直線鋼腱配筋率對混凝土斷裂的影響

混凝土斷裂是混凝土材料由于裂縫的形成和發(fā)展造成的破壞?；炷劣捎谑┕て跍囟瓤刂撇划敾蚱渌?，會出現(xiàn)微細裂縫。在工作期間，由于荷載和溫度變化等因素，這些微細裂縫會發(fā)展，部分連通、合并成一條或多條宏觀裂縫并逐步擴展，最終可能導致結構破壞。在裂縫尖端兩側混凝土表面粘貼的應變片顯示，在混凝土開裂之前，隨著荷載的增加，裂縫尖端兩側的應變也隨著增加，屬于拉應變；但在某一時刻，當應變增加到峰值時，裂縫尖端處的混凝土由于應力集中而開裂，此時裂縫兩側的混凝土變形得到釋放，在曲線上反映為拉應變不再增加，而荷載繼續(xù)增加。由于縫端混凝土的開裂，其附近的拉應力卸載，拉應變減小，甚至出現(xiàn)壓應變，應變峰值所對應的荷載即為起裂荷載。隨著配筋率的逐漸增大，試件發(fā)生失穩(wěn)破壞時，鋼筋的約束力也在逐漸增大，鋼筋對混凝土的約束作用也在逐漸增強，但是所有鋼筋均沒有屈服，屬于超筋破壞。臨界有效裂縫長度隨著配筋率的增大而逐漸減小，說明超筋破壞時，試件的延性隨著配筋率的增大而逐漸降低。鋼筋混凝土試件的起裂斷裂韌度與配筋率無關，是材料固有的一個參數(shù)，而失穩(wěn)斷裂韌度隨著配筋率的增大而逐漸增大。鋼筋混凝土試件的延性隨著配筋率的增大而逐漸降低。

混凝土是實際工程中應用最廣泛的建筑材料之一，其受力的過程也就是裂縫產(chǎn)生和擴展的過程，一旦混凝土產(chǎn)生裂縫，在荷載等因素的影響下，這些裂縫會進一步擴展，最終導致整個結構的破壞。為了抑制裂縫的進一步擴展，防止混凝土結構發(fā)生脆斷現(xiàn)象，通常在混凝土中埋入鋼筋、鋼纖維等抗拉性能好的材料，以彌補混凝土抗拉能力的不足，提高結構的抗破壞能力。鋼筋比，又稱面積配筋率，鋼筋混凝土構件中受力鋼筋的總截面積與構件截面有效面積的比值，以百分比表示。中國“規(guī)范”對一般構件的最大、最小配筋率均有規(guī)定。構件中配置的鋼筋截面面積與規(guī)定的混凝土截面面積的比值。

最小配筋率式為保證鋼筋混凝土截面所能抵抗的彎矩不致小 于它的抗裂彎矩而規(guī)定的配筋率的下限值，以免構 件開裂后鋼筋立即屈服而發(fā)生脆性破壞。歐洲混凝 土協(xié)會-國際預應力混凝土協(xié)會 (CEB-FIP)模式規(guī) 范還根據(jù)裂縫寬度的限值規(guī)定混凝土受拉區(qū)的最小 配筋率，以便保證結構的使用性能良好。受彎構件的配筋率達到相應于混凝土即將破壞時的配筋率，稱為最大配筋率。

彈性模量是材料在外力作用下產(chǎn)生的應力與伸長或壓縮彈性形變之間的關系。亦稱楊氏模量。其數(shù)值為試樣橫截面所受正應力與應變之比。它表征材料抵抗變形的能力，與材料的強度、變形、斷裂等性能均有關系，是材料的重要力學參數(shù)之一。彈性模量是結構分析的重要參數(shù)，對于鋼筋混凝土結構，在結構分析時彈性模量如何取值的問題，還沒有完全解決 一種觀點認為鋼筋混凝土的配筋率很小，鋼筋的影響可以忽略不計，可近似取素混凝土的彈性模量值。但大多數(shù)學者仍認為鋼筋混凝土彈性模量的取值還是應該計入鋼筋的影響。針對鋼筋混凝土這種復合材料，劉慶濤提出了運用有限元法計算懸臂梁的撓度，根據(jù)撓度與彈性模量之間的關系間接獲得復合材料彈性模量的方法。配筋率對鋼筋混凝結構彈性模量的影響是明顯的，在結構動力計算和超靜定結構的內(nèi)力計算中，配筋率較高時，若忽略鋼筋對彈性模量的影響，會對計算結果造成誤差。彈性模量與配筋率基本呈線性關系，鋼筋混凝土復合材料的彈性模量近似取鋼筋和混凝土兩種材料截面面積的加權平均值是合理的，在合理的配筋率范圍內(nèi)，誤差不超過5%。 2100433B

