李 可

(常德市穿紫河建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 常德 415000)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁預(yù)應(yīng)力效應(yīng)分析

李 可

(常德市穿紫河建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 常德 415000)

進(jìn)行了2根預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的長期試驗，通過對2種不同預(yù)應(yīng)力施工工藝的混凝土梁在預(yù)應(yīng)力施加后21 d的觀測，研究了混凝土梁的跨中應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力損失、撓度等方面的內(nèi)容并進(jìn)行了對比，在疊加法的基礎(chǔ)上提出了計算存梁期間預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁撓度的理論方法．試驗結(jié)果表明，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁與普通預(yù)應(yīng)力梁的實(shí)測應(yīng)變、撓度值發(fā)展規(guī)律基本相同．通過計算值與理論值的分析比較，驗證了本試驗理論計算的可靠性和精度，表明緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁在存梁期有著與普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁相同的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)．

預(yù)應(yīng)力混凝土梁；緩粘結(jié)；撓度；預(yù)應(yīng)力效應(yīng)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)克服了傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的缺點(diǎn)，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢和推廣價值．鋼筋與混凝土在前期相對獨(dú)立，其施工同無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土一般便捷[1-3]；隨著緩凝材料強(qiáng)度的增長，鋼筋與混凝土開始協(xié)同受力，其抗震性能同有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土一般良好[4-6]．因其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于各類大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋．為了避免預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁因收縮徐變和有效預(yù)應(yīng)力大小等時程因素引起橋梁變形過大而影響結(jié)構(gòu)的施工和正常服役，所引起的變形需控制在容許值范圍內(nèi)[7-8]．因此，準(zhǔn)確預(yù)估預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)，對工程實(shí)踐具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義．針對這種現(xiàn)狀，對比普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁(有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁)，本文研究了存梁期間緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)．在疊加法的基礎(chǔ)上提出了計算存梁期間預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁撓度的理論方法．

1 試驗方案

1.1 試件模型

本試驗對30 m標(biāo)準(zhǔn)梁按1︰3的比例進(jìn)行縮尺得到試驗梁，研究了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工工藝對結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的影響．共制作2片T梁，梁總長1 020 cm，計算跨徑1 000 cm．1#梁為緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁，2#梁為普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁．混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C40．梁高58 cm，翼板寬53 cm，腹板厚10 cm．共設(shè)置3根預(yù)應(yīng)力筋，試驗梁截面尺寸和預(yù)應(yīng)力筋布置如圖1所示．

1.2 試驗梁制作

試驗梁鋼筋骨架嚴(yán)格按照施工圖紙進(jìn)行綁扎．采用木模支架在室內(nèi)地面進(jìn)行安裝．制作緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁時，將事先用緩粘結(jié)膠粘劑包裹的預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力筋按設(shè)計位置布置，一同綁扎，再澆筑混凝土．普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁則是先澆筑混凝土，并在其中預(yù)留孔道，將預(yù)應(yīng)力筋穿入預(yù)留的孔道內(nèi)．待混凝土養(yǎng)護(hù)9 d，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度等級的70%后，采用穿心式液壓千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力筋．預(yù)應(yīng)力張拉力的控制采用千斤頂油表讀數(shù)和力傳感器讀數(shù)雙重校核，采用分級張拉，然后錨固．現(xiàn)場試驗梁如圖2所示．

圖1 預(yù)應(yīng)力筋布置形式/cm

圖2 試驗梁現(xiàn)場圖

1.3 材料力學(xué)性能

試驗梁混凝土采用相同混合比，水︰水泥︰砂︰石︰減水劑=232.5 kg︰460 kg︰585 kg︰1 175 kg︰3.6 kg．澆筑試驗梁的同時澆筑混凝土試塊，與試驗梁在相同環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)．非預(yù)應(yīng)力筋和箍筋均采用HPB235級鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋采用直徑為15.2 mm的1860級鋼絞線．混凝土和鋼筋的力學(xué)性能根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定的試驗方法測得[9-10]．分別如表1、表2所示．

1.4 試驗測試內(nèi)容及測點(diǎn)布置

撓度變化由安裝在梁的L/3、L/2、2L/3截面處百分表測得．截面跨中混凝土應(yīng)變變化由預(yù)埋在跨中截面頂板和底板內(nèi)的鋼弦式應(yīng)變計(a1，a2)測得．在梁的錨固端布置2個傳感器測得預(yù)應(yīng)力大?。唧w布置如圖3、圖4所示．

表1 鋼筋力學(xué)性能

表2 混凝土力學(xué)性能

圖3 百分表及體內(nèi)應(yīng)變計布置

圖4 傳感器布置

2 試驗結(jié)果分析

2.1 體內(nèi)應(yīng)變

圖5是試驗梁存梁期間跨中體內(nèi)應(yīng)變變化的時程曲線．在試驗周期內(nèi)，梁頂板和底板應(yīng)變隨時間增長且全截面受壓．放置4 d時1#梁跨中頂板應(yīng)變?yōu)?#梁的84 %，底板應(yīng)變1#梁為2#梁的107.4 %；21 d時1#梁跨中頂板應(yīng)變?yōu)?#梁的93 %，底板應(yīng)變?yōu)?#梁的102.5 %．應(yīng)變在預(yù)應(yīng)力作用一段時間后以幾乎相同的速率增長，驗證了在線性徐變范圍內(nèi)徐變與應(yīng)力呈線性關(guān)系．

