土 发 展 到 预 应 力 混 凝 土 是 一 次 否 定 ,它 使 得 高 强 钢 材 与 高 强 混 凝 土 得 到 了 协 调 使 用 ,预 应 力 混 凝 土 提 高 了结 构 的 刚 度 ,改 善 了 混 凝 土 结 构 的 抗 裂 性 能 ,并 在 大

28、跨 度 结 构 中 得 到 广 泛 应 用 。 而 部 分 预 应 力 则 是 对 全 预 应 力 的 否 定 ,部 分 预 应 力 克 服 了 全 预 应 力 混 凝 土 长 期 处 于 高 压 应 力 状 态 、 受 徐 变 影 响 大 、 构 件 的 反 拱 度 大 以 及 在 构 件 端 部 的 锚 具 过 于 集 中 等 缺 点 ,并 且 在 设 置一 定 数 量 的 粘 结 非 预 应 力 钢 筋 时 提 高 了 结 构 的 延 性 。 这 种 否 定 不 是 简 单 的 替 代 ,而 是 自 身 的 完 善 与 提 高 。 部 分 预 应 力 的 概 念 使 设 计 工 程 师

29、对 混 凝 土 结 构 的 设 计 更 能 够 根 据 结 构 使 用 的 功 能 有 更 大 的 选 择 范 围 。 部 分 预 应 力 混 凝 土 不 可 能 替 代 全 预 应 力 混 凝 土 ,它 们 分 别 适 用 于 不 同 的 环 境 与 工 作 条 件 要 求 。第 二 节 预 应 力 混 凝 土 的 等 级 与 分 类以 钢 材 为 配 筋 的 预 应 力 混 凝 土 实 际 上 与 普 通 钢 筋 混 凝 土 同 属 于 一 个 统 一 的 加 筋 混 凝 土 系 列 ,国 际 上 对 整 个 加 筋 混 凝 土 系 列 按照 受 力 性 能 及 变 形 情 况 分 为 若

30、 干 个 等 级 。一 、 国 外 对 加 筋 混 凝 土 的 分 类1970 年 国 际 预 应 力 协 会 (F IP )、 欧 洲 混 凝 土 委 员 会 (C E B )根 据 预 应 力 程 度 大 小 的 不 同 ,建 议 将 加 筋 混 凝 土 分 为 四 个 等 级 :I 级 全 预 应 力 在 全 部 荷 载 最 不 利 组 合 作 用 下 ,混 凝 土6不 出 现 拉 应 力 ;II 级 有 限 预 应 力 在 全 部 荷 载 最 不 利 组 合 作 用 下 ,混 凝 土 允 许 出 现 拉 应 力 ,但 不 超 过 其 弯 拉 强 度 ;在 长 期 持 续 荷 载 作 用

31、 下 ,混 凝 土 不 出 现 拉 应 力 ;III 级 部 分 预 应 力 在 全 部 荷 载 最 不 利 组 合 作 用 下 ,构 件 的 混 凝 土 允 许 出 现 裂 缝 ,但 裂 缝 宽 度 不 超 过 规 定 值 ;IV 级 普 通 钢 筋 混 凝 土 结 构 。这 种 分 类 是 以 全 预 应 力 混 凝 土 与 普 通 钢 筋 混 凝 土 为 两 个 边 界 ,设 计 者 可 以 根 据 对 结 构 功 能 的 要 求 和 所 处 的 环 境 条 件 ,合 理 选 用 预 应 力 度 ,以 求 得 最 优 结 构 设 计 方 案 。 这 种 等 级 的 划 分 不 能 认 为

32、 是 质 量 等 级 的 划 分 。 预 应 力 混 凝 土 结 构 质 量 的 优 劣 主 要 取 决 于 它 的 使 用 性 能 、 强 度 和 耐 久 性 等 ,而 不 取 决 于 预 应 力 度 的 高 低 。二 、 中 国 对 加 筋 混 凝 土 的 分 类中 国 土 木 工 程 学 会 部 分 预 应 力 混 凝 土 结 构 设 计 建 议 (1986 年 ,以 下 称 P P C 建 议 )按 照 预 应 力 度 分 为 全 预 应 力 、 部 分 预 应 力 和 钢 筋 混 凝 土 三 类 。 其 中 部 分 预 应 力 包 括 国 际 分 类 法 的 II 级 有 限 预 应

