混凝土强度对中强螺旋肋钢丝预应力空心板延性的影响.pdf

2 0 1 0 年 第 1期 (总 第 2 4 3 期 ) Nu mb 1 i n 2 0 1 0( To t a l No2 4 3) 混 凝 土 Co n c r e t e 混凝土制品 C0NCRETE PRODUCTS 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 1 0 3 5 混凝土强度对中强螺旋肋钢丝预应力空心板 延性的影响 崔秀琴 ，赵华玮 ，吕世革 s ( 1 武汉理 工大学 土木工程 与建筑学院 ，湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ；2 焦作大学 土木建筑工程学 院，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 3 焦作市科正建设工程造价咨询公司 ，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ) 摘要 ： 运用受弯构件全过程数值分析计算程序 ， 在预应力 混凝土空心板截 面尺寸及荷载形式相同 ， 配筋率 、 跨 高比 、 张拉控制应力 、 钢 筋强度等参数不变的情况下 ， 改变混凝土强度 ， 对 中强螺旋肋 钢丝 预应力混凝土空心板进行受力全过程 的数 值分析 ， 即采用数值分析方 法 ， 探讨了混凝土强度对中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板延性 的影响。 关键词 ： 混凝土强度 ；中强螺旋肋钢丝 ；预应力混凝土空心板；延性破坏 中图分类号 ： T U5 2 8 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 1 1 2 0 2 I n f l u en c e o f c onc r e t e s t r e ng t h t o t he du c t i l e pr op er t y of pr ec a s t pr e s t r e s s e d c on c r e t e s l a b wi t h mi d -s t r e ng t h s p i r al -r i b s t e e l w i r e CUI Xi u q i n 一 ZHAOHu a - We 2 , L S h i - g e ( 1 S c h o o l o f Civ i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ， Wu h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， W u h a n 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n ga n d Ar c h i t e c t u r e ， J i a o z u o U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a ； 3 K e z h e n g Co n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o s t C o n s u l t a n t s o f J i a o z u o ， J ia o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： T h e c a l c ul a t i o n p r o c e d u r e o f n u me r i c a l s i mu l a t i o n wa s u s e d a n d t h e wh o l e p r o c e s s of l o a di n g b e n d i n g s l a b wa s a n a lys e d， a n d t h e i n fl u e n c i n g c o n c r e t e s t r e n g t h t O