横张预应力混凝土结构构造要求及计算方法.pdf

江苏建筑 2 0 1 1 年第 3期( 总第 1 4 1 期 ) 横张预应力混凝土结构构造要求及计算方法 李传殿 邓祖华 ( 江苏省财政投资评审中心 ， 江苏南京2 1 0 0 0 0 ； 南京 建研建设 工程质 量安全 鉴定 有 限公 司 江 苏南 京 2 1 0 0 0 8 ) 【 摘 要】 文章简要介绍横张预应力混凝土结构的定义、 工艺特点及其构造要求， 同时概述了横张预应力结构关于受弯构 件 正截面承栽能力、 受弯构件斜截面承载能力及开裂弯矩的计算方法， 最后对横张预应力体系的应用进 行 了展望。 【 关键词】 横张预应力； 构造要求； 承载能力； 开裂弯矩 中图分类 - T U 3 7 8 1 文献标I R A【 文章编号】 l 0 0 5 6 2 7 O ( 2 0 l 1 ) 0 3 0 0 1 8 0 3 De t a i l i ng Re q ui r e me n t s a n d Ca l c u l a t i o n M e t h o ds o f Ho r i z o nt a l S t r e t c h i n g Pr e - s t r e s s e d Co n c r e t e St r u c t ur e L I C h u a n d i a n DE NG Z u h u a 2 ( 1 J i a n g s u P r o v i n c e F i n a n c i a l I n v e s t m e n t A s s e s s C e n t e r , N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 0 C h i n a ； 2 N a n j i n g J i a n y a n B u i l d i n g C o n s t r u c ti o n S e c u r i t y T e s t i n g C o ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 8 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e p a p e r s u mma r i z e s t h e d e fi n i t i o n ，t h e t e c h n i c a l c h a r a c t e ris t i c a n d t h e d e t a i l i n g r e q u i r e me n t s o f t h e h o ri z o n t al s t r e t c h i n g p r e - s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u r e I t p u t s f o r w a r d t h e c alc u l a t i o n me t h o d s a b o u t n o r ma l s e c t i o n b e a rin g c a p a c i t y， i n c l i n e d s e c t i o n b e a tin g c a p a c i t y a n d c r a c k i n g mo me n t o f t h e b e n d i n g me mb e r o f t h e h o riz o nt a l s t r e t c hi n g p r e-s t r e s s e d c o n c r e t e s t ru c t u r e At l a s t ， i t p r os p e c t s t h e a p p l i c a t i o n o f t h e h o riz o n t a l s t r e t c h i ng p r e - s t r e s s e d c o n c r e t e s t r uc t u r e Ke y wo r d s ：h o ri z o n t a l s t r e t c h i n g p r e - s t r e s s e d ； d e t a i l i n g r e q u i r e me n t s ； b e a rin g c a p a c i t y ； c r a c k i n g mo me n t 0前 言 横 张预应力混凝土结构是沿垂直 于预应力束的方向张 拉而获得预应力的混凝 土结构 。 