徐勝超

PSRC梁在高層建筑及橋梁結(jié)構(gòu)等大跨、重載且對構(gòu)件截面尺寸有嚴(yán)格要求及抗震要求高的場合有著廣闊的應(yīng)用前景[1,2]。

1 高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

南京金山大廈PSRC轉(zhuǎn)換梁[1,2]跨度8 m,一端與1700 mm×1700 mm柱相連,另一端與混凝土核心筒相連,梁截面尺寸850 mm×2000 mm,鋼骨采用焊接工字鋼梁,截面配鋼率為3.5%,預(yù)應(yīng)力筋采用直線束和曲線束相結(jié)合的布筋原則。山西省晉中市榆次區(qū)文化中心PSRC梁[1,3]計算跨度30.9 m,兩端與800 mm×1500 mm的柱相連,梁截面尺寸650 mm×1900 mm,鋼骨采用A3鋼,預(yù)應(yīng)力筋選用有粘結(jié)低松弛高強(qiáng)鋼絞線。

梁的高度一般可以根據(jù)梁的跨高比初定。文獻(xiàn)[4]對多座梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換大梁的跨高比進(jìn)行了統(tǒng)計,在80幢采用梁式轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)當(dāng)中,采用鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的跨高比最大為12.13,最小為1.41,平均值為4.43;采用預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的跨高比最大為 8.91,最小為1.16,平均值為4.47;采用 SRC轉(zhuǎn)換梁結(jié)構(gòu)的跨高比最大為6.55,最小為3.93,平均值為5。從跨高比的平均值趨勢來看,SRC轉(zhuǎn)換梁＞預(yù)應(yīng)力混凝土轉(zhuǎn)換梁＞普通鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換梁。

2 橋梁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用

鋼骨混凝土橋梁的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在施工階段可利用鋼骨架作為臨時支架,大大減少了支架的使用,降低了施工費(fèi)用,提高了施工效率。而PSRC梁由于施加了預(yù)應(yīng)力,橋梁跨度更大,使PSRC梁用于大跨橋梁可以成為現(xiàn)實。

日本熊本縣阿蘇町 PSRC簡支梁橋[5]寬8.5 m,跨長50.9 m,是目前世界上跨長最大的PSRC簡支梁橋。浙江溫州甌江三橋為三跨連續(xù)鋼骨混凝土梁拱組合橋(178 m)[6]。四川萬縣長江公路大橋:勁性骨架鋼管混凝土下承式拱橋,主拱圈為鋼管混凝土勁性骨架箱形混凝土結(jié)構(gòu),橋拱凈跨420 m,單孔跨江,為世界最大跨徑的混凝土拱橋[11]。

3 PSRC梁試驗研究

3.1 靜力試驗

劉軍進(jìn)[7]結(jié)合南京金山大廈的實際工程,對其中的PSRC轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行了大尺寸模型靜力試驗,模型設(shè)計為一個3層框架結(jié)構(gòu),從頂部加載以模擬實際工作情況,并埋設(shè)了鋼筋計進(jìn)行跟蹤監(jiān)測PSRC轉(zhuǎn)換梁的工作情況。試驗表明:在剪力連接件設(shè)計合理的情況下,鋼骨與混凝土能夠很好地共同工作,并且梁截面在開裂前后均能較好地滿足平截面假定。

孫建淵[6,8]結(jié)合錢江四橋的工程背景,以含鋼率及預(yù)應(yīng)力度為主要參數(shù),研究了9片后張預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土簡支梁在拉、彎荷載共同作用下的力學(xué)性能。試驗結(jié)果表明:預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁在承受一定水平拉力作用的情況下,其破壞模式同預(yù)應(yīng)力混凝土適筋梁的破壞十分相似,試驗梁的極限承載力隨含鋼率及預(yù)應(yīng)力度的提高而增加,極限撓度隨含鋼率及預(yù)應(yīng)力度的提高而降低。

