缓黏结预应力混凝土连续梁张拉摩阻力试验及浅析.pdf

2 0 1 0 年 第 7期 (总 第 2 4 9 期 J Nu mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 1 7 缓黏结预应力混凝土连续梁张拉摩阻力试验及浅析 付强 ，舒竹柏 ，周 红梅 ，刘婷 ( 1 桂林理 工大学 土木与建筑工程学 院，广西 桂林 5 4 1 0 0 4 ；2 广西柳 州欧维姆机械股份有限公 司，广西 柳 州 5 4 5 0 0 5 ) 摘要： 缓黏结预应力混凝土是一种新型预应力体系， 在工程设计中， 其张拉摩阻力如何取值是工程技术人员一直感到困惑的问题。本 文基于 4 根缓黏结预应力混凝土两跨连续梁的受弯试验研究， 提出测试张拉摩阻力效应的方法， 给出了采用后张法一端张拉时， 3 0 d 左右 龄期的缓黏结预应力梁折线型预应力钢绞线所需克服的摩阻力范围， 其中摩阻力平均值为 9 7 8 k N m， 摩阻力范围为 7 3 2 1 1 0 2 k N m， 为 设计缓黏结预应力连续受弯构件时， 考虑摩阻力的效应提供参考数据。 关键词 ： 缓黏结 预应力混凝土 ；连续梁 ；试验研究 ；摩阻力 中图分类号 ： T U5 2 8 叭 文献标 志码： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 5 1 0 3 Br i e f a na l ys i s an d e x per i men t al s t ud y on t he s t r e t c hi ng f r i c t i on o f r e t ar d -bond ed pr e s t r e s s e d c on c r e t e c on t i nuou s b ea m F UQi a n g S HUZ h u b n i Z HOUHo n g - me i 2 , L T i n g ( 1 C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， Gu i l i nUn i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y ， G u i l i n 5 4 1 0 0 4， C h i n a ； 2 L i u z h o u OV M Ma c h i n e r y C o ， L t d ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 5 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Re t a r d b o n d e d p r e s tr e s s e d c o n c r e t e i s a n e w p r e tre s s e d s y s t e mAn d e n g i n e e r s a l wa ys fin d i t ha r d t o d e c i d e t h e n u me r i c a l v a lue o f s t r e t c hing f r i c t i o n i n e n g i n e e rin g d e s i g n On t h e ba s i s o f e x p e r i me n t a l s t u d y o n b e n di n g th e 4 r e t a r d - b o n d e d p r e s t r e s s e d c o n c r e t wo s pa n c o n t i n u o u s b e a m ， t h e m e t h o d o f me a s u r i n g s t r e t c h i n g f r i c t i o n i s p r o p os e d， a n d t h e r a n g e o f fi i c t i o n r e s i s t a n c e wh i c h n e e d s t o b e o v e r c o me b y 3 0 d a y c u r i n g a g e d r e t a r d b o n d e d p r e s tr e s s e d b