專利名稱：大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，特別是一種壓力超過(guò)大柔度壓桿臨界力的先壓法預(yù) 應(yīng)力鋼筋。
背景技術(shù)：
先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋是一種在裝入結(jié)構(gòu)之前通過(guò)張拉和錨固穿入鋼筋預(yù)先受力的空腹壓 桿。把已經(jīng)受力的空腹壓桿澆注在結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)，待混凝土達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后將穿入鋼筋卸載， 被釋放的力便反向作用于整個(gè)承載結(jié)構(gòu)內(nèi)。
1950年英國(guó)人K，皮爾希(K'Billig)提出用幾節(jié)互相頂緊的鋼管組成一個(gè)預(yù)壓元件，并 在鋼管內(nèi)穿入鋼索，借助固定在鋼管兩端的錨頭板進(jìn)行預(yù)壓。
1952年德國(guó)人F'W'馬德?tīng)?F'W'Mader)提出用一根直的空腹型鋼充當(dāng)預(yù)壓元件放入承 載結(jié)構(gòu)內(nèi)，在承壓臺(tái)座上進(jìn)行預(yù)壓。
同濟(jì)大學(xué)袁國(guó)干提出將高強(qiáng)度粗鋼筋穿入直徑略大的高強(qiáng)度鋼管中，張拉粗鋼筋，利用 軋絲錨使鋼管產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。
以上先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋采用直線平衡方式，使用條件受到限制。皮爾希和馬德?tīng)柕陌l(fā)明 需要臺(tái)座進(jìn)行預(yù)壓。袁國(guó)干的發(fā)明鋼管不能太長(zhǎng)。只有軸向壓力不超過(guò)臨界力，細(xì)長(zhǎng)中心受 壓直桿才不會(huì)失穩(wěn)。
壓桿的柔度或稱長(zhǎng)細(xì)比，其值越大越容易失穩(wěn)。當(dāng)壓桿的柔度大到中心受壓直桿能用歐 拉公式計(jì)算臨界力(失穩(wěn)變彎前的應(yīng)力不超過(guò)材料的比例極限)時(shí)，則稱之為大柔度壓桿， 有時(shí)稱為細(xì)長(zhǎng)壓桿。達(dá)到臨界力時(shí)，壓桿直軸線形狀下的平衡喪失穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋及其實(shí)現(xiàn)方法，使壓力超過(guò)臨界力 時(shí)彎曲變形不迅速增長(zhǎng)，撓曲線近似直線形狀，壓桿的承載能力大于細(xì)長(zhǎng)中心受壓直桿臨界 力。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
采取有別于現(xiàn)有技術(shù)的方式張拉階段不以無(wú)偏心的直軸線為平衡條件，而以直線狀態(tài)
喪失后預(yù)壓應(yīng)力鋼筋內(nèi)壁側(cè)倚張拉鋼筋稍偏心的微彎狀態(tài)為平衡條件，考慮構(gòu)件純彎曲的應(yīng) 力和變形與軸向壓縮(或拉伸)的應(yīng)力和變形相疊加，并將構(gòu)件組合變形限在小變形的彈性 范圍。
一種先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，張拉階段預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋以無(wú)偏心的直線狀態(tài)喪失后 預(yù)壓應(yīng)力鋼筋內(nèi)壁側(cè)倚張拉鋼筋稍偏心的微彎狀態(tài)為平衡條件。
壓力大于大柔度預(yù)壓應(yīng)力鋼筋的臨界力，構(gòu)件變形形式為軸向壓縮/拉伸與純彎曲的組合。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋與張拉鋼筋之間為插入方便的很松的間隙配合，兩者之間留有一定間隙。 所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋及張拉鋼筋釆用等直桿。 所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋采用鋼管，張拉鋼筋采用鋼絞線。 所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋的接頭采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的干接頭形式。所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋接頭時(shí)兩根截頭垂直圓鋼管的對(duì)中，采用下面鋼板、上面相當(dāng)V型鐵 的夾具固定。
