10.3.1 根据先张法预应力筋的锚固及预应力传递性能,提出了配筋净间距的要求,其数值是根据试验研究及工程经验确定的。根据多年来的工程经验,为确保预制构件的耐久性,适当增加了预应力筋净间距的限值。

10.3.2 先张法预应力传递长度范围内局部挤压造成的环向拉应力容易导致构件端部混凝土出现劈裂裂缝。因此端部应采取构造措施,以保证自锚端的局部承载力。所提出的措施为长期工程经验和试验研究结果的总结。近年来随着生产工艺技术的提高,也有一些预制构件不配置端部加强钢筋的情况,故在特定条件下可根据可靠的工程经验适当放宽。 

10.3.3~10.3.5 为防止预应力构件端部及预拉区的裂缝,根据多年工程实践经验及原规范的执行情况,这几条对各种预制构件(肋形板、屋面梁、吊车梁等)提出了配置防裂钢筋的措施。

10.3.6 预应力锚具应根据现行国家标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T 14370、现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ 85的有关规定选用,并满足相应的质量要求。

10.3.7 规定了后张预应力筋配置及孔道布置的要求。由于对预制构件预应力筋孔道间距的控制比现浇结构构件更容易,且混凝土浇筑质量更容易保证,故对预制构件预应力筋孔道间距的规定比现浇结构构件的小。要求孔道的竖向净间距不应小于孔道直径,主要考虑曲线孔道张拉预应力筋时出现的局部挤压应力不致造成孔道间混凝土的剪切破坏。而对三级裂缝控制等级的梁提出更厚的保护层厚度要求,主要是考虑其裂缝状态下的耐久性。预留孔道的截面积宜为穿入预应力筋截面积的3.0~4.0倍,是根据工程经验提出的。有关预应力孔道的并列贴紧布置,是为方便截面较小的梁类构件的预应力筋配置。
    板中单根无粘结预应力筋、带状束及梁中集束无粘结预应力筋的布置要求,是根据国内推广应用无粘结预应力混凝土的工程经验作出规定的。

10.3.8 后张预应力混凝土构件端部锚固区和构件端面在预应力筋张拉后常出现两类裂缝:其一是局部承压区承压垫板后面的纵向劈裂裂缝;其二是当预应力束在构件端部偏心布置,且偏心距较大时,在构件端面附近会产生较高的沿竖向的拉应力,故产生位于截面高度中部的纵向水平端面裂缝。为确保安全可靠地将张拉力通过锚具和垫板传递给混凝土构件,并控制这些裂缝的发生和开展,在试验研究的基础上,在条文中作出了加强配筋的具体规定。为防止第一类劈裂裂缝,规范给出了配置附加钢筋的位置和配筋面积计算公式;为防止第二类端面裂缝,要求合理布置预应力筋,尽量使锚具能沿构件端部均匀布置,以减少横向拉力。当难于做到均匀布置时,为防止端面出现宽度过大的裂缝,根据理论分析和试验结果,本条提出了限制这类裂缝的竖向附加钢筋截面面积的计算公式以及相应的构造措施。本次修订允许采用强度较高的热轧带肋钢筋。
    对局部承压加强钢筋,提出当垫板采用普通钢板开穿筋孔的制作方式时,可按本规范第6.6节的规定执行,采用有关局部受压承载力计算公式确定应配置的间接钢筋;而当采用整体铸造的带有二次翼缘的垫板时,本规范局部受压公式不再适用,需通过专门的试验确认其传力性能,所以应选用经按有关规范标准验证的产品,并配置规定的加强钢筋,同时满足锚具布置对间距和边距要求。所述要求可按现行行业标准《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ 85的有关规定执行。
    本条规定主要是针对后张法预制构件及现浇结构中的悬臂梁等构件的端部锚固区及梁中间开槽锚固的情况提出的。

