缓粘结预应力连续梁张拉伸长量的实验研究

缓粘结预应力连续梁张拉伸长量的实验研究 缓粘结预应力连续梁张拉伸长量的实验研 究 第32卷第4期Vo1.32No.4 2011年7月July2011 井冈山大学(自然科学版) JournalofJinggangshanUniversity(NaturalScience)8l 文章编号:1674—8085(2011)04-0081—05 缓粘结预应力连续梁张拉伸长量的实验研究 '苗杰?,唐爱华:,曹霞s (桂林理工大学土木与建筑I程学院,广西,桂林541004) 摘要:本试验通过对6根预应力混凝土两跨连续梁进行张拉和加载测试,研究预应 力构件在张拉过程中,其预 应力钢筋伸长值的变化情况,以及比较缓粘结预应力钢筋总伸长值与有粘结,无粘 结预应力钢筋总伸长值的差异, 并对其试验现象进行对比分析研究,分析结果表明,缓粘结预应力连续梁钢筋张拉 伸长值计算均应考虑缓凝砂浆 对预应力钢筋的粘滞作用,并提出了其相应的计算公式. 关键词:缓粘结预应力;连续梁;试验研究;伸长量 中图分类号:TN03.121文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1674-8085.2011.04.020 THEEXPERENr|1ALSTUDYoFTHEELoNGATEDvALUEoFTHE PRESTRESSINGREINFoRCEMENT 'MIAOJie,TANGAi-hua2,CAOXia (GmlmUniversityofTechnologyCollegeofCi~lEngineering,GuilinOtmngxi541004,Chi na) Abstract:Throughthetensionedandloadingtextofthesesixprestressingconcretetwo-spanc ontinuousbeams, westudytheprocessofprestressingcomponenttensioned,thechangesoftheelongatedvalue ofprestressing reinforcement.Furthermore,wecomparethetotalelongatedvalueofretard-bondedprestressingreinforcement withbondedandunboundedprestressingreinforcement.Finally,weanalyzethephenomenonoftheexperiment andputforwardthecorrespondingformulas.Theexperimentandanalysisshowthatthecalculations,whichthe lossofretard-bondedprestressingandtheelongatedvalueoftheprestressingreinforcement,shouldconsiderthe stickyeffectoftheretardingmortarfortheprestressingreinforcement. Keywords:retard-bondedprestressing;continuousbeam;experimentalstudy;elongatedvalue 有粘结和无粘结预应力体系在实际工程中存 在一定程度的缺陷,而缓粘结预应力体系既结合了 有粘结和无粘结预应力体系的优点又克服了他们 的缺陷.虽然对于有粘结和无粘结预应力钢筋的张 拉伸长值的研究已日趋成熟,然而对于缓粘结预应 力钢筋的张拉伸长值的研究却很少.为此,本试验 通过对4根缓粘结预应力混凝土连续梁,l根无粘 结预应力混凝土连续梁和1根有粘结预应力混凝土 连续梁,对缓粘结预应力连续梁张拉伸长量进行了 研究,并且对比缓粘结预应力钢筋与有粘结,无粘 结预应力钢筋在张拉时,其伸长值的差异,从而在 有粘结和无粘结预应力钢筋张拉伸长值的计算公 式的基础上,提出缓粘结预应力钢筋伸长值的计算 公式. 1实验简介【-3】 本试验的试件为6根预应力混凝土两跨连续 梁,一共分两组.