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(zhǎng)期試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)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(cè)，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(duì)比，在疊加法的基礎(chǔ)上提出了計(jì)算存梁期間預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁撓度的理論方法．試驗(yàn)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(cè)應(yīng)變、撓度值發(fā)展規(guī)律基本相同．通過(guò)計(jì)算值與理論值的分析比較，驗(yàn)證了本試驗(yàn)理論計(jì)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(shì)和推廣價(jià)值．鋼筋與混凝土在前期相對(duì)獨(dú)立，其施工同無(wú)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(zhǎng)，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(shí)程因素引起橋梁變形過(guò)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(duì)工程實(shí)踐具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義．針對(duì)這種現(xiàn)狀，對(duì)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(jì)算存梁期間預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁撓度的理論方法．

1 試驗(yàn)方案

1.1 試件模型

本試驗(yàn)對(duì)30 m標(biāo)準(zhǔn)梁按1︰3的比例進(jìn)行縮尺得到試驗(yàn)梁，研究了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工工藝對(duì)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(zhǎng)1 020 cm，計(jì)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(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(yàn)梁截面尺寸和預(yù)應(yīng)力筋布置如圖1所示．

1.2 試驗(yàn)梁制作

試驗(yàn)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(shí)，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(jì)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(jì)強(qiáng)度等級(jí)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(jí)張拉，然后錨固．現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)梁如圖2所示．

圖1 預(yù)應(yīng)力筋布置形式/cm

圖2 試驗(yàn)梁現(xiàn)場(chǎng)圖

1.3 材料力學(xué)性能

試驗(yàn)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(yàn)梁的同時(shí)澆筑混凝土試塊，與試驗(yàn)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(jí)鋼筋，預(yù)應(yīng)力筋采用直徑為15.2 mm的1860級(jí)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(yàn)方法測(cè)得[9-10]．分別如表1、表2所示．

1.4 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及測(cè)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(cè)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(jì)(a1，a2)測(cè)得．在梁的錨固端布置2個(gè)傳感器測(cè)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(jì)布置

圖4 傳感器布置

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 體內(nèi)應(yīng)變

圖5是試驗(yàn)梁存梁期間跨中體內(nèi)應(yīng)變變化的時(shí)程曲線．在試驗(yàn)周期內(nèi)，梁頂板和底板應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)且全截面受壓．放置4 d時(shí)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(shí)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?cè)陬A(yù)應(yīng)力作用一段時(shí)間后以幾乎相同的速率增長(zhǎng)，驗(yàn)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(shí)程曲線

2.2 預(yù)應(yīng)力損失

圖6是試驗(yàn)梁存梁期間預(yù)應(yīng)力損失變化的時(shí)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(shí)程曲線發(fā)展趨勢(shì)基本一致，預(yù)應(yīng)力損失在初期增長(zhǎng)較快，后期損失仍有增長(zhǎng)但速率有所減緩，總體發(fā)展趨勢(shì)相同，這是因?yàn)樵陬A(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(shí)程曲線

2.3 預(yù)應(yīng)力反拱撓度

圖7是試驗(yàn)梁存梁期間跨中截面處反拱撓度變化的時(shí)程曲線．在試驗(yàn)周期前2 d內(nèi)反拱增長(zhǎng)速率較大，2 d后增長(zhǎng)速率減小，雖有稍許波動(dòng)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(cè)值為 18.07 mm，為2#梁的85.2%．1 #梁、2 #梁的長(zhǎng)期撓度分為其瞬時(shí)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(shí)程曲線

2.4 徐變系數(shù)

圖8是試驗(yàn)梁存梁期間跨中反拱徐變系數(shù)變化時(shí)程曲線，由實(shí)測(cè)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(yàn)周期初期，緩凝砂漿與鋼筋無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)速率幾乎相同，說(shuō)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(shí)程曲線

3 理論計(jì)算

3.1 徐變系數(shù)

混凝土結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)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(lái)表示．當(dāng)混凝土的加載齡期為t，在計(jì)算齡期為t時(shí)徐變產(chǎn)生的變形與瞬時(shí)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(shí)對(duì)混凝土作用單位應(yīng)力，在計(jì)算齡期t時(shí)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(shí)對(duì)混凝土作用單軸向單位常應(yīng)力，在計(jì)算齡期t時(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)期變形．采用疊加法，預(yù)應(yīng)力混凝土梁撓度的計(jì)算如下

(1)恒載引起的撓度f(wàn)g1．混凝土梁結(jié)構(gòu)的自重可簡(jiǎn)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f(wàn)g1為

(2)預(yù)應(yīng)力引起的撓度f(wàn)y．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(shí)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(jì)算公式的基礎(chǔ)上，在t時(shí)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(zhǎng)期變形的總撓度

3.3 撓度計(jì)算值與理論值的分析比較

對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)本文所提出的理論計(jì)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(shí))．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(shí)，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(duì)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(duì)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(yàn)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(yàn)梁屬于全預(yù)應(yīng)力梁，可忽略結(jié)構(gòu)內(nèi)部配筋對(duì)混凝土徐變的影響．總體來(lái)說(shuō)，普通預(yù)應(yīng)力梁上拱撓度理論值與實(shí)測(cè)值的吻合情況良好，驗(yàn)證了本試驗(yàn)理論計(jì)算的可靠性和精度，預(yù)測(cè)效果較好，有一定工程應(yīng)用和科學(xué)研究?jī)r(jià)值．

圖9 反拱撓度理論值與實(shí)測(cè)值時(shí)程曲線對(duì)比

4 結(jié)論

(1)在試驗(yàn)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(zhǎng)期撓度為其瞬時(shí)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(yàn)驗(yàn)證了所用計(jì)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(jiǎn)支梁撓度變形的計(jì)算公式，可為有關(guān)設(shè)計(jì)施工部門提供參考，為實(shí)際生產(chǎn)服務(wù)．

[1]陶學(xué)康. 無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)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(yàn)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(yàn)[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 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(cè)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(jì)算及摩阻力研究[J]. 井岡山大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 32(6):99-103.

[6]李金根, 熊小林, 李一心. 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋摩阻損失的試驗(yàn)研究[J]. 建筑技術(shù), 2008, 39(12): 943-946.

[7]吳桐. 預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁反拱度研究[D]. 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué), 2011.

[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(jì)算[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2011, 8(1): 107-112.

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

[10]GB/T 228-2002, 金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)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.