e a m a n d f ol e d l i n e a rp r e s t r e s s e d s tra nd i s p r e s e nt ed ： t h e a v e r a g e v a l u e o fs t r e t c hi n g f r i c t i o n i s 9 7 8 k N m ， an d t h e r a n g e s t r e t c h i n g fr i c t i o n i s f r o m 7 3 2 k N m t o 1 1 0 2 k N mTh e c o n c l u s i o n o ft h i s p a p e r C an pr o v i d e r e f e r e n c e s f o r e n g i ne e r s i n d e s i g ni n g r e t a r d b o n d e d p r e s t r e s s e d c o n c r e t e fle x u r a l me mbe r s Keywor ds ： r e t a r d b o n d e dp r e s tre s s e d c o n c r e t e； c o n t i n u o us b e am； e x p e r i me n t a l s tud y； the s t r e t c h i n gfri c t i o n 0 引言 后张法有黏结预应力混凝土结构由于灌浆不密实， 而导致 预应力钢筋锈蚀、 构件断裂的事故时有发生， 特别在桥梁中。 缓 黏结预应力混凝土结构的出现， 这一问题便得到了解决。 缓黏 结预应力混凝土是在预应力筋表面用塑料布或塑料管包裹一 种特殊介质( 缓黏结剂 ) 即缓黏结砂浆或缓黏结环氧树脂 ， 然后 将包裹有缓黏结剂的预应力筋按设计布置就位， 一同与其他非 预应力钢筋绑扎， 浇筑混凝土， 待养护到强度达到设计强度等 级的 7 5 1 0 0 后 ， 张拉预应力钢筋。 此 时缓黏结剂 尚未硬化 ， 钢筋与包裹于其周围的介质没有黏结作用， 形同无黏结预应力 ， 张拉完成后 ， 缓黏结剂开始硬化， 使预应力钢筋与混凝土牢牢 地黏结在一起， 达到与有黏结预应力相同的效果 1_ ， 因此， 缓黏 结预应力混凝土体系通过缓凝材料把后张法中的无黏结体系 和有黏结体系相结合 ， 取长补短， 发挥各 自优势。 目前在工程中， 缓黏结预应力混凝土这种新型预应力体系 一 般都是按照后张有黏结预应力体系进行设计的， 但其预应力 损失如何取值则是工程技术人员的一直感到困惑的问题。 影响预应力损失大小的因素很多， 其中预应力筋与管壁问 的摩擦损失， 即 在整个预应力损失中占有较大部分。因此， 准确计算预应力摩擦损失是全部预应力损失估算的关键。 后张有黏结预应力混凝土构件张拉时， 由于力筋与管道壁 接触并沿管道滑动而产生摩擦阻力 ， 摩阻损失可分为弯道影响 和管道走动影响两部分。理论上讲 ， 直线管道无摩擦损失， 但管 道在施工时因震动等原因走动而变成波形 ， 并非理想顺直， 加之 力筋因自重而下垂， 力筋与管道实际上有接触， 故当有相对滑动 时就会产生摩阻力 ， 此项称为管道走动影响( 或偏差影响、 长度 影响) 。对于管道弯转影响， 除了管道走动影响之外， 还有力筋对 管道内壁的径向压力所产生的摩阻力， 该部分称为弯道影响， 随 力筋弯曲角度的增加而增大。直线管道的摩阻损失较小， 而曲线 管道的摩擦损失由两部分影响组成， 因此比直线管道大得多目 。 现行 混凝土结构设计规范 中摩擦损失中的摩擦系数取值 来源于直线梁的统计， 是否可直接用于折线梁， 值得商榷 。 而且该 摩擦系数取值主要针对后张有黏结预应力混凝土构件。 因此， 对于 跨度较长的空间折线缓黏结预应力梁来说，有关预应力损失的估 算似乎并不十分可靠。 目前， 国内针对缓黏结预应力混凝土构件和 结构的试验还不多， 特别是折线型预应力筋的连续受弯构件的 试验研究鲜有文献报道。本试验通过 4根两跨缓黏结预应力连 续受弯构件的试验研究， 分析摩阻力的合理取值范围， 旨在为 实际工程考虑摩阻力效应提供参考数据。 