BS 8110-1:1997
Structural use of concrete —
Part 1: Code of practice for design and construction
Section 4. Design and detailing: prestressed concrete
NOTE In this section the design strengths of materials are expressed in all tables and equations in terms of the characteristic strength of the material. Unless specifically stated otherwise, all equations and tables include allowances for frac34;m.
4.1 Design basis
4.1.1 General
This section follows the limit state philosophy set out in section 2. As it is not possible to assume that a particular limit state will always be the critical one, design methods are given for the ultimate limit state and the serviceability limit states.
For lightweight aggregate concrete, design should be with reference to section 5 of BS 8110-2:1985. The prestress losses will, in general, be greater than those for dense aggregate concrete; specialist literature gives guidance.
This section gives methods of analysis and design which will in general ensure that, for prestressed concrete construction, the design requirements given in section 2 are met.
Other methods may be used proved they can be shown to be satisfactory for the type of structure or member considered.
4.1.2 Alternative methods
In certain cases the assumptions made in this section may be inappropriate and a more suitable method should be adopted which takes account of the special nature of the structure.
4.1.3 Serviceability classification
In the assessment of the likely behaviour of a prestressed concrete structure or element, the amount of flexural tensile stress allowed under service load defines its class as follows:
4.1.4 Critical limit state
In general, the design of class 1 and 2 members is controlled by the concrete tension limitations for service load conditions, but the design ultimate strength in flexure, shear and torsion should be checked. The design of class 3 members is usually controlled by ultimate limit state conditions or by deflection.
4.1.5 Durability and fire resistance
Durability and fire resistance depend on the amount of concrete cover to reinforcement and prestressing tendons and the quality of all materials and workmanship. Recommendations are given in 4.12.3 and sections 6, 7 and 8. Fire test results or other evidence may be used to ascertain the fire resistance of a member or reference may be made to section 4 of BS 8110-2:1985.
4.1.6 Stability, robustness and other considerations
For recommendations on vibration and other considerations including stability, reference should be made to sections 2 and 3, and to 2.6 and section 3 of BS 8110-2:1985.
4.1.7 Loads
4.1.7.1 Load values
The values of the design ultimate loads are those given in 2.4.3. The design loads to be used for the serviceability limit states (see 4.3.4 and 4.3.5) are the characteristic values.
4.1.7.2 Design load arrangements
In general, when assessing any particular effect of loading, the arrangement of loads should be that causing the most severe effect. Consideration should be given to the construction sequence and to the secondary effects due both to the construction sequence and to the prestress particularly for the serviceability limit states.
class 1: no flexural tensile stresses;
class 2: flexural tensile stresses but no visible cracking;
class 3: flexural tensile stresses but surface width of cracks not exceeding 0.1 mm for members in very severe environments (see Table 3.2) and not exceeding 0.2 mm for all other members.
4.1.8 Strength of materials
4.1.8.1 Characteristic strength of concrete
The appropriate grade of concrete should be selected from the preferred grades in 6 and 8.5 of Grades C35 and C40 are the minimum recommended for post-tensioning and pre-tensioning respectively. In both cases the concrete strength at transfer should be not less than 25 N/mm2.
4.1.8.2 Characteristic strength of steel
The specified characteristic strengths of prestressing tendons are given in the appropriate British Standards, and those for reinforcement are given in 3.1.7.4.
4.2 Structures and structural frames
4.2.1 Analysis of structures
Complete structures and complete structural frames may be analysed in accordance with the recommendations of 2.5 and 2.6 but, when appropriate, the methods given in 4.3 may be used for the analysis of individual members.
4.2.2 Relative stiffness
Relative stiffness should generally be based on the concrete section as described in 2.5.2.
4.2.3 Redistribution of moments
4.2.3.1 General
Redistribution of moments obtained by elastic analysis may be carried out, for the ULS only, provided the
following conditions are satisfied.
a) Equilibrium between internal forces and external loads is maintained under each appropriate combination of design ultimate load.
b) The reduction made to the maximum design moment within each region of hogging or sagging moments, derived from an elastic maximum moments diagram covering all appropriate combinations of design ultimate load, does not exceed 20 % (but see 4.2.3.2 for certain structures over four storeys).