the d u c t i le p r o p e r t y o f p r e c a s t p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s l a b w i t h mi d s t r e n gth s p i r a l r i b s t e e l w i r e w a s g e t f r o m t h e e x - p e r i me n t I n t h e p r o c e s s ， c h a n g i n g t h e c o n c r e t e s t r e n gth ， k e e p i n g t h e s e c t i o n a n d l o a d i n g a n d s o me p a r a me t e r s c o n s t ant ， s u c h a s p e r c e n t a g e o f s t e e l ， s p an h e i g h t r a t i o， c o n tro l t e ns ion s t r e s s ， s t r e ngth o f r e i n f o r c i n g b a r s ， a n d t h e c o n c l u s i o n c a n be g e t Ke ywor ds ： c o n c r e t e s t r e n g t h； mi d s t r e n gth s p i r a l r i b s t e e l wi r e ； p r e c a s t p r e s tre s s e d c o n c r e t e s l a b； d u c t i l ep r o p e r t y 0 引 言 随着我国经济的快速 发展 ， 出现了大量 的高层建筑 以及大 跨度、 重荷载、 多功能的建筑。传统的预应力混凝土空心板存在 跨度小、 承载力低 、 延性差、 易脆断、 裂缝难以控制和消除、 成本 高和质量不稳定等问题。因此 ， 传统的预应力混凝土空心板已 经不能满足建筑市场的需求， 也导致我国预制构件行业的萎缩， 为 了振兴我 国预制构 件行业 ， 充分挖掘预应力混凝土空心板 的 优点， 利用中强螺旋肋钢丝生产的预应力混凝土空心板具有跨 度大 、 承载能力高 、 延性好 、 抗裂性 能好等优点 ， 是传统冷加 _T 钢丝预应力混凝土空心板 的理想替代品 。 但中强螺旋肋钢丝应用于短跨 、 中长跨预应力混凝土空心 板迄今还没有对其受力性能进行全面系统的研究分析， 已经不 能满足进一步推广的需要。因此， 开展混凝土强度对中强螺旋 肋钢丝 预应 力混凝土空心板延性 影响 的研究是 非常必要和有 现实意义的。 1 计算模拟试验方案 运用受弯构件全过程数值分析计算程序目 ， 在预应力混凝 土空心板截面尺寸及荷载形式相同的情况下 ， 分别改变混凝土 收稿 日期 ：2 0 0 9 - 0 9 - 0 9 l1 2 强度( 共 3组) 、 跨高比( 共 3组) 、 配筋率( 共 3 组 ) 、 张拉控制应 力( 共 3组 ) 、 钢筋强度 ( 共 3组 ) 等参数 ， 对 3 x 3 x 3 x 3 x 3 = 2 4 3 组 中强螺旋肋钢丝预应 力混凝土空心板进行受 力全过程 的数值 分析， 即采用计算机模拟试验的方法， 探讨以上 5种因素对中 强螺旋肋钢丝预应力 混凝土空心板 的延性破 坏性能所产生影 响的总体规律， 并对中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板的设 计提 出相关的建议 【3 _ 。 1 1 计算 简图 本文计算分析的中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板， 全 部采用两端铰支， 全跨范围内承受均布荷载的受力模型_3 。 计算 简图如 图 1 所示 。 在计算过程中， 将空心板截面换算为“ 工” 字形截面进行计 算 ， 即将圆孔换算为矩形孔 ， 换算方法遵循面积相等和截面惯 性矩相等的原则 。 