活性粉末混凝土在无黏结预应力结构中的应用

活性粉末混凝土在无黏结预应力结构中的应用

1试验总结1.1预应力配筋设计本试验采用8个无粘度预算草案混凝土支撑梁，长2000mm，宽120mm150mm。根据不同的非预测膨胀情况，梁分为4组，每组2根。为了防止发生斜截面剪切破坏，保证斜截面有足够强度，经计算在两加载点处配置直径为4间距为100mm的箍筋，而在跨中两集中荷载区段，箍筋间距为180mm。非预应力筋钢筋采用HPB235，预应力筋线型为直线型，采用1根直径为15.2mm预应力钢绞线，由于活性粉末混凝土的抗压强度很高，因此，不需进行局部承压设计。梁的配筋图见图1所示。1.2张拉过程及加载(1）挠度利用百分表测得，试验中8根预应力试件挠度测点布置相同，每根试件共有5个测点，分别在三分点加载处、跨中处和两端支座处各布置一个，加载过程中（张拉过程）记录下各级百分表所示读数，具体布置见图2。(2）正式加载。(1)荷载分级。在荷载加至开裂荷载计算值的90%之前，每级荷载取标准荷载的10%；当荷载加至开裂荷载计算值的90%后，每级加载取标准荷载的5%，直至第一条裂缝出现。开裂后，每级加载取为标准荷载的10%；加载到达承载力试验荷载计算值的90%后，每级加载值取标准荷载值的5%。(2)每加一级，停歇10min。2反弧分析2.1预拉区混凝土变形曲线在张拉阶段，试件在预应力作用下产生反拱，张拉过程中通过百分表测量各级反拱值。图4～7为每级张拉力与反拱值的曲线图，从图中可以看出，8根梁的张拉力-反拱曲线非常相似，在开始阶段都有一些弯折，这是由于钢绞线的位置偏差引起的摩擦力的差异或锚具和钢绞线还没相互挤压而产生细微的滑移，使得反拱值还不稳定，当达到一定的张拉力后，曲线呈现明显的线性增长，这说明在试验张拉阶段，预拉区混凝土没有出现裂缝，构件还处于弹性工作状态，这与试验现象相符；从图中还可以看出，每组梁的两根梁的曲线都有不同的偏差，L1、L2、L3梁的两曲线较近，说明这几组中两根梁的预应力损失较为接近。2.2混凝土反拱值计算梁预应力引起的反拱值时，把预应力钢筋的合力Np当作外力作用在锚固位置。从构件达到消压弯矩到使用不开裂，计算梁抗弯刚度时，采用全截面的换算惯性矩I0，由于梁反拱的扩展，将降低梁的抗弯刚度，为方便计算，在整个挠度计算过程中采用不变的抗弯刚度即0.85EI0，由于在张拉阶段顶部混凝土没开裂，计算反拱值时可用式（1）按材料力学的方法计算，计算过程见式（1）。试验测得混凝土弹性模量的平均值为Ec=4.23×104N/mm2。例如，L1-1反拱计算值：其他如表2所示。试验结果：从表2可以看出，计算值与实测值还是较吻合，因此，按规范取刚度为0.85EI0能较准确的计算张拉阶段的反拱值；由表中数据可知L2梁底非预应力钢筋配筋最高，试验中张拉阶段的反拱值最低，说明梁底非预应力钢筋配筋提高，反拱值降低，在张拉阶段各材料均处在弹性受力阶段，非预应力钢筋的弹性模量较大，配筋高的反拱值降低。3抗张力分析3.1活性粉末混凝土的市场荷载-挠度关系是受弯构件刚度性能的重要反映，图8～11为四组梁的荷载与挠度曲线，可以看出L2梁的荷载-挠度曲线与其他三组梁有较大的差异，主要因为L2梁受拉区配置了两条直径为10的非预应力钢筋，很好地限制了裂缝的开展，同时也加强了梁的整体刚度。