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 - 0 9 基金项目： 广西自然科学基金项目( 桂科自 0 8 3 3 2 5 5 ) ； 广西重点实验室基金( 桂科能0 7 1 O 9 o 0 5 1 6 ) ； 桂林市科学研究与技术开发项目( 2 0 0 8 0 6 1 7 、 2 0 0 9 0 4 0 8 ) 51 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 缓黏结预应力混凝土连续 梁弯曲试验 试验的主要 目的是通过缓黏结预应力连续梁和同条件 的有黏 结及无 黏结预 应力 连续梁 的对 比试验 ， 分 析 总结缓黏 结连续梁的受弯性能。 共设计 了 6根两跨连续梁， 其中 4根 为缓黏结预应力混凝土连续梁 ， 1 根有黏结预应力混凝土连 续梁， 1 根无黏结预应力混凝土连续梁 ， 具体如表 1 所示。试 件长 6 2 0 0 I n l n， 跨度 3 0 0 0 iT U T I ， 断面尺寸 1 5 0 m mx 2 5 0 l l l n l ( 如图 1 、 2 ) ， 混凝土强度等级实测值 3 9 7 7 MP a ， 两端采用柳 州欧维姆公司夹片式锚具， 预应力钢绞线直径为 1 5 2 i n l l l ， 强 度标准值 d (= 1 8 6 0 MP a ， 钢绞线上涂敷缓黏结环氧树脂后套 上塑料波纹管制成缓黏结预应力筋 ， 其缓凝剂完全硬化时间 为 3个月。力筋线型为折线型 ( 见表 2 ) ， 每根梁需要设置 5 个转 向块 。 表 1 预应力混凝士试件设计表 A I I r- l 广 1 2 广 D l 广 G I t l l l l 州搠下 丌 l l I I l l I I I l l I I 士 l l 1 B l l 2 C ； E l LF 。 I 【l 1 0 00 l 1 00 0 1 0 0 0 I 1 0 00 l 1 00 0 l l 6o o o l l 图 1 梁 配筋 图( 单位 ： mm) l l 22 图 2 梁断面图( 单位 ： mm) 表 2 预应 力筋转 向折点角度表 拉端和锚固端应力传感器数值的变化。以锚固端传感器是否有 反应作为预应力筋是否被拉动， 即静摩阻力被克服为标志， 然后 再分级张拉。分级张拉时油泵压力表读数应在克服静摩阻力所 1 0 0 对应读数的基础上分别加 4 1 ( 标定数据) 、 8 2 、 1 2 3 、 1 6 4 、 2 0 5 、 1 O O 2 4 6 、 2 8 7 、 3 2 8 、 3 6 9 、 4 1 0 MP a 等 1 0级 ， 并分别记录分级张拉时 张拉端和锚固端应力传感器的应力变化读数。以张拉端传感器 读得的张拉力减去锚固端传感器读得的张拉力再除以试件长 度， 就可以计算出单位长度动摩阻力 。 本试验测试方法与常规测试方法比较， 其主要特点如下： 折点编号 A G B F C E D 折点 、一 角度 1 7 7 。 2 张拉摩阻力 2 1测 试 方 法 张拉控制应力取值为： O co n = 0 0 7 x l 8 6 0 = 1 3 0 2 MP a ， 预 应力张拉控制力： A 0 7 1 8 6 0 x 1 4 0 = 1 8 2 k N。 张拉设备经 标定得出了油泵压力与千斤顶张拉力 的线性关 系 ， 从而能在试 验中更为准确地控制好张拉力。 本试验采用一端张拉方式， 并分级张拉， 预张拉的张拉力为 1 0 F , ， 然后分十级， 以每级 1 0 F 的张拉力进行张拉， 每级张拉 后均测量预应力筋的伸长值， 并随时检查伸长值与理论计算值 的偏差， 通过这样的校核可以反映张拉力是否足够、 孔道摩阻是 否偏大以及预应力筋是否有异常现象等。 ( 1 ) 测试原理正确， 钢垫板的圆孔直径 、 穿心式压力传感器 的直径等大于预应力筋所在管道直径 ， 这样可使力筋以直线形 式穿过钢垫板 和压力传感器 ， 力筋与二者没有接触 ， 保证 了管道 摩 阻损失测试的正确性 。而常规测试中所测摩阻力包括了钢垫 板的摩阻力， 测试操作上存在缺陷。 ( 2 ) 数据准确可靠， 采用穿心式压力传感器提高了测试数 据的可靠性和准确性， 不再依靠张拉千斤顶油表读取数据， 千斤 顶油表数据仅用作对比校核。 ( 3 ) 安装简单， 拆卸方便。锚固端千斤顶贯穿于试验的整个 过程， 主要用于退锚， 同时可以反复使用穿心式压力传感器。 实 测前先将千斤顶内工作锚卸除， 实测时预先将千斤顶油缸略加 顶出 6 0 i n i n左右 ， 待试验梁加载完毕， 用油泵使固定端千斤顶 回程 ， 并将锚具中的夹片拆卸出来 ， 最后拆卸张拉端锚具中的 夹片， 从而使预应力筋完全卸力 ， 达到退锚目的。 