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1、缓粘结预应力混凝土梁受弯试验研究 * 尚仁杰 张 强 周建锋 曾昭波 ( 中国京冶工程技术有限公 司 北京 1 0 0 0 8 8 ) ( 中冶集 团建筑研究总院北京 1 0 0 0 8 8 ) 摘要 ： 介绍 了缓粘结预应力筋的构造和工作原理 ， 通过 3 根缓粘结预应力混凝土梁的受弯试验研究 了 其开裂 弯矩、 极 限弯矩 、 裂缝分布 和荷 载 一挠度关系 等缓 粘结预应力混凝土梁 的受 力性能 ， 并与有粘结和无 粘结 预应力理论计算结果进行 了对 比分析 ， 得 出缓粘结预应力混凝土梁 的受弯 规律 ， 为缓粘 结预应力混凝土 梁的设计计算提供 了参考。 关键 词：缓粘结 预应力混凝
2、土试验研究 EXPE砒 NTAL S TUDY ON RETARD BONDED PRESTRES SED CONCRETE BEAM S I N BENDI NG S h a n g R e n j i e Z h a n g Q i a n g ( C h i n a J i n g y e E n g i n e e r i n g C o ， L t d B e i j i n g 1 0 0 0 8 8 ) Z h o u J i a n f e n g Z e n g Z h a o b o ( C e n t r a l R e s e a r c h I n s ti t u
3、t e o f B u i l d i n g a n d C o n s t r u c t i o n ，M C C G r o u p B e ij i n g 1 0 0 0 8 8 ) Abs t r a c t：Th e s t r uc t u r e a n d t h e wo r k i n g p rin c i p l e o f t h e r e t a r d bo n d e d p r e s t r e s s i n g t e n d o n we r e i n t r o d u c e dTh e c r a c ki n g mo me n t
4、s，u l t i ma t e mo me n t s ，c r a c k d i s t r i b ut i o n a nd l o a d d e fl e c t i o n g r a p h s o f r e t a r d - b o n d e d p o s t p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b e a ms we r e s t u d i e d t h r o u g h t h e e x p e rime n t o f 3 b e a ms Th e e x p e rime n t a l r e s u l
5、 t s we r e c o mp a r e d wi t h t h e t he o r e t i c a l a n d e x p e rime n t a l r e s u l t s o f b o n d e d a n d u n b o n de d p r e s t r e s s e d c o n c r e t e be a ms ，b y wh i c h t h e b e n d i n g l a w o f r e t a rd b o n d e d p o s t p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b
6、e a m wa s o b t a i n e d a n d c a n b e r e f e r e n c e d i n the d e s i g n i n g o f r e t a r d - b o n d e d po s t p r e s tre s s e d c o n c r e t e be a ms Ke y wo r ds：r e t a r d b o n d e d p r e s tre s s e d c o n c ret e e x p e ri me n t a l s t ud y 0 引 言 缓粘结 预应力 技术是 在有粘 结预应 力技
7、术 和无 粘结 预应力 技术之 后发展 起来 的一种新 的预应 力技 术 。缓粘结 预应力 技术具 有无粘 结预应 力技术 施工 方便、 造价低和有粘结预应力技术所具有的结构延 性好 、 抗震性能优等特点。 日本在 2 0世纪 9 0年代 开始 研究采 用添加 缓凝 剂 的环 氧树脂作 为胶粘 剂 的 缓粘结预应力筋并应用在桥梁中， 我国铁路桥梁也 在 2 0世纪 9 O年代中期开始研究采用缓凝砂浆作为 胶粘 剂 的缓 粘 结 预应 力 技术 。2 0 0 2年 前 后 ， 中 冶集团建 筑研究总 院 和天津市建筑科 学研究 院 开始 用环 氧树脂作 为胶粘 剂研制 缓粘结 预应 力 筋 ，
8、迅速取得成功并在工程中应用。 缓粘结预应力筋在很多情况下可以取代有粘结 筋和无粘结筋， 原来采用有粘结预应力钢绞线 的混 凝土工程 ， 通过采用缓粘结预应力钢绞线后可简化 施工工序和降低 造价而不降低结构延性和抗震性 能 ； 采用无粘结预应力钢绞线 的混凝土工程通过采 2 4 I n d u s t r i a l C o n s t r u c t i o n V o 1 3 8， N o 1 1 ， 2 0 0 8 用缓粘结预应力钢绞线后可在不增加施工难度的情 况下提 高结构 延性 和抗震 能力 。 本文首先介绍了缓粘结预应力筋的构造和工作 原理 ， 然后详细介绍了缓粘结预应力混凝土梁的受
