有黏結(jié)與無(wú)黏結(jié)混合配置預(yù)應(yīng)力筋混凝土梁短期剛度研究

梁爽

摘要：預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)用中，采用有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)進(jìn)行混合配置，擁有更為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，本文就針對(duì)有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)混合配置的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁短期剛度進(jìn)行了研究。通過(guò)采用有限元分析，得到混合配置的預(yù)應(yīng)力筋混凝土梁的剛度計(jì)算公式，充分利用目前的研究成果，和針對(duì)當(dāng)前對(duì)該技術(shù)剛度上的研究不足，進(jìn)行深入的討論。幫助未來(lái)的工程建設(shè)中，有效使用有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)混合配置的預(yù)應(yīng)力混凝土。

關(guān)鍵詞：有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋;無(wú)黏結(jié);混合配置;剛度

引言

有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是預(yù)應(yīng)力筋的主要行駛，其應(yīng)用提升了混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。但是由于一些問(wèn)題和不足，導(dǎo)致該技術(shù)在應(yīng)用上還存在一定的局限性，尤其是大跨度工程中性能問(wèn)題比較明顯。目前，會(huì)采用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋作為補(bǔ)充，解決大跨度的工程問(wèn)題。為了能夠合理地混合使用兩種預(yù)應(yīng)力筋，就需要了解其剛度，加強(qiáng)混合配置下剛度的研究。

1 用黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋混合配置概述

隨著工程跨度和載荷的增大，有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也暴露出了一定的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋會(huì)形成筋多成束的形式，所以如果工程中的配筋量比較大，就會(huì)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋很難進(jìn)行調(diào)整，并且預(yù)留孔道也會(huì)占據(jù)非常大的空間。

為了解決有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在工程應(yīng)用中的不足，目前開(kāi)始使用無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋來(lái)密度預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)上的缺陷。但另一方面，無(wú)粘性預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)用時(shí)，混凝土對(duì)于錨具有較高的要求，如果不能做好控制工作也很難保證預(yù)應(yīng)力筋的可靠性，因此在大跨度是的工程中應(yīng)用相對(duì)比較少。

2 混合配置混凝土梁短期剛度分析

2.1 分析基本模型設(shè)計(jì)

通過(guò)合理進(jìn)行混合配置，混凝土梁的施工能夠滿足剛度和質(zhì)量的要求。本文采用的基本模型為有粘性和無(wú)粘性混合配置的預(yù)應(yīng)力筋混凝土簡(jiǎn)支梁，梁長(zhǎng)為9300毫米，總跨度9000毫米;截面尺寸為600*300毫米。預(yù)應(yīng)力筋線采用了拋物線的形式，并使用三分點(diǎn)加載方式。預(yù)應(yīng)力筋的混凝土強(qiáng)度為C40;使用1860級(jí)的鋼絞線，有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力為984MPa、無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力為1054MPa。總共使用547mm2的預(yù)應(yīng)力筋，其中有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋共使用382mm2，無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋使用了165mm2。

對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的剛度分析，使用有限元分析軟件建立模型，對(duì)于混凝土使用了8節(jié)點(diǎn)的線形縮減積分進(jìn)行模擬。整個(gè)模擬當(dāng)中，沒(méi)有將有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和普通鋼筋可能會(huì)產(chǎn)生的與混凝土之間的滑移分析到其中;同時(shí)釋放了預(yù)應(yīng)力筋在局部坐標(biāo)下所產(chǎn)生的切向約束作用，因此在模型中無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間是可以自由滑動(dòng)的，并不會(huì)考慮摩擦?xí)?dǎo)致的影響?；炷潦褂昧怂苄該p傷本構(gòu)模型。

