專利名稱：延性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，該技術(shù)主要利用高性能混凝土與高延伸率鋼絞性的結(jié)合，獲得受彎撓度度系數(shù)在3.0以上的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)延性好于普通混凝土結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及該預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著混凝土材料科學(xué)研究的深入發(fā)展，采用常規(guī)的水泥和砂土作原料，使用常規(guī)的制作工藝，主要依靠外加高效減水劑或同時外加一定數(shù)量的活性礦物材料，使拌和物具有良好的工作度，并在硬化后具有高性能的水泥混凝土，在我國已逐漸發(fā)展成為比較成熟的技術(shù)。近年來在城市高層建筑中得到了推廣應(yīng)用。
高性能混凝土的重要特點(diǎn)是耐久、強(qiáng)度高、剛度大，能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、重載、高聳發(fā)展和承受惡劣環(huán)境條件的需要。高性能混凝土可以做到具有坍落度大和早強(qiáng)性能，便于澆筑和加快模板周轉(zhuǎn)速度。
高性能混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，可以取得很多收益。盡管提高混凝土強(qiáng)度并不能明顯增加鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗彎能力，但它能降低受彎構(gòu)件截面的受壓混凝土高度，提高構(gòu)件的延性，允許有較高的配筋率，進(jìn)而通過提高配筋率來增加構(gòu)件的抗彎能力；高強(qiáng)混凝土還由于變形小，使構(gòu)件的剛度得以提高，進(jìn)而可以降低構(gòu)件的截面高度。至于預(yù)應(yīng)混凝土構(gòu)件，則能從高性能混凝土獲得三重好處，可以施加更大的預(yù)應(yīng)力，可以更早的施加預(yù)應(yīng)力，因徐變小而預(yù)應(yīng)力損失較低，配置適量受壓鋼筋的高強(qiáng)混凝土與高效預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土，可兼顧兩種材料優(yōu)點(diǎn)，取得更佳結(jié)構(gòu)效果。
高性能混凝土的不足之處首先是對各種原材料有嚴(yán)格的要求，高性能混凝土的質(zhì)量特別容易受到生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)過程中環(huán)境因素的影響。在材料的性能上，高強(qiáng)混凝土的缺點(diǎn)是延性比普通強(qiáng)度混凝土差，素混凝土的延性隨著強(qiáng)度增加而降低。但是材料的延性和構(gòu)件的延性并不是等同的，構(gòu)件延性可以通過適當(dāng)?shù)呐浣畲胧┖透纳祁A(yù)應(yīng)力鋼材的性能得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在上述現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提供一種可提高結(jié)構(gòu)延性的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，為此本發(fā)明還提供一種制作該預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種新型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)，包括混凝土和預(yù)應(yīng)力筋，所使用的混凝土抗壓強(qiáng)度大于60MPa，所使用的預(yù)應(yīng)筋為預(yù)應(yīng)鋼絞線，其強(qiáng)度≥1860MPa，松弛率≤2.5％，延伸率≥5％，符合上述工藝參數(shù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲繞度延性比大于3.0。
新型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的方法，其制作步驟如下(1)鋪設(shè)模板(2)設(shè)置鋼筋骨架后張法和先張法混凝土(3)澆筑強(qiáng)度大于60mpa的混凝土(4)將強(qiáng)度大于1860MPa，松馳率≤2.5％，延伸率≥5％的高均勻延伸率鋼絞線就位，張垃(5)混凝土覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)，在混凝土立方體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度時，張拉采用后張法或先張法，截?cái)囝A(yù)應(yīng)力鋼絞線。