^件張拉階段處于小變形彈性階段，安裝階段處于彈性階段同時(shí)接頭不得開(kāi)裂。 本發(fā)明構(gòu)件軸向壓縮(或拉伸)與純彎曲的變形公式分別從虎克定律和梁撓曲線的微分 方程導(dǎo)得，利用應(yīng)力與變形的關(guān)系求得應(yīng)力，利用疊加原理求得組合變形。同時(shí)建立構(gòu)件組 合變形的撓曲線和應(yīng)力方程，從已知條件可以求解其它條件，從而對(duì)預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼 筋進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和承載力復(fù)核。
一種先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟
1) 選定及計(jì)算張拉鋼筋及預(yù)壓應(yīng)力鋼筋的各參數(shù)值；
2) 張拉鋼筋穿入預(yù)壓應(yīng)力鋼筋孔道；
3) 預(yù)壓應(yīng)力鋼筋作為千斤頂加力臺(tái)座對(duì)中張拉伸出的張拉鋼筋；
4) 用工作錨具將張拉鋼筋錨固在兩端，將預(yù)壓應(yīng)力鋼筋裝入結(jié)構(gòu)受壓區(qū)；
5) 澆筑混凝土硬化與結(jié)構(gòu)連成整體，退出工作錨放松并回收張拉鋼筋，對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)拉力。
上述步驟l)中包括以下步驟
1) 選擇張拉鋼筋的種類及錨具，確定壓桿和拉筋的預(yù)加力大小尸、拉筋材料的彈性模量 ￡,、拉筋的截面慣性矩/,、拉筋的截面面積^、拉筋縱向纖維與中性層距離乃；
2) 選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋的最大偏心距，按插入方便的很松的配合取最大偏心距 e，使軸力大于臨界力時(shí)預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋的平衡狀態(tài)從直線跳躍變換到微彎，確定
壓桿的內(nèi)徑《+2e， A為拉筋的直徑；
3) 選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋種類，確定壓桿材料的彈性模量^、壓桿的截面慣性矩乙、壓桿
的截面面積j。、壓桿縱向纖維與中性層距離凡；
4) 確定預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋桿端聯(lián)結(jié)的特征，按選擇的弓形撓曲線求解壓桿、拉筋 未接觸區(qū)長(zhǎng)度f(wàn)l,計(jì)算組合變形v。、 和v,、 tr,;
5) 對(duì)組合變形v。、 (T。和巧、q按容許值進(jìn)行變形與應(yīng)力復(fù)核，若不符合重復(fù)以上步驟， 直至相符為止。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋使用階段處于彈性階段，破壞階段處于屈服階段。 所述預(yù)應(yīng)力有摩擦損失。
所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和混凝土的粘結(jié)采用外形帶肋、錨固筋等。
本發(fā)明中心受壓直桿不以直軸線為平衡條件，因此預(yù)壓應(yīng)力鋼筋長(zhǎng)度不受構(gòu)件柔度限制， 不僅采用大柔度壓桿，而且壓力大于臨界壓力。
本發(fā)明為保證構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)工作，采取限制組合應(yīng)力的方式，而不采取附加約束， 因此施工不采取特殊措施，張拉、錨固與安裝可以采用普通方法。
壓桿一拉筋系統(tǒng)的平衡
本發(fā)明先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)壓力大于臨界力，壓桿直線平衡喪失穩(wěn)定。 一旦孔道壁抵 緊穿入的張拉鋼筋，迫使張拉鋼筋一起彎曲。張拉鋼筋兩端受拉具有回復(fù)直線的趨勢(shì)。在抵 緊區(qū)壓桿受到張拉鋼筋反作用的恢復(fù)力，跨中截面撓曲受到抑制，如圖1所示。在端部聯(lián)結(jié) 點(diǎn)二者的側(cè)向位移相等，在中間抵緊區(qū)二者的撓度差等于最大偏心距，在其余未接觸區(qū)，二 者的撓度差介乎零和最大偏心距之間，二者的撓曲線成為弓形。與預(yù)壓力小于臨界力不同的 是，壓桿和拉筋不僅受到軸向力，而且受到彎矩，壓桿一拉筋系統(tǒng)滿足直梁撓曲線的微分方程。當(dāng)壓桿和拉筋兩端相聯(lián)的特征不同時(shí)，弓狀平衡的撓曲線不對(duì)稱，可看成由各半個(gè)不同 聯(lián)結(jié)的對(duì)稱弓形撓曲線在抵緊區(qū)中點(diǎn)聯(lián)結(jié)而成。因此只需對(duì)具有不同聯(lián)結(jié)特征的各種對(duì)稱弓 狀平衡撓曲線的一半求解。
