分析預(yù)應(yīng)力筋與瀝青基材料的粘結(jié)性能

楊通潤

(貴州省黔東南州凱里市鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通運輸綜合管理站，貴州 凱里 556000)

分析預(yù)應(yīng)力筋與瀝青基材料的粘結(jié)性能

楊通潤

(貴州省黔東南州凱里市鄉(xiāng)鎮(zhèn)交通運輸綜合管理站，貴州 凱里 556000)

針對預(yù)應(yīng)力筋和瀝青基材料之間的粘結(jié)性能，首先分別對荷載施加、預(yù)應(yīng)力筋和基材料半徑比、溫度等應(yīng)力分布影響因素進行分析，在此基礎(chǔ)上，對粘結(jié)性能實施驗證分析，最后得出，若使用后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在較短時間的荷載作用之下，可按照存在黏結(jié)結(jié)構(gòu)的情況實施設(shè)計計算；在較長時間的荷載作用之下，需按照不存在黏結(jié)結(jié)構(gòu)的情況實施設(shè)計計算的結(jié)論。

預(yù)應(yīng)力筋；瀝青基材料；粘結(jié)性能

如今，瀝青基材料得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是水利工程結(jié)構(gòu)的灌漿堵漏與防滲，然而在運用后張法的結(jié)構(gòu)施工中，并未普及瀝青基材料，仍然以水泥基材料為主，水泥基材料存在的泌水等問題容易造成孔道不密實與鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，無法滿足工程建設(shè)及發(fā)展需求，因此，瀝青基材料在后張法水工結(jié)構(gòu)施工中的普及是必然趨勢?，F(xiàn)基于預(yù)應(yīng)力筋和瀝青基材料之間的受力影響因素，對粘結(jié)性能進行深入分析。

1 預(yù)應(yīng)力筋和瀝青基材料之間的受力影響因素

1.1 應(yīng)力分布和荷載之間的關(guān)系

首先將荷載施加分別確定為4 kN、6 kN、8 kN、10 kN和12 kN，施加完成后使用公式計算瀝青基體與鋼絞線應(yīng)力，最后得出應(yīng)力的實際分布曲線，如圖1、2所示。

由圖1可知，鋼絞線實際應(yīng)力和荷載的施加存在直接關(guān)聯(lián)，伴隨荷載的不斷增大，應(yīng)力越來越大；但其剪應(yīng)力伴隨黏結(jié)長度的不斷增加而降低，成反比關(guān)系；正應(yīng)力伴隨黏結(jié)長度的不斷增加而變大，成正比關(guān)系。

圖1 荷載施加下鋼絞線實際應(yīng)力分布

圖2 荷載施加下瀝青基體實際應(yīng)力分布

由圖2可知，瀝青基體實際應(yīng)力和荷載的施加存在直接關(guān)聯(lián)，伴隨荷載的不斷增大，應(yīng)力越來越大；但其剪應(yīng)力伴隨黏結(jié)長度的不斷增加而降低，成反比關(guān)系；正應(yīng)力伴隨黏結(jié)長度的不斷增加而變大，成正比關(guān)系。

在圖2的基體剪應(yīng)力曲線圖中，將r=7.6 mm作為分割線，可分成區(qū)域I和區(qū)域II，區(qū)域I是基于等效半徑的基體剪應(yīng)力分布，剪應(yīng)力數(shù)值是平均應(yīng)力；區(qū)域II是瀝青基體當(dāng)中的剪應(yīng)力分布，在分割線上，鋼絞線和基體的剪應(yīng)力完全相等；隨r值不斷變大，在超過7.6 mm后，基體實際剪應(yīng)力會隨著半徑的持續(xù)增大而減小。

1.2 應(yīng)力分布和半徑比之間的關(guān)系

對于后張預(yù)應(yīng)力而言，其預(yù)應(yīng)力筋與孔道半徑的比值并非一成不變，如果半徑比值不同，則二者粘結(jié)性能也會存在一定差異。對此，為深入研究這一影響規(guī)律，需要取多個半徑比，然后再進行受力情況分析，結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 不同半徑比情況下鋼絞線實際應(yīng)力分布

圖4 不同半徑比情況下瀝青基體實際應(yīng)力分布

由圖3可知，隨半徑比不斷變大，曲線越陡，在錨固點位置，半徑比和鋼絞線的剪應(yīng)力成正比關(guān)系；而在遠離錨固點的位置上，半徑比和鋼絞線的剪應(yīng)力成反比關(guān)系。

