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        與600 MPa鋼筋混合配置的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的試驗研究*

        2022-04-21 12:54:34馬衛(wèi)華康洪震朱志東
        工業(yè)建筑 2022年1期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        李 強 馬衛(wèi)華 康洪震 朱志東

        (1.唐山學(xué)院土木工程學(xué)院, 河北唐山 063000; 2.河北省建筑工程與尾礦綜合利用重點實驗室, 河北唐山 063000; 3.唐山建苑建設(shè)工程材料檢測有限公司, 河北唐山 063000)

        無黏結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁中的預(yù)應(yīng)力筋由涂包層包裹,與混凝土不直接接觸,兩者之間不存在黏結(jié)力,理想情況下整根預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力基本相等,其應(yīng)變理論上為沿預(yù)應(yīng)力筋全長范圍內(nèi)的混凝土平均應(yīng)變。預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力一般是由有效預(yù)應(yīng)力和極限應(yīng)力增量相加得到,因此極限應(yīng)力增量是準(zhǔn)確計算預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力和構(gòu)件受彎承載力的關(guān)鍵[1]。目前,我國GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》還沒有將高強鋼筋尤其是600 MPa鋼筋納入其中,國內(nèi)外各標(biāo)準(zhǔn)及文獻中關(guān)于無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量的計算式多是基于對配置中低強度非預(yù)應(yīng)力鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的研究而得出,這些算式是否適用于與600 MPa非預(yù)應(yīng)力鋼筋混合配置的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,需要進一步深入研究。

        1 試驗概況

        本試驗共設(shè)計了9根后張法施工的無黏結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁,試驗梁的設(shè)計截面尺寸為b×h=400 mm×500 mm,梁長l=5 100 mm,計算跨度l0=4 800 mm。設(shè)計變量包括受拉非預(yù)應(yīng)力鋼筋強度、600 MPa鋼筋配筋率、預(yù)應(yīng)力筋配筋率和混凝土強度,試驗加載方式為兩點(三分點)對稱集中力加載,試驗梁的配筋情況及材料強度實測值見表1。

        表1 試驗梁配筋情況及材料強度

        本試驗采用后張法施加預(yù)應(yīng)力,張拉控制應(yīng)力取0.75倍的預(yù)應(yīng)力筋極限強度標(biāo)準(zhǔn)值。試驗加載前,各試件的預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)拉應(yīng)力值詳見表1。加載過程中,當(dāng)試驗梁跨中撓度達到其跨度的1/50時,試件進入極限承載狀態(tài),表明無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋達到其極限拉應(yīng)力,此時停止加載,宣告試驗梁破壞[2]。

        2 預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量影響因素分析

        a—變量:非預(yù)應(yīng)力鋼筋強度; b—變量:600 MPa鋼筋配筋率; c—變量:預(yù)應(yīng)力筋配筋率; d—變量:混凝土強度。

        對各試驗梁無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在三個受力階段中應(yīng)力增量的增幅情況進行統(tǒng)計可知,試驗梁開裂前,預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量約占極限應(yīng)力增量的3%;開裂后至非預(yù)應(yīng)力鋼筋屈服前,應(yīng)力增量約占極限應(yīng)力增量的37%;屈服后至破壞,應(yīng)力增量約占極限應(yīng)力增量的60%。分析其原因,主要是試驗梁處于彈性工作階段時,混凝土和非預(yù)應(yīng)力鋼筋承擔(dān)了主要的拉應(yīng)力,故預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量發(fā)展較為緩慢。隨著荷載增加,預(yù)應(yīng)力筋抗拉強度逐漸發(fā)揮,尤其在600 MPa力鋼筋屈服后,預(yù)應(yīng)力筋承擔(dān)了主要的拉應(yīng)力,其應(yīng)力增量發(fā)展較快。由此可見,預(yù)應(yīng)力筋與600 MPa非預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠互為補充、有效結(jié)合,兩者協(xié)同受力性能良好。

        3 極限應(yīng)力增量計算方法

        3.1 國內(nèi)外計算式分析

        表2 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量計算值

        表3 各算式計算精度對比

        綜上分析可知,國內(nèi)外各算式計算值與試驗值之間存在不同程度的偏差。分析其原因,國外算式僅考慮預(yù)應(yīng)力筋因素,而不考慮非預(yù)應(yīng)力筋對預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量的影響。國內(nèi)算式雖然考慮了混合配筋因素,但多是基于配置中低強度非預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)件的試驗得出,因此計算準(zhǔn)確性不高。

        3.2 本文算式提出

        通過分析以上國內(nèi)外無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量計算式不難發(fā)現(xiàn),預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的配筋情況是影響極限應(yīng)力增量的主要因素。綜合配筋指標(biāo)是預(yù)應(yīng)力筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋情況的綜合體現(xiàn),其可以近似反映梁截面中性軸的高低和梁正截面破壞時的轉(zhuǎn)動能力,而梁截面中性軸位置及轉(zhuǎn)動能力又與無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量密切相關(guān)[12]。因此,對本文各試驗梁的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量試驗結(jié)果關(guān)于綜合配筋指標(biāo)進行線性回歸統(tǒng)計,可以得到擬合式為:

        Δσpu=549.23-786.25ξ0

        (1)

        線性相關(guān)系數(shù)R=0.961 6。

        為了簡化計算,對上式中的系數(shù)進行取整,可得:

        Δσpu=550-790ξ0

        (2)

        式中:ξ0為綜合配筋指標(biāo),ξ0=(σpeAp+fyAs)/(fcbhp),且應(yīng)滿足ξ0≤0.40,其中σpe為預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)拉應(yīng)力;Ap、As分別為預(yù)應(yīng)力筋和受拉非預(yù)應(yīng)力鋼筋面積;b為試驗梁截面寬度;hp為預(yù)應(yīng)力筋合力點至截面受壓區(qū)邊緣的距離,其他符號同前。計算ξ0時,各材料強度取實測值。

        表4 各試驗的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)筋極限應(yīng)力增量的試驗值與計算值比較

        圖2 極限應(yīng)力增量試驗值與本文算式計算值的比較

        4 結(jié) 論

        1)配置600 MPa鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量發(fā)展分為三個階段,三個階段中預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量占比約為3%、37%和60%,分析結(jié)果表明:預(yù)應(yīng)力筋與600 MPa非預(yù)應(yīng)力鋼筋能夠互為補充、有效結(jié)合,兩者協(xié)同受力性能良好。

        2)提高非預(yù)應(yīng)力鋼筋強度可以有效控制預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的增長,推遲應(yīng)力增量曲線斜率第二次減小的時機,同時提升了預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量;提高非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率或預(yù)應(yīng)力筋配筋率,可以使試驗梁開裂后的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的增速明顯減緩,并且減小了極限應(yīng)力增量;提高混凝土強度,對預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量發(fā)展規(guī)律的影響并不明顯,但提高了極限應(yīng)力增量。

        3)采用本文列舉的國內(nèi)外算式驗算配置600 MPa鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量,結(jié)果表明:試驗值與計算值偏差較大。本文提出的無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量計算式形式簡單,計算準(zhǔn)確性較高,適用范圍合理,具有一定參考和使用價值。

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