傅傳國[9,10]對13根預(yù)應(yīng)力及普通型鋼混凝土梁進(jìn)行了受彎性能試驗,以混凝土強(qiáng)度、受拉鋼筋直徑和預(yù)應(yīng)力度為參數(shù),跨度均為 4 m,梁截面尺寸為200 mm×350 mm,分析了其受力過程、破壞形態(tài)、裂縫的開展與分布規(guī)律、剛度變化規(guī)律等。試驗結(jié)果表明:在同等截面尺寸的情況下,PSRC梁受彎承載力比相應(yīng)SRC梁受彎承載力高出32.2%～66.3%;PSRC梁荷載加載前出現(xiàn)反拱,對梁正常使用性能有利,與SRC梁相比,開裂晚,剛度較大,撓度較小且變形恢復(fù)性能較好;與SRCB相比,PSRCB抗裂性能得到提高,在相同 M/Mu下,受拉鋼筋應(yīng)力減小,裂縫向上延伸的高度和裂縫寬度更小,裂縫閉合性能良好;與SRCB相比,PSRCB在卸載時,最大裂縫寬度減小更多且總體寬度較小,顯示了良好的裂縫閉合性能。但該試驗僅考慮了預(yù)應(yīng)力直線布筋的情況。

李峰[11]對6根預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土簡支梁采用兩點(diǎn)單調(diào)靜力加載方式,以梁截面尺寸、預(yù)應(yīng)力度、型鋼對稱和偏心布置方式為參數(shù),研究了PSRC梁的受彎受剪性能。試件均長為3.2 m,凈跨為3.0 m,按截面尺寸分為 220 mm×320 mm和 220 mm×400 mm,在混凝土受拉區(qū)直線布筋,位置一定。試驗結(jié)果表明:預(yù)應(yīng)力明顯提高了鋼骨混凝土梁的抗裂性能,對于增強(qiáng)其長期抗彎剛度十分有利,但其延性有所下降。

楊波[12]以型鋼的保護(hù)層厚度、預(yù)應(yīng)力大小和截面配箍率作為參數(shù),通過對PSRC簡支梁受彎和軸心受壓的試驗研究,分析了荷載作用下裂縫的開展、分布及寬度以及截面的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。試驗結(jié)果表明,施加預(yù)應(yīng)力可改善SRC試件的抗裂性能。

3.2 低周反復(fù)荷載試驗

薛偉辰[13]以預(yù)應(yīng)力度為參數(shù)對4根連續(xù)梁進(jìn)行了低周反復(fù)試驗,梁跨度均為4.2 m,梁截面尺寸為200 mm×300 mm,跨高比14∶1,較為系統(tǒng)地研究了預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的破壞形態(tài)、恢復(fù)力模型、變形恢復(fù)能力、延性、耗能能力等抗震性能。表明:預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁的滯回曲線呈明顯的梭形,表現(xiàn)出了較大的位移延性、良好的耗能能力和變形恢復(fù)能力,總體抗震性能優(yōu)良。

傅傳國[14]進(jìn)行了兩榀在轉(zhuǎn)換大梁中采用預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和普通鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換大梁的疊層空腹桁架結(jié)構(gòu)1/8縮尺模型在水平低周反復(fù)荷載下的抗震性能試驗,試驗結(jié)果表明,采用預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土轉(zhuǎn)換大梁的結(jié)構(gòu)模型,其總體受力性能和抗震性能明顯優(yōu)于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型。

3.3 收縮徐變

何熊[15]通過試驗研究了預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土構(gòu)件的收縮徐變規(guī)律和由收縮徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失和截面內(nèi)力重分布的問題。結(jié)果表明,混凝土收縮和徐變會使后張法得到的預(yù)應(yīng)力受到很大損失(平均可達(dá)18.9%),并且會使配筋構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)力重分布,從而降低了預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土構(gòu)件的抗裂性能。

此外,西安建筑科技大學(xué)[16]在PSRC梁的理論和數(shù)值計算方面,同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東建筑大學(xué)、太原理工大學(xué)、重慶大學(xué)、中建二局深圳分公司等[17-27]科研單位和施工單位在PSRC結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計、施工監(jiān)測等方面也做了大量工作。

4 展望

1)型鋼與混凝土的粘結(jié)性能。這點(diǎn)在型鋼混凝土中研究較多,但對于PSRC來說,是否可以沿用型鋼混凝土粘結(jié)性能的原理及結(jié)論還需要開展試驗進(jìn)行驗證。2)PSRC的疲勞性能。橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞是一個十分重要的問題,目前這方面的研究基本是空白,亟待開展相關(guān)試驗研究。3)耐久性問題?？缃５拇罂鐦蛄河捎诒┞对诳諝?、水分及江海中礦物質(zhì)較多的堿性環(huán)境下,混凝土容易碳化,從而導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋的腐蝕、銹脹,引發(fā)耐久性問題。

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