1 2 计算参数 本文在参考现有预应力混凝土空心板标准图集的基础上， 选取了常用的空心板截面尺寸， 如表 l 所示。 在常见范围内， 改变混凝土强度 、 跨高比、 配筋率 、 张拉控 制应力 、 钢筋强度等 5个参数。其 中模拟试验用预应力混凝土 空心板的混凝土强度 3 0 、 4 0 、 5 0 MP a ； 跨度 L = 4 8 0 0 、 6 6 0 0 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 口 a I 丝丝 一一 图 1 预应力混凝土空心板 计算简图 表 1 预应 力混凝土空心板截面尺寸 8 4 0 0 I T l m， 计算跨度 l o = 4 6 8 0 、 6 4 8 0 、 8 2 8 0 tur n即高跨比如 h = 2 6 、 3 6 、 4 6 ； 配筋率p = 0 A 、 Q 8 、 1 2 ； 张拉控制应力在 G B5 0 0 1 0 - - - 2 0 0 2 混凝土结构设计规范 所规定的范围内改变 ， 即张拉控制应 力 ：1= O 5 、 0 6 斩 、 0 7 ； 预应力钢筋强度设计值厶 8 0 0 、 1 2 7 0 、 1 5 7 0 5 7 0 、 9 0 0 、 1 1 1 0 MP a 。因此共进行 3 x 3 x 3 3 x 3 = 2 4 3 组预应力混凝土空心板的计算机模拟试验【3 。 1 3 计算结果 运用数值分析程序进行计算， 可以得到构件受力全过程的弯 矩一 曲率和荷载一 挠度关系曲线 ， 进而得到各构件的极限弯矩、 极 限荷载、 开裂弯矩、 开裂荷载 、 破坏时的极限挠度 、 截面极限曲 率、 开裂挠度 、 开裂曲率等相关数据。本文以极限挠度达到计算 跨度的 1 5 0 作为构件延性破坏的判定指标 ， 为探讨混凝土强度、 跨高比、 配筋率 、 张拉控制应力、 钢筋强度对预应力混凝土空心 板的影响， 选用计算所得破坏时挠度 、 标准荷载下挠度 、 开裂 弯矩尬 、 极限弯矩 帆 、 设计弯矩 眠、 标准荷载下弯矩 帆 以及破 坏时挠度与计算跨度的比值 f 0 、 标准荷载下挠度与计算跨度的 比值 f 0 、 开裂弯矩与极限弯矩的比值幔 、 开裂弯矩与标准荷 载下弯矩的比值- J Md 、 开裂弯矩与设计弯矩的比值 l JMd 作为 进一步分析用的计算结果， 】 。由于篇幅限制， 计算结果不再列出。 2 混凝 土强度 的影响 对预应力混凝土空心板而言， 在配筋率 、 张拉控制应力 、 钢 筋强度 、 跨高比不变的情况下， 混凝土强度的改变对构件截面 的极限承载力以及变形性能都有影响， 即构件截面的极限承载 力 、 极限挠度随着混凝土强度的提高而增大 ， 进而影响空心板 的破坏形态是否表现为延性 。 2 1 混凝土强度对破坏时挠跨比的影响 为探讨混凝土强度与破坏时挠跨 t f u l o 之间的数量关系， 在保持钢筋强度 、 配筋率 、 跨高比不变， 改变张拉控制应力和混 凝土强度的情况下， 绘制了破坏时挠跨比 与混凝土强度 的关系曲线， 如图 2 所示。 从图 2中可以看出， 当高跨 比、 张拉控制应力 、 配筋率、 钢 筋强度不变的情况下， 随着混凝土强度 的增大 ， 破坏时的挠 跨t f J l o 而增大。 二者之间大致呈线性关系。由此可以认为， 破 坏时挠跨f J l o 与混凝土强度厶 之间符合下面的关系表达式： 丑 留 嚣 督 丑 皙 嚣 蔷 ， IS U U M r a , p u ， n = u ) ) 一 u p t 一 ， ， ， ， 一 ， ： ： ： - ， ： 一一 一 跨 高 比= 2 6 跨 高 比： 3 6 跨 高 1： 1 = 4 6 跨 高 比：1 5 0 线性(跨高1：1 = 2 6 ) 线性(跨高比： 3 6 ) 线性( 跨高1：1 = 4 6 ) 混 凝土强 度 MPa 图 2 混凝土强度对破坏时挠跨比的影响 f J l o = a 一+ 6 L ) 式中 ： b 常数 ； _ 一 破坏时挠度与计算跨度的比值； r o 一 混凝土强度嘲 。 2 2 混凝土强度对标准荷载下挠跨比的影响 为探讨混凝土强度与标准荷载下挠跨 t A l 。 之间的数量 关系， 在保持钢筋强度 、 配筋率、 跨高比不变 、 改变张拉控制应 力和混凝土强度的情况下 ， 绘制了标准荷载下挠跨比 与混 凝土强度 的关系曲线 ， 如图 3 所示。 