圖5 跨中體內(nèi)應(yīng)變時程曲線

2.2 預(yù)應(yīng)力損失

圖6是試驗梁存梁期間預(yù)應(yīng)力損失變化的時程曲線．預(yù)應(yīng)力施加后，1#梁和 2#梁的預(yù)應(yīng)力損失時程曲線發(fā)展趨勢基本一致，預(yù)應(yīng)力損失在初期增長較快，后期損失仍有增長但速率有所減緩，總體發(fā)展趨勢相同，這是因為在預(yù)應(yīng)力張拉初期由于錨具變形，混凝土局部受壓變形等原因?qū)е略诩虞d初期預(yù)應(yīng)力損失較大；當(dāng)2#梁放置4 d后傳4的預(yù)應(yīng)力損失為2 kN，為傳2的95.2%．放置21 d后傳4的預(yù)應(yīng)力損失為4.9 kN，為傳2的92.4%．普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力損失比緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的稍?。捎趥?產(chǎn)生了較大誤差，數(shù)據(jù)失效，不予以討論．

圖6 預(yù)應(yīng)力損失時程曲線

2.3 預(yù)應(yīng)力反拱撓度

圖7是試驗梁存梁期間跨中截面處反拱撓度變化的時程曲線．在試驗周期前2 d內(nèi)反拱增長速率較大，2 d后增長速率減小，雖有稍許波動但總體趨于平穩(wěn)，與混凝土的收縮徐變規(guī)律一致．緩凝砂漿粘結(jié)力的增強(qiáng)增大了預(yù)應(yīng)力筋與管道壁的摩擦力，制約了反拱撓度的發(fā)展．放置21 d后，1#梁跨中截面反拱撓度變形實(shí)測值為 18.07 mm，為2#梁的85.2%．1 #梁、2 #梁的長期撓度分為其瞬時撓度的1.48、1.75倍，由混凝土收縮徐變引起的附加撓度不容忽視．

圖7 跨中反拱撓度時程曲線

2.4 徐變系數(shù)

圖8是試驗梁存梁期間跨中反拱徐變系數(shù)變化時程曲線，由實(shí)測數(shù)據(jù)可見，緩粘結(jié)應(yīng)力混凝土梁反拱徐變系數(shù)比普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁大．在本試驗周期初期，緩凝砂漿與鋼筋無可靠粘結(jié)，預(yù)應(yīng)力筋摩擦力較普通預(yù)應(yīng)力筋小，所以1#梁徐變系數(shù)增長較2#梁快．后期緩凝砂漿與預(yù)應(yīng)力筋完全粘結(jié)，1#梁、2#梁徐變系數(shù)增長速率幾乎相同，說明緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋已具有和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋相同的受力性能．持荷21 d后，1#梁的跨中體內(nèi)徐變系數(shù)為0.981，較2#梁增大140%，1 #梁體內(nèi)應(yīng)變發(fā)展較2#梁快．

圖8 反拱徐變系數(shù)時程曲線

3 理論計算

3.1 徐變系數(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)在長期荷載作用下所產(chǎn)生的變形叫徐變，可用徐變系數(shù)、徐變度、徐變函數(shù)等來表示．當(dāng)混凝土的加載齡期為t，在計算齡期為t時徐變產(chǎn)生的變形與瞬時彈性變形的比值為徐變系數(shù)．其表達(dá)式為

在加載齡期為t時對混凝土作用單位應(yīng)力，在計算齡期t時刻產(chǎn)生的混凝土徐變應(yīng)變?yōu)榛炷恋男熳兌?，用C(t,t)表示．徐變度和徐變系數(shù)之間的關(guān)系為

(1)在加載齡期為t時對混凝土作用單軸向單位常應(yīng)力，在計算齡期t時刻產(chǎn)生的總應(yīng)變?yōu)榛炷恋男熳兒瘮?shù)，用表示．表達(dá)式為

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的長期撓度變形

梁體預(yù)應(yīng)力張拉后，產(chǎn)生的變形分成2部分：瞬間變形和長期變形．采用疊加法，預(yù)應(yīng)力混凝土梁撓度的計算如下

(1)恒載引起的撓度fg1．混凝土梁結(jié)構(gòu)的自重可簡化為均布荷載，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，在該均布荷載作用下預(yù)應(yīng)力混凝土梁的撓度fg1為

(2)預(yù)應(yīng)力引起的撓度fy．鋼筋束有效預(yù)拉應(yīng)力值ys為錨固控制應(yīng)力減去所有的應(yīng)力損失，利用圖乘法，有效預(yù)應(yīng)力作用下梁的撓度為fy