鋼腱施拉之前，必須檢視所有抓握器等是否裝置妥善，否則，冒然施拉。極易造成危險。校正施拉機上拉力表之準確性，使于鋼腱伸長量計算之拉力誤差在5%以內(nèi)。

檢查無誤后，即可將施拉械放至梁施拉端的錨柱外，將穿有鋼腱并已裝妥抓握器(或鉚釘頭)的鋼鈑于施拉械前端的端鈑或環(huán)鈑鎖牢。即可準備施拉。

施拉作業(yè)，最好于當?shù)貧鉁嘏c梁身混凝土溫度相若時施行，如氣溫低于混凝土溫度甚多時。則在前算鋼腱伸長量外，慮另加因溫度差而增加的伸長量。應注意施拉時鋼腱的應力不得超過最低終極強度的80%。

施拉械(tensioning machine)多為油壓動力，亦如一般的油壓千斤頂(oil jack)，其上附有壓力表。用以顯示施拉的拉力。

在進行預力施拉之前。應先將各鋼鋼腱拉緊，使其無松弛(slack)或下垂(sag)現(xiàn)象。然后于各鋼腱緊貼梁端端模處以油漆作一標記，作為將來計算鋼腱伸長量的基準線，同時記錄此時施拉械上壓力表的拉力讀數(shù)。作為初讀數(shù)，并予以推算施拉至應有拉力時的末讀數(shù)，作屬為將來施拉時控制拉力之需。

前述各項作業(yè)完成后，始可進行施拉。施拉時啟動油壓機開關閥。千斤頂即緩緩拉動貼于錨柱面上的鋼腱(個別施拉法)或穿有鋼腱的厚鋼鈑，由于各鋼腱已與鋼鈑鎖緊，因而施拉之拉力，即透過厚鋼鈑而均勻分布于各鋼腱承受，鋼腱受拉時，因其彈性的特性而伸長，此疇時必須貫注全神于施拉械之壓力表。待其讀數(shù)到達預先計算之末讀數(shù)時。應即停止施拉。并將拉力固定于此末讀數(shù)上，隨即于梁端端模處依前在鋼腱上標示之基線，量取其伸長量，以其與事先由拉力與應變曲線上計算所得的伸長量相印證，如兩者無誤或極為接近時，應即視屬為恰當，倘未達預定伸長量時，應再施加拉力，直至達到鋼腱有足夠的伸長量時為止(所施拉力已達計算所需而其伸長量未達預定長度的原因，是因鋼腱伸長時可能遭遇若干裝置摩擦而產(chǎn)生拉力損耗之故)。至此，則即認定鋼腱上承受的拉力已達預先計算的所需，應即完全停止施拉。如施拉端使用抓握器，應即將錐型梢全力推擠至套筒中空之內(nèi)，以至完全將鋼腱鎖緊為止，一般多于千斤頂上裝設推擠裝置，在施拉的同時自動推擠。如是鉚釘頭松懈時，則鉚釘頭即因施拉而自動鎖緊于鋼鈑之上。待抓握器完全鎖緊后，始可松脫施拉器，完成施拉作業(yè)。此時的鋼腱即在兩端抓握器鎖固下，維持施拉時的拉力。 2100433B

鋼腱伸長量指每根鋼腱在預應力的作用下的伸長量。在工程上，必須預先計算知道鋼腱的伸長量。伸長量的計算分為兩種情況：不考慮摩擦力和考慮摩擦力。

不考慮沿鋼腱的摩擦損失

若鋼腱均均一應力

在預力超過該綱腱比例限值時。上式就不可應用，需另參考應力-應變圖，求出

在鋼腱施預拉以前。常有若干定量的松弛。如用填隙版的Prescon系統(tǒng)，常計算填隙片長度此松弛必需酌減。再者可能要扣除干縮于在預拉時混凝土的彈性縮短。故填隙片的長度，必等于綱腱的彈性伸長，再加鋼腱內(nèi)的松弛量，以及預力轉(zhuǎn)移時的混凝土縮短。相反，鋼腱的彈性伸長量，必由外表伸畏量(apparent elongation)，減去初始松弛(initial slack)以及混凝士的彈性縮短而得。

此鋼腱內(nèi)的松弛量極不易準確決定。因此，通常給出初始拉力

伸長量=

例題：

一Prescon綱索18.3m長(見圖1)，在一端預拉，其初始預力，剛在預力轉(zhuǎn)移時，達到1035MPa。假定在鋼索內(nèi)并無松弛。在預力轉(zhuǎn)移時混凝土干縮為0.0002。并在混凝土中的平均壓縮沿鋼腱全長為5.5MPa。用

解：

鋼材的彈性伸長量為：

填隙片的長度為：

考慮沿鋼腱上的摩擦損失

具一定半徑R的一根彎曲鋼腱，在離開千斤頂端某距離的骷點上，其應力為：

鋼腱全長L上的全拉伸量為：

例題：

一鋼腱24.4 m長，若沿該圓形曲線上施預拉（圖2），R為31m。1240MPa的單位預應力經(jīng)由千斤頂端施加，并獲得其總伸長量為122mm。已知

解：

近似法鋼腱中平均應力為：

正確解法給出