O 襄 。 亲 。 萎 。 蠖 。 一一 1 - - - - 一 - - 一 - 一一 A -一一一一i j 跨 高 比= 2 6 跨 高 比= 3 6 跨 高比： 4 6 跨 高比= 1 5 0 线性( 跨高比= 2 6 ) 线性(跨高比= 3 6 ) 线性 ： 高比= 4 6 ) 混 凝土强度 MP a 图 3 混凝土强度对标 准荷载下挠跨 比的影响 从图 3中可以看出， 当高跨比、 张拉控制应力、 配筋率 、 钢 筋强度不变的情况下， 随着混凝土强度的增大 ， 标准荷载下挠 跨t L f d l o 而增大。二者之间大致呈线性关系。由此可以认为破 坏时挠跨t L f d l o 与混凝土强度 名之间符合下面的关系表达式： 2 o ； 啦+ b 2 ( ) 式 中 ： 啦、 6 广常数 ； ， f 一标准荷载下挠度 与计算跨度的比值； 厂 a 广一 混凝土强度f 3 1。 2 3 混凝土强度对开裂弯矩与设计 弯矩比值的影响 为探讨混凝土强度与开裂弯矩与设计弯矩的比值 j l Md 之间的数量关系， 在保持钢筋强度、 配筋率 、 跨高比不变， 改变 张拉控制应力和混凝土强度的情况下， 绘制了开裂弯矩与设计 弯矩的比值 )I 慨 与混凝土强度 的关系曲线， 如图4所示。 从图4中可以看出， 当跨高比、 张拉控制应力、 钢筋强度、 配 筋率不变时， 随着混凝土强度的增大， 开裂弯矩与设计弯矩的比值 MJ Md 而增大， 二者之间大致呈线性关系。 由此可以认为开裂弯矩与 设计弯矩的比值 与混凝土强度 符合下面的关系表达式： M = a 3 + b 3 厂 删 式中： 6 ， 常数 ； 一开裂弯矩与设计弯矩的比值； 混凝土强度P J 。 下转第 1 1 6页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 外加适当的硫酸盐。试验证明加入七水硫酸镁能很快使赤泥获 得强度， 经扫描电镜测定其组成为 A1 ， C a ， S ， O， 可以发现形成 了许多叶片状新相 ， 证明有镁矾石形成 。可 以认为这是 由于七 水硫酸镁与赤泥中水溶物质中的铝酸盐反应的缘故。 磷酸与七水硫酸镁的使用， 使镁水泥具有早期强度高、 抗水 性好、 长期浸水强度高的特点。掺外加剂有利于改变氯氧镁水 泥反应产物的结晶形态和获得较理想的显微结构。 前人对氯氧镁水泥多不使用减水剂 ， 原因是担心减水剂的 介入会提 高引气量 ， 对制 品质量不利 。但是在生产赤泥发泡砌 块中减水 剂是 必须的。它最大优点 ： 一是 在一 定程度上降低了 制品内部 Mg C 1 2 6 H ： O的含量， 因而也降低了制品吸湿返霜的可 能性 、 可避免后期强度损失和抑制制品翘曲变形 ； 二是降低反 应速度 ， 从而抑制热量的快速产生， 控制硬化体内温度， 使制品 结构更为均匀， 质量提高 1 】 。因此在满足Mg C I ： 用量的前提下， 尽可能配制高浓度的氯化镁溶液以减 少用水量 ， 同时为了不影 响和易性， 应采用减水剂， 这样就提高了耐水性 、 抗冻性和强 度。一般多采用阴离子表面活性剂。其用水量可比原用水量减 少 2 O J2 5 【 4结论 由前文的分析可知， 发泡剂、 氯氧镁水泥 、 各种添加剂等是 赤泥发泡砌块强度的主要影响因素。 这些材料在微观上可以相 互反应或者单独生成一些对赤泥发泡砌块强度有利的物质。只 要能够弄明白这些反应 ， 再想办法对其进行控制 ， 那提高发泡 砌块 的强度也 就指 日可待了。 参考文献 ： 【 1 】 邓容有 隔热泡沫混凝土的工程应用【 j 】 建筑技术开发， 2 0 0 1 ( 2 8 ) 上接第 1 1 3页 、- 。 L 6 u u lv J 上 ， a u -q n u 3 ) 一 u - p tk - - _ - 。 ： ：二 = = 。 i - - - - - - 一 一 跨 高比= 2 6 跨 高比= 3 6 跨 高比= 4 6 跨 高t g =1 5 0 线性( 跨 高 比= 2 6 ) 线性 等 高 L L = 3 6 ) 线性( 跨高L = 4 6 ) 跨 高比= 2 6 跨高比= 3 6 跨 高比= 4 6 跨 高 L L =1 5 0 线 性 高 比= 2 6 ) 线性(跨高比= 3 6 ) 线 性(跨 高 L = 4 6 ) 混凝土强 度 MP a 图 4 混凝土强度对开裂弯矩与设计弯矩的比值的影响 3结 论 ( 1 ) 当跨高比、 张拉控制应力 、 配筋率 、 钢筋强度不变的情 况下， 随着混凝土强度 的增大， 破坏时的挠跨L f J l 。 