式中：My為有效預(yù)應(yīng)力在任意截面x處所引起的彎矩值；為在任意截面處x由跨中作用單位力所引起的彎矩值；Eh為預(yù)應(yīng)力張拉時混凝土的彈性模量．

(3)混凝土徐變引起的撓度．利用有效彈性模量法，在截面分析的曲率計算公式的基礎(chǔ)上，在t時間，梁跨中的撓度增量的表達(dá)式為

A、B分別代表梁左右兩端；M代表梁的跨中．(4)預(yù)應(yīng)力混凝土梁長期變形的總撓度

3.3 撓度計算值與理論值的分析比較

對比實(shí)測數(shù)據(jù)，對本文所提出的理論計算方法作了誤差分析．結(jié)果為：普通預(yù)應(yīng)力梁的平均誤差為4%，最大為8%(放置15 d時)．張拉預(yù)應(yīng)力后，隨著緩凝砂漿粘結(jié)力的增強(qiáng)，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋與管道壁的摩擦力也隨之增大，制約了反拱撓度的發(fā)展．當(dāng)緩凝砂漿完全粘結(jié)時，1#梁和 2#梁有著相同的受力環(huán)境，撓度發(fā)展速率相同．普通預(yù)應(yīng)力梁的上拱撓度是緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁撓度發(fā)展的上限，只需對普通預(yù)應(yīng)力梁的撓度進(jìn)行折減即可得到緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的撓度，但由于數(shù)據(jù)較少，對于緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁反拱一般規(guī)律，需要更多的試驗數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的研究．本文中折減系數(shù)取0.82．本文試驗梁屬于全預(yù)應(yīng)力梁，可忽略結(jié)構(gòu)內(nèi)部配筋對混凝土徐變的影響．總體來說，普通預(yù)應(yīng)力梁上拱撓度理論值與實(shí)測值的吻合情況良好，驗證了本試驗理論計算的可靠性和精度，預(yù)測效果較好，有一定工程應(yīng)用和科學(xué)研究價值．

圖9 反拱撓度理論值與實(shí)測值時程曲線對比

4 結(jié)論

(1)在試驗周期內(nèi)，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)引起的跨中應(yīng)變、撓度、預(yù)應(yīng)力損失和普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁發(fā)展規(guī)律基本相同，符合混凝土的收縮徐變規(guī)律．緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁預(yù)應(yīng)力效應(yīng)引起的上拱度比普通預(yù)應(yīng)力混凝土梁要?。?/p>

(2)1#、2#梁的長期撓度為其瞬時撓度的1.48、1.75倍，混凝土的收縮徐變引起的撓度占總撓度的比重較大，應(yīng)盡量減少混凝土的收縮徐變．

(3)本試驗驗證了所用計算理論的可靠性和精度，因此推薦該理論作為預(yù)應(yīng)力筋張拉后存梁期間考慮混凝土收縮徐變的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁撓度變形的計算公式，可為有關(guān)設(shè)計施工部門提供參考，為實(shí)際生產(chǎn)服務(wù)．

[1]陶學(xué)康. 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計與施工[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1994．

[2]吳轉(zhuǎn)琴, 尚仁杰, 洪光. 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線與混凝土粘結(jié)性能試驗研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2013, 43(2): 68-70.

[3]王占飛, 胡正偉, 張子靜. 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋摩擦系數(shù)試驗[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 38(3): 351-353.

[4]熊學(xué)玉, 黃煒一. 預(yù)應(yīng)力混凝土收縮與徐變效應(yīng)測試與分析[J]. 工業(yè)建筑, 2012, 42(4): 65-68.

[5]趙霄, 金凌志. 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁預(yù)應(yīng)力損失計算及摩阻力研究[J]. 井岡山大學(xué)學(xué)報, 2011, 32(6):99-103.

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[8]龔先兵, 向秋燕, 寧向向. 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝T梁上拱度計算[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報, 2011, 8(1): 107-112.

[9]GB/T 50081-2002, 普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[10]GB/T 228-2002, 金屬材料室溫拉伸試驗方法[S].

(責(zé)任編校：徐贊)

Prestressing Effect Analysis of Retard-bonded Prestressed Concrete T-beams

LI Ke
(Chuanzi River Building amp; Development Co. Ltd. of Changde City, Changde, Hunan 415000, China)

To investigate the development laws of strain, prestress loss, and deflection of prestressed concrete beams under sustained load, long-term tests lasted 21 days on two prestressed concrete T-beams constructed by different construction technology were carried out. The calculation method of additional deflection in storage stage was proposed. The result of long-term tests shows that, the beam constructed by conventional technology and the new techniques of retard-bonded prestressed have similar development laws of strain and deflection. Comparing the calculated value with the theoretical value, the reliability and accuracy of the calculation method proposed here is verified. It shows that retard-bonded prestressed beams have similar prestressing effect with conventional prestressed concrete beams in storage stage.

retard-bonded; prestressed concrete; deflection; prestressing effect

TU442

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.02.0004

1672–7304(2017)02–0016–04

2017-03-07

李可(1973-)，男，湖南常德人，工程師，主要從橋梁建設(shè)與管理研究，E-mail: 363601198@qq.com.