折線先張預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁徐變系數(shù)試驗(yàn)研究

折線先張預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁徐變系數(shù)試驗(yàn)研究

1折線先張梁的處理及徐變系數(shù)試驗(yàn)研究中國(guó)的鐵路和公路建設(shè)正在迅速發(fā)展。在鐵路和公路橋上，中等和小高差預(yù)測(cè)梁占很大比例。以鋼絞線為預(yù)測(cè)梁的初始張力梁的跨度一般小于20m，根據(jù)先張法的實(shí)踐，組件中的預(yù)測(cè)梁通常是直線的，梁的實(shí)際彎曲是難以配置的。在大多后張法預(yù)應(yīng)力橋梁施工中,影響結(jié)構(gòu)耐久性的管道灌漿不密實(shí)、張拉端局壓而引起的混凝土破壞等技術(shù)難題難以避免。折線形配筋的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件通過預(yù)應(yīng)力線型的改變實(shí)現(xiàn)了對(duì)外荷載有效的平衡,亦避免了后張法中諸多技術(shù)難題。青藏鐵路中的24m折線先張梁,桐柏淮河公路橋中35m跨折線先張箱梁等均已成功實(shí)踐。由于預(yù)應(yīng)力筋布束形狀及張拉方式的差異對(duì)徐變性能造成一定的影響,所以對(duì)折線先張梁進(jìn)行長(zhǎng)期加載下徐變變形試驗(yàn)研究有重要意義。本文通過對(duì)二根置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境中、一根置于室外自然環(huán)境中的7.5m跨的折線先張預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁進(jìn)行長(zhǎng)期加載,對(duì)試驗(yàn)梁跨中截面上邊緣及下部縱向非預(yù)應(yīng)力筋高度處的彎曲應(yīng)變徐變情況進(jìn)行了定時(shí)觀測(cè),得出了折線先張梁徐變及徐變系數(shù)時(shí)程曲線,并指出時(shí)程曲線變化規(guī)律。通過對(duì)試驗(yàn)梁徐變系數(shù)試驗(yàn)值采用Datafit軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,得出了試驗(yàn)梁徐變系數(shù)時(shí)程曲線的擬合公式,并與1986年中國(guó)建筑科學(xué)研究院等十個(gè)研究單位的研究成果(以下簡(jiǎn)稱“我國(guó)86成果”)、ACI209R-92、CEB-FIPMC90等規(guī)范對(duì)試驗(yàn)梁的徐變系數(shù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,分析了各規(guī)范對(duì)試驗(yàn)梁在進(jìn)行徐變系數(shù)預(yù)測(cè)時(shí)的差異。并結(jié)合我國(guó)86成果的“多系數(shù)法”,提出了以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、基于折線先張梁工程應(yīng)用的徐變系數(shù)計(jì)算公式,可為該類橋梁結(jié)構(gòu)在進(jìn)行與徐變性能相關(guān)的設(shè)計(jì)或施工時(shí)提供參考。2試驗(yàn)總結(jié)2.1混凝土變形試驗(yàn)試驗(yàn)梁長(zhǎng)7.5m,計(jì)算跨度7.2m,截面尺寸200mm×400mm,鋼絞線fptk=1860MPa,σcon=0.75fptk。非預(yù)應(yīng)力筋及箍筋均采用HRB500級(jí)鋼筋,箍筋用Φ8@200/100,鋼絞線和非預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)層厚度分別為50mm和25mm,試驗(yàn)梁預(yù)應(yīng)力筋線形及截面如圖1所示。張拉完成后,即時(shí)澆筑C50混凝土,自然條件養(yǎng)護(hù)28d后放張,混凝土配合比如表1所示。應(yīng)變補(bǔ)償小梁SHB1、SHB2,除未有配置預(yù)應(yīng)力筋外,其他參數(shù)與XPB1相同,分別置于試驗(yàn)梁同一環(huán)境中。