无粘结预应力砼梁板性能

PAGEPAGE14第三讲无粘结预应力混凝土梁板性能一、概述1925年，美国的R.E.Dill就提出了无粘结预应力筋的设想，一直到50年代初期，美国才将无粘结筋大量用于升板建筑中。与有粘结预应力混凝土不同，无粘结预应力混凝土无粘结筋沿构件全长与周围混凝土能发生相对滑移。二十世纪40年代英国学者A.L.L.Baker发现了无粘结筋与有粘结筋的受力性能存在显著的差别，主要表现在，受弯构件从加载到破坏过程中无粘结筋的应力增量很小，其应变增量只要破坏截面预应力筋附近混凝土应变的0.1倍左右。（一）有粘结预应力混凝土的优缺点1、优点：预应力筋与混凝土有粘结，受力为一整体；设计计算简单；在使用过程中，预应力的锚具传力不是主要的。2、缺点：施工过程中容易形成反拱；施工吊装时较复杂；后张法二次灌浆难以达到密实。（二）无粘结预应力混凝土的优缺点1、优点：①由于预应力钢筋可以像普通钢筋一样绑扎在模板内，不需要穿筋和灌浆，因此使施工大大简化，摩擦损失小。如图3.1所示。图3.1无粘结筋布置方案踩无粘结预应力破筋有：钢丝束能、钢铰线、钢辱铰线束。搞其截面形式如颠图亲3.桂2绍所示。歉图疾3.东2挡演无粘结预应力是筋截面示意图胳φ盼1冲5巴钢铰线悲或强7新φ械5远高强钢丝膏涂油（防腐油足脂）；痛塑料套管（塑当料膜缅包竖）躺→时高密度聚乙烯糟或高密度聚丙傲烯左→煤不能用聚绿烯新②密预应力筋的布霸置比较灵活申大于渔6×幻6m费的无梁板需设狱预应力汪。他③都在张拉阶盈段秋与有粘结后张蜻法预应力比较舱具有截面削弱裕较小的特点。2、缺点：散①啊预应力筋的强菠度通常难以充锹分利用，与条欲件完全相同的触有粘结构件比司较，其承载力每一般要粥低止10~30诉%巡。炕②勺无粘结预应力躬混凝土确靠锚具传力，狐端部局压应力织过大，因此，壤对锚具和防腐坚蚀要求特别高茎（无粘结预应铅力必须采用一蜓类锚具，一类枯锚具效率分熔数税≥遮0.9醒5篮，锚具以外要芦用环氧树脂防潜锈（锚穴））僻③党注意在灾害性穷事故中容易产丝生连续倒塌，倍在连续结构中堆可以采用配置臂足够的非预应消力钢筋的措施碎来防止。例如摸，葛196沃4撤年街美国帖阿拉斯加大地兆震想一幢名遥为赶“灵四季大玻楼被”水的无粘结预应慈力呈混凝土奖被震塌。兰④汇无粘结预应力售混凝土然楼板的开孔等骗改造比较困难掌。洽（三）无粘结失预应力筋应力怀增量的弹性理慕论公式推导狼对于无粘结预顾应力混凝土简分之梁，在开裂盯荷载之前，任恋何外力矩对混洲凝土引起的应驳力仍可用弹性设理论公式来计术算：封罢圾煎假乡薯蜡恼润唱（证3.弯1呀）渔式中，革和畜都是指净截面晨的。虏在最大弯矩截窄面，无粘结筋叛的应力比有粘损结筋的应力增赴加得少，这是昌由于无粘结筋台对混凝土能发盈生滑动，外力害矩引起的任一啄应变将分布在窑它的整个长度蓄上。因此，从烂开始受力直至某破坏，无粘结正筋承受的应力婚比有粘结筋的众应力要低。游在混凝土开裂蜂之前，由荷载贷引起的无粘结关筋的应力增长痰，可以通过纵钳向应变协调条逮件，即无粘结鸦筋的总伸长和沸它整个长度周农围混凝土的总捕伸长相等的条新件来求得。设厌为无粘结筋梁妄任一截面的弯决矩，则伞对该截面上任至意一点引起的俗混凝土应变为挪：眠拆冷读携钓锡蕉踩经（霞3.跌2珠）当沿无粘结筋全利长度四周，混另凝土的总伸长骡变形为：横福来卖课箭怒旗恐（糟3.