33、 力 与 III 级 的 部 分 预 应 力 。因 此 ,部 分 预 应 力 是 指 介 于 全 预 应 力 和 钢 筋 混 凝 土 结 构 两 个 边 界 的 中 间 广 阔 领 域 的 预 应 力 混 凝 土 结 构 。 而 部 分 预 应 力 混 凝 土 又 分 为 A 类 构 件 与 B 类 构 件 ,A 类 构 件 指 的 是 在 正 常 使 用 极 限 状 态 构 件 的 预 压 受 拉 区 混 凝 土 的 正 截 面 拉 应 力 不 超 过 规 定 的 限 值 。 B 类 构 件 则 是 混 凝 土 的 正 截 面 拉 应 力 允 许 超 过 规 定 的 限 值 ,但 当 出 现

34、 裂 缝 时 ,其 裂 缝 宽 度 不 超 过 允 许 的 限 值 。不 管 对 预 应 力 混 凝 土 如 何 进 行 分 类 ,它 都 与 预 应 力 混 凝 土 构件 被 施 加 的 预 应 力 的 程 度 有 关 。 因 此 ,近 年 来 ,国 际 上 逐 步 统 一 在 用 预 应 力 度 进 行 分 类 的 方 法 。 我 国 的 P P C 建 议 即 认 为 当 预 应 力 度 = 1.0 时 为 全 预 应 力 混 凝 土 ,当 预 应 力 度 = 0 时 为 普 通 钢 筋 混 凝 土 ,预 应 力 度 在 0 0 钢 筋 混 凝 土 = 08按 上 式 的 表 达 ,部

35、分 预 应 力 混 凝 土 构 件 是 指 预 应 力 度 处 在 钢 筋 混 凝 土 和 全 预 应 力 混 凝 土 两 个 极 端 状 态 之 间 的 预 应 力 混 凝 土 构 件 。二 、 用 材 料 强 度 的 关 系 来 表 达 的 预 应 力 度另 一 种 描 述 预 应 力 度 是 以 预 应 力 混 凝 土 构 件 中 含 有 的 预 应 力 钢 筋 与 非 预 应 力 钢 筋 的 材 料 强 度 来 表 达 :P P R = Ap f pyAp f py + Asf y(1-7)式 中 :Ap 控 制 截 面 处 预 应 力 筋 的 截 面 面 积 ;As 控 制 截 面

36、处 非 预 应 力 钢 筋 的 截 面 面 积 ;f py 预 应 力 筋 的 条 件 屈 服 强 度 ;f y 非 预 应 力 钢 筋 的 屈 服 强 度 。式 (1-7)明 确 表 示 :当 预 应 力 混 凝 土 构 件 同 时 设 置 有 非 预 应 力 受 力 钢 筋 时 ,它 的 预 应 力 度 将 在 0 1 之 间 ,即 为 部 分 预 应 力 混 凝土 。 当 构 件 仅 设 置 预 应 力 筋 时 ,它 是 全 预 应 力 混 凝 土 。 如 果 构 件 中 没 有 设 置 预 应 力 筋 而 仅 有 非 预 应 力 钢 筋 ,则 是 普 通 钢 筋 混 凝 土 。 该 式

37、 还 表 示 :部 分 预 应 力 混 凝 土 是 必 须 设 置 非 预 应 力 受 力 钢 筋 的 。 这 种 以 材 料 强 度 概 念 来 定 义 预 应 力 度 指 的 是 在 承 载 能 力 极 限 状 态 下 ,预 应 力 混 凝 土 构 件 中 预 应 力 筋 与 非 预 应 力 钢 筋 分 别 承 担 其 拉力 与 内 力 矩 的 比 例 。部 分 预 应 力 概 念 的 提 出 使 得 预 应 力 结 构 的 应 用 更 加 广 泛 ,它 克 服 了 全 预 应 力 混 凝 土 的 不 足 之 处 ,提 高 了 结 构 的 延 性 ,使 结 构 设 计 既 经 济 又 合