9、 弯性能试验研究 ， 主要研究了梁的开裂弯矩 、 极限弯 矩、 裂缝形态以及荷载 一挠度 ( P一厂 ) 曲线等。试验 结果表明， 缓粘结预应力混凝土梁在缓凝剂 固化 以 后 ， 其工作性能和有粘结预应力混凝土梁较为接近 ， 为缓粘结预应力技术的应用提供 了参考。 1 缓粘 结预应 力筋构 造及 工作原 理 缓粘结预应力筋构造 ： 它是 由预应力筋( 钢绞线 或者钢丝束) 、 粘结剂和外包 P E组成 。缓粘结剂填 充在外包 P E和钢绞线之 间， 前期相 当于无粘结筋 *财政部资助项 目。 第一作者 ： 尚仁杰男1 9 6 6年 l 0月出生博士教授级高级工程 师 Em a i l ： s
10、h a n g r j 2 O 0 o y a h o o C O B c n 收稿 13期 ： 2 0 0 8 0 62 5 工业建筑2 0 0 8年 第 3 8 卷 第 1 1 期 的油脂 ， 具有一定的流动性及对钢材 良好的附着性 。 外包 P E经过压纹设备压制出凹凸不平 的波纹 ， 与 缓粘结剂一起包裹预应力筋 ， 因而腐蚀介质很难进 入 ， 对钢绞线起到保护作用 。根据设定的固化时间， 胶凝材料在固化剂的作用下逐渐 固化 ， 与钢绞线 之 间产生粘结力， 胶粘剂在完全 固化后具有 比混凝土 更高的强度 ， 并与钢绞线成为一体 ， 通过波纹状外表 面的嵌固作用使钢绞线与混凝土之间不能
11、滑移 ， 达 到有粘结预应力筋与混凝土之间的粘结性能 ， 固化 时间可以根据工程情况调节固化剂配方达到。 2 缓粘 结预应 力混凝 土梁 弯 曲试 验 2 1 试 件设 计 预应力混凝土梁断面为 2 5 0 m m4 0 0 m l T l 、 梁长 3 3 0 0 m l n ， 共制作缓粘结预应力混凝土简支梁 3片， 编号分别为 H N J 一1 、 H N J 一2 、 H N J 一3 ， 混凝 土强度 等级为 C 4 0 ， 张拉端采用 Y M1 51 J型夹片式锚具 ， 固定端采用挤压锚， 预应力筋采用直径 1 5 2 4 m m的 预应力钢绞线 ， 力学性能符合国家标准 预应力混
12、凝 土用钢绞线 ( G B T 5 2 2 49 5 ) ， 强度标准值为 f p = 1 8 6 0 MP a ， 预应力钢绞线经过缓粘结预应力筋生产 线涂敷缓粘结 剂并挤压涂塑 压制成缓粘结预应力 筋。预应力张拉控制应力为 0 7 5 厂 口 =1 3 9 5 M P a 。直 线布筋， 其中两支座之间的构件长度为 3 0 0 0 m m， 也 就是简支梁的跨度为 3 0 0 0 r n l n ， 如图 1 、 图2所示。 3 3 O O L o o ： 5 o 图 1 缓粘结预应力混凝土梁设计 F i g 1 T h e d e s i g n o f a r e t a r d -
13、b o n d e d p res t r e s s e d b e a m 2 1 口 5 2 2 2 5 1 口 I 5 0 9 5 0 l l 1 0 0 l 9 5 0 1 5 C 顶面 一 2 - 3弱 弱 一2 - 7 蕊 I l l 0 0 I l l 0 0 I l l 0 0 底面 正面 图 2 缓粘结预应力混凝土梁测点布置 F i g 2 L a y o u t o f me a s u r i n g p o i n t s o f a ret a r d - b o n d e d p res t r e s s e d b e a m 缓粘结预应力混凝土梁受弯试验研
14、 究 尚仁杰 ， 等 2 2加载 方 式 试验采用三分点两点 同步静力单调加载方式 ， 见 图 3 ， 具体步骤如下 ： 2 2 1 预 加载 根据 混凝土结构试验方法标准 ( G B 5 0 1 5 2 9 2 ) 建议n ， 预加载值不宜超过结构构件开裂试验荷 载计算值的 7 0 。预加载一次 ， 加至开裂荷载计算 值的 4 0 ， 卸载后 ， 仪器仪表调试为零 ， 开始试验。 预加载的主要 目的有二 ： 一是观察各仪器是否能正 常工作以及读数是否合理 ， 如不满足要求 ， 则需要停 止试验 ， 分析原因， 进一步进行调整； 二是对支座预 压 。 2 2 2 正 式加 载 开裂前每级加 载
15、 0 0 5 P 保持荷载 1 0 m i n ， 量 测试验数据 ， P 。 为理论破坏荷载； 开裂后每级加载 0 1 P 保持荷载 1 0 m i n ， 量测 试验数据 ； 加载至受压区混凝土破坏 ， 荷载 一挠度曲 线出现下降段 ， 停止加载； 卸载时， 每次卸载值控制 在 0 2 P 量测试 验数 据 。 图 3缓 粘 结 预应 力 混 凝 土 粱 测 点 布 置 F ig 3 La y o u t o f me a s u rin g p o i n t s o f 8 r e t a r d bo n d e d p r e s t r e s s e d b e a m 2 3
16、试验 结果 2 3 1 开裂弯矩 开裂弯矩是指在预应力混凝土梁内引起第一批 毛细裂缝的弯矩 ， 按式( 1 ) 计算 ， 用弹性理论来计算 开裂弯矩是足够准确的。假定当混凝土边缘的拉应 力达到其轴心抗拉强度时开始开裂 ， 考虑受压区混 凝土 已经 开始进 入塑性 阶段 ( 图 4 ) 。 开裂弯矩为 ： M = ( +) = k )X W ( 1 ) 其 中： = F+ F e p 式 中： 为预应力对混凝土产生 的压力 ， F为有效 预应力大小 ， 张拉时摩擦损失系数 和 与无粘结 预应力筋接近 ， A为截面积 ， 为截面惯性矩 ， e 。 为预应力合力作用点的偏心 ， ) ， 为塑性发展系数。 2 5 表 1 预应力混凝土梁开裂弯矩及极 限弯矩 Ta b l e 1 Cr a c k