第一组有1根无粘结预应力混凝 土两跨连续梁,编号为WL,还有2根缓粘结预应 力混凝土两跨连续梁,编号分别为HL1.1,HL1.2. 第二组有1根有粘结预应力混凝土两跨连续梁,编 号为YL,还有2根缓粘结预应力混凝土两跨连续 收稿日期:201卜06—10;修改日期:201l_o6-24 作者简介:}苗杰(1987一),女,陕西华阴人,硕士,主要从事防灾减灾研究?mail:miao_jiejie@qq.com); 唐爱华(1967-),女,广西桂林人,副教授,硕士,主要从事工程图学,结构加固研究(E-mail:0tah~163.coin); 曹霞(1965-),女,河南新乡人,副教授,主要从事预应力混凝土结研究(E-mail:caoxia651O@163.coin). 井冈山大学(自然科学版) 梁,编号分别为HL2.1,HL2.2.其中,试件的预 应力筋均为15.2钢绞线,强度标准值为 =1860N/mm.,设计值为厶=1320N/ram2,包裹 缓粘结预应力筋的缓凝材料为缓凝砂浆,缓凝期为 3个月本试验的所有预应力连续梁均为一端张拉, 其中,第一组预应力连续梁的张拉和加载时间以及 第二组预应力连续梁的张拉时间均为混凝土浇筑 后的30天左右,而第二组预应力连续梁的加载时 间则为混凝土浇筑后的9O天左右. 本试验的试件均为等截面构件,截面尺寸均为 150mm~250turn,预应力筋的布置形式均为折线 形,有5个转折点.试件配筋具体的情况如图1. 2-2 图1预应力混凝土两跨连续梁配筋图 Fig.1Thereinforcementfigureofprestressedconcrete two-spancontinuousbeams 实验梁的加载图如图2所示: 图2实醯桑加载图 Fig.2Theexperimentbeamlaodingfigure 2缓粘结预应力钢筋伸长值的理论 计算?6] 根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041. 2000)的条文说明规定,对于由直线与曲线混合 组合成的预应力钢筋,其伸长值宜先分段计算再叠 加在一起.本试验试件的预应力钢筋采用折线形布 置,在转向块处的区段可以看作曲线,其他区段为 直线,应分段计算.在本试验中,采用规范中的简 化计算,其是将曲线形预应力钢筋管道摩擦损失 的指数曲线公式简化为直线.预应力钢筋的平 均张拉力,取张拉端拉力到计算截面(两端张拉 时,取跨中1扣除管道摩擦损失后拉力的平均 值,即为如下(1)式和(2)式: D.v =二—(1) APEP P: I1一I(2)LzJ 在试验之前,我们采用简单计算法式(1)和式(2) 的混合式 :二?(3) APEP 其中:一计算截面到构件张拉端的管道长度; 一 考虑管道(每米)局部偏差的摩擦 系数; ."一预应力筋与孔道壁的摩擦系数; 0一计算截面到构件张拉端的曲线管道 部分切线的夹角(rad)之和; 一 预应力钢筋张拉力(N); r预应力钢筋截面面积(mm); Er预应力钢筋弹性模m(N/mm); P一预应力钢筋的平均张拉力. 而计算其理论伸长值,缓粘结试件若不考虑缓 凝砂浆的粘滞性对其预应力钢筋的影响,其伸长值 的计算与预应力筋的理论伸长量是一样.故经计算 得缓粘结和有粘结预应力钢筋的总理论伸长值 为34.53mlTl;无粘结预应力钢筋的理论总伸长值 为39.88ml'n. 3缓粘结预应力钢筋伸长值的试验 分析[7.9】 规范里预应力钢筋理论实际张拉伸长值的计 井冈山大学(自然科学版)83 算规定:当预应力筋张拉时,初应力宜为张拉控制 应力o的10%,15%,伸长值应从初应力时开始测 量.预应力钢筋的实际伸长值除测量的伸长值之 外,还必须加上初应力以下的钢筋伸长推算值.因 此预应力钢筋张拉时其实际伸长值AL(II1】n),可按 式计算: AT,=AL1+2(4) 其中:?1一从初应力到张拉控制应力时的实测伸 长值(mH1); 2—初应力以下的钢筋伸长推算值(删n), 可采用相邻级的伸长值. 本试验预应力试件按油泵压力表的读数 — 哪-4.1,8.2,12.3,16.4,20.5,24.6,28.7, 32.8,36.9,41.0MPa分1O级张拉,油泵压力 表的每级读数所对应的钢筋张拉力为l8.2, 36.4,54.6,72.8,91,109.2,127.4,145.6, l63.8,182kN.