(6)吊準(zhǔn)為了使人們能夠更清楚地理解技術(shù)方案中的一些技術(shù)術(shù)語，作以下說明預(yù)應(yīng)力鋼絞線延伸率預(yù)應(yīng)力鋼絞線拉應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力后的伸長量與對應(yīng)屈服應(yīng)力時的延長量之比。
預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件延性受彎預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件破壞時最大撓度與該構(gòu)件剛達(dá)到極限承載力時的撓度之比，是為該構(gòu)件受彎撓度延性比，用以度量預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的延性。
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的延性用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制變形的延性比度量。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案后可使預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的延性增加，產(chǎn)生以下優(yōu)點(diǎn)1、提高工程結(jié)構(gòu)的安全性工程結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)整體可分為兩種(1)延性破壞結(jié)構(gòu)承受荷載達(dá)到極限承載力后，在荷載維持不變的前提下，結(jié)構(gòu)經(jīng)歷較大的變形后破壞。
(2)脆性破壞結(jié)構(gòu)承受荷載達(dá)到極限承載力后，結(jié)構(gòu)未呈現(xiàn)明顯變形，裂縫等破壞特征，而突然斷裂。結(jié)構(gòu)構(gòu)件與節(jié)點(diǎn)的延性是保證結(jié)構(gòu)延性破壞的前提，由上述兩種結(jié)構(gòu)破壞形態(tài)的定義可知，延性結(jié)構(gòu)在破壞之前有能觀察到的變形與裂縫，有一段延性變形的時間，借以警示使用者避免災(zāi)難或減少損失，而脆性結(jié)構(gòu)在破壞之前無明顯征兆，突然性強(qiáng)，往往給人們造成很大的損失。
2、提高工程結(jié)構(gòu)極限承載力。
實(shí)際使用的工程結(jié)構(gòu)多為超靜定結(jié)構(gòu)，對延性結(jié)構(gòu)而言，因構(gòu)件的延性作用控制截面處部件達(dá)到極限承載力后，因其延性變形可導(dǎo)致超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力重新分布，最終增大工程結(jié)構(gòu)的極限承載力。
3、提高工程結(jié)構(gòu)抗震能力。
在地震作用下，延性結(jié)構(gòu)較大的變形能力可增加結(jié)構(gòu)阻尼，避免結(jié)構(gòu)瞬間倒塌，減小地震作用的影響，增大結(jié)構(gòu)抗震能力。


圖1鋼絞線拉力N與實(shí)測應(yīng)變ε關(guān)系曲線圖2試驗(yàn)梁的一個典型變形曲線圖3C40混凝土在不同延伸率下的荷載-撓度對比曲線圖4C60混凝土在不同延伸率下的荷載-撓度對比曲線圖5C80混凝土在不同延伸率下的荷載-撓度對比曲線圖6大延伸率鋼絞線不同混凝土強(qiáng)度的荷載-撓度曲線圖7小延伸率鋼絞線不同混凝土強(qiáng)度的荷載-撓度曲線圖8大延伸率梁跨中截面彎矩與梁頂混凝土壓應(yīng)變關(guān)系曲線圖9小延伸率梁跨中截面彎矩與梁頂混凝土壓應(yīng)變關(guān)系曲線
具體實(shí)施例方式一種新型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，包括混凝土和預(yù)應(yīng)力筋，所述的混凝土抗壓強(qiáng)度大于60MPa，所述的預(yù)應(yīng)筋為預(yù)應(yīng)鋼絞線，其強(qiáng)度≥1860MPa，松弛率≤2.5％，延伸率≥5％，符合上述工藝參數(shù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲繞度延性比大于3.0。