預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力研究初探

　　摘　要：本文利用大型有限元軟件ANSYS對后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)因結(jié)構(gòu)總層數(shù)不同而對同一位置處預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究，得到一些重要結(jié)論，為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的張拉施工提供了重要理論依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 等值線 軸向應(yīng)力

　　預(yù)應(yīng)力筋的張拉是預(yù)應(yīng)力施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),預(yù)應(yīng)力筋的張拉涉及到預(yù)應(yīng)力筋的張拉順序、預(yù)應(yīng)力筋伸長值、預(yù)應(yīng)力的錨固損失、孔道摩擦損失、應(yīng)力松弛損失、混凝土彈性壓縮損失、混凝土收縮徐變損失以及溫度影響，是一個復(fù)雜的非線性的力的傳遞、分配過程。預(yù)應(yīng)力筋張拉力的大小，直接影響到預(yù)應(yīng)力的效果。張拉力越高，建立的預(yù)應(yīng)力值越大，構(gòu)件的抗裂性也越好，但預(yù)應(yīng)力筋在使用過程中經(jīng)常處于過高應(yīng)力狀態(tài)下，構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的荷載與破壞荷載接近，往往在破壞前無明顯警告，這是危險的。另外，如果張拉力過大，造成構(gòu)件反拱過大或預(yù)拉區(qū)出現(xiàn)裂縫，也是不利的。反之，張拉階段預(yù)應(yīng)力損失越大，建立的預(yù)應(yīng)力值越低，構(gòu)件可能過早出現(xiàn)裂縫，也是不安全的。

　　預(yù)應(yīng)力張拉精度是決定預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)安全與正常運營的首要條件，一旦預(yù)應(yīng)力張拉精度失控，輕則會引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)錨固端的縱向裂紋、反拱過大，重則會引起結(jié)構(gòu)出現(xiàn)橫向裂縫、預(yù)應(yīng)力筋拉斷等事故，因預(yù)應(yīng)力張拉精度失控而造成預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)失效、破壞及生命財產(chǎn)巨大損失的事故時有發(fā)生。

　　一、研究內(nèi)容及數(shù)值計算

　　本文以結(jié)構(gòu)總層數(shù)分別為一層、二層及三層的單跨預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為例，對一層頂梁均采用直線預(yù)應(yīng)力筋布置，并采取相同的張拉力，忽略環(huán)境溫度變化的影響，對因結(jié)構(gòu)總層數(shù)不同而對一層頂預(yù)應(yīng)力混凝土梁中預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力的影響進(jìn)行了研究。

　　本文預(yù)應(yīng)力砼梁橫截面尺寸均為400mm×800mm，長11.15m，預(yù)應(yīng)力筋采用工程上常用的φ15的鋼絞線，張拉控制力為150KN，預(yù)應(yīng)力鋼絞線距預(yù)應(yīng)力砼梁底72.5mm，結(jié)構(gòu)跨度為10.32m，底層層高為4.2m，第二、三層層高均為3.6m。

　　計算結(jié)果采用應(yīng)力等值線圖表示，應(yīng)力等值線圖給出了預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉錨固后的應(yīng)力沿預(yù)應(yīng)力筋縱、橫兩個方向的分布情況。

　　(一)結(jié)構(gòu)層數(shù)為一層，且一層頂梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力時的數(shù)值計算

　　在預(yù)應(yīng)力鋼絞線左端建立預(yù)拉單元，并在預(yù)拉單元上施加150KN的預(yù)拉力來模擬單根預(yù)應(yīng)力砼梁左端張拉并錨固的工作狀態(tài)。預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道的上下邊緣采用兩對重合的線，以模擬預(yù)應(yīng)力鋼絞線與孔道間無粘結(jié)零距離接觸。將梁兩端預(yù)應(yīng)力筋孔道上、下邊緣的節(jié)點進(jìn)行y方向位移耦合，此外，為模擬鋼絞線的錨固狀態(tài)，在預(yù)應(yīng)力砼梁兩端將鋼絞線的上、下邊緣與對應(yīng)孔道的上、下邊緣分別進(jìn)行x、y方向位移耦合。左柱截面為850mm×850mm，右柱截面為800mm×800mm，柱子的高度為4.2m。柱子底端邊界條件為固端。建立有限元計算模型見圖1，鋼絞線軸向應(yīng)力sx的等值線見圖2。

　　圖1 有限元計算模型 圖2 鋼絞線應(yīng)力sx的等值線

　　(二)結(jié)構(gòu)層數(shù)為二層，且一層頂梁采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力時的數(shù)值計算

　　兩層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土梁與柱有限元計算模型的建立方法同一層預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，不同之處是二層的柱高為3.6m。有限元計算模型見圖3，鋼絞線軸向應(yīng)力sx的等值線見圖4。

　　圖4 鋼絞線應(yīng)力sx的等值線 圖3有限元計算模型

　　對比分析圖2與圖4，得：忽略環(huán)境溫度變化的影響，對結(jié)構(gòu)總層數(shù)為一層和二層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)底層預(yù)應(yīng)力混凝土梁施加相同的張拉控制力并錨固后，結(jié)構(gòu)總層數(shù)為二層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)底層梁鋼絞線應(yīng)力與結(jié)構(gòu)總層數(shù)為一層的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)頂層梁鋼絞線應(yīng)力相比，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力sx的分布規(guī)律無明顯變化，但預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力sx的最大值將增大約(0.129-0.118)/0.118×100%=9.3%。