体外预应力竖向张拉梁正截面抗弯承载力分析与计算

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1、体外预应力竖向张拉梁正截面抗弯承载力分析与计算通过对体外竖向张拉预应力简支梁的研究分析与计算，找出影响构件极限承载力的主要因素。对比普通预应力构件，考虑二次效应、应力增量以及竖向预应力分力的影响，计算出不同工况以及不同预应力加载条件下的正截面抗弯极限承载力。根据计算与试验结果，分析出影响承载力发挥的因素，并给出工程建议。关键词：竖向张拉体外预应力二次效应抗弯承载力1.概述　　体外预应力加固方法来自于20实际40年代的前苏联，主要用于厂房加固补强，建筑物的寿命因此而得以延长。在我国，随着公路桥梁荷载吨位的增加，原设计方案的

2、承载力已经不能满足使用要求而需要加强。体外预应力应用于桥梁工程加固与强化，不仅施工较为简便，而且具有优良的经济效益。　　通过竖向张拉法施加的体外预应力，与传统预应力有所区别。这主要是因为预应力钢筋与混凝土变形协调关系差异较大。区别体现为：1、竖向张拉法摩擦损失较小。2、引发较大的二次效应。3、预应力钢筋沿长度方向应力变化幅度较小。后两点与最终构件承载力的大小密切相关，笔者主要讨论采用竖向张拉法施加预应力的简支梁构件的正截面抗弯承载力问题。2.体外预应力构件正截面受力特征描述2.1受力特征[1]　　体外预应力混凝土结构预应

3、力筋和混凝土不粘结在一起，只有锚固端和转向块位置变形协调。同时，体外应力应变也与这些点的位置密切相关。体外预应力筋的应力发挥取决于整个构件的受力特性，需要求得锚固端和转向块处的变形才能确定。如果忽略转向装置处的摩擦影响，那么力筋的应变是比较均匀的，这与粘结预应力很不一样。体外预应力筋应变为粘结力筋最大应变处的一半。　　试验证明，混凝土梁开裂之后，平截面假定只适用于混凝土梁体本身平均变形，不适用于体外预应力筋，由于梁破坏时体外筋一般未达到其抗拉极限强度，因此破坏更显脆性。2.2二次效应　　除了锚固和转向装置处之外，体外预应

4、力筋与梁体竖向还将产生相对位移，使预应力筋有效偏心距减小，产生二次效应。对于未开裂梁，二次效应对计算结果影响不大。对于已裂梁，随着挠度的增大，二次效应影响增大。2.3应力增量　　试验中得知，混凝土截面的应变都能较好地符合平截面假设关系。体外预应力混凝土梁与普通预应力梁的弯曲性能和破坏形式十分类似,梁的延性较好,实测受压区边缘混凝土极限压应变在0.0025到0.004之间.体外预应力混凝土梁的弯曲性能和破坏形式与普通混凝土梁比较接近，差别集中在二次效应和应力增量上。体外预应力筋在梁开裂之后二次效应影响显著、应力增量显著提高

5、。3.竖向预应力筋计算方法3.1在忽略二次相应时正截面承载力计算3.1.1使用条件(1)外荷载引起的预应力筋偏心距变化不明显(2)混凝土梁尚未开裂3.1.2计算公式　　基于试验中混凝土内受拉纵筋首先屈服，体外预应力筋极限抗拉强度值取有效预应力值加上应力增量。纵向方向受力平衡有：　　忽略二次效应对混凝土压区合力作用点求距得：　　3.2考虑二次效应的正截面承载力计算3.2.1virlogeux的偏心距计算公式[1]1virlogeux认为变形后体外力筋偏心距可以通过比较变形前后力筋位置求得：　　3.2.1塑性铰理论体外预应力

6、筋极限应力计算方法　　大量混凝土梁破坏试验结果表明：在梁普通钢筋屈服后至破坏前，梁弯矩较大的区域将出现在塑性铰或塑性铰区段，梁体的变形主要发生于塑性铰附近，体外预应力混凝土梁在破坏前亦有类似情况出现。3.2.2计算公式[2]纵向方向受力平衡有：　　忽略二次效应对混凝土压区合力作用点求距得：　　3.3考虑预应力筋竖向分力对极限承载力的修正　　体外预应力筋在预应力发挥过程中，预应力可分解为平行于混凝土构件的方向以及垂直于混凝土构件的方向。垂直分量也能体外预应力筋应力发展。自然也就会影响构件的极限承载力。　　由于钢筋夹角变形量

7、较难以观测，根据计算结果和试验结果对照分析，可以近似将计算结果(承载力)加大来考虑此项因素的影响。4.竖向预应力筋的应力增量　　一般而言，普通钢筋混凝土适筋梁在破坏时，受拉区非预应力钢筋达到屈服，受压区混凝土被压碎破坏，对加固工程而言，试验和计算结果也得到了相同的结论。预应力筋的极限应力可以表述为有效张拉应力和极限应力增量之和：　　　　影响预应力筋极限应力增量的因素较多，包括预应力筋配筋率、非预应力筋配筋率、有效预应力和预应力筋离梁顶的距离与弯曲角度等。相关资料证明了这点，各项影响因素中，除弯曲角度对预应力筋极限应力增量

8、影响较小外，其他影响因素对应力增量有显著影响。其中预应力筋配筋率、非预应力筋配筋率、有效预应力的增大均可以使得应力增量减小，而与之相反的是，应力增量随着混凝土强度以及预应力筋距离梁顶的距离的增大而增大。计算应力增量的方法很多，笔者已将计算结果绘制成图表。5.结果与试验分析5.1计算条件与试验介绍试验简支梁梁跨度1.6