L1、L3、L4这三组梁的荷载-挠度曲线可以看作是三段直线组成，第一段直线由于荷载较小，梁处于开裂前的弹性工作阶段，而且由于反拱的存在第一段直线长度比一般混凝土结构的长，说明钢纤维活性粉末混凝土相比普通混凝土提高了梁的整体刚度，延长了梁的弹性阶段；但第二段直线长度较短，说明了混凝土一旦开裂，混凝土没有立即退出工作，还是承担了一部分荷载但较小，而且第二段曲线的形状变化较大，说明混凝土的抗拉能力较离散不稳定；第三段直线为预应力钢筋主要受力阶段，各梁之间的曲线斜率大致相同只是进入第三段直线的拐点有所不同，说明配筋率较高时，延缓了非预应力钢筋进入塑性阶段的时间。L4相比L1和L3三段式曲线更加明显且第二段曲线比L1更为平缓，一方面说明混凝土的抗拉性能力好，另一方面也说明非预应力钢筋对加强梁的整体刚度发挥了一定的作用。L2梁配置了两条直径为10的非预应力钢筋，很好地限制了裂缝的开展，同时也加强了梁的整体刚度。L2梁的荷载-挠度曲线较其他三组梁有明显的三段式见图12。第一段直线与其他三组梁相似，斜率较小，呈线增长；L2梁的第二段直线与其他三组梁差异较大，构件开裂后，相比其他三组梁，L2梁的荷载主要由混凝土、非预应力钢筋和预应力钢筋承担，随着荷载的增大，非预应力筋达到屈服，荷载-挠度曲线进入第三段直线，这阶段主要受力情况与其他三组梁相似，由预应力筋承受荷载。3.2试验梁的挠度与土壤力学计算开裂前，试验梁整个截面都是有效的，与有黏结预应力梁一样，按规范规定，取B=0.85EI0，按材料力学进行计算：例如，L1-1挠度计算值：其他梁按照类似的算法。试验梁跨中测点实测弹性挠度与计算挠度值见表3。由上述表格可知，在开裂前阶段，L1梁按规范计算的挠度值与实测值较为吻合，因此，计算预应力活性粉末混凝土结构在弹性工作阶段的刚度时可以取与普通混凝土相同值0.85EI0。3.3影响强度的主要因素通过对四组梁的荷载与挠度曲线图12进行对比分析影响刚度（挠度）的主要因素。(1）配筋率p的影响无黏结预应力筋对约束裂缝开展、控制变形的作用同一偏心压力作用相近，无黏结预应力筋的配筋率βp越大，预应力度越大，偏心压力增大，构件的开裂刚度亦增大。4钢纤维活性粉末混凝土通过无黏结预应力RPC简支梁受弯试验研究，探讨其受力性能的差别和影响因素，并对其相关的计算理论进行分析，得出：(1）按规范公式计算的反拱值和开裂前的挠度值与实测值基本吻合，对处于弹性工作阶段的活性粉末混凝土构件的刚度，可按规范取与普通混凝土相同的值为0.85EI。(2）钢纤维活性粉末混凝土构件的弹性阶段比一般混凝土构件的长，说明钢纤维活性粉末混凝土相比一般混凝土提高了梁的整体刚度。(3）梁受拉区非预应力钢筋配筋提高，梁在张拉阶段的反拱值降低。(4）提高梁受压区非预应力钢筋配筋率能有效约束裂缝的发展，降低梁在加载阶段的挠度。大量试验证明非预应力有黏结钢筋对控制裂缝的宽度与发展具有直接显著的作用，也直接影响着构件的开裂刚度。由图12的F-f曲线可见，开裂前阶段，四组梁的曲线几乎重合，说明在此阶段，非预应力钢筋的作用较小，更多是全截面承受荷载；梁开裂后，第二段直线的斜率（即构件开裂后的刚度）与ρs（非预应力筋配筋率）有很