（大連理工大學(xué)港口和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 大連 116024）

0 引 言

隨著橋梁工程技術(shù)的不斷發(fā)展，大跨度、超高強(qiáng)裝配式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁被廣泛應(yīng)用于公路工程建設(shè)項(xiàng)目中［1］，但是我國(guó)新頒布的規(guī)范《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62－2004）適應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15～C80［2］，然而隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，比規(guī)范混凝土強(qiáng)度等級(jí)更高的超高強(qiáng)混凝土在實(shí)際工程中已逐漸得到應(yīng)用及推廣．在應(yīng)用超高強(qiáng)混凝土?xí)r，現(xiàn)行混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的彈性剛度折減系數(shù)是否適用或需要修訂是一個(gè)迫切需要研究卻一直未得到有效解決的問(wèn)題．因此，可通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的試驗(yàn)研究，對(duì)其彈性剛度進(jìn)行詳細(xì)分析．

混凝土應(yīng)變的觀測(cè)，由于張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮損失導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力的衰減，對(duì)有效預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生重大影響，因此張拉過(guò)程中在試驗(yàn)梁的受壓區(qū)粘貼混凝土應(yīng)變片，以監(jiān)測(cè)張拉過(guò)程中混凝應(yīng)變的變化，并根據(jù)材料力學(xué)公式，求得有效預(yù)加應(yīng)力；反拱值測(cè)量，在張拉工程中，對(duì)試驗(yàn)梁進(jìn)行變形測(cè)量，并結(jié)合有效預(yù)加應(yīng)力和材料力學(xué)理論，尋求反拱值與剛度之間的變化關(guān)系．

1 試驗(yàn)基本情況

試驗(yàn)共對(duì)9根后張法預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土簡(jiǎn)支梁進(jìn)行張拉階段的受力監(jiān)測(cè)，截面尺寸為160 mm×340mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C100，彈性模量為5．28×104N／mm2，普通縱向受力鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，箍筋為HPB235級(jí)鋼筋，彈性模量為2．1×105N／mm2，預(yù)應(yīng)力筋采用1860級(jí)鋼絞線(xiàn)，彈性模量為1．95×105N／mm2，張拉控制應(yīng)力均為0．75fptk（fptk為預(yù)應(yīng)力筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值），直徑分別為15．2mm和12．7mm，預(yù)應(yīng)力錨具采用低回縮錨具，梁長(zhǎng)L＝1．2，1．4，1．6m．梁的截面尺寸見(jiàn)圖1，低回縮錨具見(jiàn)圖2，配筋情況見(jiàn)表1．

圖1 試驗(yàn)梁的配筋圖（單位：mm）

在張拉過(guò)程中用標(biāo)距為100mm的混凝土應(yīng)變片測(cè)試受壓區(qū)的混凝土應(yīng)變，并分別在梁的兩端以及中間安裝LVDT，設(shè)兩端讀數(shù)分別為a和b，中間的讀數(shù)為c，見(jiàn)圖3，那么反拱值計(jì)算式為f＝c－（a＋b）／2，利用IMC數(shù)據(jù)采集儀采集混凝土應(yīng)變和反拱值．

圖2 低回縮錨具

表1 試驗(yàn)梁的設(shè)計(jì)參數(shù)

圖3 試驗(yàn)梁測(cè)點(diǎn)圖

2 預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁剛度分析

根據(jù)文獻(xiàn)［3］，影響構(gòu)件截面剛度的彎矩分為2部分，即M＝M0＋M1．式中：M0為有效預(yù)加應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩；M1為試驗(yàn)梁自重產(chǎn)生的彎矩．由于試驗(yàn)梁的自重較小，可以忽略不計(jì)，因此：M＝M0．

2.1 有效預(yù)加應(yīng)力的計(jì)算

根據(jù)測(cè)試得到的混凝土受壓區(qū)應(yīng)變值，可獲得預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的有效預(yù)加應(yīng)力為［4］

式中：Np為預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的有效預(yù)加應(yīng)力；A0為試驗(yàn)梁換算截面面積；I0為試驗(yàn)梁換算截面慣性矩；ep0為換算截面重心至預(yù)加力作用點(diǎn)的距離；y0為換算截面重心至所計(jì)算纖維處的距離；ε為計(jì)算纖維處混凝土的應(yīng)變值；Ec為混凝土的彈性模量．

