基于无粘结预应力混凝土连续梁次弯矩的研究

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1、基于无粘结预应力混凝土连续梁次弯矩的研究：预应力次弯矩，就是张拉预应力钢筋，连续梁将产生变形的趋势，但这种变形趋势受到赘余支承系统的约束。这种次弯矩影响结构的弯矩分布和承载能力，在使用预应力结构时，应考虑这一影响。本文探讨了次弯矩的机理及影响。　　关键词：无粘结预应力；混凝土；连续梁；次弯矩　　　　无粘结预应力混凝土结构为满足裂缝控制要求，对一部分纵向钢筋施加预应力，其余纵向钢筋采用非预应力钢筋，这样能更好地控制使用条件下的裂缝、变形，且构件破坏前有较高的延性与能量吸收能力。无粘结预应力混凝土结构具有优良的结构性能，被广泛地用

2、于各种建筑工程中。　　目前国内外对于次弯矩有以下几种不同的观点，一是次弯矩始终保持不变；二是次弯矩随外载的增加逐渐减小，特别是在极限荷载阶段；三是次弯矩的变化不是特别重要，完全取决于所采用的计算模式。关于次弯矩在弹性阶段(即开裂前)一直存在并保持不变这一观点已得到公认。但在弹塑性阶段和极限荷载阶段，则没有统一的认识。可以看出：上述的几个观点是明显不同甚至是相互矛盾的。近来有这样一种观点，认为PPC(即部分预应力混凝土)超静定结构进入弹塑性阶段后，结构的整体刚度发生变化，次反力随刚度而变化，但仍缺乏足够的依据。因此，各国的设计规

3、范对此问题存在着很大的争论。例如：美国的ACI规范就曾多次修改有关次弯矩的部分，ACI318—63规定次反力由弹性分析来决定；ACI318—71则规定计算极限弯矩可以忽略次弯矩的影响，原因是在关键截面形成了塑性铰，结构变成机构。但是ACI318—77又修改了上述结论，要求在强度计算时考虑次弯矩，原因是预应力束将限制塑性铰的转动能力。CEB规范则认为次弯矩一直存在并保持不变，但是分有利和不利作用的不同，分别取系数为0．9和1．2。FIP则认为没有必要考虑次弯矩。东南大学则认为弹性阶段次弯矩一直存在，塑性阶段完全消失，弹塑性阶段次

4、弯矩随结构的整体刚度的变化而趋于逐渐减小。我国规范对这一问题没有具体的规定，《无粘结预应力混凝土结构设计与施工规程》延用美国ACI318-89的规定，认为次弯矩没有变化。和次弯矩问题相联系的还有内力重分布问题。目前认为：(1)有粘结PPC连续梁能象普通混凝土连续梁一样，在配筋适当的情况下产生完全内力重分布，并出现机构破坏。(2)有粘结PPC结构出现内力重分布的现象较迟，原因是使用了高强钢材。(3)无粘结PPC结构也能产生较大的内力重分布，但是不如有粘结结构。上述结论多是建立在对有粘结结构的研究基础上得出的。对无粘结结构，尚需作

5、进一步研究。　　1次弯矩的产生机理　　当一个偏心预压力作用在一根静定梁上时，，就引起大小等于该力乘以钢筋重心轴和混凝土截面形心轴之间距离的弯矩，即主弯矩。它将引起梁的变形，发生向上的反拱，但不产生外部反力。但是对于同情况的超静定梁，该偏心预压力的作用不但引起主弯矩，还将产生多余反力。当施加预应力时，梁的自由变形(向上反拱)在中间支座处受到约束。这样中支座就产生了一个多余向下的反力，即次反力。由次反力产生的弯矩称为次弯矩。主弯矩和次弯矩之和称为综合弯矩。。弯矩图受拉区为正。　　主弯矩等于有效预应力P和偏心距e的乘积，在梁的每个-

6、截面都是相等的。次弯矩的计算首先要解决次反力的计算问题。例中可以用结构力学的方法来解决这一问题，即求解一次超静定结构，求出次反力后，即可求出次弯矩。工程结构中预应力钢筋的形状往往比较复杂，主弯矩的形状也就比较复杂。因此用这种方法求解次反力也就困难的多。实际上，工程结构中次反力计算多用等效荷载法、弯矩面积法、影响线法等，在此不一一例举。　　从上面分析可以看出，研究次弯矩问题的核心是次反力，只要知道次反力的大小，就知道了次弯矩的数值。所谓次弯矩是指主弯矩所产生的变形受到约束而引起的，并不是说次弯矩的数值很小和“次要”到可以忽略不计

7、。事实上，在许多情况下，次弯矩的数值并不小于甚至超过主弯矩，例如：在桥梁结构中，次弯矩对结构在使用荷载下的应力分布和变形及极限强度都有较大的影响。　　根据次弯矩产生的原因可以知道，影响次弯矩数值大小的因素很多，如：预应力钢筋的布置形式、预应力的有效预应力截面的高度、偏心距的大小等。　　2次弯矩对结构性能的影响　　（1）开裂前的情况　　弹性阶段必须考虑次弯矩。预应力混凝土连续梁在初始状态下由于有效应力的作用，造成在拉区不存在拉应力或拉应力很小，所以梁的表现行为和均质弹性材料一样，且比一般在某些部位开裂的普通混凝土更均质些。显然，

8、此时的次反力即相当于外荷载，必须考虑进去，即次反力对结构的截面内力和变形都有影响。但需强调的是，次弯矩是由于预应力的作用且结构的变形受到约束所引起的，与结构的变形约束没有关系，结构的整体刚度没有变化，并不引起次弯矩的增加。　　（2）使用阶段的情况　　当荷载进一步增大时，截面边