10.3.9 为保证端面有局部凹进的后张预应力混凝土构件端部锚固区的强度和裂缝控制性能,根据试验和工程经验,规定了增设折线构造钢筋的防裂措施。

10.3.10、10.3.11 曲线预应力束最小曲率半径rp的计算公式是按本规范附录D有关素混凝土构件局部受压承载力公式推导得出,并与国外规范公式对比后确定的。10Φ15以下常用曲线预应力钢丝束、钢绞线束的曲率半径不宜小于4m是根据工程经验给出的。当后张预应力束曲线段的曲率半径过小时,在局部挤压力作用下可能导致混凝土局部破坏,故应配置局部加强钢筋,加强钢筋可采用网片筋或螺旋筋,其数量可按本规范有关配置间接钢筋局部受压承载力的计算规定确定。
    在预应力混凝土结构构件中,当预应力筋近凹侧混凝土保护层较薄,且曲率半径较小时,容易导致混凝土崩裂。相关计算公式按预应力筋所产生的径向崩裂力不超过混凝土保护层的受剪承载力推导得出。当混凝土保护层厚度不满足计算要求时,第10.3.11条提供了配置U形插筋用量的计算方法及构造措施,用以抵抗崩裂径向力。在计算应配置U形插筋截面面积的公式中,未计入混凝土的抗力贡献。
    这两条是在工程经验的基础上,参考日本预应力混凝土设计施工规范及美国AASHTO规范作出规定的。

10.3.13 为保证预应力混凝土结构的耐久性,提出了对构件端部锚具的封闭保护要求。
    国内外应用经验表明,对处于二b、三a、三b类环境条件下的无粘结预应力锚固系统,应采用全封闭体系。参考美国ACI和PTI的有关规定,对全封闭体系应进行不透水试验,要求安装后的张拉端、固定端及中间连接部位在不小于10kPa静水压力下,保持24h不透水,具体漏水位置可用在水中加颜色等方法检查。当用于游泳池、水箱等结构时,可根据设计提出更高静水压力的要求。

10.2.1 预应力混凝土用钢丝、钢绞线的应力松弛试验表明,应力松弛损失值与钢丝的初始应力值和极限强度有关。表中给出的普通松弛和低松弛预应力钢丝、钢绞线的松弛损失值计算公式,是按国家标准《预应力混凝土用钢丝》GB/T 5223-2002及《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224-2003中规定的数值综合成统一的公式,以便于应用。当σcon/fptk≤0.5时,实际的松弛损失值已很小,为简化计算取松弛损失值为零。预应力螺纹钢筋、中强度预应力钢丝的应力松弛损失值是分别根据国家标准《预应力混凝土用螺纹钢筋》GB/T 20065-2006、行业标准《中强度预应力混凝土用钢丝》YB/T 156-1999的相关规定提出的。

10.2.2 根据锚固原理的不同,将锚具分为支承式和夹片式两类,对每类作出规定。对夹片式锚具的锚具变形和预应力筋内缩值按有顶压或无顶压分别作了规定。

10.2.4 预应力筋与孔道壁之间的摩擦引起的预应力损失,包括沿孔道长度上局部位置偏移和曲线弯道摩擦影响两部分。在计算公式中,x值为从张拉端至计算截面的孔道长度;但在实际工程中,构件的高度和长度相比常很小,为简化计算,可近似取该段孔道在纵轴上的投影长度代替孔道长度;θ值应取从张拉端至计算截面的长度上预应力孔道各部分切线的夹角(以弧度计)之和。本次修订根据国内工程经验,增加了按抛物线、圆弧曲线变化的空间曲线及可分段叠加的广义空间曲线θ弯转角的近似计算公式。
    研究表明,孔道局部偏差的摩擦系数k值与下列因素有关:预应力筋的表面形状;孔道成型的质量;预应力筋接头的外形;预应力筋与孔壁的接触程度(孔道的尺寸,预应力筋与孔壁之间的间隙大小以及预应力筋在孔道中的偏心距大小)等。在曲线预应力筋摩擦损失中,预应力筋与曲线弯道之间摩擦引起的损失是控制因素。
    根据国内的试验研究资料及多项工程的实测数据,并参考国外规范的规定,补充了预埋塑料波纹管、无粘结预应力筋的摩擦影响系数。当有可靠的试验数据时,本规范表10.2.4所列系数值可根据实测数据确定。