其工艺特点【 I 】是改预留孔 道 为预留明槽 。 靠钢束 和混凝土的粘结来锚固 ， 改纵向张拉为 横向张拉 。 它是在综合先张法与后 张法预应力混凝土、 体外 束与体 内束预应力混凝土和有粘结与无粘结预应力混凝土 各 自优 势的基础上 。 提 出的新构想 ， 目前已应用于建筑结构 及桥梁结构 的加 固工程中。以下对横张预应力混凝土梁的 构造及计算特点进行阐述。 1 横张预应力混凝土梁的构 造要求 横 张预应力混凝土受弯构件沿梁轴向可分为粘结锚固 区段、 倾斜区段和平直 区段。 其中倾斜 区段的预留明槽为变 高度 ， 平直 区段 可以采用等截面。 在倾斜区段 和平直 区段的 交界处预留明槽 的底板中设 置张拉预 留孔 。 如图 1 所示 。 针对常见 的薄腹 T形粱和薄腹箱形梁应采取如下的构 造 措 施 ： ( 1 ) 后浇加劲横 隔板 薄腹 T形梁 和薄腹箱形梁在横张预应力束 的转角处必 须设置一道锁定预应力束位置的后浇加劲横 隔板 ，其余的 横隔板与常规梁相同 考虑 到横 向张拉预应力筋时的下行 需要 ， 这些横 隔板采用后浇混凝 土。 如后浇隔板要脱离先浇 腹板 ， 则应在叠合面两侧设置后穿钢筋 ， 该钢筋起到销栓作 用 。其构 造 要求 为 每个 加劲 横 隔板 中设 置直 径 不小 于 1 6 n l l n 、 数量不少于 4根的后穿横 向钢筋。 ( 2 ) 定位转 向钢板 在粘结锚固区段 和倾斜 区段的交界处应设置定位转向 钢板 。 钢板厚度取为 1 0 mm 一 3 0 mm 钢绞线数 多时取大值 ： 其上 每一个孔对应穿过一根钢 绞线 相邻孔 的净距不宜小 于 2 5 m i l l ； 在靠近倾 斜区段一侧 。 孔 口应设计倒角。 图 1 张 拉 预 留孔 【 收稿日 期 2 0 1 1 - 0 3 2 1 【 作者简介】 李 传 殿 ， 江 苏 省 财 政 投 资 评 审 中 心 ， 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年第 3 期 ( 总第 1 4 1 期 ) ( 3 ) 粘结锚同区段 的预应力筋锚 固长度 横张预应力梁中的预压力最终是依靠端部预应力筋与 混凝土之间的粘结力来实现的。梁锚固端的混凝土受到一 定 预加 力 ， 预 应力 的方 向受 到斜 置 区 段 预应 力 筋 的影 响 ， 所 以横张预应力梁锚同端的应力 比较复杂 ，应力分布很不均 匀， 除纵向力外 ， 还有横 向拉应力 的存在 ， 这使混凝 土有开 裂的可能。 所 以在粘结锚固区段 应该在预应力筋外侧各设 置 1 层以上的局部加强钢筋网 ， 钢筋直径可用 8 l 2 网 眼尺寸可取为 l 0 o m mx l 0 0 m m。 对于非光 圆钢筋锚固区中粘结应力沿钢筋的分布如 图 2所 示2 1 图 2非光 圆钢 筋 粘 结 应 力分 布 可见粘结应力峰值出现在加载端附近 仅在接近破坏 时 ， 应力峰值才有 明显的内移 。因此 ， 可 以通过构造措施来 保证预应 力筋的粘结锚固。 一般要求 1 2 0 d ， d为单根钢 绞线的公称直径。 2 横张预应 力混凝土梁的承载能力 2 1受弯构件正截面承载能力计算 由于横张预应力混凝土受弯构件按照预应力筋的布置 特点分为粘结锚固区段 、 倾斜区段和平直 区段 ， 所 以在进行 受弯正截面承载能力计算时 ， 要分段处理 。 ( 1 ) 粘结锚 固区段 ： 按普通钢筋混 凝土受弯构件计算 ， 不考虑预应力钢筋的影响 O p = 0 ( 1 ) 式 中 ： 预应 力 钢 筋 的应 力 值 。 ( 2 ) 倾斜 区段 ： 按预应力 混凝 土受弯构件计算 ， 并计入 预应力钢筋弯起后力臂和应力值变化的影响。 