38、理 。 预 应 力 结 构 应 用 与 发 展 中 另 一 个 重 要 的 飞 跃 是 无 粘 结 预 应 力 技 术 的 发 展 与 成 熟 。 应 当 说 无 粘 结 预 应 力 技 术 早 在 本 世 纪 30 年 代 就 出 现 了 ,如 德 国 的 D isch inger 应 用 无 粘 结 预 应 力 技 术 建 造 了 A ue/ Sachsen 桥 。 70 年 代 后 ,随 着 无 粘 结 筋 生 产 工 艺 和 无 粘 结 预 应 力 技 术 的 成 熟 ,无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 在 土 木 工 程 领域 ,尤 其 在 房 屋 建 筑 中 得 到 了 相 当

39、广 泛 的 应 用 。 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 在 多 高 层 楼 盖 结 构 中 的 应 用 ,特 别 是 在 大 开 间 、 大 柱 网 结 构 中 的9应 用 已 经 取 得 了 丰 富 的 实 践 经 验 。 近 年 来 ,我 国 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 在 楼 盖 结 构 中 的 应 用 正 以 每 年 百 万 平 方 米 的 速 度 增 长 。 随 着 预 应 力 技 术 的 日 益 成 熟 ,它 不 仅 用 于 加 筋 混 凝 土 ,也 应 用 于 钢 结 构 、 组 合 结 构 ,甚 至 砖 石 结 构 。 随 着 建 筑 功 能 对 结 构 性 能 的

40、 要 求 逐 步 提 高 ,预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 又 出 现 在 土 木 建 筑 的 舞 台 。 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 不 仅 结 构 性 能 优 越 、 抗 震 性 能 好 、 更 能 充 分 发 挥 材 料 的 强 度 ,而 且 施 工 方 便 、 速 度 快 ,需 要 拆 建 时 ,建 筑 垃 圾 少 。 因 此 ,可 以 预 见 在 环 境 保 护 、 生 态 意 识 和 可 持 续 发 展 的 观 念 越 来 越 受 重 视 的 下 一 个 世 纪 ,预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 的 应 用 将 更 加广 泛 。 在 我 国

41、,预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 结 构 的 应 用 方 兴 末 艾 ,图 1- 6 为 某 会 堂 观 众 厅 35m 跨 度 的 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 简 支 梁 (图 中 混 凝 土 上 翼 板 还 未 浇 筑 )。图 1 -6 预 应 力 钢 混 凝 土 组 合 简 支 梁预 应 力 结 构 的 发 展 在 设 计 概 念 、 施 工 工 艺 以 及 高 强 材 料 的 应 用 和 锚 固 技 术 等 方 面 都 取 得 了 巨 大 的 成 就 。 在 预 应 力 结 构 理 论 方 面 ,今 后 将 更 趋 于 理 论 与 计 算 方 法 的 统 一 性 ,并 与

42、国 际 接 轨 。 在 设 计 与 研 究 方 面 ,预 应 力 结 构 的 裂 缝 控 制 问 题 、 疲 劳 问 题 、 抗 震 问 题 以 及 耐 久 性 和 环 境 保 护 等 将 成 为 需 要 突 出 解 决 的 问 题 。10第 二 章 预 应 力 结 构 材 料 的 应 用 与 发 展预 应 力 技 术 应 用 近 百 年 来 ,预 应 力 结 构 应 用 的 材 料 也 有 了 很大 的 发 展 。 预 应 力 混 凝 土 结 构 的 材 料 主 要 分 为 预 应 力 筋 、 混 凝 土 及 锚 固 系 统 。第 一 节 混 凝 土 材 料 的 发 展预 应 力 混 凝 土

43、 结 构 的 预 应 力 钢 材 强 度 一 般 都 比 较 高 ,因 此 ,对 混 凝 土 的 强 度 要 求 也 比 较 高 。 高 强 度 的 混 凝 土 不 仅 会 减 少 结 构 混 凝 土 的 用 量 、 减 轻 自 重 ,同 时 由 于 高 标 号 混 凝 土 比 较 致 密 ,徐 变 较小 ,预 应 力 损 失 也 较 小 。 预 应 力 结 构 用 混 凝 土 的 标 号 一 般 在 C 40 级 以 上 ,最 低 不 宜 低 于 C 30 级 , 随 着 施 工 技 术 的 不 断 提 高 与 混 凝土 质 量 的 提 高 ,目 前 ,国 际 上 预 应 力 结 构 采 用