2.2 對(duì)模型的計(jì)算和驗(yàn)證

在模擬中，將位移加載到了梁能夠達(dá)到的承載力極限狀態(tài)，最終獲得了有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)混合配置下的預(yù)應(yīng)力混凝土梁的荷載撓度曲線。結(jié)合曲線的變化特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在混合配置下，運(yùn)營(yíng)力鋼筋混凝土梁在屈服之前，曲線為雙折線。通過(guò)選取有限元分析軟件中的PB3試件進(jìn)行繼續(xù)驗(yàn)證，試件的跨度設(shè)置為2800毫米、兩種不同的預(yù)應(yīng)力筋都配置一根直徑為9.5毫米的鋼絞線，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線設(shè)置為直線束，并使用三分點(diǎn)加載，最終的計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)的結(jié)果十分吻合，其荷載-撓度曲線在普通鋼筋出現(xiàn)屈服之前，也呈現(xiàn)出了明顯的雙折線，因此可以進(jìn)行進(jìn)一步的剛度公式推導(dǎo)。

3 短期剛度分析

目前，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)剛度計(jì)算的方法主要包括有效慣性矩法、等效拉應(yīng)力法、解析剛度法。根據(jù)我國(guó)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的剛度推導(dǎo)，一般采用雙直線法。由于混合配置的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁的荷載撓度曲線也是明顯的雙折現(xiàn)，因此在對(duì)混合預(yù)應(yīng)力混凝土梁的分析中，也采用了這種方法來(lái)對(duì)試用階段的剛度進(jìn)行計(jì)算。

使用雙直線法計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度計(jì)算會(huì)假定彎矩曲率是一個(gè)雙折線。雙折線會(huì)在開(kāi)裂彎矩Mcr處相交，之后再結(jié)合試驗(yàn)的系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的回歸分析，最后就能夠得到構(gòu)件開(kāi)裂之后的剛度。結(jié)合之前的70個(gè)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂彎矩Mcr和屈服彎矩My只比一般在0.45到0.6之間。由于工程建設(shè)中，有黏結(jié)預(yù)和無(wú)黏結(jié)混合配置的預(yù)應(yīng)力混凝土梁一般都應(yīng)用在大跨度的重載結(jié)構(gòu)當(dāng)中，并且預(yù)應(yīng)力筋的量非常高，因此Mcr/My的比例可能更高，因此在進(jìn)行剛度計(jì)算時(shí)，該比例取值0.5。最終獲得了短期剛度的表達(dá)式：

其中Mk為計(jì)算剛度處的彎矩，M0.5=2Mcr;βk為剛度折減系數(shù)，β0.5是Mcr/Mk=0.5時(shí)剛度的折減系數(shù)。根據(jù)有限元計(jì)算的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)如果出現(xiàn)了開(kāi)裂，剛度的折減系數(shù)一般都在0.86到0.90之間，所以對(duì)βcr取值為0.85。使用國(guó)內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算時(shí)，混凝土受彎件的剛度公式為：

其中，A、B、C分別是回歸參數(shù)，αE是鋼筋彈性模量和混凝土彈性模量的比，ρ1和ρ2分別是普通鋼筋有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率和無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋率。結(jié)合有限元分析得到計(jì)算結(jié)果，最終得到：

還可以使用《無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)規(guī)程》中的計(jì)算方法，在該方法下，會(huì)將有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋、普通鋼筋和無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的配筋率都采用ρ進(jìn)行表示，在該計(jì)算方法按下，會(huì)引入無(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力配筋值表和綜合配筋指標(biāo)的比值λ，從而計(jì)算因?yàn)槭褂脽o(wú)黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度的折減，其計(jì)算公式為：

上式中，D、E、F都是回歸參數(shù)。之后使用有限元分析結(jié)果來(lái)進(jìn)行式中參數(shù)的線形回歸分析，能夠得到：

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，有黏結(jié)和無(wú)黏結(jié)混合配置下的混凝土梁，其荷載-撓度的曲線在屈服之前是一個(gè)明顯的雙折線，并且使用不同方式計(jì)算獲得兩個(gè)公式都具有較高的適用性。在實(shí)際工程中，需要做好對(duì)相關(guān)公式的使用，有效分析工程的情況，對(duì)大跨度的構(gòu)件的性能作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，保證對(duì)剛度的準(zhǔn)確計(jì)算。

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（作者單位：安徽建筑大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院）