所述新型預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的制作步驟如下(1)鋪設(shè)模板(2)設(shè)置鋼筋骨架(3)澆筑強(qiáng)度大于60mpa的混凝土(4)將強(qiáng)度大于1860MPa，松馳率≤2.5％，延伸率≥5％的高均勻延伸率鋼絞線就位，張拉(5)混凝土覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)，在混凝土立方體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度時，張拉(后張法)或先張法截?cái)囝A(yù)應(yīng)力鋼絞線。(6)吊準(zhǔn)以下通過試驗(yàn)研究混凝土強(qiáng)度等級和鋼絞線延伸率對預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的延性的影響規(guī)律。所進(jìn)行的試驗(yàn)采用混凝土強(qiáng)度等級為C40、C60和C80三種，試驗(yàn)結(jié)果，證明了本發(fā)明專利的實(shí)際改良和應(yīng)用價值，鋼絞線延伸率3.6％和5％二種，進(jìn)行多種組合，作為試驗(yàn)小梁進(jìn)行破壞承載試驗(yàn)，根據(jù)連續(xù)鋼構(gòu)橋的箱梁截面配筋情況，試驗(yàn)梁受拉區(qū)僅配置預(yù)應(yīng)力鋼絞線，受壓區(qū)配置構(gòu)造鋼筋(配筋率0.38％)。
6、通過以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論(1)采用525#普通硅酸水泥，優(yōu)選砂石骨料并摻加高效減水劑和磨細(xì)優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可以配制拌和性能良好，坍落度大于160mm的C80高強(qiáng)混凝土。
(2)根據(jù)12根受拉區(qū)僅配置預(yù)應(yīng)力鋼絞線的試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級不同時，因試驗(yàn)梁為適筋配置情況，其抗裂性能和正常使用階段的裂縫分布形態(tài)，變形性能與裂縫寬度發(fā)展規(guī)律基本相同。
(3)隨著混凝土強(qiáng)度的提高，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的正截面承載力略有提高，其破壞形態(tài)與鋼線受拉延伸率的大小有顯著的相關(guān)性。對于配置延伸率為5％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其破壞形態(tài)為鋼絞線達(dá)到屈服強(qiáng)度后梁繼續(xù)變形使受壓區(qū)混凝土壓碎。對于配置延伸率為3.6％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其破壞形態(tài)為鋼絞線達(dá)到屈服強(qiáng)度后梁繼續(xù)變形，由于鋼絞線材質(zhì)的不均勻性導(dǎo)致兩種破壞形態(tài)；當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時使受壓區(qū)混凝土壓碎，當(dāng)混凝土強(qiáng)度較高時受壓區(qū)混凝土可能壓碎，也可能使鋼絞線因拉伸變形過大而拉斷。
(4)當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時，試驗(yàn)梁的延性與鋼絞線的延伸率關(guān)系不大，其位移延性系數(shù)不能滿足一般鋼筋混凝土梁位延性系數(shù)大于3的要求。隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，試驗(yàn)梁的延性隨著鋼絞線的延伸率增大而增大，配置延伸率為3.6％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其延伸系數(shù)在3.0左右變動，不能完全滿足鋼筋混凝土受彎構(gòu)件延性系數(shù)大于3.0的一般要求；配置延伸率為5％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其延性系數(shù)均大于3.0，且隨著混凝土強(qiáng)度增大而增大，完全滿足鋼筋混凝土受彎構(gòu)件延性系數(shù)大于3.0的一般要求。1.試驗(yàn)概況1.1試驗(yàn)梁的設(shè)計(jì)本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)梁試件12根，按照三種混凝土強(qiáng)度和兩種不同延伸率的鋼絞線進(jìn)行交叉設(shè)計(jì)，具體情況見表1。預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋分別采用鋼絞線(fpyk＝1860MPa，Es＝195MPa)和II級鋼筋(fyk＝335MPa，Es＝200MPa)。試驗(yàn)梁幾何尺寸相同，其長度為6.4m，寬度為0.15m，高度為0.45m，有關(guān)參數(shù)列于表2。