逝3纱）危无粘结筋的应块变增量为：劳况牌局抖米击厘娇句（萌3.梯4撒）龄无粘结筋的应沈力增量为：云助胶体遥蜡跳惭些（谈3.养5等）邀式中，患和秘可按毛截面的超数值取用。更现以承受均布符荷载的采用直洁线形无粘结筋景的矩形截面梁陷为例，比较一拦下无粘结筋与烫有粘结筋在同骑样弯矩作用下职的应力增长的贤关系。如跨中扫外弯矩为归，预应力筋跨掌中截面偏心矩浇为隙，如璃图爹3.杯3适所示，则跨中脑截面宜处的弯矩为：急盐君持纺轻细锈天（诊3.昨6晒）恳（绑a死）梁立面图；绣（誉b里）矩形截面图题；望（烘c育）抛物线弯矩拉图修图戏3.3载惯无粘结梁兽根据式警（只3.1薯2齿），得无粘结酷筋的应力增量蹄为：虾循驴（尽3.迁7储）毛这一计算结果颂表明，外力矩姥对无粘结筋引售起的应力增量逗值比对有粘结亿筋的要小，对岸直线形无粘结帜筋，仅为跨中窜截面有粘结筋姻应力增量葵的具2/投3所。择用同样的方法生也可以求出抛享物线无粘结筋种的应力增量，竭跨中截面为有圆粘结筋应力的故增量祝的销8/1仁5犯。语梁出现裂缝后抄，无粘结筋应蓬力随荷载增长烟而速度加快，肯但增加的量值敬仍比有粘结梁阅最大弯矩截面影预应力筋的应相力增量小。对诚低配筋的梁破狼坏时预应力筋苦的极限应力，膛有粘结的可以灰达到或接近极割限强度；而无猎粘结配筋的梁阵通常只出现一腥条或少数几条级裂缝，增加不酿了多少荷载，诊就由于裂缝迅孤速向上延伸，弦迫使梁顶混凝站土由于达到极窃限抗压变形而秒破碎。无粘结真梁的抗弯根据株配筋率的多少疫，比相应的有钟粘结梁要低。茫（余四馋）受力工作特像点榴1滋、预应力筋和次周围清混凝土羽的应变不协调过，致使无粘结归预应力梁的极介限承载力与有度粘结比较偏低葵，同时使抗裂朝性能比有粘结拍差，计算也比功较复杂。权2型、如果不配置滴有粘结的非预斥应力钢筋，则泻试验表明对于锦配置直线型无远粘结预应力筋椅的梁，其工作新特点相当于一贞拉杆拱，破坏赔时裂缝只赛有泰1~匹2誓条，带有明显栋的脆性未，如炼图跌3.趁4悉所示到。批图我3泛.娃4灿挥纯无粘结预应国力混凝土受弯队构件的弯矩－泡挠度曲线顾3啄、如果配置足献够的非预应力趴筋，则抗裂性些能会有明显的联改善，试验梁舰的试验结果表塞明其裂缝分布葵状态类似于普申通钢筋赵混凝土距梁（或有粘结表预应力投混凝土虾）梁，荷载一漠挠度曲线类似四于普通钢筋范混凝土拖梁，具有三阶颗段诉（开裂前，开则裂货→膨非预应力筋屈富服；非预应力随钢筋屈牛服宫→程破坏）续，如忠图深3.甚5匠～尾图春3.凳6面所示。丙（爬a投）有粘结预应消力；仔（慈b亚）无粘结预应范力；丹（匠c续）无粘结部分烘预应力嘱图反3.质5锤端有粘结和无粘知结预应力秀混凝土裂缝分百布图你图酷3缝.燃6况附部分无粘结预清应力混凝土梁街的荷载－挠度叶曲线凯（四）应用情法况兼无粘结预应力个混凝土幻较大量的使用钢是读5芝0框年代始于美国搜，国内谜是冶7汗0任年代以后烟，主要垒用于房屋建筑谊的有梁或无梁台楼板结构中。羡平板跨度蚀可惭达牌10m冬，密肋板省可遍达兵14m兼；搂抗震地区不能曾用习；辨疲劳荷载不能坟用虎；寿国内每年铁以换10炒0位万摊m足2尊递增。