由圖4可知，伴隨半徑比的不斷減小，基體自身剪應(yīng)力降低趨勢趨于平緩，尤其是在基體的外表面，剪應(yīng)力基本為零。因為鋼絞線的半徑不會發(fā)生變化，所以半徑比和基體的半徑大小密切相關(guān)，即為基體半徑隨半徑比的減小而增大，剪應(yīng)力減小速度最快區(qū)域出現(xiàn)在鋼絞線的白面，距離越大，應(yīng)力的實際分布就越平緩。

1.3 應(yīng)力分布和溫度之間的關(guān)系

預(yù)應(yīng)力施工的工作溫度存在很大的變化范圍，而在多變的溫度環(huán)境下，基材料自身流變性能等會出現(xiàn)一定差異。本文設(shè)定四種工作溫度(不同溫度對應(yīng)的特性如表1所示)，對不同溫度情況下的應(yīng)力分布實施分析，結(jié)果如圖5、圖6所示。

表1 不同溫度對應(yīng)的特性

圖5 不同溫度情況下鋼絞線實際應(yīng)力分布

圖6 不同溫度情況下瀝青基體實際應(yīng)力分布

由圖5可知，伴隨溫度不斷降低，鋼絞線剪應(yīng)力實際分布變得較為平緩；在不同的溫度情況下，其正應(yīng)力與黏結(jié)長度之間的關(guān)系，和剪應(yīng)力基本相同。由圖6可知，溫度和瀝青基體的剪應(yīng)力成正比關(guān)系，隨剪應(yīng)力不斷增大，曲線越陡；正應(yīng)力則與剪應(yīng)力完全相反，和溫度成反比關(guān)系，隨正應(yīng)力不斷增大，曲線越緩。

2 粘結(jié)性能驗證分析

通過以上分析得知，在溫度相對較低的條件下，基材料所展現(xiàn)出的各項力學(xué)行為和經(jīng)過固化處理以后的Epoxy resin(環(huán)氧樹脂材料)十分相似。但在溫度相對較高的條件下(包括室溫)，其黏性力學(xué)的性質(zhì)較為顯著，很難對其應(yīng)力進行準(zhǔn)確計算。

基于此，通過對Epoxy resin的受力分析，可以近似得出鋼絞線應(yīng)力分布所遵循的規(guī)律，如公式(1)所示。

(1)

分別取溫度為-5 ℃與40 ℃時基材料對應(yīng)的參數(shù)值，并將拉力確定在10kN，將數(shù)值帶入到公式(1)和公式(2)中完成計算，通過計算得出應(yīng)力對比結(jié)果，如圖7所示。

(2)

圖7 計算結(jié)果對比

由圖7得知，當(dāng)溫度為-5 ℃時，計算結(jié)果基本吻合。造成細(xì)微差異的主要原因為公式(2)將黏彈性本構(gòu)關(guān)系作為基礎(chǔ)，盡管基材料可在較低溫下展現(xiàn)出彈性性質(zhì)，但其仍然含有一定黏性成分，并不是真正意義上的完全彈性。因此，其結(jié)果和公式(1)的結(jié)果相比，在曲線上表現(xiàn)的更“陡”，這和上述分析結(jié)論是完全相符的，所以可認(rèn)為：Epoxy resin實際上就是溫度降低至完全表現(xiàn)出彈性性質(zhì)時的瀝青基材料。

當(dāng)溫度為40 ℃時，計算結(jié)果存在很大的差異。公式(1)的計算結(jié)果在兩種溫度條件下基本相同，由公式的本身可以明顯看出，如果EP比Em大很多，則Em對應(yīng)的有限變化并不會對結(jié)構(gòu)造成太大的影響，同時這也和溫度造成的性能影響相匹配。然而，若從黏彈性基材料角度講，溫度是造成性能差異的主要因素，因此公式(2)在溫度差異較大的情況下，其計算結(jié)果會出現(xiàn)一定差別。

3 結(jié)束語

本文深入研究了荷載的施加、預(yù)應(yīng)力筋和基材料半徑比、實際溫度等因素對粘結(jié)性能造成的影響，掌握了一定的規(guī)律。若運用瀝青基材料灌漿的后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算，需要對溫度影響實施充分的考慮。此外，考慮到黏彈性性質(zhì)，使用后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在較短時間的荷載作用之下，可按照存在黏結(jié)結(jié)構(gòu)的情況實施設(shè)計計算；在較長時間的荷載作用之下，需按照不存在黏結(jié)結(jié)構(gòu)的情況實施設(shè)計計算。

[1] 周勇政,朱爾玉,潘衛(wèi)兵,等. 預(yù)應(yīng)力筋與瀝青基材料的黏結(jié)性能研究[J]. 水利學(xué)報,2015,10(8):989-998.

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2016-10-21

楊通潤(1987-)，貴州貴定人，工程師，主要從事公路養(yǎng)護研究。

U416.1

C

1008-3383(2017)02-0011-02