摘要：重復(fù)荷載作用下，由于混凝土疲勞損傷、非預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)退化等因素的共同作用，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁變形隨疲勞次數(shù)的增加而增大。本文探討了在重復(fù)荷載作用下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土剛度和裂縫的發(fā)展規(guī)律及其影響因素。
　　關(guān)鍵詞：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力；疲勞變形；撓度；裂縫
　　1前言
　　近年來，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在各類工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。工程中，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在重復(fù)荷載作用下不但要具有一定壽命，并且其變形和裂縫應(yīng)滿足正常使用要求，因此無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在重復(fù)荷載作用下的變形成為我們目前研究的一個(gè)重要課題。許多學(xué)者對無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土在單調(diào)荷載作用下的變形和裂縫都做了一定研究[1，2]，目前我國在規(guī)范[3]也提出了相應(yīng)的計(jì)算方法，但對于重復(fù)荷載作用下無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土的長期變形研究還不成熟。本文對目前國內(nèi)外的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，研究了重復(fù)荷載作用下?lián)隙茸兓�及裂縫開展情況，并對其影響因素進(jìn)行了探討。
　　
　　2單調(diào)荷載下的變形
　　2.1單調(diào)荷載下的變形規(guī)律
　　靜載作用下，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的荷載-撓度關(guān)系同有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力梁基本相似。其荷載-撓度曲線也具有不開裂彈性階段、開裂彈性階段和塑性三個(gè)階段[4]。呈現(xiàn)近于三直線的形狀，其中第一階段進(jìn)入第二階段是由于混凝土開裂引起，第二階段進(jìn)入第三階段是由普通鋼筋屈服引起的，隨著荷載的增加撓度增大，剛度減低。
　　靜載作用下，加載初期在梁的純彎段內(nèi)，首先出現(xiàn)幾條間距大約相等的裂縫。隨著荷載的增加，裂縫寬度逐漸增大，在原有裂縫基礎(chǔ)上，還會(huì)產(chǎn)生新的裂縫，該性質(zhì)和有粘結(jié)
　　梁的性質(zhì)一樣。有粘結(jié)鋼筋配筋多，裂縫條數(shù)就多，裂縫間距就小。當(dāng)配置一定數(shù)量的非預(yù)應(yīng)力有粘結(jié)鋼筋時(shí)，可使無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的立峰分布形態(tài)得到改善，并與有粘結(jié)鋼筋的混凝土梁無明顯差異。僅配無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋的混凝土梁的裂縫條數(shù)比有粘結(jié)要少得多，裂縫寬度大許多，隨著荷載的增長，裂縫寬度與長度的發(fā)展也很快，破壞形態(tài)都是脆性的。
　　2.2單調(diào)荷載下的變形計(jì)算
　　2.2.1剛度計(jì)算
　　無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力在荷載作用下可能有裂縫的出現(xiàn)。因此，根據(jù)文獻(xiàn)【3】中規(guī)定：允許出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件的短期剛度為：
　　(1)
　　式中——混凝土的彈性模量：
　　——換算截面對中心軸的慣性矩。
　　2.2.2裂縫計(jì)算
　　文獻(xiàn)【4】考慮裂縫不均勻性以及長期荷載作用下受拉混凝土的應(yīng)力松弛、鋼筋的滑移徐變等因素，給出了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合并考慮長期作用影響的最大裂縫寬度（mm）的計(jì)算公式：
　　（3）
　　文獻(xiàn)【5】也提出了相應(yīng)計(jì)算方法：
　　（4）
　　（3）式中，（4）式中，為普通非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋率。
　　從以上總結(jié)的計(jì)算方法來看，計(jì)算公式雖有所不同，但考慮的因素基本一致，主要包括：受拉區(qū)非預(yù)應(yīng)力筋配筋率、直徑、保護(hù)層厚度、鋼筋表面形狀有關(guān)，而與預(yù)應(yīng)力筋配筋率無關(guān)。
　　3重復(fù)調(diào)荷載下的變形
　　3.1重復(fù)調(diào)荷載下的變形發(fā)展規(guī)律