2.2 剛度折減系數(shù)計(jì)算

由于Np是考慮第一批預(yù)應(yīng)力損失的預(yù)應(yīng)力鋼筋合力，因此試驗(yàn)梁在施加預(yù)應(yīng)力后，在不考慮梁體自重的情況下，得出作用在預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁上的彎矩為［5］

預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁反拱值為

式中：α為彈性剛度折減系數(shù)；Mx為跨中作用單位力時(shí)任意截面處所產(chǎn)生的彎矩值；B＝EcI0．

將式（1），（2）代入式（3）得

3 剛度折減系數(shù)的計(jì)算

本次試驗(yàn)梁的預(yù)應(yīng)力采用兩次張拉的方法，首次張拉預(yù)應(yīng)力為1．05σp（σp＝0．75fptk），然后逐漸放張，再次張拉到1．05σp時(shí)，擰緊低回縮錨具的螺環(huán)．同時(shí)監(jiān)測(cè)兩次張拉后試驗(yàn)梁的反拱值和混凝土應(yīng)變．并將混凝土應(yīng)變值代入式（1）中，求出預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)加應(yīng)力，將有效預(yù)加應(yīng)力轉(zhuǎn)換為等效荷載，并將梁體的反拱值和等效荷載產(chǎn)生的彎矩代入式（4）中便可求得梁體彈性剛度的折減系數(shù)．計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2．

表2 彈性剛度折減系數(shù)計(jì)算結(jié)果

由表2可見(jiàn)，第二次張拉后的預(yù)加應(yīng)力均大于第一次張拉后的預(yù)加應(yīng)力，增幅為42．6%～68．8%，說(shuō)明采用低回縮錨具能夠有效降低由于張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失．本文試驗(yàn)得到的預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的彈性剛度折減系數(shù)為0．998～1．089，而文獻(xiàn)［6］根據(jù)全預(yù)應(yīng)力混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果得到的彈性剛度折減系數(shù)在0．91～1．06之間，通過(guò)對(duì)比可以看出，本文試驗(yàn)得到的彈性剛度折減系數(shù)略大于文獻(xiàn)［6］的試驗(yàn)值，這主要是因?yàn)楸疚脑囼?yàn)梁所采用的超高強(qiáng)混凝土的彈性模量顯著大于普通混凝土的彈性模量，本文得到的試驗(yàn)梁的彈性剛度折減系數(shù)平均值ˉX＝1．031 556，若取保證率為95%，則有

式中：α為彈性剛度折減系數(shù)；ˉX為試驗(yàn)梁的彈性剛度折減系數(shù)平均值；σ為標(biāo)準(zhǔn)差．根據(jù)式（5）計(jì)算可以得到預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的彈性剛度折減系數(shù)α為0．98．

4 結(jié) 論

1）采用低回縮錨具可以有效降低由于張拉端錨具變形和鋼筋內(nèi)縮導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失．

2）根據(jù)現(xiàn)在理論推導(dǎo)出預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的剛度折減系數(shù)計(jì)算公式，并根據(jù)預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁在張拉階段的跨中反拱值與混凝土應(yīng)變的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的彈性剛度進(jìn)行理論分析．

3）指出影響預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁剛度折減系數(shù)的因素，并給出了預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁基于概率論的彈性剛度折減系數(shù)建議值，該值為0．98，為工程應(yīng)用提供了依據(jù)，為混凝土和公路橋涵等規(guī)范提供了補(bǔ)充．

［1］張謝東，林 清，楊吉新，等．預(yù)應(yīng)力混凝土梁上拱度試驗(yàn)研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2003，25（6）：322－325．

［2］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院．JTG D62－2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京：人民交通出版社，2004．

［3］葉見(jiàn)曙．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］．2版．北京：人民交通出版社，2005．

［4］林同炎．預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］．3版．北京：中國(guó)鐵道出版社，1993．

［5］中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院．GB50152－92混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］．北京：人民交通出版社，1992．

［6］張克波．靜載和疲勞荷載作用下PPC受彎構(gòu)件的撓度［J］．長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，12（4）：59－68．