賈凡鑫

（遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽110166）

1 概述

后張預應力混凝土的錨固區(qū)受到預應力錨固集中力的作用，存在局部承壓和應力擴散兩類問題，這一區(qū)域的應力狀態(tài)復雜，是混凝土橋梁中的最為典型應力擾動區(qū)（Disturbance，D區(qū)）之一。

2 基本概念

《公預規(guī)》和《AASHTO》兩套規(guī)范，均將后張預應力混凝土錨固區(qū)劃分為：局部區(qū)（local zone）和總體區(qū)（general zone）兩個區(qū)域，并要求設計者根據(jù)其各自的受力特點分別進行計算和設計。

圖1 總體區(qū)和局部區(qū)的劃分

2.1 錨下局部區(qū)

錨下混凝土受到較大的局部壓應力，實際設計中通常采用配置間接鋼筋（錨下鋼筋網）的方式，使錨下核心區(qū)混凝土因處于三向受壓狀態(tài)而提高受壓強度，從而提高局部區(qū)域混凝土受壓承載能力，以滿足局部受壓的要求。

2.2 錨下總體區(qū)

該區(qū)域，預應力擴散引起拉應力，包括劈裂力、剝裂力和邊緣拉應力，如圖所示。

圖2 錨固總體區(qū)的受拉效應

3 錨下總體區(qū)

3.1 劈裂力

后張預應力混凝土梁端部錨固區(qū)的總體區(qū)內，錨固力從錨墊板向全截面擴散的過程中，會產生橫向拉應力，即劈裂力。

圖3 錨固總體區(qū)劈裂力產生原理

應用力流線數(shù)學模型，并引入適當假定，就可以得到錨下劈裂力的數(shù)學近似表達式?！豆A規(guī)》中給出放入單個錨頭作用下的劈裂力計算公式為：

對于多錨頭情況，《公預規(guī)》分別按照“密集錨頭”和“非密集錨頭”兩種不同情形，給出了不同的計算原則和方法。

《公預規(guī)》中劈裂力的計算公式與《AASHTO》的對應公式相差不大，但是《公預規(guī)》的計算公式進一步考慮了錨點偏心距γ的影響。

3.2 剝裂力

端錨固區(qū)內，由錨固力引起的局部壓陷和周邊變形協(xié)調，產生表面剝裂應力，其應力峰值可能高達0.5 倍該錨固力引起的全截面平均壓應力，但由表及里迅速衰減。

圖4 錨固區(qū)附近的變形和表面剝裂力

《公預規(guī)》中給出的單個錨頭作用下的剝裂力計算公式為：

①普通錨墊板間表面剝裂力計算公式：

②錨墊板間距較大時(S＞0.5h)端面剝裂力公式：

對于剝裂力的計算，《AASHTO》中并未給出具體的計算公式，但給出了取值建議（h 為截面梁高）：“錨墊板間距S＜0.4h時，剝裂力應不小于調整后張拉力的2%；錨墊板間距S≥0.4h時，剝裂力應特殊分析”。

3.3 邊緣拉應力

（施工期間分批張拉時）錨墊板在錨固截面偏心距（h/6）較大，在錨墊板對側混凝土邊緣產生拉應力。

圖5 端部錨固區(qū)的錨固面邊緣拉應力

《公預規(guī)》中給出的錨下總體區(qū)的邊緣拉應力計算公式為：

圖6 端部錨固區(qū)的錨固面邊緣拉應力

對于邊緣拉應力的計算，《AASHTO》中同樣并未給出具體的計算公式，但提供了三種求解方法：即拉- 壓桿模型法、彈性分析法以及近似分析法。

3.4 齒塊錨固區(qū)的局部拉應力

后張預應力三角齒塊錨固區(qū)存在著集中錨固力的作用、幾何形體上的突變以及預應力鋼束彎曲引起的徑向力作用，是一個受力十分復雜的典型應力擾動區(qū)，需要配置鋼筋以滿足抗裂和承載力的要求。

圖7 后張預應力齒塊錨固區(qū)的五種局部受拉作用

《公預規(guī)》根據(jù)后張預應力齒塊錨固區(qū)的五種局部受拉效應：錨下劈裂效應、齒根受拉效應、錨后牽拉效應、局部彎曲效應和徑向力效應，并分別給出了相應的計算公式。

相比之下，《AASHTO》中僅給出了錨后牽拉效應的設計原則和具體計算公式。

4 結論

近年來，越來越多的工程實例已經證明，后張預應力構件錨固區(qū)應力狀態(tài)復雜，容易開裂，廣大工程師在結構設計時應對其給予足夠的重視。

相較《AASHTO》規(guī)范而言，新版《公預規(guī)》對于后張預應力構件錨固區(qū)域設計的各項規(guī)定和指導更為全面和具體，所給出的設計原則和計算公式也更具有工程實踐的可操作性。

在實際結構設計中，設計者應通過計算分析，確保錨固區(qū)相應位置布置的受力鋼筋和構造鋼筋，可以滿足構件整體受力和錨固區(qū)局部受力的共同要求。