因为本试验所用的锚具能有效地减 少预应力钢筋的内缩值,所以可以直接度量千斤顶 的伸长值作为预应力钢筋实测伸长值.每级张拉 后,用精度为0.02ram的游标卡尺测量其预应力钢 筋的伸长值如表l: 表1预应力钢筋的实测伸长值 !!些!些里皇_0璺!!!型 HN1.2HN2.1HN2-2WLYL 实际张实际伸长实际张拉实际伸长实际张拉实际伸长实际张拉实际伸长实际张 拉实际伸长实际张拉实际伸长 拉力k.N量Im力kN量Im力k_N量矾力kN量?姐力kN量Im力kN量衄 4.1,a 8.2fPa 12-3MPa 16.4MPa 20.5MPa 24.6MPa 28.7MPa 32.gMPa 36.9MPa 41.OMPa l1.22 17.12 20.66 24.08 27.42 30.66 33.92 37.O8 40.24 43-32 15.88 20.14 24-32 28.44 32.44 36-3O 40.06 43.78 47.44 51.12 l2.34 17.12 20.62 24.1O 27.54 30.94 34-36 37.70 40.98 44.26 图3预应力钢筋张拉伸长值测量 Fig.3Themeasurementsoftheprestressedreinforced elongationvalue 从表1的数据中发现预应力钢筋在第一级张拉 力(即10%的张拉控制应力o..n)的作用下,伸长 量是最大的,其原因是在张拉之前,预应力钢筋在 管道处于松弛状态,在施加预应力的时候,预应力 钢筋开始克服其与管道之间的静摩擦力,逐渐绷 紧.从表中还可看出,,除了WL试件之外,缓粘结 试件和YL试件在第二级张拉的过程中,其预应力 钢筋的伸长量明显比以后各级的伸长量都多.这是 因为缓粘结试件和YL试件在进行第一级张拉时, 其张拉力未能完全克服管道对其预应力钢筋的静 摩擦力,要在第二级张拉过程中才能将其克服.而 且缓凝砂浆对预应力钢筋有粘滞作用,使得缓粘结 试件的管道静摩擦力比YL试件的大,第一级张拉 完毕后,缓粘结试件的预应力钢筋绷紧程度比YL 试件的弱,因此在第二级张拉时,缓粘结预应力钢 筋的伸长量均比YL试件的伸长量都多.对于WL 试件,由于其预应力钢筋有一层黄油包裹,静摩擦 力比较小,在第一级张拉过程中就已经被克服,使 预应力钢筋由松弛变得绷紧,因此这时WL试件的 预应力钢筋伸长量变化最大. 综上所述,预应力钢筋在张拉第一级时,其伸 长量大部分都不是钢筋本身被拉伸的量.根据《公 24l628733Z??傀跎 l35791l111 ?"虬13..781l1ll 您g!勰?博?加 :2 他???钾昭 1..5791111l 勰髂,}弧罟吕 m加如? 654675I4Z 25382B7;l2"观 l35791ll1l 舳加 m铊 97443B6;4D们?? l35791l11l 井冈山大学(自然科学版) 路桥涵施工技术规范》(JTJ041.2000),伸长值 应从初应力开始测量,而初应力宜为张拉控制应力 O~on的10%,15%.然而根据文献[9],对于多跨连续 的预应力钢筋的张拉,建议取其初应力为 15%O%.本试验的预应力试件均为两跨的连续 梁,预应力钢筋采用折线形布置,有5个折点,中 间支座的折点角度较大,而且还采用一端张拉,所 以其预应力钢筋的管道摩擦损失是比较大的.因此 对缓粘结试件和YL试件来说,其初应力宜为 2O%o..n(即预应力钢筋伸长量应从第三级张拉开始 测量),而对于WL试件,由于其管道摩擦损失比 较小,其初应力宜为l0%o..n(即预应力钢筋的伸长 量从第二级张拉开始测量).故按规范公式AL=AL l+?,2计算,本试验试件的预应力钢筋实测总伸 长量如表2所示. 表2预应力钢筋实测总伸长量 Table2Thetotalelongationoftheprestressedreinforced 4实验值与理论值的对比分析 将试件预应力钢筋的实测总伸长量如表2与按规 范公式计算的理论伸长量如上(有粘结为34.53n01/l 和无粘结为39.88mm)相比较,得出表3. 