表1 試件設(shè)計(jì)概況

表2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2試驗(yàn)梁的制作試驗(yàn)梁在華北水利水電學(xué)院結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)大廳內(nèi)的22m先張法預(yù)應(yīng)力臺座上制作張拉一次澆筑三根，基本步驟如下1)鋪設(shè)梁底模板；2)鋼絞線就位、張拉，張拉控制應(yīng)力按0.7fptk取值，張拉控制力Pcon＝18.1KN，采用XM15夾片式錨具錨固。張拉設(shè)備為30KN穿心式張拉千斤頂和高壓油泵；3)綁扎上部非預(yù)應(yīng)力筋及箍筋；4)側(cè)模就位固定；5)對鋼筋位置和模板位置進(jìn)行檢查，糾正偏差；6)澆鑄混凝土。混凝土采用525#普通硅酸巖水泥、中砂、碎石，具體配合比設(shè)計(jì)見表3；7)混凝土覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)。在混凝土立方體強(qiáng)度達(dá)到75％設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，截?cái)囝A(yù)應(yīng)力鋼絞線，然后自然養(yǎng)護(hù)到28天，將試驗(yàn)梁架設(shè)在簡支支座上。
表3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

1.3試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件均采用兩點(diǎn)集中對稱的同步分級加載方式，采用千斤頂加荷。試驗(yàn)加載原則是按照混凝土靜載加載方法進(jìn)行，即每加一級荷載后，持荷10分鐘，當(dāng)變形較大，加載后變形繼續(xù)增長時，對本級進(jìn)行補(bǔ)載，直到穩(wěn)定后再加下一級荷載。至預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度或受壓區(qū)砼被壓碎，則視為達(dá)到極限強(qiáng)度。
1.4試驗(yàn)梁的儀器布置為減小預(yù)應(yīng)力損失，在22m先張法預(yù)應(yīng)力臺座上制作，每次三根梁。為獲得預(yù)應(yīng)力鋼絞線從開始張拉到放張階段的有效預(yù)應(yīng)力實(shí)測數(shù)據(jù)，在每根梁的設(shè)計(jì)純彎段內(nèi)分五個截面在兩根鋼絞線上埋設(shè)了18片標(biāo)距為1mm的電阻應(yīng)變片，這樣每根鋼絞線上分九個截面布置有27片標(biāo)距為1mm的電阻應(yīng)變片，同時在其中一根鋼絞線錨固端設(shè)置一個穿心式壓力傳感器。設(shè)傳感器的鋼絞線分6級張拉到位并測試每級的張拉伸長值，另一個不設(shè)傳感器的鋼絞線也分6級張拉到位并用鋼板尺測試其張拉伸長值。電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)由傳感器數(shù)據(jù)由YJ-25電阻應(yīng)變儀測讀。
試驗(yàn)主要目的是量測受力各階段的撓度、鋼絞線應(yīng)變、受壓鋼筋應(yīng)變、混凝土的拉區(qū)和壓區(qū)應(yīng)變、裂縫寬度等。因此為比較全面地檢測梁的撓度變化，架設(shè)了七支電阻位移計(jì)，架設(shè)位置兩支座各一支，跨中一支、兩加載點(diǎn)下各一支，加載點(diǎn)與跨中的中間各一支。所有電阻位移計(jì)數(shù)據(jù)由英國Solatron高精度全自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集處理；為量測受壓鋼筋應(yīng)變，在鋼絞線的各對應(yīng)截面上埋設(shè)標(biāo)距為1mm的電阻應(yīng)變片，每個斷面5片，即每根梁12片；為量測混凝土拉壓區(qū)應(yīng)變，在貼有電阻應(yīng)變片的鋼絞線和受壓鋼筋對應(yīng)的梁的側(cè)面混凝土上也分別布置了標(biāo)距為10mm的電阻應(yīng)變片，即受壓區(qū)5片，受拉區(qū)5片；為量測各級荷載作用下的裂縫寬度，在梁的跨中處沿梁高布置有標(biāo)距為250mm的端子9組，且在相鄰截面鋼絞線和鋼筋的對應(yīng)位置也各布置了2組，用手持式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量。1.5鋼絞線受力性能測試成果分析(1)鋼絞線受力性能理論分析基礎(chǔ)對以高強(qiáng)鋼絞線為預(yù)應(yīng)力筋束的高效預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力性能的試驗(yàn)研究中，如何準(zhǔn)確地測定鋼絞線的受力狀態(tài)是關(guān)鍵技術(shù)之一。但是，鋼絞線作為多根鋼絲的綜合受力體，不同于一般的單根鋼筋受力。鋼絞線的這種特殊性，使得在其應(yīng)力、應(yīng)變量測方面，還沒有形成成熟的技術(shù)。為此，進(jìn)行鋼絞線應(yīng)力應(yīng)變測試技術(shù)的研究是十分必要的。