10.2.5 根据国内对混凝土收缩、徐变的试验研究,应考虑预应力筋和普通钢筋的配筋率对σl5值的影响,其影响可通过构件的总配筋率ρ(ρ=ρp+ρs)反映。在公式(10.2.5-1)~公式(10.2.5-4)中,分别给出先张法和后张法两类构件受拉区及受压区预应力筋处的混凝土收缩和徐变引起的预应力损失。公式反映了上述各项因素的影响。此计算方法比仅按预应力筋合力点处的混凝土法向预应力计算预应力损失的方法更为合理。此外,考虑到现浇后张预应力混凝土施加预应力的时间比28d龄期有所提前等因素,对上述收缩和徐变计算公式中的有关项在数值上作了调整。调整的依据为:预加力时混凝土龄期,先张法取7d,后张法取14d;理论厚度均取200mm;相对湿度为40%~70%,预加力后至使用荷载作用前延续的时间取1年的收缩应变和徐变系数终极值,并与附录K计算结果进行校核得出。
    在附录K中,本次修订的混凝土收缩应变和徐变系数终极值,是根据欧洲规范EN 1992-2:《混凝土结构设计——第1部分:总原则和对建筑结构的规定》所提供的公式计算得出。混凝土收缩应变和徐变系数终极值是按周围空气相对湿度为40%~70%及70%~99%分别给出的。混凝土收缩和徐变引起的预应力损失简化公式是按周围空气相对湿度为40%~70%得出的,将其用于相对湿度大于70%的情况是偏于安全的。对泵送混凝土,其收缩和徐变引起的预应力损失值亦可根据实际情况采用其他可靠数据。

10.1.1 为确保预应力混凝土结构在施工阶段的安全,明确规定了在施工阶段应进行承载能力极限状态等验算,施工阶段包括制作、张拉、运输及安装等工序。

10.1.2 根据现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的有关规定,当进行预应力混凝土构件承载能力极限状态及正常使用极限状态的荷载组合时,应计算预应力作用效应并参与组合,对后张法预应力混凝土超静定结构,预应力效应为综合内力Mr、Vr及Nr,包括预应力产生的次弯矩、次剪力和次轴力。在承载能力极限状态下,预应力作用分项系数γp应按预应力作用的有利或不利分别取1.0或1.2。当不利时,如后张法预应力混凝土构件锚头局压区的张拉控制力,预应力作用分项系数γp应取1.2。在正常使用极限状态下,预应力作用分项系数γp通常取1.0。当按承载能力极限状态计算时,预应力筋超出有效预应力值达到强度设计值之间的应力增量仍为结构抗力部分;当按本规范第6章的实用方法进行承载力计算时,仅次内力应参与荷载效应组合和设计计算。
    对承载能力极限状态,当预应力作用效应列为公式左端项参与作用效应组合时,由于预应力筋的数量和设计参数已由裂缝控制等级的要求确定,且总体上是有利的,根据工程经验,对参与组合的预应力作用效应项,应取结构重要性系数γ0=1.0;对局部受压承载力计算、框架梁端预应力筋偏心弯矩在柱中产生的次弯矩等,其预应力作用效应为不利时,γ0应按本规范公式(3.3.2-1)执行。
    本规范为避免出现冗长的公式,在诸多计算公式中并没有具体列出相关次内力。因此,当应用本规范公式进行正截面受弯、受压及受拉承载力计算,斜截面受剪及受扭截面承载力计算,以及裂缝控制验算时,均应计入相关次内力。
    本次修订增加了无粘结预应力混凝土结构承受静力荷载的设计规定,主要有裂缝控制,张拉控制应力限值,有关的预应力损失值计算,受弯构件正截面承载力计算时无粘结预应力筋的应力设计值、斜截面受剪承载力计算,受弯构件的裂缝控制验算及挠度验算,受弯构件和板柱结构中有粘结纵向钢筋的配置,以及施工张拉阶段截面边缘混凝土法向应力控制和预拉区构造配筋,防腐及防火措施。以上规定的条款列在本章及本规范相关章节的条款中。