試驗(yàn)梁放張后吊裝至橡膠支座上、呈簡(jiǎn)支狀態(tài)采用三分點(diǎn)對(duì)稱加載,通過施工過程中監(jiān)測(cè)的有效預(yù)應(yīng)力和加載重量的改變來控制預(yù)應(yīng)力度。跨中彎曲應(yīng)變采用手持千分尺(標(biāo)距為225~250mm)量測(cè)后換算;千分尺測(cè)點(diǎn)采用不銹鋼探頭埋入混凝土中10mm左右,對(duì)由此探頭埋設(shè)給量測(cè)應(yīng)變?cè)斐傻挠绊?通過在梁同一縱向高度截面粘貼的應(yīng)變片(S2120-10AA型絲式紙基電阻應(yīng)變計(jì),電阻值119.5±0.2%,靈敏系數(shù)2.097±0.57%,柵長(zhǎng)×柵寬為10×3mm),由加載初期一周內(nèi)同一時(shí)間段CM-2B型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀電測(cè)應(yīng)變值進(jìn)行了修正。為了減小溫差影響,變形測(cè)量時(shí)盡可能在測(cè)量日的同一時(shí)段,并且要求千分尺每次測(cè)點(diǎn)位置相同,量測(cè)精度可達(dá)15×10-6。各時(shí)間段應(yīng)變值應(yīng)扣除補(bǔ)償小梁同一時(shí)刻測(cè)定的溫度、收縮及碳化等因素引起的應(yīng)變值。試驗(yàn)梁加載示意圖、實(shí)物圖及加載時(shí)相關(guān)力學(xué)性能參數(shù)分別如圖2、表2所示。2.2加載環(huán)境及濕度試驗(yàn)梁澆注后養(yǎng)護(hù)28d放張。放張3d后將XPB2放到自然環(huán)境中加載;放張5d后將XPB1、XPB3放到室內(nèi)環(huán)境中加載;在加載30d后實(shí)現(xiàn)近似標(biāo)準(zhǔn)條件(溫度20±3℃,濕度為80%左右)加載。環(huán)境溫度及濕度時(shí)程圖如圖3所示。室外和室內(nèi)環(huán)境平均溫度為22.9℃和21.6℃,平均濕度為52.1%和79.4%。3結(jié)果分析與研究3.1試驗(yàn)梁跨中截面下邊緣混凝土徐變變化混凝土徐變是指混凝土在持續(xù)應(yīng)力作用下,應(yīng)變隨時(shí)間不斷增加的現(xiàn)象。對(duì)試驗(yàn)梁跨中截面彎曲應(yīng)變徐變值進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè),繪出了截面上邊緣及下部縱向鋼筋截面處的徐變應(yīng)變時(shí)程曲線如圖4。從圖4中看出,試驗(yàn)梁跨中截面上邊緣加載后前30d徐變應(yīng)變發(fā)展較快,約占第一年徐變的60%左右。根據(jù)相關(guān)資料,取70年徐變隨時(shí)間發(fā)展的相對(duì)比值為1.0,可估計(jì)出前30d的徐變值約占總徐變40%;隨著時(shí)間發(fā)展,徐變發(fā)展速度趨緩,達(dá)90d時(shí),徐變約為第一年徐變總量的70%左右,約占總徐變的50%左右。試驗(yàn)梁跨中截面下部縱向鋼筋位置處混凝土徐變隨時(shí)間發(fā)展曲線如圖4所示,對(duì)于XPB1及XPB3兩根全預(yù)應(yīng)力梁,隨時(shí)間增加,試驗(yàn)梁下邊緣混凝土徐變值較小,徐變值基本趨于穩(wěn)定;XPB2下邊緣混凝土徐變值波動(dòng)較大?？紤]到手持應(yīng)變儀在測(cè)量時(shí)可能存在的儀器及人為誤差,可初步推定全預(yù)應(yīng)力梁跨中截面下邊緣縱筋位置處應(yīng)變變化很小;部分預(yù)應(yīng)力梁跨中截面下邊緣縱筋位置處應(yīng)變有一定增加,但最終趨于穩(wěn)定。3.2試驗(yàn)梁跨中截面初應(yīng)變分析徐變系數(shù)是指混凝土在持續(xù)應(yīng)力σc(σc≤0.5fc)作用下所產(chǎn)生的徐變應(yīng)變?chǔ)與與混凝土在受同等應(yīng)力σc所產(chǎn)生的彈性應(yīng)變?chǔ)?之比,一般用符號(hào)φc(t,t0)=εc/ε1表示。試驗(yàn)梁跨中上邊緣截面初應(yīng)變采用預(yù)應(yīng)力、自重和外加荷載共同產(chǎn)生應(yīng)變疊加值,本文適當(dāng)考慮至施加外部荷載時(shí)預(yù)應(yīng)力及自重產(chǎn)生的徐變;對(duì)由于預(yù)應(yīng)力、自重荷載與外加荷載施加齡期的差異在徐變應(yīng)變計(jì)算時(shí)適當(dāng)?shù)暮雎浴PB1、XPB2及XPB3跨中截面上邊緣初應(yīng)變?cè)囼?yàn)測(cè)定值分別為203×10-6、255×10-6及211×10-6。