[科普中国]-部分预力

概述

全预应力混凝土结构虽然有刚度大、抗疲劳、防渗漏等优点，但也有一些严重缺点。由于结构构件的反拱过大，在恒载小、活载大、预加力大且在持续荷载长期作用下，梁的反拱不断增大，导致混凝土在垂直于张拉方向产生裂缝，当预加力较大，会在构件中沿预应力筋的纵向及锚下产生一些裂缝。

部分预应力混凝土结构的出现是工程实践的结果，它是介于全预应力混凝土结构和普通钢筋混凝土结构之间的预应力混凝土结构。部分预应力混凝土结构在工程中不仅充分发挥预应力钢筋的作用，而且利用了非预应力钢筋的作用，从而节省了预应力钢筋，并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。同时，它也促进了预应力混凝上结构设计思路的重大发展，使设计人员可以根据结构使用要求来选择预应力度的高低，进行合理的结构设计。1

受力特性荷载挠度曲线是梁工作性能的综合反映。为了理解部分预应力混凝土梁的性能，需要观察不同预应力程度条件下的荷载一挠度曲线。

图1中，1、2和3分别表示具有相同正截面承载能力 的全预应力、部分预应力和普通钢筋混凝土梁的弯矩一挠度关系曲线示意图。

从图中可以看出，部分预应力混凝土梁的受力特性，介于全预应力混凝土粱和普通钢筋混凝土梁之间。在荷载较小时，部分预应力混凝土梁（曲线2）受力特性与全预应力混凝土梁（曲线1）相似：在自重与有效预加力（扣除相应的预应力损失）作用下，它具有反拱度，但其值较全预应力混凝上梁的反拱度小；当荷载增加，弯矩M达到B点时，表示外荷载作用下产生的下挠度与预应力反拱度相等，梁这时的挠度为零，但此时受拉区边缘的混凝土应力并不为零。当荷载继续增加，达到曲线2的C点时，外荷载产生的梁底混凝土拉应力与梁底有效压应力相互抵消，使梁底受拉边缘的混凝土应力为零，此时相应的外荷载弯矩即消压弯矩。截面下边缘消压后，若继续加载至D点，混凝土的边缘拉应力达到极限抗拉强度，随着外荷载增加，受拉区混凝土进入塑性阶段，构件的刚度下降，达到点时表示构件即将出现裂缝。从点开始，若继续加载，裂缝随之开展，刚度继续下降，挠度增加速度加快。达到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，挠度增长速度更快，直到F点，构件达到极限承载能力状态而破坏。

图1是假定预应力混凝土梁采用混合配筋，即采用高强钢筋作为预应力钢筋，而采用普通钢筋来限制裂缝并与高强钢筋共同抵抗极限弯矩；而钢筋混凝土梁只配普通钢筋。所以全预应力混凝土梁的极限弯矩较部分预应力混凝土梁为高，而部分预应力混凝土梁又较钢筋混凝土梁为高。要注意．如果三者都采用同样的配筋，而只是预应力度不同，则它们的极限弯矩是相同的。

特点与全预应力混凝土构件相比，部分预应力混凝土构件有以下特点：

1．节省预应力钢筋与锚具

由于预压力相对减小，因此预应力钢筋用量可以大大减少。从而大大减少了张拉力筋、设置管道和压浆等工作量，并减少了锚具的用量，即节省了建设费用，又方便了施工。

2．改善结构性能

(1)由于预加力的减小，使构件的弹性和徐变变形所引起的反拱度减小，锚下混凝土的局部应力降低。

(2)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，这对于结构抗震极为有利。

3．计算较为复杂

部分预应力混凝土构件需按开裂截面分析，计算较为繁冗。

综上所述，是采用全预应力混凝土结构还是采用部分预应力混凝土结构，应根据结构的使用要求及工程实际来选择。对于需防止渗漏的压力容器、水下结构或处于高度腐蚀环境的结构，以及承受高频反复荷载作用而预应力钢筋有疲劳危险的结构等，需要用全预应力混凝土结构。而对于恒载相对活载要小的结构，例如中小跨的桥梁，其主梁就适宜采用部分预应力混凝土结构。总之，是采用全预应力还是部分预应力，应根据经济、合理、安全及适用的原则，因地制宜地选用。1

计算特点部分预应力混凝土构件由于可以具有不同的预应力度，且一般采用预应力钢筋和非预应力钢筋的混合配筋形式，因此，在设计计算中应充分考虑其受力特点，使设计的结构物安全可靠、经济合理。

如前所述，构件的极限强度与是否施加预应力无关，所以部分预应力混凝土构件的正截面承载力的计算方法与全预应力混凝土构件相同。在使用荷载作用下，部分预应力混凝土A类构件由于其截面不产生裂缝，因此截面应力的计算也与全预应力混凝土构件相同。对于B类构件，由于在全部使用荷载作用下其截面上会产生裂缝，因此不能全截面参加工作，其应力的计算与全截面参加工作的全预应力或A类构件有所不同。1