使用荷载下无粘结部分预应力混凝土叠合梁裂缝控制

　　无粘结部分预应力混凝土叠合梁的裂缝控制是部分预应力混凝土结构设计中的一项重要内容，但在现行规范中尚无这方面的计算规定，为了能使无粘结部分预应力混凝土结构得到更广泛的应用，本文在文试验的基础上，对此问题进行了研究。

　　试验情况及试验梁截面尺寸、材料性能指标详见文，此处不赘述。试验采用镦头锚具，在钢丝的两端进行镦头，张拉端锚具有外螺扣，张拉后可用螺栓固定。选用镦头锚具是为了尽量减少预应力损失。为防止梁端锚固区混凝土局部压碎，梁的两端各放置160mmx150mmX20mm的钢塑板，并焊以钢筋脚爪与混凝土紧密结合，在构件端部250mm区段内环绕预应力孔道放置一螺旋箍筋。在绑扎钢筋骨架时，将与梁等长，外径为23mm，内径为18mm的硬质塑料管一并绑扎好，用来放置无粘结筋，并用钢筋棒作支撑，保证硬质塑料管位置正确，不改变其预应力钢丝的有效高度。部分试验梁的裂缝开展及破坏情况如所示。

　　试验梁的裂缝开展及破坏图三、无粘结部分预应力混凝土叠合梁裂缝计算无粘结部分预应力混凝土叠合梁既包含无粘结部分预应力混凝土梁的受力特点，又包含普通混凝土叠合梁的受力特点，计算其裂缝宽度，首先要建立无粘结部分预应力混凝土梁裂缝宽度的计箅公式，进而提出无粘结部分预应力混凝土叠合梁裂缝宽度的计算方法。

　　（一）无粘结部分预应力混凝土梁裂缝宽度计算文对无粘结部分预应力混凝土梁的裂缝宽度计算公式进行了论述，并各有特点，本文拟从与现行规范111衔接上进行推导。

　　试验研究表明，无粘结预应力筋产生的预压力对推迟裂缝出现起主要作用，但裂缝出现后，由于预戍力筋与混凝土不相粘结，不能对周围混凝土起粘结约束作用，所以在使用阶段允许出现裂缝的无粘结部分预应力混凝土梁中，裂缝的分布及平均间距要取决于有粘结非预应力钢筋的直径、配筋率及混凝土保护层厚度等，而与无粘结预应力筋的直径、配筋率等无明显关系。若把无粘结部分预应力混凝h梁视为附加无粘结预应力筋的钢筋混凝i偏心受构件，无粘结预应力构件的合力即为作用于其上的偏心E力，其裂缝宽度可采用与钢筋混凝土偏心受压构件相类似的方法进行计算。取形钢筋取0.7，光面钢筋取1.0；c为外层非预应力纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离，c< 20mm时，取t'=20mm；为非预应力纵向受拉钢筋直径，采用不同直径的非预应力纵向受拉钢筋时，d改用换算直径4AS/W，As为非预应力钢筋面积总和，为非预应力钢筋总周长；1（为以有效受拉混凝i：截面面积计算的非预应力纵向受拉钢筋的有效配筋率，=AS/Are，混凝土有效受拉截面面积Ate +（6f-6）/if，6为构件截面（或腹板〉的宽度，拉钢筋应力自全截面消压时的钢筋应力至所计算的裂状态的应力增量；0为裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当0<.4时，取0=（K4，当>1.0时，取0=l，/tk为混凝土的抗拉强度标准值为构件受力特征系数这里5为系数，在规范tl中，对受弯和偏心受力构件占。0，对无粘结部分预应力混凝土梁可由试验数据确定；为裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度的影响系数，与配筋率、裂缝间距、受拉钢筋应力等因素有於，分析表明的变化不大，故对各类构件统20一取=0.85；rs为荷载短期作用下大裂缝宽度扩大系数，即荷载短期作用下的裂缝宽度与平均裂缝宽度的比值，在规范中，当按保证率为95考虑时，可取rs= 1.66；r，为荷载长期作用下的大裂缝宽度扩大系数，即荷载长期作用下大裂缝宽度与荷载短期作用下大裂缝宽度的比值，规范处混凝七法向应力为零时的无粘结预应力筋应力；2为内力臂，70，岣为截面的存效高度，内力臂系数7=0，87-0.12（1-yf）U0"）2K为等效偏心压力AU合力点至受拉区无粘结预应力筋与非预应力筋合力作用点的距离；Ap，As，分别为无粘结预应力筋和非预应力钢筋面积及其至混凝i：受拉底边的距离。

　　为了求得非预应力纵向受拉钢筋应力增量Affs，需要对无粘结预应力筋受力情况作-定的简化处理。据文，在正常使用荷载作用下，无粘结筋应力增量与非预应力钢筋应力增量Aas之间近似呈线性关系。因此，可以采用折减无粘结钢筋应力的方法，即在两种钢筋应力之间引入一个比例换算系数KP=A/Affs.计算分析和试验表明论证分析，其受力特征系数0与阶段作用弯矩M，和预制梁正截面极限承载力Miu的比值、预制截面和叠合截面总高度比、非预应力钢筋配筋率P、预应力筋的有效预应力a等有关。由于有效预应力的增大町使阶段预压面积及其应力图形饱满程度增大，提高了叠合拉力在叠合后弯矩M2中所占比申：，使P值随之提高。P随/6增大而减'〗、，随iW"Mlu的增大而增大，随p的增大而减小，在这些因素中以h/A的影响为显著。根据文，从偏于安，考虑，取特征系数0=0.45（1-M//0.无粘结部分预应力混凝土叠合梁其影响裂缝宽度因素又与无粘结部分预应力混凝土梁相类似，它们为非预应力受拉钢筋的直径、配筋率、混凝土保护层厚度及对应T全截面消压后裂缝截面非预应力受拉钢筋的应力增量等。因此其裂缝宽度计算模式4采用无粘结部分预应力混凝土梁的丨卜算模式，而差在于的计算。为与规范W允许出现裂缝的预应力混凝土叠合构件的裂缝宽度公式相衔接，故采）H式（1），（2）的形式，其中：其余参数形式及取值不变。

　　裂缝宽度实测值Tmax与计算值认435（的对比表1梁编号采用式（9）计算知，系数S可取为1.1，则构件受力特征系数=11x0.85x1.66x1.5=2.3.把本次所得的无粘结部分预应力混凝土叠合梁的试验数据代入上述公进行验证知/比的平均值为0.5，变异系数为0.307，n=44.结果见表1中编号为PB的梁。