根據(jù)徐變系數(shù)定義和試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果,采用DATAFIT軟件對(duì)試驗(yàn)梁徐變系數(shù)時(shí)程曲線進(jìn)行了擬合和數(shù)據(jù)分析分別如圖5和表3所示。可以看出,采用雙曲冪函數(shù)對(duì)徐變系數(shù)試驗(yàn)值進(jìn)行擬合有良好數(shù)理統(tǒng)計(jì)特征和較高精度。4徐變系數(shù)的計(jì)算公式為4.1施用程序?qū)τ?jì)算結(jié)果的預(yù)測(cè)結(jié)合相關(guān)規(guī)范中關(guān)于徐變系數(shù)計(jì)算的規(guī)定,本文分別引用ACI209R-92、我國(guó)86成果、與CEB-FIPMC90模式對(duì)試驗(yàn)梁徐變系數(shù)時(shí)程關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算,并與試驗(yàn)梁徐變系數(shù)擬合公式計(jì)算值進(jìn)行了對(duì)比。從圖6和表4中看出,放置于室內(nèi)的兩根梁徐變系數(shù)介于CEB-FIPMC90與我國(guó)86成果計(jì)算結(jié)果之間,其中XPB3結(jié)果與我國(guó)86成果比較接近;室外梁XPB2計(jì)算結(jié)果與我國(guó)86成果比較吻合。對(duì)試驗(yàn)梁而言,ACI209R-92對(duì)徐變結(jié)果預(yù)測(cè)最低,CEB-FIPMC90其次,而與我國(guó)86成果最為接近。不同規(guī)范對(duì)于同一構(gòu)件的徐變系數(shù)計(jì)算值偏差較大,最大可達(dá)20%~30%,這主要與徐變的諸多影響因素的復(fù)雜性和不確定性有關(guān),因此基于試驗(yàn)基礎(chǔ)的折線先張預(yù)應(yīng)力梁徐變系數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行研究,對(duì)該類梁工程應(yīng)用有著重要意義。4.2折線先張梁徐變系數(shù)從3.1節(jié)分析可知,我國(guó)86成果對(duì)試驗(yàn)梁徐變系數(shù)預(yù)測(cè)效果較好。我們以試驗(yàn)梁徐變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)折線先張梁徐變系數(shù)計(jì)算采用“多系數(shù)法”,并參考文獻(xiàn)中關(guān)于徐變影響因素指標(biāo)的量化值,建立了以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的可在工程中應(yīng)用的折線先張梁的徐變系數(shù)計(jì)算公式:其中,φ(t,t0)為齡期t0開始受力至?xí)r間t為止的梁彎曲應(yīng)變徐變系數(shù);φ(∞,28)為近似標(biāo)準(zhǔn)條件下(溫度20±3℃,濕度為80%左右),混凝土齡期28d時(shí)加載,梁受壓邊緣混凝土徐變系數(shù)終值,對(duì)于折線先張梁,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,本文建議取2.10;k0為考慮預(yù)應(yīng)力度、配筋率等因素的綜合影響系數(shù),本文結(jié)合試驗(yàn)梁和MIDAS-CIVIL的分析結(jié)果,對(duì)折線先張梁建議取1.15;kd、kv、kH分別為加荷齡期、構(gòu)件截面尺寸和環(huán)境濕度影響系數(shù),三系數(shù)值可參考文獻(xiàn)中的相關(guān)規(guī)定;kt為徐變的持荷時(shí)間影響系數(shù),依試驗(yàn)結(jié)果確定為:因此,本文建議折線先張預(yù)應(yīng)力梁彎曲應(yīng)變徐變系數(shù)公式為:5徐變驗(yàn)算規(guī)范根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)研究成果,本文得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)折線先張全預(yù)應(yīng)力梁在壓應(yīng)力較小的邊緣混凝土徐變很小,一定