缓粘结预应力混凝土结构试验研究 - 结构理论

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1、缓粘结预应力混凝土结构试验研究-结构理论缓粘结预应力混凝土结构试验研究赵建昌王起才摘　要:通过缓粘结预应力混凝土受弯构件实验研究,给出了不同龄期下张拉预应力筋所需克服的摩阻力范围,从开裂弯矩、极限弯矩、裂缝形式和荷载2挠度曲线等各个方面,把缓粘结预应力构件与传统的后张法(有粘结、无粘结)预应力构件进行了对比分析,得出缓粘结预应力构件在张拉两个月后,其工作性能可等同于有粘结预应力构件的结论,为缓粘结预应力体系设计提供了依据。关键词:缓粘结;预应力混凝土梁;实验研究;张拉摩阻力;工作性能预应力混凝土

2、体系按设计和施工方法不同可分为两大类,即先张法和后张法。在后张法中,按预应力筋与混凝土之间有无粘结又可分为无粘结和有粘结。在无粘结预应力体系中,预应力筋的布置具有灵活方便,无成孔和灌浆等烦琐和复杂的施工工序,一出现就受到工程界的广泛重视,并得到大量使用,但由于无粘结预应力筋在工作中所受的预应力几乎处处相等,易造成预应力筋和锚具疲劳问题,同时还存在受拉区混凝土裂缝数量少,宽度大,易使预应力筋锈蚀和强度利用率低的缺点。而有粘结预应力体系克服了无粘结预应力体系在工作中表现出来的问题和缺点,但施工工艺要

3、求的预留孔道和孔道灌浆等过程,造成施工干扰大,孔道灌浆堵塞以及成孔后在灌浆前和灌浆中易形成月牙槽,降低灌浆材料与预应力筋的粘结,同时也易造成预应力筋锈蚀等问题。这两种预应力体系既有优点,也有自身难以克服的缺点,如何把二者相结合,扬长避短,发挥各自优势是预应力混凝土研究者一直在探索问题。铁道第一勘察设计院预应力技术开发中心在总结多年预应力混凝土结构设计和施工实践的基础上,与兰州铁道学院合作,提出了一种新型预应力混凝土体系——缓粘结预应力体系,即不预留孔道,不需孔道灌浆,施工时与无粘结体系一样,而在

4、施工完成后,靠包裹于预应力筋上的缓凝砂浆随时间延长而逐渐凝结硬化达到与有粘结预应力筋体系几乎完全相同的效果。缓粘结预应力体系的优点是显而易见的,但是在应用中,由于缺乏系统的结构试验,设计者主要参考后张法有粘结预应力构件的有关参数和设计方法,这种做法是否恰当是设计者普遍关心的问题。本文通过缓粘结预应力混凝土受弯构件试验研究,给出了不同龄期下张拉预应力筋所需克服的摩阻力的范围,从开裂弯矩、极限弯矩、裂缝形式和荷载2挠度曲线等各个方面,把缓粘结预应力构件与传统的后张法(有粘结、无粘结)预应力构件进行了

5、对比分析,得出了缓粘结预应力构件在张拉两个月后,其工作性能与有粘结预应力构件几乎一样的结论,为缓粘结预应力体系设计提供了依据。1　实验简介1.1　实验方案根据实验目的,考虑张拉时现场可能出现的情况,将张拉时间分为10d、15d、20d、25d共计4个时段。预应力配筋方式分为直线筋和曲线筋两种。在直线配筋方式中,考虑预应力筋张拉完成后,构件可能经历的3种环境,即(1)张拉后,不久就被搬运;(2)缓凝砂浆未达设计强度就承受荷载;(3)缓凝砂浆达到设计强度后,才承受荷载。为了使缓粘结预应力构件的工作性

6、能与无粘结预应力试件和有粘结预应力构件的工作性能有一个对比,各安排两组无粘结预应力构件和有粘结预应力构件。无粘结预应力筋采用在预应力筋表面涂一层黄油后再套上波纹管的方法;有粘结预应力试件采用先预留孔洞,等混凝土强度达到100%时,张拉预应力筋,再孔道灌浆的传统方法,为了进一步考察缓凝砂浆结硬后,与混凝土和预应力筋是否达到牢靠粘结、共同变形的要求,采用加载试验完成后,劈开试件,肉眼直接观察的方法并取样测定其强度。试验具体方案见表1,共计20个试件。1.2　试件制作采用C40混凝土,配合比为水泥∶砂

7、∶石=1∶1.37∶2.73。水泥采用硅酸盐水泥,碎卵石粒径为0.5～2.0cm,直线配筋试件如图1,曲线配筋试件如图2。钢模自然养护,缓凝砂浆30d后逐渐硬化,3个月后最终硬化,其抗压强度达30MPa。试件制作的同时,每一试件分别留150mm×150mm×150mm的立方体试块和3个100mm×100mm×300mm的棱柱体试块,预应力钢绞线也分别留有试样,以便测其材性;缓凝砂浆留试块,以便测定缓凝砂浆的性质和最终的强度。图1　直线配筋试件图2　曲线配筋试件1.3　预应力筋的张拉严格按试验安排

8、的张拉时间进行,张拉时观察张拉端和非张拉端应力传感器变化。以非张拉端传感器有反映作为预应力筋被拉动,即静摩阻力被克服为标志。然后再分级张拉。张拉油压分级为5.5、11、16、22、27、30、32MPa及锚固共8级,并分别记录张拉端和非张拉端应力传感器的应变读数。1.4　试件支座安装及加载试验时支座及加载装置和仪器布置如图3。试件就位,后用水准仪观察调整支座的水平度,尽可能使二者位于同一水平线。采用油压千斤顶加载,以5kN分级加载,每级荷载间的时间间隔为5min,加载时注意观察裂缝出现和发展的情