實(shí)際上，可以論證鋼絞線在承受軸向力時，其每根鋼絲沿各自軸向的應(yīng)變都相等，亦即鋼絞線的每根鋼絲受力均相等。當(dāng)測量鋼絞線某一點(diǎn)的應(yīng)變時，將電阻應(yīng)變片沿外部鋼絲軸線方向粘貼，即可得到某一點(diǎn)的應(yīng)變值。
(2)鋼絞線受力狀態(tài)的測試在實(shí)際情況下，由于鋼絞線受力時各根鋼筋的相互影響，盡管對其每根鋼絲的受力在宏觀上表現(xiàn)為均勻性，但針對每根鋼絲而言，中心1#鋼絲和周圍2#～7#鋼絲的應(yīng)力分布規(guī)律并不完全相同。為了定量地論證該方面的差異大小，在每根梁的鋼絞線上分6個截面粘貼電阻應(yīng)變片，每個截面粘貼3片，在2#～7#鋼絲外部軸線上每各1根分別粘貼1片。圖1繪出了梁的鋼絞線的拉力與電阻應(yīng)變片實(shí)測應(yīng)變的關(guān)系曲線?？梢姼鲬?yīng)變片測試的應(yīng)變值與鋼絞線承受的拉力之間存在著良好的線性關(guān)系。分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，每根鋼絞線上的電阻應(yīng)變片測得的同級拉力作用下的鋼絞線應(yīng)變值的相對誤差在10％以內(nèi)，表明了每根鋼絞線的外圍6根鋼絲的受力基本上是均等的。因此，在混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼絞線，在每個測試截面外圍的3根鋼絲上間隔粘貼3片電阻應(yīng)變片足以保證測試精度。1.6試驗(yàn)梁施工階段的測試成果分析(1)鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力本研究進(jìn)行了從張拉錨固到放張階段的鋼絞線預(yù)應(yīng)力全過程測試，結(jié)果表明，用錨固端傳感器和鋼絞線上的電阻應(yīng)變片測的應(yīng)力是基本一致的。
按規(guī)范中(2)正截面預(yù)應(yīng)力狀態(tài)試驗(yàn)實(shí)測了鋼絞線放張后梁設(shè)計(jì)純彎段內(nèi)5個截面的鋼絞線應(yīng)變、梁上部架立筋的應(yīng)變和跨中截面的混凝土應(yīng)變。按實(shí)測混凝土受壓彈性模量將混凝土應(yīng)變換算為應(yīng)力值σC＝εCEc，按鋼絞線與混凝土的彈性模量將鋼絞線的應(yīng)變換算為混凝土的應(yīng)力值σc＝εPEpαEP，應(yīng)變值采用梁跨中截面各應(yīng)變片測試平均值?？梢缘贸鲈囼?yàn)與計(jì)算結(jié)果具有良好的符號性。
(3)試驗(yàn)梁的反拱試驗(yàn)梁的反拱值通過放張前先在梁的側(cè)面打一條與底板平行的直線，放張后以梁的梁端原始打線處為基準(zhǔn)再彈墨線的方法測試。實(shí)測各梁的反拱值與計(jì)算值的比較列于表5。
表5 梁的反拱實(shí)測值與計(jì)算值對比表

1.7試驗(yàn)梁承載性能測試成果分析表6列出了各個試驗(yàn)梁的各級加載值及相應(yīng)的跨中彎矩計(jì)算值、撓度實(shí)測值及開裂后跨中區(qū)段內(nèi)的裂縫最大寬度實(shí)測值。下面將分項(xiàng)敘述試驗(yàn)現(xiàn)象并進(jìn)行測試成果分析。各個試驗(yàn)梁側(cè)面的裂縫分布和荷載作用下裂縫高度如圖7所示。
表6 荷載及跨中撓度、最大裂縫寬度實(shí)測值









2.預(yù)應(yīng)力混凝土梁的延性2.延性研究的意義高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)延性研究是塑性設(shè)計(jì)方法和抗震設(shè)計(jì)理論發(fā)展的基礎(chǔ)，其意義在于1)混凝土是一種脆性材料，它拉彎破壞、剪切破壞突然，受壓韌性也較低，特別是隨強(qiáng)度提高韌性更差。如何提高混凝土強(qiáng)度和韌性是當(dāng)代土木工程中的一個重要課題。近年來發(fā)展的鋼管混凝土、密筋約束混凝土、纖維混凝土、樹脂改性混凝土等新技術(shù)有效地提高了混凝土材料的韌性，使混凝土能夠適用于延性較高的結(jié)構(gòu)?？梢哉f混凝土材料延性的研究是發(fā)展高性能混凝土的基礎(chǔ)。