2 2张拉摩 阻力 由于试验条件所限， 所有试件不能同时进行张拉。实际上在 试件养护到 2 8 d时， 开始张拉第一组试件 ， 3 2 d时， 张拉第二组 试件 ， 从张拉 H N1 1开始到最后张拉完 H N2 2 ， 前后间隔了一 周左右时间，其中第一组 H N1 1 、 H N1 2 试件在前 4 d内张拉完 毕， 而第二组 H N 2 1 、 H N2 2 试件则在后3 d内张拉完毕。 因此， 随 着时间的推移， 从理论上分析， 第二组缓黏结试件的摩阻力应该比 张拉时间严格按试验计划进行， 开始张拉时应注意观察张 第一组缓黏结试件的摩阻力大一些。实测数据详见表 3 。 表 3 缓黏结预应力连续梁张拉摩 阻力 k N m 5 2 1 l _ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 从表 3横向数据中可知， 第一组试件中H N1 1 的张拉动摩阻 力为 9 2 7 k N m， HN1 2的张拉动摩阻力为 8 7 6 k N m， 容易看出 同组试件的张拉摩阻力很接近， 同理第二组的两根试件张拉动摩 阻力也很接近， 而从两组对比来看， 第二组试件的摩阻力比第一组 的摩阻力要大一些， 这是符合之前理论分析的。由表 3的横向数 据， 单位长度动摩阻力取值范围为 8 7 6 1 1 0 2 k N m， 从纵向数据 看， 单位长度动摩阻力取值范围则为 7 3 2 1 0 9 7 k N m， 取值范围 与横向数据是很接近的。由此可以得出， 在龄期为 3 0 d 左右张拉 缓黏结预应力混凝土两跨连续梁中折线型钢绞线时， 其单位长度 动摩阻力取值范围为 7 3 2 1 1 0 2 k N m比较合适。 把两组试件 4 根 梁的摩阻力数据绘制图 3 ， 第二组试件的摩阻力总体上要比第一 组的摩阻力大一些， 同时 4根试件在每级张拉后所得动摩阻力虽 有上下波动， 但都是围绕着平均值波动的， 且总体上保持稳定。 张拉 级数 段 图 3各试件各级动摩 阻力图 从单位长度动摩阻力数据取值范围来看， 龄期为 3 0 d左右 时， 动摩阻力偏大， 分析原因其一是由于龄期较长， 导致缓凝材 料对钢绞线的黏附力越来越大； 其二是预应力筋线型是有 5个 折点的折线型， 预应力筋与管道之间的摩擦较大。结合工程实 际隋况， 所取张拉时间及预应力筋线型应该是比较实用可行的。 3结论 ( 1 ) 基于缓黏结预应力混凝土两跨连续梁受弯试验， 得出了采 上接第 5 0页 用后张法一端张拉时， 3 0 d 左右龄期的缓黏结预应力梁内折线型 预直力钢绞线所需克服的摩阻力平均值及摩阻力范围， 其中摩阻力 平均值为9 7 8 k N m， 取值范围为7 3 2 1 1 0 2 k N m， 为在设计缓黏 结预应力连续受弯构件时， 考虑摩阻力的效应提供了参考数据。 ( 2 ) 延伸的张拉端线形应尽量平缓， 即减小张拉端延长段 的包角， 否则累积摩擦损失将过大。另外， 为减小端部的摩擦损 失， 建议张拉端延长段采用大一号的波纹管。 ( 3 ) 试验中 4 根缓黏结预应力混凝土构件中预应力筋的张 拉为同一龄期 ， 且龄期与工程实际基本吻合。 但由于条件所限， 试件在其他龄期时的张拉摩阻力未能测试， 无法系统地摸索张 拉摩阻力随龄期变化的趋势； 同时， 相对于实际工程， 试验中所 用试件每跨跨度仅为 3 0 r f l ， 跨度偏小， 摩阻力相应也会偏小 ， 而且试件数量太少， 本试验结论有一定的局限性。 致谢 ： 在试验和 写作过程 中得 到 了桂林理 工大学教授 金凌 志、 副教授 曹霞、 唐爱华、 张敏 ， 广西柳州欧维姆机械股份有限 公 司高级 工程师 朱万旭 ， 广西建科 院 高级 工程 师邓 宁， 桂 林理 工大学研 究生段淑芬、 杨惠贤、 张建荣、 万晓明、 谢旦等的大力 支持、 指导和帮助， 在此表示崇高的敬意和衷心感谢! 参考文献 ： 1 宋玉普 新型预应力混凝土结构 M 北京： 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ： 2 6 9 2 8 4 2 何加江， 王军文， 等 后张预应力混凝土梁管道摩阻测试研究 J 1 _石家 庄铁道学院学报， 2 0 0 8 ， 2 1 ( 3 ) 3 胡光祥， 陈东杰， 等 空间曲线预应力束摩擦损失的测试和摩擦系数 反演l J 1 建筑科学， 2 0 0 4 ， 2 0 ( 5 ) 4 赵建昌， 王起才 缓黏结预应力混凝土结构试验研究I J J 铁道学报 ， 2 0 0 2 ， 2 4 ( 2 ) ： 9 5 9 9 作者简介： 付强( 1 9 6 3 一 ) ， 女， 副教授， 研究方向： 结构工程及加固。 