龐 平 尹新生

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長春 130118)

當(dāng)前，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展日新月異.預(yù)應(yīng)力技術(shù)不僅大量應(yīng)用于房屋建筑和橋梁工程中，而且在水工結(jié)構(gòu)、海工結(jié)構(gòu)、港口碼頭以及特種結(jié)構(gòu)中，都得到了廣泛應(yīng)用.同非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)［1］，它不僅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能優(yōu)越、耐久性高和輕巧美觀等優(yōu)點(diǎn)，而且較為經(jīng)濟(jì)、節(jié)材、節(jié)能，因此，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)具有非常廣闊的應(yīng)用前景.

然而，在實(shí)際工程中，有很多預(yù)應(yīng)力工程的錨固區(qū)發(fā)生局壓破壞，導(dǎo)致在構(gòu)件中建立起來的預(yù)應(yīng)力損失殆盡.從我們檢索到的資料來看，關(guān)于預(yù)應(yīng)力端部局壓強(qiáng)度問題的研究還很不夠.以往關(guān)于局壓的研究，都屬于整體局壓，即截面上個(gè)別孔洞的局壓，而都沒有涉及多孔洞局壓問題.這種局壓，屬于截面上整片局壓.由于孔洞數(shù)量多，結(jié)構(gòu)內(nèi)部不連續(xù)，局壓區(qū)域外混凝土對局壓區(qū)的影響問題，還未見報(bào)道和研究.

1 試件制作與試驗(yàn)過程

在實(shí)際工程中，預(yù)應(yīng)力端部分散錨固區(qū)在截面上的位置有兩種:一種在截面一側(cè);另一種在截面中部.為了反映實(shí)際情況，制作的試件分兩組，共12個(gè)，即每組六個(gè).按孔道數(shù)目不同，分為6孔組與8孔組;按孔道在截面上的位置不同，分為孔道位于一側(cè)的和孔道居于截面中部的.每組試件分別考慮三排，四排，五排孔道.試件具體情況見圖1，圖3.

因構(gòu)件錨端中心在局部荷載作用下，錨下截面AA'壓力非常集中，隨著逐漸遠(yuǎn)離錨具，截面應(yīng)力將逐步擴(kuò)散，最后被均勻地傳遞到各個(gè)截面(如BB'截面)上，見圖2.自AA'截面至開始均勻受力的BB'截面，這個(gè)區(qū)段稱為過渡段或錨固段［2］.大量試驗(yàn)和理論研究表明，過渡段的長度約等于構(gòu)件的高度h.這一過渡段稱為端塊.端塊部分受力較復(fù)雜，本試驗(yàn)主要研究端塊部分的受力.因此，試件做成500×400×250mm的長方體，模擬預(yù)應(yīng)力混凝土梁端部局壓區(qū).

圖1 試件截面及尺寸

圖2 預(yù)應(yīng)力筋錨下應(yīng)力分布

在試驗(yàn)中，預(yù)應(yīng)力端部分散錨固的模擬方法:制作試件模板時(shí)(本試驗(yàn)采用木模板)，在構(gòu)件端部截面上預(yù)留孔洞，孔內(nèi)穿Ф8鋼筋外套塑料管［3］.澆筑混凝土前將包著塑料管的細(xì)鋼筋穿入相應(yīng)的位置.混凝土澆筑后，養(yǎng)護(hù)3d時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到一定程度，將Ф8鋼筋抽出(塑料管亦可抽出).這樣，在構(gòu)件中形成類似錨固的孔道.試件養(yǎng)護(hù)28d后，拆除模板.由于鋼筋抽出是在澆筑混凝土后第3d進(jìn)行的，抽筋工作比較順利，孔道質(zhì)量很好.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)在試驗(yàn)機(jī)上加載.加載時(shí)注意試驗(yàn)機(jī)上，下壓板中心與試件截面上孔中心對正.加載速度不要太快.記下試件的開裂荷載及破壞荷載，列于表1～表4.

表1 六孔(孔位于一側(cè)，單位:kN)

表2 六孔(孔居中)

表3 八孔(孔位于一側(cè))

表4 八孔(孔居中)

在試驗(yàn)過程中，當(dāng)外荷載較小時(shí)，構(gòu)件表面無變化.荷載增加到一定程度，沿孔道與混凝土連接處，構(gòu)件縱向開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫.隨著荷載的增加，這些裂縫由一條增加到幾條，并且向上下逐漸發(fā)展，形成貫通試件整個(gè)高度的裂縫時(shí)，構(gòu)件宣告破壞.構(gòu)件破壞時(shí)的裂縫為縱向劈裂裂縫.試驗(yàn)時(shí)的部分照片見圖3.試件尺寸及局壓凈面積見表5和表6.

圖3 試驗(yàn)的部分

表5 六孔試件尺寸及局壓凈面積

表6 八孔試件尺寸及局壓凈面積

以局壓面積為橫坐標(biāo)，極限荷載為縱坐標(biāo)，在同一坐標(biāo)軸上繪制兩條曲線.×表示是按規(guī)范公式得到的點(diǎn)，?表示是按實(shí)測值繪出的點(diǎn).

從點(diǎn)的分布情況看，選取最小二乘擬合曲線［4］方程為y=kx+b，利用最小二乘法，得到的擬合曲線分別為y=0.148x－53和y=0.106x－64.6.

從圖4中可以看到，實(shí)測值大都落在按規(guī)范公式計(jì)算的點(diǎn)以下.由此說明，局壓荷載并未按規(guī)范提出的擴(kuò)散面積進(jìn)行傳力，即局壓面積以外的混凝土對局壓區(qū)混凝土的約束作用不明顯.

圖4 規(guī)范計(jì)算值與實(shí)測值比較

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)研究表明，預(yù)應(yīng)力端部分散錨固區(qū)在荷載作用下，局壓破壞主要以縱向劈裂破壞為主，裂縫發(fā)生于錨固區(qū)與外圍混凝土的連接處.破壞荷載，即局壓承載力較按局壓公式計(jì)算值要小.說明在端部錨固區(qū)，外圍混凝土對受到局壓荷載作用的部分套箍作用不明顯.

(1)在相同局壓面積比條件下，預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量多，對端部局壓有利，延緩裂縫出現(xiàn)和發(fā)展;

(2)規(guī)范中局壓強(qiáng)度計(jì)算公式適用于普通局壓情況下強(qiáng)度的計(jì)算，對本文所討論的預(yù)應(yīng)力混凝土梁端部分散錨固情況并不適用;

(3)通過理論及試驗(yàn)研究，按規(guī)范局壓公式計(jì)算結(jié)果高于試驗(yàn)結(jié)果.建議對于端部分散錨固條件下的局壓強(qiáng)度，可不考慮局壓強(qiáng)度提高系數(shù).

［1］薛偉辰.現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1995:72－84.

［2］王有志，薛云沍，張啟海，高錫群.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京:中國水利水電出版社，1993:58－71.

［3］陶學(xué)康.后張預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999:121－134.

［4］李乃成，鄧建中.數(shù)值計(jì)算方法［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2001:27－36.