2)結(jié)構(gòu)延性研究是制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)和構(gòu)造措施的依據(jù)。對于發(fā)生脆性破壞的結(jié)構(gòu)，由于破壞預(yù)兆不明顯，破壞造成的危害性嚴(yán)重，故在設(shè)計(jì)中規(guī)定采用較高的可靠指標(biāo)。
我國《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》第2.0.8條規(guī)定，對于脆性破壞的構(gòu)件，設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)β應(yīng)比延性破壞構(gòu)件高12％～16％。同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了保證構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞，常要求滿足某些構(gòu)造規(guī)定?！睹绹窐蛄涸O(shè)計(jì)規(guī)范—荷載與抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法》1.3.2條規(guī)定各種極限狀態(tài)都應(yīng)滿足η∑YiQi≤Rn其中∑YiQi為荷載效應(yīng)，η為效應(yīng)系數(shù)，η＝ηDηRηI，ηD為延性系數(shù)，對強(qiáng)度極限狀態(tài)；ηD＝1.05，用于非延性構(gòu)件和連接，ηD＝0.95，用于延性構(gòu)件和連接， 表示因結(jié)構(gòu)延性可導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全貯備增加。
3)目前，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。要求結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下不僅要有足夠的抗力，還要具備足夠的彈塑性變形能力，即具有足夠的延性，以真正達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目的。但是規(guī)范并未提出高強(qiáng)混凝土或部分預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性計(jì)算方法，目前國內(nèi)外已有的普通混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性計(jì)算方法對高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)能否實(shí)用，也缺乏試驗(yàn)驗(yàn)證?？梢哉f，從高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)基本原則，到結(jié)構(gòu)抗震承載力和變形驗(yàn)算以及抗震構(gòu)造措施的制定，都離不開對結(jié)構(gòu)延性的深入研究。
此外，結(jié)構(gòu)的延性也是建筑物遇到意外超載、碰撞、爆炸和基礎(chǔ)沉降等引起超過設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)的內(nèi)力和變形時而不突然倒塌的保證。
影響預(yù)應(yīng)力構(gòu)件延性的主要因素所謂延性是指材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在荷載作用或其它間接作用下，進(jìn)入非線性狀態(tài)后在承載能力沒有顯著降低情況下承受變形的能力。影響結(jié)構(gòu)延性的因素很多，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)由不同的構(gòu)件組成，而構(gòu)件延性又取決于臨界截面的延性，因此，影響結(jié)構(gòu)延性的因素既包含了影響截面、構(gòu)件延性的因素(如材料性能、幾何特征、荷載形式、加載歷史、支座條件、臨界截面相對位置等)，也含有其特殊性如構(gòu)件相對剛度、構(gòu)件相對極限抗彎承載力及塑性鉸數(shù)量等。歸納起來描寫延性常用的變量有材料的韌性，截面的曲率延性系數(shù)，構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的位移延性系數(shù)，塑性鉸轉(zhuǎn)動能力，滯回曲線，耗能能力等。