表3试件实测与理论总伸长量比较 Table3Thecomparisonofthetotalactualandtheroy elongationvalue 从表3可以看出,WL试件和YL试件的实测 伸长量都比理论伸长量小,但相差不大,可能是其 实际管道摩擦损失值比理论管道摩擦损失值大的 缘故.而缓粘结试件的实测伸长量均比理论伸长量 小,且相差比较大,虽然还没有超过规范规定的 6%,但对于实际工程来说,实测伸长量与理论伸长 量之差应控制在0%~+6%为宜,以避免构件的有效 预应力不足对其承载力的危害.《公路桥涵施工技 术规范》(JTJ041.2000)里预应力钢筋理论伸长值 的计算公式,计算依据主要来源于虎克定律,其变 形与外力成线性正比.而对于缓粘结预应力构件, 由于缓凝砂浆对其预应力钢筋有粘滞作用,影响其 管道摩擦损失的大小,且有粘结和缓粘结的管道摩 擦损失不同,从而必然会影响其伸长值的大小.因 此,对于缓粘结预应力构件,沿用规范里的伸长值 计算公式来计算,其结果显然是有误的.所以,对 于缓粘结预应力构件,应考虑其缓凝砂浆对预应力 钢筋的粘滞力,其粘滞性越大粘滞力也就越大.缓 凝砂浆的粘滞性又跟时间有关,在理论上,缓凝砂 浆会随着时间的推移其粘滞性随之增大. 我国规范中的预应力钢筋孔道每米长度局部 偏差摩擦系数和预应力钢筋与孔道壁之间的摩 擦系数的取值只跟预应力筋和管道材料,施工质 量有关,与缓凝砂浆无关.因此,本文在参数, 之外,引入一个与缓凝砂浆粘滞性有关的参数 —— 粘滞系数lf,.假设包裹着预应力钢筋的缓凝砂 浆沿预应力钢筋均匀分布,则缓凝砂浆对预应力钢 筋的粘滞力与预应力钢筋长度呈正比关系,其两者 正比值即为粘滞系数lf,(MPa/m).由于本试验的 缓粘结试件所采用的缓凝砂浆的粘滞系数 lf,=13.4MPa/m.故在此基础上本文笔者提出缓 粘结预应力混凝土构件的预应力钢筋张拉时的实 际伸长值可采用以下公式计算: AL:—[Pc"(2-tcx-l,— tO)-II/Apx]"x(5) 2APEP 根据所计算出来的缓粘结试件管道摩擦损 失理论值,按式(5)算得缓粘结试件的预应力 钢筋理论总伸长量为33.2011"1111. 将缓粘结试件预应力钢筋的实测总伸长量如 表2与按式(5)计算的理论总伸长量为33.20111111 相比较,得出表4. 表4缓粘结试件实测与理论总伸长量比较 Table4Theprestressedreinforcementspecimen's comparisonofthetotalactualandtheroyelongationvalue 从表4可以看出,缓粘结试件预应力钢筋的 实测总伸长量比按式(5)计算的理论总伸长量小, 但相差不大,说明采用式(5)计算缓粘结预应力 钢筋的伸长量比按式(3)计算的要精确得多. 5结论 预应力钢筋的张拉伸长量的主要影响因素是 井冈山大学(自然科学版)85 预应力管道摩擦损失.通过将缓粘结预应力钢筋与 有粘结,无粘结预应力钢筋的实测伸长量进行对比[3】 与分析,也进一步验证了,缓粘结预应力钢筋的张 拉伸长量也需要考虑缓凝砂浆对预应力钢筋的粘[4] 滞力.因此,本文在现行规范对预应力钢筋张拉伸 长量的计算公式的基础上,提出了一条更适用于计【5】 算缓粘结预应力钢筋伸长量的公式 :— [Pe"(2-tcx-1.— tO)-II/Aex].x::2P L 为缓粘结预应力结构的试验研究和工程应用提 供参考.【8】 参考文献:【9】 【1】张建荣.缓粘结预应力连续梁预应力损失,张拉伸长量 的实验研究[D】.桂林:桂林理工大学'2011.[10] [2】熊学玉,黄鼎业.预应力工程设计施工手册口v|】.北京:中 国建筑工业出版社,2003:P3.11. 赵建昌,王起才.缓粘结预应力混凝土结构试验研究[J]. 铁道,2002,24(2):95. 严文清,兰林.一种新型预应力筋工艺——缓粘结预应 力筋[J].桥梁建设,1994,2:41--42. 卢志勇,李金根.缓粘结预应力混凝土简支梁试验受弯 裂缝研究[J].山西建筑,2007,33(2):64-65. 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