G E p e ( - 1 ) + c r p a ( 2 ) 式中 一预应力钢筋的抗拉强度设计 值； 一受弯构件受压边缘混凝土极限压应变 ； 口 一截面受压区矩形应力图高度与实际受压 区高度的 比值 ： 一 等效矩形应力 图的混凝土受压区高度 ： 一 计 算截 面预应力钢筋重心至受压边缘距离 ； 仃 预应 力钢筋合 力点处混凝 土法 向应 力等 于零 时 预应力钢筋的应力。 相关参数的取值 ， 参照 混凝土结构设计规范 和 公路 钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范 。 ( 3 ) 平直 区段 ： 按预应力 混凝土受 弯构件计算 预应力 钢筋的应力值取其抗 拉强度设计值 。 ( 3 ) 横 张预应力混凝 土受弯构 件在满 足一定 的构造要求 下 其抗弯强度与常规的预应力混凝 土受弯构件一致 ， 在所 有 的参考文献 中给 出的横张预应力受弯构件正截面强度计 算通用公式 ， 都是参考现行 公路钢筋混凝土及预应力钢筋 混凝 土桥 涵设 计规范 。在计 算翼缘位于受压 区的 T形 、 I 形截面或者箱形截面 ， 其正截面计算时 ， 主要分为第 一类 T 形截 面和第二类 T形截面来考虑 此处不再赘述。 2 2 受弯构件斜截面承载能力计算 目前对于横张预应力混凝土受弯构件其受弯构件抗 剪截 面限制条件以及不进行斜截 面抗剪承载力验算的条件 与常规预应力混凝土受弯构件基本一致 ， 可以参照 公路钢 筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范 的相关规定。 斜截面抗剪承载力验算公式与 公路钢筋混凝土及预 应力钢筋混凝土桥涵设计规范 中给出的公式形式相同 ， 只 是在横张预应力混凝土构件中， 由于三个 区段的存在 ， 使得 在计算时要分段进行 。 ( 1 ) 粘结锚 同区段 ： 此 区段 不考虑预应力作用 ， 按 照普 通钢筋混凝土受弯构件验算 r = = = 一 y o V d = o 5 1 0 b h o V( 2 + 0 6 p ) , , f o k P ( 4 ) ( 2 ) 倾斜区段 ： 按配有预应力弯起钢筋 的预应力混凝士 受弯构件验算 = = = 一 y o V d + I ，P b o 6 2 x 1 0 -ab h o V(2 + o 6 ) 、 ，k + o 7 5 x 1 0 。 A s i n 0 ( 5 ) ( 3 ) 平直区段 ： 按预应力混凝土受弯构件验算 r = = = 一 y oV d = 0 6 2 x 1 0 -3b h 0 V 2 + o 6 p ) 、 P (6 ) 3 横张预应力混凝土开裂弯矩及二次开裂弯矩计算 3 1 开裂弯矩的计算 目前在计算预应力混凝 土梁的开裂弯矩时通常采用的 是弹性理论 ，即假定 当混凝土受拉边缘的拉应变达到极限 拉应 变时开裂。 理论计算开裂弯矩按照 公路钢筋混凝土及 预应力钢筋混凝土桥涵设计规范 公式计算 ， 文献【 3 】 中对横 张预应力混凝土梁的荷载试验结果显示 ，实测开裂荷载与 理论计算 的开裂荷 载十分接近。 ( 口 k + 讥 ) ( 7 ) y = 2 S d Wo ( 8 ) 式 中 ： 一 梁受 拉 边 缘 的有 效 预 压 应 力 ； 一 混凝土抗拉强度标准值 ； 一 受拉 区混凝土塑性系数 ； S 厂 换算截面面积矩 ； 换算截面受拉边缘的抵抗矩 。 3 2 二次开裂弯矩 的计算 一 般在设计横张预应力混凝土梁时将其设计成全预应 力混凝土或部分预应力混凝土 A类构件 。所以当构件超载 时可能会开裂 ， 卸载时裂缝会闭合 ， 我们 比较关心 的是重新 开裂的荷载即二次开裂荷载的大小 。 根据 目前的研究 影响二次开裂弯矩的主要 因素有荷 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 1 年第 3期( 总第 1 4 1 期 ) 载的应力水平 、 预应力度 、 混凝土强度 截面尺寸以及配 筋率 p等 。 