對于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，眾所周知，影響其延性的主要因素有截面類型、非預(yù)應(yīng)力受拉和受壓鋼筋的配筋指數(shù)、混凝土抗壓強(qiáng)度、預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強(qiáng)度以及構(gòu)件中混凝土的約束程度等，但在鋼絞線延伸率對構(gòu)件延性的影響上還沒有人進(jìn)行過研究。本次試驗(yàn)即對不同鋼絞線延伸率對梁延性的延性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。研究表明，大的延伸率可有效提高梁的延性。
1.8試驗(yàn)梁的延性分析圖2為各級荷載作用下，試驗(yàn)梁的一個典型的變形曲線；圖3、圖4、圖5為相同混凝土設(shè)計(jì)而不同鋼絞線延伸率的跨中彎矩與撓度典型對比曲線；圖6、圖7為相同鋼絞線延伸率而不同混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的跨中彎矩與撓度典型對比曲線。由圖可見，試驗(yàn)梁的變形隨荷載的增加表現(xiàn)出明顯的三個階段第一階段為彈性階段，試驗(yàn)梁的變形隨荷載的增加呈線性增大，梁的抗彎剛度不變。第二階段為彈塑性階段，試驗(yàn)梁的變形隨荷載的增加呈非線性增大，梁的抗彎剛度因裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展而逐漸降低，第一階段和第二階段之間有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是為梁正截面的開裂點(diǎn)。第三階段為塑性階段，試驗(yàn)梁承受的荷載基本不變而變形增加，不同混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度和不同鋼絞線延伸率的試驗(yàn)梁的第三階段不同，第二階段和第三階段之間也有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，為梁正截面的極限承載點(diǎn)。
按照延性系數(shù)的定義，首先確定試驗(yàn)梁的極限變形和屈服變形。極限變形由加載到最后一級荷載時的變形減去梁的反拱值可以得到，對于梁的屈服變形，采用鋼絞線極限抗拉強(qiáng)度的80％對應(yīng)的跨中撓度。表7列出了試驗(yàn)梁的延性系數(shù)。
表7

從表中可以看出，當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時，鋼絞線延伸率的大小對梁的延性的影響較小，在對C40混凝土梁，其延性系數(shù)小于3.0，表現(xiàn)出較差的延性性能，對C60和C80混凝土梁，鋼絞線延伸率較大時，其延性系數(shù)均大于3.0的一般要求而對于C60和C80混凝土梁，當(dāng)鋼絞線延伸率較小時，其延性系數(shù)在3.0左右變動，不能完全滿足鋼筋混凝土受彎構(gòu)件延性系數(shù)大于3.0的一般要求。試驗(yàn)梁破壞形態(tài)本次試驗(yàn)所作的12根試驗(yàn)梁中，有6根是采用大延伸率鋼絞線，6根是采用小延伸率鋼絞線。采用大延伸率鋼絞線的梁，三個混凝土等級的梁的破壞形態(tài)均為延性破壞，上部混凝土被壓碎，表8列出了各試驗(yàn)梁的極限彎矩及破壞形態(tài)。采用小延伸率鋼絞線梁基本上是鋼絞線先斷裂，然后上部混凝土被壓碎。
表8

圖8為一個典型的大延伸率混凝土截面彎矩與梁頂純彎段混凝土壓應(yīng)變的關(guān)系曲線。圖9為一個典型的小延伸率混凝土截面彎矩與梁頂純彎段混凝土壓應(yīng)變的關(guān)系曲線。
從圖中可以看出，當(dāng)正截面混凝土開裂后，梁頂混凝土應(yīng)變明顯增加了，在圖中表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變增長轉(zhuǎn)折點(diǎn)。對采用大延伸率鋼絞線的梁而言，隨著荷載的增加，受壓鋼筋達(dá)到受壓屈服狀態(tài)，并起到調(diào)節(jié)受壓區(qū)混凝土應(yīng)力狀態(tài)的作用，受壓區(qū)混凝土的受壓變形能力能夠得到較好的發(fā)揮，從而構(gòu)成了梁梁具有優(yōu)良延性的重要基礎(chǔ)。對采用小延伸率鋼絞線的梁而言，受拉鋼筋屈服后，混凝土達(dá)不到極限壓應(yīng)變時，由于鋼絞線的斷裂而破壞，使得梁的延性小。6、通過以下試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論(1)采用525#普通硅酸水泥，優(yōu)選砂石骨料并摻加高效減水劑和磨細(xì)優(yōu)質(zhì)粉煤灰，可以配制拌和性能良好，坍落度大于160mm的C80高強(qiáng)混凝土。(2)根據(jù)12根受拉區(qū)僅配置預(yù)應(yīng)力鋼絞線的試驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度等級不同時，因試驗(yàn)梁為適筋配置情況，其抗裂性能和正常使用階段的裂縫分布形態(tài)，變形性能與裂縫寬度發(fā)展規(guī)律基本相同。