　　重復(fù)荷載作用初期（2萬次～5萬次），無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力梁和鋼筋混凝土梁的撓度、鋼筋應(yīng)變、混凝土應(yīng)變急劇增加，裂縫不斷向梁頂部延伸，裂縫間距迅速減小，原有裂縫寬度不斷增加并伴隨有新的裂縫的產(chǎn)生,之后逐漸趨于穩(wěn)定。接近疲勞壽命時(shí)，梁內(nèi)不斷有響聲發(fā)出，裂縫的寬度顯著增大，且在梁表面出現(xiàn)明顯的樹枝狀斜向裂縫，梁底混凝土潰裂，伴隨一聲響，梁底非預(yù)應(yīng)力鋼筋疲勞斷裂，
　　隨疲勞荷載循環(huán)次數(shù)的增加,主裂縫之間的混凝土疲勞損傷逐漸累積以及鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力在疲勞荷載作用下發(fā)生退化，是造成裂縫原來裂縫寬度增加和新裂縫產(chǎn)生的主要原因。
　　3.2重復(fù)荷載下剛度與裂縫寬度的計(jì)算
　　重復(fù)荷載作用下，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的荷載-變形曲線與1次靜載作用十分相似。在低應(yīng)力水平下，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，變形增加較小，達(dá)到一定周期后基本不再增加，保持相對穩(wěn)定；在高應(yīng)力水平下，變形增加幅度較大。變形不僅與配筋率有關(guān)，而且與重復(fù)荷載的應(yīng)力狀態(tài)，循環(huán)次數(shù)有關(guān)。
　　相比普通鋼筋混凝土，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的剛度退化更明顯。這是由于普通鋼筋混凝土梁在使用荷載下已經(jīng)開裂，在開裂后的疲勞損傷累積不明顯[3]。而預(yù)應(yīng)力混凝土梁在使用荷載下受拉區(qū)混凝土沒有完全開裂，以后隨著疲勞損傷累積使得受拉區(qū)混凝土完全開裂，截面剛度降低。
　　文獻(xiàn)[6]根據(jù)試驗(yàn)推出疲勞荷載循環(huán)次數(shù)N次以后撓度和裂縫寬度與單調(diào)荷載作用下?lián)隙群土芽p寬度之間的關(guān)系：
　　（5）
　　（6）
　　但是該公式同樣只反映了剛度與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，沒有考慮綜合配筋指標(biāo)、等效應(yīng)力水平、疲勞幅等因素的影響。
　　3.3影響無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力梁疲勞變形的因素探討：
　　無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁與有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的不同在于前者預(yù)應(yīng)力鋼筋可以與周圍混凝土發(fā)生縱向滑動(dòng)，兩者之間不存在應(yīng)變協(xié)調(diào)條件。如忽略摩擦力，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋對整個(gè)梁提供的只是力。如按粘結(jié)滑移理論來考慮，影響裂縫開展的主要因素是非預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間的作用粘結(jié)作用。因此，在考慮綜合配筋指標(biāo)、預(yù)應(yīng)力度、配筋率、等效應(yīng)力水平等因素對疲勞變形的影響是，最終要轉(zhuǎn)化到非預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土的粘結(jié)力的退化以及相對滑移上來。
　　4結(jié)論
　　（1）與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相同，無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁主裂縫之間的混凝土疲勞損傷逐漸累積以及鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力在疲勞荷載作用下發(fā)生退化，是造成裂縫原來裂縫寬度增加和新裂縫產(chǎn)生的主要原因。在重復(fù)荷載作用下，梁的剛度減低、裂縫開展等現(xiàn)象的出現(xiàn)，是由混凝土疲勞損傷逐漸累積、鋼筋與混凝土的粘結(jié)力的退化以及相對滑移的增長造成的。
　　（2）影響無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁變形增長的因素包括疲勞次數(shù)、應(yīng)力水平、應(yīng)力幅、預(yù)應(yīng)力度等因素。目前重復(fù)荷載作用下剛度和裂縫寬度的公式只能反映它們與循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系，沒有考慮應(yīng)力水平、應(yīng)力幅、預(yù)應(yīng)力度等因素的影響。各因素對變形的具體影響有待進(jìn)一步研究。
　　（3）對疲勞變形的研究，不但要研究非預(yù)應(yīng)力鋼筋、鋼絞線、混凝土疲勞荷載作用下的變形，還要研究梁中疲勞荷載作用非預(yù)應(yīng)力鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)滑移、裂縫的開展。因此，要對無粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土的疲勞變形進(jìn)行更深入的研究，提出完善的理論和計(jì)算方法，還需要進(jìn)行完整的有關(guān)材料性能及粘結(jié)滑移試驗(yàn)。
　　參考文獻(xiàn)
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