可以预见 ， 由于受拉区混凝 土抗拉强度的丧失以 及裂缝的开展导致裂缝面上存在骨料咬合的裂面效应 和受 压区混凝土塑性变形 ， 二次弯矩必定小于开裂弯矩 。 M ( 1 一 ) ( 9 ) 式 中： 。广 二次开裂弯矩 ； 埘 一克服抗拉强度 的丧失及裂面效应和混凝土 塑性 变形的弯矩 ： K 二次开裂弯矩折减 系数。 文献 3 1 中的试 验设 计是保持其他的影响 因素不 变 ， 折 减系数 随着预应力度 的变化而变化 。通过将试 验数 据一元线性回归 得到 a ； = 0 6 1 1 7 + 0 2 9 0 1 h ( 1 0 ) 该式反应 了预应力度越大 。二次开裂弯矩折减 系数越 大 ， 预应力梁的抗裂效果就越好 。 4展 望 横张预应力作为一种新型的预应力体系 有着传统预 应 力无 可比拟 的优点 ， 其施工安全 ， 设备简单 ， 适用范围广 ， 但 它仍存在诸如封锚 、 线形及新老混凝土结合问题 。 这给应 用带来 了一定的困难 ，不过随着工程实践 的丰富及实验数 据 的积 累， 可 以不断完善计算理论使之更符合实际。 参考文献 【 1 周志祥 ， 等 横张预 应力混凝土桥 梁探 索与 实践【 C 】 第 五届全 国预应力结构理论与工程应用学术会议 ( 论文集 ) ， 2 0 0 8 ， 3 5 ( 增刊) ： 3 2 1 3 2 5 【 2 郑升宝 横 张预应 力混凝土 粱抗剪性 能试验研 究【 D 重 庆 ： 重 庆 交通 学 院 2 o o 3 【 3 】 杨 勇 横 张预 应 力混凝 土粱抗 弯性 能试 验研 究【 D 】 重 庆： 重庆交通学院 2 0 0 3 4 1 J T G D 6 2 2 0 0 4 ， 公路钢 筋混凝 土及预 应力钢 筋混凝土 桥 涵设计规 范 s 1 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 4 【 5 】 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 S 】 q - 国建筑工业 出版社 2 o o 2 ( 上 接 第 1 4页 ) 的特色 ， 所有的金属百 叶都被木质的贴面材料所包裹 。 阳光 透过这些条状结构在墙 面上形成 了连续的光影图案 让 原 本单调的走廊顿时生机勃勃 ， 饶有趣 味。 2 4宁静 的安逸情感 喧嚣 的世界 。 已经过多的侵 占人们的生活 ， 面对复杂多 变的建筑功能和标新立异的建筑造型 。人们祈求的只是能 给予 内心宁静平和的场所。当光不再是直射状态下进入建 筑空 间里 。 而是进行了多种转化过滤 ， 这时候我们所感受到 的是 已经 脱离光原有的色彩 、 光亮 。 而达 到柔与美的意境 。 给予人心灵一种静 的享受。 这体 现在 13 本传统茶室建筑 ( 图 6 ) 中， “ 空 间仅仅 是以 撑张在木框之 间的纸张进行分隔 。 当光透过这种分 隔时 在 室内静静的散开 ， 与黑暗混合在一起 ， 形成 了一种退晕的安 逸意境 ， 这种精致的变化将空 间带入 了一种精妙 的存在 。 ” 3结 语 现代科学技术的发展。已经使得建筑设 计达到了一个 很高 的程度 当我们沉浸于形形色色的技术层 面时 ， 我们是 否忘记 了我们 内心 我们需要从建筑获取什么。有 的时候 。 当我们静下来心来 仔细的去看看我们周边的建筑 ， 惊讶的 发展物质需求已经 占据 了我们的世界 。而我们希望从中寻 求时， 发现已经很难与之达到一种共鸣。 其实最简单 的也就 图 6日本传统茶室 是最纯朴的， 对于建筑设计来说 ， 我们不缺乏获取建筑艺术 的条件， 只是我们忘记 了或者说 已经丢弃 了某种 思考方式。 参考文献 【 1 】 王建国 ， 张彤 安藤忠雄【 M】 北京 ： 中国建筑工 业 出版 社 1 9 9 9 【 2 】 李大夏 路 易 康【 M 。 北京： 中国建筑工业 出版社， 1 9 9 3 3 戴志 中， 蒋珂 ， 卢 昕 光与建 筑 M 】 济 南： 山 东科 学技 术 出版 社 2 O o 4 4 黄健敏 阅读贝聿铭 M】 中国计划 出版社 ， 1 9 9 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m