44、 的 混 凝 土 强 度 已 达 60M P a 70M P a 甚 至 100M P a 以 上 。预 应力结 构用 混凝土 由于 其受力 特性与 施工工 艺的限制 ,对混 凝土 的 品质要 求比 普通混 凝土 要高。 预应力 结构 中控制 截面 的混凝 土其受 力 从 预压到 消压 甚至受 拉直至开 裂, 其 受力幅度 比较宽 。 对 于全预应 力混 凝土结 构, 尤其是 当承受的可变荷载占总荷载比例比较大 时 ,构件长期 处于高 压应力状态,徐变的影响较为严重, 这就要求混凝土由于徐变产 生 的变形 要尽 量少,而且要 比较稳定 。 同时由于 预应力构 件施工工 期的 要 求,希望快 结

45、硬早 强。 这些 因素就要 求预应力 混凝土结 构用的混 凝土 应 当是高 强、 高性能 、 轻 质的 混凝土 。一 、 混 凝 土 的 强 度 与 变 形1.混 凝 土 单 轴 受 力 的 应 力 应 变 关 系11 +2由 于 混 凝 土 是 由 粗 集 料 、 细 集 料 和 水 泥 砂 浆 等 组 成 。 在 承 受 荷 载 之 前 ,粗 集 料 与 细 集 料 之 间 的交 界 面 上 就 已 存 在 大 量 的 微 裂 缝 ,又 由 于 硬 化 过 程 和 混 凝 土 的收 缩 , 还 会 形 成 空 隙 , 这 就 使 混 凝 土 在 低 应 力 状 态 就 表 现 出 非 线

46、性 的 性 质 ,如 图 2-1 所 示 。 描 述 混 凝 土 应 力 应 变 关 系 的 表 达式 很 多 , 对 于 短 期 荷 载 作 用 下 , 混 凝 土 单 轴 受 压 单 调 加 载 的 应 力 应 变 曲 线 有 如 下 几 种 :1) S aenz 建 议 的 通 式 : = E 图 2 -1 混 凝 土 受 压 的 曲 线A + B + C + D 3 (2-1) 0 0 0式 中 : E 弹 性 模 量 ;、 B 、 C、 D 常 数 ,由 以 下 条 件 决 定 :a) = 0, = 0d b) = 0,d = E 0c) = 0 , = 0 d) = u , = u

47、(2-2)e) = 0 ,d = 0d 当 不 考 虑 下 降 段 时 ,即 条 件 e),可 简 化 得 = E 0 2 (2-3)1 + E 0E g - 2 0 02) H ognestad 提 出 的 混 凝 土 受 压 曲 线 为 二 段 曲 线 ,上 升 段 为 二 次 曲 线 ,下 降 段 为 直 线 ,表 达 式 为 :2 c = f c2 c c-0 00 c 0 (2-4a)12c c+ 0 (2-5a)c20a = f 1 - 0.15 c - 0 - 0 c u (2-4b)u 03) 同 济 大 学 建 议 的 混 凝 土 受 压 区 - 曲 线 表 达 式 为 :

48、= 2K 1 0 0 = K 1 0 1 - 200( - 0 ) 0 u (2-5b) = 0.3K 1 0 u (2-5c)4) 清 华 大 学 建 议 的 - 曲 线 的 表 达 式 为 :2 = 0 2 c - c0 0 c 00 c 0 (2-6a) = c - 1 02 c 0(2-6b)+0以 上 式 中 : f c 混 凝 土 圆 柱 体 抗 压 强 度 ; 0 混 凝 土 的 最 大 压 应 力 ; 0 对 应 于 混 凝 土 的 最 大 压 应 力 的 应 变 ; u 混 凝 土 的 极 限 压 应 变 ;K 1 参 数 (K 1 = 0.8 1);a 参 数 。 2.混 凝 土 在 双 向 受 力 下 的 强 度混 凝 土 在 双 向 受 力 下 的 强 度 ,表 现 为 两 个 主 应 力 方 向 的 强 度 。 由 于 双 向 受 力 ,它 的 强 度 与 主 应 力 的 矢 量 有 关 。 当 双 向 受 压 时 ,混 凝 土 实 际 上 处 于