卵国内及长沙市躬采用了无粘结晓预应力的结构惭有：彻（歉1肃）贺龙体育场宵看台挑梁伯茎含呈（我2竹）中震山依大楼衫（译3唤）北斗星陡炊狭味贞舒反（颗4迟）平和堂刃（律5翅）长沙国贸款（陪4络8版层）突胃睡他（匀6长）广州国贸可（铁6喝3狼层）础二、无粘结预纸应力注混凝土坦构件的设计计稿算特点流目前国内的设搅计计算，主要盒采用《无粘结抛预应力代混凝土京结构技术规程未》厦JGJ/T9洒2-9咱3僵。赴（一）按抗裂徒等级要求的分旋级你1窄、抗裂一级：婚严格要求不出裂现裂缝的构件末，控制条件与抬有粘结预应力氧混凝土抗相同，即：愉什写遥判础贫万塔质（吊3.咳8诵）宣2场、抗裂二级：棋一般要求不出聋现裂缝的受弯螺构件，控制条帐件为：邮（甲1崖）粘弹谢因此漆嫁（鸭3.街9每）狸（塔2拜）有渡央脆掘唐公（竭3.纤10帽）坛式中：恐、聪—赛—浇荷载短期效应间组合脏和躬长期效应组合潮下抗裂验算边衔缘的洋混凝土啊法向应力桐；蒙—智—都扣除全部预应摄力损失后在抗脂裂验算边缘仰混凝土倒的预压应力丽；本、层―秩―香荷载短期效应论组合和长期效浆应组合下拉应否力限制系数。届3副、抗裂三级：日对处于正常环鸡境，荷载短期扁效应组合值高垒出荷载长期效妖应组合值甚多此的受弯构件，尼在短期效应组接合下，要求：久草参是瞧皂肠艘（草3.失11援）讯在长期效应组根合作用下，尚绕应使受拉区边拘缘保持一定数果量的压应力，劳使裂缝能够良厕好地闭合。由慰于无粘结预应奋力援混凝土蝴按三级控制设榜计尚缺乏经验弃，故规程对此巡未作具体规定蜡。潮有人主张：活塑载下允许开裂昂，原因：骨①目裂缝闭合性能较很好。搞②石钢筋的保护不球是靠辟混凝土帮包住，而是靠愧油脂和塑料套钉管保护。以（二）承载能缓力极限状态计关算时，无粘结井预应力筋的应巡力取值（委）1、通式：触款房链艘挽批洽关尽（沫3.赤12欺）养式中，贝―吸―久无粘结预应力份筋有效预应力欣；艰―戏―租无粘结预应力扑筋漂极限应力增量搂。眠影响质的因素跳有鸭：星①创跨高比，一般戒随跨高比的增死大而降低；骗②酱预应力筋的曲税线形式及偏心俭距的大小；③加载方式；④裂缝分布；佳⑤别预应力筋的面旁积；⑥材料特性；触⑦保摩擦的影响牵等。2、新西兰搭（美欢国圆6累0巩年代）卡宵瞧引呼锅疮殃（得3.请13暂）吨3桌、我就国衡JGJ/T9溉2-9宽3桃的计算方法棉（剑1伤）当岔≤顽3饰5忧时，旦歼捎明百蛇恰禽（争3.垮14劲a朱）蜂（兼2沟）当兰＞依3放5独时，且壳时津醉龙驶诚设击（帝3.胳14圈b谁）授式中：揭—胆—羽无粘结筋有效院预应力奸；梁—望—彻综合配筋率，际如茧图心3.扇6椒所示，得活：相当于是；脆图饼3.懒7面子腿无粘结预应力竟混凝土受弯构侧件截面示意图司图酸3.8验挡配筋量与应力台增量的关系少1.浅2队—言—考材料分项系数胳。壁值得注意的是须，载一般萍，上式中适用胶条件寸为王，其中，首抗震要求仁。4、其它惩英国规范要考担虑跨高比棍，败有些规范认为注只与预应力筋攻含量有关艇。钩三尺、室承载力极限状捷态设计计算白可用平击截面叫假定，稳与掠计算值求解架。（略）客四、部分预应先力梁板中无粘刷结筋极限应力塔的理论计算闹在三分点荷载势作用下，无粘妥结部分预应力枯梁和有粘结梁适一样在极限荷厕载下等弯矩区械段内裂缝的分月布和梁顶混凝衣土纵向压应变施的分布都比较东均匀，而且在堤极限荷载下沿瓜梁长的曲率分场布图也是相同悼的，因此可以废运用弯矩一曲船率的分析方法最来对于粘结筋衬的极限应力、倾梁的跨中挠度矿和抗弯强度进宿行理论计算。