c) Where the design moment is reduced at a section described in b), the neutral axis depth x should be checked to see that it is not greater than (para;b – 0.5)d,where
d is the effective depth;
para;b is the ratio:
NOTE In general, condition c) will limit or prevent redistribution in cla
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BS 8110
英国混凝土结构规范
第一部分 设计和施工规范
第四章 预应力混凝士结构的设计和细部构造
注：本章在所有表和公式中，材料设计强度均用材料特征强度表达。除非另有专门说明，所有公式和表均包括的容许值。
4.1设计基础
4.1.1概述
本章遵循在第二章中提出的极限状态概念。由于不可能假设某一特定极限状态总是临界 状态，所以对承载能力极限状态和正常使用极限状态都给出设计方法。
对轻骨料混凝土，设计应参照1985年BS 8110第二部份第5章。预应力损失通常大于重骨料混凝土的预应力损失。在专门文献中给出指导。
本章给出分析和设计方法，对预应力混凝土结构通常会保证符合在第二章中给出的设计
要求。
只要能满足所考虑的结构或构件种类，可采用其它方法。
4.1.2代替方法
在某些状况下，本章中所作的假设可能是不合适的,应采虑考虑到结构特殊性的较合适 的方法。
4.1.3正常使用性能分类
在评定预应力混凝土结构或构件的大致性能时,在使用荷载下容许的弯曲受拉应力大小 确定其等级如下：
一级：没有弯弯曲受拉应力，
二级：有弯曲受拉应力但没有可见裂缝；
三级：有弯曲受拉应力，但对处于很严重环境（见表3.2)中的构件，裂缝的表而宽度不超过O.lmm,对所布其它构件不超过0.2mm。
4.1.4临界极限状态
一级和二级构件的设计通常受使用荷载下混凝土拉力限度控制，但应校核弯曲、剪切和 扭转的设计极限强度。三级构件的设计通常受承载能力极限状态条件控制或受挠度控制。
4.1.5耐久性和耐火性
耐久性和耐火性取决于钢筋和预应力束的混凝土保护层厚度以及所有材料和施工的质 量。在4.12.3和第六、七、八章中给出建议，耐火试验结果或其它证据可用来确定构件的耐火性，或参照1985年BS 8110第二部份第四章。
4.1.6稳定性和其它考虑
对振动和包括稳定性在内的其它考虑的建议，应参照第二、三章以及1985年BS 8110第二部份的2.6和第三章。
4.1.7荷载
4.1.7.1荷载值
设计极限荷载值是2.4.3中给出的值。对正常使用极限状态（见4.3.4 和4.3.5)所采用的设计荷载为特征值。
4.1.7.2设计荷载布置
通常，当确定荷载的任一特定效应时，荷载布置应为引起最严 重效应者。应考虑到施工顺序，并考虑到由于施工顺序和预应力引起的次效应，特别是对于 正常使用极限状态。
4.1.8材料强度
4.1.8.1混凝土的特征强度
合适的混凝土等级应从BS 5328中优先选用等级中选取。
等级C30和C40分别为对后张和先张建议的最低等级。在这两种情况下，在传递预应力时的 混凝土强度均不应小于25N/mm2。
4.1.8.2钢筋的特征强度
预应力朿规定的特征强度在相应的英国标准中给出，钢筋规 定的特征强度在3.1.7.4中给出。
4.2.1结构分析
整个结构和整个框架结构可按2.5和2.6的建议进行分析，但当合适时，4.3给出的方法 可用于单个构件的分析。
4.2.2相对刚度
相对刚度通常应基于如2 .5.2中所述的混凝土截面。
4.2.3弯矩重分布
4.2.3.1概述
只要满足下列条件，只对承载能力极限状态可按弹性分析得出的弯矩进行重分布。
在设计极限荷载的每一适当组合下，在内力和外荷载之间维持平衡。
在负弯矩和正弯矩的每个区段内，对从弹性最大弯矩图（复盖设计极限荷载所有的适当组合）导出的圾大设计弯矩所作的减少，不超过20% (但对某些四层以上结构见4.2.3.2) 0
当某一截面上设计弯矩如（b)所述减少，应校核中和轴高度以了解不大于
（-0.5) d，其中d为有效高度
为比值：
注 条件（c)通常会限制或阻止一级和二级构件的重分布，除非预应力小。涉及柱中弯矩减少的重分布通常不考虑，除非柱的设计极限轴向荷载和预应力小。
4.2.3.2当框架结构提供侧向稳定时在四层以上结构中的限制
除了（b)的限值是10% 以外，4.2.3.1的规定适用。
4.3梁
4.3.1概述
除了应采用构件的总高度代替有效高度以外，预应力混凝土梁几何特性的定义和界限与 3.4.1对钢筋混凝土梁规定的相同。
4.3.2细长梁