10.1.3 本次修订增加了中强度预应力钢丝及预应力螺纹钢筋的张拉控制应力限值。

10.1.5 通常对预应力筋由于布置上的几何偏心引起的内弯矩Npepn以M1表示。由该弯矩对连续梁引起的支座反力称为次反力,由次反力对梁引起的弯矩称为次弯矩M2。在预应力混凝土超静定梁中,由预加力对任一截面引起的总弯矩Mr为内弯矩M1与次弯矩M2之和,即Mr=M1+M2。次剪力可根据结构构件各截面次弯矩分布按力学分析方法计算。此外,在后张法梁、板构件中,当预加力引起的结构变形受到柱、墙等侧向构件约束时,在梁、板中将产生与预加力反向的次轴力。为求次轴力也需要应用力学分析方法。
    为确保预应力能够有效地施加到预应力结构构件中,应采用合理的结构布置方案,合理布置竖向支承构件,如将抗侧力构件布置在结构位移中心不动点附近;采用相对细长的柔性柱以减少约束力,必要时应在柱中配置附加钢筋承担约束作用产生的附加弯矩。在预应力框架梁施加预应力阶段,可将梁与柱之间的节点设计成在张拉过程中可产生滑动的无约束支座,张拉后再将该节点做成刚接。对后张楼板为减少约束力,可采用后浇带或施工缝将结构分段,使其与约束柱或墙暂时分开;对于不能分开且刚度较大的支承构件,可在板与墙、柱结合处开设结构洞以减少约束力,待张拉完毕后补强。对于平面形状不规则的板,宜划分为平面规则的单元,使各部分能独立变形,以减少约束;当大部分收缩变形完成后,如有需要仍可以连为整体。

10.1.7 当按裂缝控制要求配置的预应力筋不能满足承载力要求时,承载力不足部分可由普通钢筋承担,采用混合配筋的设计方法。这种部分预应力混凝土既具有全预应力混凝土与钢筋混凝土二者的主要优点,又基本上排除了两者的主要缺点,现已成为加筋混凝土系列中的主要发展趋势。当然也带来了一些新的课题。当预应力混凝土构件配置钢筋时,由于混凝土收缩和徐变的影响,会在这些钢筋中产生内力。这些内力减少了受拉区混凝土的法向预压应力,使构件的抗裂性能降低,因而计算时应考虑这种影响。为简化计算,假定钢筋的应力取等于混凝土收缩和徐变引起的预应力损失值。但严格地说,这种简化计算当预应力筋和钢筋重心位置不重合时是有一定误差的。

10.1.8 近年来,国内开展了后张法预应力混凝土连续梁内力重分布的试验研究,并探讨次弯矩存在对内力重分布的影响。这些试验研究及有关文献建议,对存在次弯矩的后张法预应力混凝土超静定结构,其弯矩重分布规律可描述为:(1一β)Md+αM2≤Mu,其中,α为次弯矩消失系数。直接弯矩的调幅系数定义为:β=1-Ma/Md,此处,Ma为调整后的弯矩值,Md为按弹性分析算得的荷载弯矩设计值;直接弯矩调幅系数β的变化幅度是:0≤β≤βmax,此处,βmax为最大调幅系数。次弯矩随结构构件刚度改变和塑性铰转动而逐步消失,它的变化幅度是:0≤α≤1.0;且当β=0时,取α=1.0;当β=βmax时,可取α接近为0。且β可取其正值或负值,当取β为正值时,表示支座处的直接弯矩向跨中调幅;当取β为负值时,表示跨中的直接弯矩向支座处调幅。上述试验结果从概念设计的角度说明,在超静定预应力混凝土结构中存在的次弯矩,随着预应力构件开裂、裂缝发展以及刚度减小,在极限荷载阶段会相应减小。当截面配筋率高时,次弯矩的变化较小,反之可能大部分次弯矩都会消失。本次修订考虑到上述情况,采用次弯矩参与重分布的方案,即内力重分布所考虑的最大弯矩除了荷载弯矩设计值外,还包括预应力次弯矩在内。并参考美国ACI规范、欧洲规范EN 1992-2等,规定对预应力混凝土框架梁及连续梁在重力荷载作用下,当受压区高度x≤0.30h0时,可允许有限量的弯矩重分配,同时可考虑次弯矩变化对截面内力的影响,但总调幅值不宜超过20%。

10.1.9 对光面钢丝、螺旋肋钢丝、三股和七股钢绞线的预应力传递长度,均在原规范规定的预应力传递长度的基础上,根据试验研究结果作了调整,并通过给出的公式由其有效预应力值计算预应力传递长度。预应力筋传递长度的外形系数取决于与锚固性能有关的钢筋的外形。

