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        預應力直線筋錨固損失設計計算方法的探討
        發布日期:2018/2/6 10:30:44


        1          引言

        預應力結構設計時通常按照規范公式計算直線筋的錨固損失,忽略反向摩阻力的影響,錨固損失沿預應力筋全長平均分布,然而實際情況并非如此,直線預應力筋越長,計算誤差越大,嚴重低估了張拉端處的錨固損失值,偏于不安全,因此有必要對規范公式進行深入探討。

        直線形的有粘結預應力筋通常用于懸挑梁、橋面板橫向束等結構中,長度一般在10m左右,考慮到有粘結預應力筋的k值很。0.0015),按照規范公式計算的錨固損失誤差不大,因此采用《混凝土結構設計規范》中給出的公式計算預應力直線筋的錨固損失值σl1基本能滿足工程設計精度需要。然而近年來,越來越多的超長結構中采用了無粘結預應力直線筋(k值為0.004),用來控制超長結構混凝土的收縮和溫度引起的裂縫,此時再照搬采用《混凝土結構設計規范》中給出的公式,忽略反向摩阻力的影響,將錨固損失在預應力筋全長平均分布來近似計算預應力直線筋的錨固損失值σl1,將造成較大的偏差,使得結構偏于不安全。

         

        1         錨固損失計算方法分析

        《混凝土結構設計規范》等現行規范中對于預應力直線筋的錨固損失值σl1計算公式:

         

         

        從此公式可以看出:a值一定時,σl1l值增大而減小,且沿預應力筋全長平均分布,式中沒有考慮反向摩阻力的影響,即假設了反向摩擦影響長度lf(錨口A至預應力筋內縮不動點S的距離)無窮大。

        順便指出:對于目前最常用的夾片式錨具(用于夾持φ15.2鋼絞線),2002規范將內縮值從5mm調整為68mm,而筆者認為,采用不頂壓的限位張拉技術,預應力筋內縮8mm仍是保守數字,因此設計時應取a8mm計算錨固損失。

        下面以30m長的無粘結預應力直線筋為例,計算錨固損失σl1

         

        可見,考慮反向摩阻力影響后的精確解與規范公式的0近似解相差3%,兩種算法的錨口處錨固損失值σl1約為13σcon,是不考慮反向摩阻力的3.47倍,由此易知:預應力筋越長,其值誤差越大。筆者認為,預應力直線筋的錨固損失計算必須考慮反向摩阻力的影響,并可按以下公式計算:

        反向摩擦影響長度lf對于相同特性的無粘結預應力直線筋來說,基本上是個常量?梢哉J為,長度大于16.74m(與參數σcon ,a,k相關)的無粘結直線筋的張拉端處的錨固損失是個常量,而錨固端不需要考慮錨固損失。

        剩下的問題是,預應力筋長度小于16.74m時,如何計算任意截面處的錨固損失?

        由于預應力筋的內縮量a一定,與預應力筋長度無關,其錨固損失總量不會變化,只是分布情況有所不同。對于預應力筋長度小于反向摩擦影響長度lf的情況,可以假設不動點S消失在預應力筋錨固端的延長線上。設張拉端錨固損失σl1A,錨固端錨固損失σl1B,則有:

        σl1A+σl1B*l/2aES                                  

        σl1A* eklσl1B                                      5

         

        解此方程組即可得到預應力筋兩端的錨固損失值,結合摩擦損失曲線后可畫出短束預應力筋應力分布圖:

         1         預應力直線筋一端張拉長度的適宜值

        《無粘結預應力混凝土結構技術規程》(JGJ92-2004)規定:當無粘結預應力筋長度超過30m時,宜采用兩端張拉;當筋長超過60m時,宜采取分段張拉和錨固!豆窐蚝┕ぜ夹g規范》(JTJ0412000)規定:對于曲線預應力筋或長度大于等于25m的直線預應力筋,宜在兩端張拉;對于長度小于25m的直線預應力筋,可以單端張拉。

        預應力筋的張拉長度、分段長度是根據預應力筋的應力分布決定的,應由計算確定。實際工程應用中,一個相對準確的參考值可避免重復計算。本文認為,規范給出的參考值,仍較籠統,有必要對無粘結預應力直線筋的張拉長度給出直接的規定。

        以下是對一端張拉的無粘結預應力直線筋的預應力分布情況的對比計算:

         

        預應力筋長度

        應力分布(N/mm2

        錨固損失(N/mm2

        m

        張拉端

        中間

        錨固端

        張拉端

        中間

        固定端

        2

        611.9

        609.4

        607.0

        783.1

        780.0

        776.9

        5

        1079.9

        1069.1

        1058.5

        315.1

        312.0

        308.9

        10

        1235.9

        1211.4

        1187.4

        159.1

        156.0

        152.9

        15

        1287.9

        1249.8

        1212.9

        107.1

        104.0

        100.9

        16.4

        1208.2

        1253.2

        1306.4

        186.8

        96.8

        0.0

        20

        1208.2

        1262.9

        1287.7

        186.8

        77.4

        0.0

        25

        1208.2

        1276.2

        1262.2

        186.8

        50.7

        0.0

        30

        1208.2

        1289.4

        1237.3

        186.8

        24.3

        0.0

        40

        1208.2

        1287.7

        1188.7

        186.8

        0.0

        0.0

        50

        1208.2

        1262.2

        1142.1

        186.8

        0.0

        0.0

        60

        1208.2

        1237.3

        1097.3

        186.8

        0.0

        0.0

        70

        1208.2

        1212.8

        1054.3

        186.8

        0.0

        0.0

        80

        1208.2

        1188.7

        1013.0

        186.8

        0.0

        0.0

         

        上表中的預應力筋應力分布情況按本文中的式(2)(3)(4)(5)計算,其中σcon1395 N/mm2,k0.004。

        從計算來看,長度在32.8m以上的無粘結預應力直線筋采用兩端張拉的應力較均勻,同時應該看到,60m以下長度一端張拉時,錨固端的應力值還是較高的,結合經濟成本、施工便利等因素,本文提出:無粘結預應力直線筋宜采用一段張拉,當筋長超過60m時,宜采取分段張拉和錨固。 

         2         結語

        3.1對長度較大的(16.4m以上)無粘結預應力直線筋,錨固損失計算應考慮反向摩擦影響,按照規范方法沿全長平均分布,誤差很大。

        3.2對長度較小的(16.4m以下)無粘結預應力直線筋,提出了精確計算公式,但與平均分布法偏差不大。

        3.3極短的(5m以下)預應力筋錨固損失極大,應采用頂壓張拉技術予以解決。

        3.4雖然直線預應力筋長度在32.8m以上時兩端張拉應力更為均勻,但在60m以內與一端張拉相比偏差較小,因此本文提出:無粘結預應力直線筋宜采用一段張拉,當筋長超過60m時,宜采取分段張拉和錨固。

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