单位地址： 广西桂林市建干路 1 2 号 桂林理工大学士建学院( 5 4 1 0 0 4 ) 联 系电话 ： 0 7 7 3 5 8 9 6 8 4 6 仃= OM P a d=1 8 01 M P a ：1 9 6 9MPa d= 2 0 0 3MPa 图 4 混凝 土 GT扫描图【 差异越小； 加载速率越大， 混凝土内部出现宏观裂纹时的应变 越小 ， 对应的损伤值也相应越小。 ( 3 ) 普通混凝土加载速率越高， 裂缝发展越快 ， 损伤程度也 会随应变速率的提高而增加。 ( 4 ) 钢纤维混凝土在加载初始阶段 ， 混凝土中仅有微观裂 纹 ， 不同加载速率下， 损伤发展趋势一致 ； 在峰值应变后应变速 率越高， 裂纹扩展和贯穿的速度越快， 损伤程度也越大。 参考文献 ： 【 1 】D O U G I L L J W， e t a 1 Me e h a n i e s i n E n g J AS C E， E MD ， 1 9 7 6 ( 1 0 2 ) ： 3 3 3 3 3 5 2 彭刚， 刘德富， 戴会超 钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研 究 J 】 工程力学， 2 0 0 9 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 4 2 1 4 7 【 3 3 焦楚杰， 孙伟 ， 高培正钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系【 J 东 南大学学报， 2 0 0 7 ， 7 ( 5 ) ： 8 9 2 8 9 7 4 】 王春来 ， 徐必根， 李庶林 ， 等 单轴受压状态下钢纤维混凝土损伤本 构模型研究【 J J 岩土力学， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 1 ) ： 1 5 1 1 5 4 【 5 】 宋玉普， 赵国藩， 彭放 ， 等 冈 纤维混凝土的内时损伤本构模型 J 水 利学报， 1 9 9 5 ( 6 ) ： 1 - 7 6 】 丁发兴， 余志武， 欧进萍混凝土单轴受力损伤本构模型f J J 长安大学 学报， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 7 0 7 3 7 J G J 5 5 -2 0 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程 s 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 1 8 J G T 3 0 4 6 -1 9 9 9 ， 钢纤维混凝土i s 北京： 中国标准出版社， 1 9 9 9 9 C E C S 1 3 ： 8 9 ， 钢纤维混凝土试验方法【 s 北京 ： 中国计划出版社， 1 9 9 6 1 O 】 于海祥， 武建华， 李强 维损伤变量的合理定义方法 J 】 重庆大学学 报 ， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 1 2 6 1 1 2 6 6 1 1 】 余志武 ， 丁发兴j 昆 凝土受压力学性能统一计算方法 J 1 _ 建筑结构学 报， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 4 ) ： 4 1 4 6 【 1 2 佃 威， 党发宁， 梁昕宇， 等 混凝土单轴压缩下细观损伤特性的 c T研 究叨 试验力学 ， 2 0 0 9 ， 2 4 ( 3 ) ： 1 8 4 1 9 0 作者简介： 壬乾峰( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 硕士 ， 主要从事混凝土材料力学性能 与结构抗震方面的研究。 单位地址 ： 湖北省宜昌市大学路 8 号 三峡大学土木与建筑学院 ( 4 4 3 0 0 2 ) 联系电话 ： 1 3 4 8 7 2 7 8 4 6 1 5 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m