(3)隨著混凝土強(qiáng)度的提高，預(yù)應(yīng)力混凝土梁的正截面承載力略有提高，其破壞形態(tài)與鋼線受拉延伸率的大小有顯著的相關(guān)性。對于配置延伸率為5％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其破壞形態(tài)為鋼絞線達(dá)到屈服強(qiáng)度后梁繼續(xù)變形使受壓區(qū)混凝土壓碎。對于配置延伸率為3.6％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其破壞形態(tài)為鋼絞線達(dá)到屈服強(qiáng)度后梁繼續(xù)變形，由于鋼絞線材質(zhì)的不均勻性導(dǎo)致兩種破壞形態(tài)；當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時使受壓區(qū)混凝土壓碎，當(dāng)混凝土強(qiáng)度較高時受壓區(qū)混凝土可能壓碎，也可能使鋼絞線因拉伸變形過大而拉斷。(4)當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時，試驗(yàn)梁的延性與鋼絞線的延伸率關(guān)系不大，其位移延性系數(shù)不能滿足一般鋼筋混凝土梁位延性系數(shù)大于3的要求。隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，試驗(yàn)梁的延性隨著鋼絞線的延伸率增大而增大，配置延伸率為3.6％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其延伸系數(shù)在3.0左右變動，不能完全滿足鋼筋混凝土受彎構(gòu)件延性系數(shù)大于3.0的一般要求；配置延伸率為5％鋼絞線的試驗(yàn)梁，其延性系數(shù)均大于3.0，且隨著混凝土強(qiáng)度增大而增大，完全滿足鋼筋混凝土受彎構(gòu)件延性系數(shù)大于3.0的一般要求。
權(quán)利要求
1.一種延性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括混凝土和預(yù)應(yīng)力筋，其特征是，所述的混凝土抗壓強(qiáng)度大于60MPa，所述的預(yù)應(yīng)筋為預(yù)應(yīng)鋼絞線，其強(qiáng)度≥1860MPa，松弛率≤2.5％，延伸率≥5％，符合上述工藝參數(shù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲繞度延性比大于3.0。
2.制作權(quán)利要求1所述延性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，其制作步驟如下(1)鋪設(shè)模板(2)設(shè)置鋼筋骨架(3)澆筑強(qiáng)度大于60mpa的混凝土(4)將強(qiáng)度大于1860MPa，松馳率≤2.5％，延伸率≥5％的高均勻延伸率鋼絞線就位，張拉(5)混凝土覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)，在混凝土立方體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度時，張拉可采用后張法或先張法，截?cái)囝A(yù)應(yīng)力鋼絞線。(6)吊準(zhǔn)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種延性預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其制作方法，該構(gòu)件包括混凝土和預(yù)應(yīng)力筋，所述的混凝土抗壓強(qiáng)度大于60MPa，所述的預(yù)應(yīng)筋為預(yù)應(yīng)鋼絞線，其強(qiáng)度≥1860MPa，松弛率≤2.5％，延伸率≥5％，符合上述工藝參數(shù)的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的彎曲繞度延性比大于3.0，該技術(shù)主要利用高性能混凝土與高延伸率鋼絞性的結(jié)合，獲得受彎撓度度系數(shù)在3.0以上的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，使預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)延性好于普通混凝土結(jié)構(gòu)。
文檔編號E04B1/20GK1395012SQ0211546
公開日2003年2月5日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月22日
發(fā)明者王用中, 趙順波, 王健, 趙 卓 申請人:王用中, 趙順波, 王健, 趙 卓