10.1.13 先张法及后张法预应力混凝土构件的受剪承载力、受扭承载力及裂缝宽度计算,均需用到混凝土法向预应力为零时的预应力筋合力Np0。本条对此作了规定。

10.1.14 影响无粘结预应力混凝土构件抗弯能力的因素较多,如无粘结预应力筋有效预应力的大小、无粘结预应力筋与普通钢筋的配筋率、受弯构件的跨高比、荷载种类、无粘结预应力筋与管壁之间的摩擦力、束的形状和材料性能等。因此,受弯破坏状态下无粘结预应力筋的极限应力必须通过试验来求得。国内所进行的无粘结预应力梁(板)试验,得出无粘结预应力筋于梁破坏瞬间的极限应力,主要与配筋率、有效预应力、钢筋设计强度、混凝土的立方体抗压强度、跨高比以及荷载形式有关,积累了宝贵的数据。
    本次修订采用了现行行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》JGJ 92的相关表达式。该表达式以综合配筋指标ζ0为主要参数,考虑了跨高比变化影响。为反映在连续多跨梁板中应用的情况,增加了考虑连续跨影响的设计应力折减系数。在设计框架梁时,无粘结预应力筋外形布置宜与弯矩包络图相接近,以防在框架梁顶部反弯点附近出现裂缝。

10.1.15 在无粘结预应力受弯构件的预压受拉区,配置一定数量的普通钢筋,可以避免该类构件在极限状态下发生双折线形的脆性破坏现象,并改善开裂状态下构件的裂缝性能和延性性能。
    1 单向板的普通钢筋最小面积
    本规范对钢筋混凝土受弯构件,规定最小配筋率为0.2%和45ft/fy中的较大值。美国通过试验认为,在无粘结预应力受弯构件的受拉区至少应配置从受拉边缘至毛截面重心之间面积0.4%的普通钢筋。综合上述两方面的规定和研究成果,并结合以往的设计经验,作出了本规范对无粘结预应力混凝土板受拉区普通钢筋最小配筋率的限制。
    2 梁正弯矩区普通钢筋的最小面积
    无粘结预应力梁的试验表明,为了改善构件在正常使用下的变形性能,应采用预应力筋及有粘结普通钢筋混合配筋方案。在全部配筋中,有粘结纵向普通钢筋的拉力占到承载力设计值Mu产生总拉力的25%或更多时,可更有效地改善无粘结预应力梁的性能,如裂缝分布、间距和宽度,以及变形性能,从而达到接近有粘结预应力梁的性能。本规范公式(10.1.15-2)是根据此比值要求,并考虑预应力筋及普通钢筋重心离截面受压区边缘纤维的距离hp、hs影响得出的。
    对按一级裂缝控制等级设计的无粘结预应力混凝土构件,根据试验研究结果,可仅配置比最小配筋率略大的非预应力普通钢筋,取ρmin等于0.003。 

10.1.16 对无粘结预应力混凝土板柱结构中的双向平板,所要求配置的普通钢筋分述如下:
    负弯矩区普通钢筋的配置。美国进行过1:3的九区格后张无粘结预应力平板的模型试验。结果表明,只要在柱宽及两侧各离柱边1.5~2倍的板厚范围内,配置占柱上板带横截面面积0.15%的普通钢筋,就能很好地控制和分散裂缝,并使柱带区域内的弯曲和剪切强度都能充分发挥出来。此外,这些钢筋应集中通过柱子和靠近柱子布置。钢筋的中到中间距应不超过300mm,而且每一方向应不少于4根钢筋。对通常的跨度,这些钢筋的总长度应等于跨度的1/3。我国进行的1:2无粘结部分预应力平板的试验也证实在上述柱面积范围内配置的钢筋是适当的。本规范根据公式(10.1.16-1),矩形板在长跨方向将布置更多的钢筋。
    正弯矩区普通钢筋的配置。在正弯矩区,双向板在使用荷载下按照抗裂验算边缘混凝土法向拉应力确定普通筋配置数量的规定,是参照美国ACI规范对双向板柱结构关于有粘结普通钢筋最小截面面积的规定,并结合国内多年来对该板按二级裂缝控制和配置有粘结普通钢筋的工程经验作出规定的。针对温度、收缩应力所需配置的普通钢筋应按本规范第9.1节的相关规定执行。
    在楼盖的边缘和拐角处,通过设置钢筋混凝土边梁,并考虑柱头剪切作用,将该梁的箍筋加密配置,可提高边柱和角柱节点的受冲切承载力。

10.1.17 本条规定了预应力混凝土构件的弯矩设计值不小于开裂弯矩,其目的是控制受拉钢筋总配筋量不能过少,使构件具有应有的延性,以防止预应力受弯构件开裂后的突然脆断。