增大。 二 者之间大致呈线性关系。 ( 2 ) 当跨高比、 张拉控制应力 、 配筋率 、 钢筋强度不变的情 况下， 随着混凝土强度 的增大， 标准荷载下挠跨L f J l o 增大。 二者之间大致呈线性关系。 ， 1 1 。 4l -4 2 2 邵洪江 ， 孙风金， 等 粉煤灰泡沫混凝土研究【 J 1 _ 山东建材， 1 9 9 9 ( 2 ) ： 1 4 3 习志嗪 混凝土泡沫剂的研究L 玎 江西建材， 2 0 0 0 ( 3 ) ： 5 8 【 4 】高波， 王群力， 周孝德 免蒸发泡混凝土砌块的研制 J 】 _ 新型建筑材 料， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 2 2 2 4 5 盖广清 陶粒泡沫混凝土孔结构及其对性能影响的研究f J 硅酸盐建 筑制品 ， 1 9 9 5 ( 5 ) ： 1 3 1 5 6 肖力光， 张伟， 等改性氯氧镁水泥系列轻质墙体材料的研究J 】 房材 与应用 ， 1 9 9 8 ( 6 ) ： 9 - 1 1 7 杨健辉， 方建宾， 等 粉煤灰在氯氧镁水泥中应用研究 粉煤灰综合 利用 ， 1 9 9 8 ( 4 ) ： 4 2 4 4 8 颜祖兴 水泥赤泥混凝土开发应用研究 J J 混凝土， 2 o o o ( 1 o ) ： 1 8 2 0 9 韩梅芳， 李伯涛， 等 粉煤灰多孔轻质建筑板的开发 粉煤灰综合利 用， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 1 2 1 4 【 l 0 隋肃， 马庆雷， 等复和型外加剂对镁水泥路面砖性能的影0 NJ 济南 大学学报， 2 o o 4 ( 1 8 ) ： 1 8 2 1 8 4 1 1 】 王瓒 粉煤灰胶凝系数及其品质评价研究【 D 】 大连 ： 大连理工大学 ， 2 o 0 2 【 l 2 】 肖力光。 张伟 改性氯氧镁水泥轻质墙体材料的研究 J 】 _ 吉林建材 ， 9 9 8 ( 2 ) ： 2 9 3 3 作者简介 单位地址 联系电话： 吴喜军( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 硕士， 主要从事给排水、 环境工程研究。 陕西省榆林市榆阳区长城北路中国农村信用合作银行七 楼志成建筑设计院( 7 1 9 0 0 0 ) 0 9l 2 3 8 91 3 7 2 ( 3 ) 当跨 高 比、 张拉控制应力 、 配筋率 、 钢筋强 度不变的情 况下 ， 随着混凝土强度厶 的增大， 开裂弯矩与设计弯矩的比值 眠 增大 ， 二者之间大致呈线性关系 。 参考文献 ： 1徐有邻预制混凝土构件结构性能的统计分析【 J 1 _建筑技术， 2 0 0 1 ， 3 2 ( 8 ) ： 5 4 4 5 4 6 【 2 2 乔耀科 中强螺旋肋钢丝预应力混凝土空心板受力性能的分析【 D 郑州： 郑州大学， 2 0 0 3 3 崔秀琴 预应力混凝土空心板张拉控制应力合理取值的研究【 D 郑 州： 郑州大学， 2 0 0 4 4 】 吴培明混凝土结构 M 】 武汉： 武汉工业大学出版社， 2 0 0 1 5 】 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 ， 混凝土结构施工质量验收规范【 s 6 】 G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 ， 混凝土结构设计规范 s 作者简介 ： 单位地址 ： 联系电话 ： 崔秀琴( 9 6 7 一 ) ， 女， 在读博士生， 副教授。 河南省焦作市人民大道东段 焦作大学土木建筑工程学院 ( 4 5 4 0 0 0 ) 1 3 0 5 1 52 4 5 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m