燃由于无粘结筋兔的应力增量是父一个未知量，半因此在分析中厕除采用有粘结狼梁原有的基本狼假定条件外，敬还需要增加一比个纵向变形协州调的条件，亦纠即无粘结筋应网变（应力）增归长值可以用无殊粘结筋长度的廊增加与其周围冷混凝土长度变蕉化总和相等的轻条件求得。梁处在极限荷载下另的弯矩和曲率百分布的简化图狠形示于图猴3.长9项。对弯矩一曲些率分析的方法曲，无粘结部分僚预应力梁与有恰粘结梁的主要漏区别在于前者歉需要先假设一恩个无粘结筋应味力增量，经计思算后如果预应遭力筋长度的增士长与周围混凝章土长度变化不城相等，则修改稍应力增量，一敞般要页经奉2~瓦3溜次迭代才能求短得比较精确的洞结果，因此手界工计算工作量粮较大，需要计抱算机程序计算佣。在计算中，麻预应力钢丝按贤实测的应力一投应变曲线，混戚凝土可用抛物杠线图形（图满3.备10棒）公式。洒经蹲板山饼初绪嫁（惊3.1贴5欢）斯计算时首先将蛋梁划分为相互丝对称求的兰I躺、像I谁I压、毕II虏I烫、托和唇I敌V三四个区（图滴3.档8晒），接着假设独一个无粘结筋记极限应力以求软出四个分区控队制截面的弯矩霉与曲率（见表屡3.1析），然后求出柔各区长度内无竹粘结筋水平处氏混凝土的应变哗，无粘结筋的渠总应变及极限金应力。蛙1骤、截面内力平竞衡方程拒根据截面内力妖平衡方程彩巾恐银份底站列劣挪虽腐（漠3.1枪6补）李顿坐斧到啊尤（照3.1驴7沫）字其中菊为截面曲率，岛，啦为该截面普通领钢筋应力。亩为该截面梁顶蜓混凝土压应变疤，背c逝为压区高度，际为混凝土圆柱湾体强度并取用牺。喘图牲3.厅9瓣嚼福极限荷载下梁庄的弯矩和曲率常图插3.台10苦季比抛物线型混凝民土悄曲线的应力和兔应变古经积分和代数蔽运算，可得压概区高度：秘督（聋3.18陆）奏求混凝土合压岩力作用点至中跟性轴的距离旨，对中性轴取绞矩如下式所示窗：银茧（张3.19摄）地经积分并整理票后，求得老为：惹味（具3.20钱）斜醉（谣3.21最）夹2约、控制截面的龟弯矩曲率计算话利用（麦3.20悟）至（晋3.21剩）式，即可求锈得极限弯矩与踢屈服弯矩两个项控制截面的压笔区高度、弯矩鼓与曲率（见表驻3.伟2完）。至于开裂鸡截面与支座截牲面的压区高度胁、弯矩与曲率级，可利用弹性赏公式计算（见想表换3.匹2炎）。腾表酷3.1塘勉控制截面处压良区高度和混凝绑土合压力作用勉点至中性轴的乐距离拳计算公式杀控制截面钓受兼别力伞挡特貌纱点仰压区高度般C渔混凝土合压力单作用点句至中性轴的距傍离初极限弯矩赠非预应力粘结肠筋已屈服；受似压区混凝土达斯极限压应变值圆屈服弯矩湾非预应力粘结滔钢筋刚刚屈服微；压区混凝土牢未达到极限压骗应便变冰值形开裂弯矩器拉区混凝土刚飘开裂撇端截面围梁端截面处于小弹性受力状态际－蒙表范3.2显冈控制截面处弯易矩与曲率计算起公式嘉控制截面容弯矩值富M竹曲率榨φ限附港这差注蒸极限弯矩炎屈服弯矩士梁顶混混凝土锹变值：废开裂弯矩树为开裂截面梁陵顶混凝土压应氧变亭，臂为塑性系数，闸为混凝土抗拉飞强度，沙为混凝土抗折罩强度准端截面抱3足、迭代法计算狭无粘结预应力燥筋的极限应力慕由虫图微3.味8份，侵I蜻至巷I湾V鱼各区段长度为狼：闸鱼席错截求贤虽贫霜敲（诵3.22a萝）税尤挽茎茅尿焦甩让贞（储3.22东b根）汉稍错膨裁潜丢压户（逗3.22c料）疏赖经三耀挑析饮脊（舍3.22增d钩）产设笼I延、浴I犁I返、啄II刷I倒和冤I