梁不应不必要的细长（见3.4.1.6)。应特别注意可能的失稳，既耍注意梁在最终位置 上在荷载下的失稳，又要注意在施工时的失稳。构件可能绕通过起吊点的纵轴倾斜而倒塌。 初始的倾斜可能是由于梁几何形状和吊点定得有缺点而引起，初始倾斜会引起侧向弯矩，假如侧向弯矩太大，会造成侧向失稳。这个问题是复杂的，经验是最好的指南。需要考虑下列 因素：
- 梁的几何形状，即截而形式，跨度与宽度与髙度之比等；
- 吊点位置；
- 起吊方法，即斜的或竖的吊索，梁与吊索的连结方式；
(d)施工中的容许误差，例如最大侧向弯曲；
由于侧向弯曲、恒载和预应力的组合效应引起的设计应力需予以确定；假如可能开裂， 则应改变起吊布置或者梁应设置足够的侧向支撑。
4.3.3连续梁
可考虑下列荷载布置进行弹性分析。设计荷载应为属于所考虑极限状态的荷载（见本标 准2.4.3，以及1985年BS 8110第二部份2.2对承载能力极限状态和5.5对正常使用极限状态）。
荷载布置为：
- 每隔一跨受最大设计荷载，其它跨受最小设计荷载；
- 所有跨受最大设计荷载；
只对承载能力极限状态，可在4.2.3建议的限值内，对用上述方法所得的弯矩进行重分
布。
4.3.4梁的正常使用极限状态
4.3.4.1截面分析
应作下列假定：
- 平截面保持平面；
- 对最髙到4.3.4.2、4.3.4.3和4.3.5中给出的值的混凝土压应力，弹性性能存在；
(c)钢筋的弹性模量在图2.2和2.3中给出；混凝土的弹性模量见I985年BS 8110笫二 部份7.2,
(d)通常只需对在预应力刚传递后和在所有预应力损失发生后由于荷载布置(见4.1.7.2 或4.3.3)引起的设计应力进行计算；在两种情况下恒载和施加荷载对预应力朿中的应变和力的影响均可略去不计。
4.3.4.2混凝土的压应力
除了在支座弯矩范围内压应力可增加到0.4的连续梁和其 它超静定结构之外，在受弯构件中边缘纤维处压应力不应超过0.33。直接受压时应力不应 超过 0.25f。
4.3.4.3混凝土的弯曲拉应力
在用预制单元作成构件的砂浆或混凝土接头处在设计荷 载下不容许有拉力。在其它地方对各级构件应力不应超过下列规定。
(a) —级构件:无拉应力
(b) 二级构件:设计拉应力对先张法构件不应超过混凝土的设计弯曲抗拉强度，对后 张法构件不应超过设计弯曲抗拉强度的0.8倍。拉应力限值对先张法构件为0.45，对后 张法构件为0.36。表4.1*中给出数值。
表4.1中给出的设计应力可增大到1.7N/mm,只耍试验表明这种增大了的应力不超过 按在性能试验中相应于第一条裂缝出现的荷载计算的拉应力的四分之三。当采用这种增大 时，由于出现各种损失后的预应力引起在混凝土中的应力，应至少为10N/mm2。
表4.1 二级构件的设计弯曲拉应力：正常使用极限状态：开裂
|
各混凝土等级的设计应力 |
||||
|
30 |
40 |
50 |
60 |
|
|
N / mm2 |
N / mm2 |
N / mm2 |
N / mm2 |
|
|
先张法 |
- |
2.9 |
3.2 |
3.5 |
|
后张法 |
2.1 |
2.3 |
2.6 |
2.8 |
当设计使用荷载时是暂时性的而且比通常承受的荷载特别高时，只要在正常使用条件下 应力是压应力，以保证可能出现的任何裂缝闭合，则表4.1中给出的值可以进一步增大到 1.7N/mm2。
当因为上述理由之一使表4.1中的应力被超过时，任何先张法预应力束应适当地分布遍 及截面的受拉区，后张法预应力朿如有必要的话应采用放在靠近构件受拉面的附加钢筋予以补充。
（c)三级构件：虽然容许开裂，但假定混凝土截而不开裂而且设计假设拉应力存往
于4.1.3的限制的裂缝宽度处。在配先张法预应力朿或灌浆的后张法预应力朿的构件的计算 中，所用的设计假设拉应力在表4.2中给出，按表4.3中的系数修正并且按以下修正。
预应力混凝土受弯构件的开裂依构件高度而定，表4.2给出的设计应力应乘以表4bull; 3适当的系数加以修正。
表4.2 .三级构件的设计假设弯曲拉应力
|
类 别 |
限制的裂缝 |
各混凝土等级的设计应力 |
||
|
宽 度 |
30 |
40 |
50及以上 |
|
|
mm |
N / ram2 |
N / mm2 |
N / mm2 |
|
|
(a)先张法预应力束 |
0.1 |
— |
4.1 |
4.8 |
|
0.2 |
— |
5.0 |
5.8 |
|
|
(b)灌浆的后张法预应力束 |
0.1 |
3.2 |
4.1 |
4.8 |
|
0.2 |
3.8 |
5.0 |
5.8 |
|
|
(c)分布于受拉区以及靠近混凝受拉面的先张法 |
0.1 |
— |
5.3 |
6.3 |
|
预应力束 |
0.2 |
— |
6.3 |
7.3 |
表4.3 三级
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