例如，將直角坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)于桿端(JC軸與桿軸線重合)，對(duì)壓桿和拉筋剛接的撓曲線建 立微分方程，可解得抵緊區(qū)壓桿和拉筋的撓曲線方程<formula>formula see original document page 6</formula>未接觸區(qū)壓桿和拉筋的撓曲線方程<formula>formula see original document page 6</formula>尸一壓桿和拉筋的預(yù)加力大??； ￡a——壓桿材料的彈性模量；
/。——壓桿的截面慣性矩；
——拉筋材料的彈性模量；
/,——拉筋的截面慣性矩；
e——壓桿和拉筋的最大偏心距； /——從端點(diǎn)至抵緊區(qū)中點(diǎn)的距離；
a——壓桿、拉筋未接觸區(qū)長(zhǎng)度，為方程A。&A:。o + ^f/^azO的最小根，最小根
的范圍+<"<;
壓桿和拉筋的應(yīng)力方程為<formula>formula see original document page 7</formula>
式中M。——壓桿截面上的彎矩；
4>——壓桿的截面面積；
凡——壓桿縱向纖維與中性層距離； M,——拉筋截面上的彎矩；
4——拉筋的截面面積；
J,——拉筋縱向纖維與中性層距離。
可見(jiàn)壓桿和拉筋的變形、應(yīng)力是多元函數(shù)。材料雖為線彈性的，但弓狀平衡位移與預(yù)加 力之間的關(guān)系卻是非線性的，弓狀平衡的彎曲變形和應(yīng)力與壓桿和拉筋的最大偏心距成正比。 選擇變?cè)墒箟簵U和拉筋的變形、應(yīng)力足夠地小，材料仍然服從虎克定律。將壓桿和拉筋的 應(yīng)力和變形建立方程，從已知條件可以求解其他條件，從而對(duì)預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋進(jìn)行 截面設(shè)計(jì)和承載力復(fù)核。
弓狀平衡撓曲線抵緊區(qū)長(zhǎng)度大于等于零，抵緊區(qū)形狀為拋物線。每當(dāng)預(yù)加力不斷增大，
抵緊區(qū)長(zhǎng)度由零達(dá)到半個(gè)正弦波的長(zhǎng)度后，可能增加一個(gè)反向弓，如圖2所示。每個(gè)弓形撓 曲線都是一個(gè)弓狀平衡。多弓平衡撓曲線兩端各半個(gè)弓形撓曲線形狀與桿端相聯(lián)的特征有關(guān)， 其余撓曲線形狀與壓桿和拉筋鉸接的弓狀平衡撓曲線相同。壓桿和拉筋鉸接的弓形撓曲線的
形狀未接觸區(qū)壓桿為l/4個(gè)正弦波、拉筋為直線段，抵緊區(qū)均為拋物線。
壓桿和拉筋弓狀平衡的總勢(shì)能最小，根據(jù)最小勢(shì)能原理，弓狀平衡是壓桿和拉筋的穩(wěn)定 平衡狀態(tài)，多弓平衡是壓桿和拉筋的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。實(shí)際施工時(shí)地面存在摩擦力，預(yù)壓應(yīng) 力鋼筋和張拉鋼筋也會(huì)有穩(wěn)定的多弓平衡。
兩種形狀的平衡狀態(tài)
預(yù)壓應(yīng)力筋和穿在中間的張拉鋼筋通過(guò)作用力聯(lián)系，張拉鋼筋在端部對(duì)預(yù)壓應(yīng)力筋作用 軸向壓力，預(yù)壓應(yīng)力筋也同時(shí)在端部對(duì)張拉鋼筋作用軸向拉力。二者通過(guò)聯(lián)系構(gòu)成壓桿一拉 筋系統(tǒng)。
分析受力情況，張拉鋼筋是兩端中心受拉桿，材料強(qiáng)度是受力極限。預(yù)壓應(yīng)力筋是兩端 中心受壓桿，材料強(qiáng)度和臨界壓力是受力極限。而對(duì)大柔度壓桿的預(yù)壓應(yīng)力筋臨界壓力是控 制因素。當(dāng)預(yù)加力小于臨界力時(shí)，壓桿一拉筋系統(tǒng)保持直線形狀。當(dāng)預(yù)加力大于臨界力時(shí)， 預(yù)壓應(yīng)力筋失穩(wěn)破壞，壓桿一拉筋系統(tǒng)也同時(shí)破壞。
如果預(yù)壓應(yīng)力筋屈曲內(nèi)壁碰上中間的張拉鋼筋，二者增加了橫向作用力聯(lián)系，二者聯(lián)系 狀態(tài)隨即改變。張拉鋼筋中間因預(yù)壓應(yīng)力筋橫向抵觸同向撓曲，但端部拉力在撓曲后截面產(chǎn) 生的彎矩使撓度減少，張拉鋼筋變?yōu)槔瓘潣?gòu)件，材料強(qiáng)度是受力極限。預(yù)壓應(yīng)力筋壓力在撓 曲后截面產(chǎn)生的彎矩使撓曲繼續(xù)，但由抵觸張拉鋼筋受到的抵擋減少撓度，預(yù)壓應(yīng)力筋變?yōu)?壓彎構(gòu)件，材料強(qiáng)度是受力極限。屈曲后壓桿一拉筋系統(tǒng)呈弓形形狀，后屈曲的平衡狀態(tài)穩(wěn) 定，即屈曲后結(jié)構(gòu)仍能承載。只要強(qiáng)度滿足，壓桿和拉筋材料不破壞，壓桿一拉筋系統(tǒng)也不破壞。
為保證性能，要求壓桿一拉筋系統(tǒng)張拉階段處于小變形彈性階段。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)本發(fā)明無(wú)失穩(wěn)限制，長(zhǎng)度大，截面小，橫 向受力彎曲自如，預(yù)加力時(shí)變形些微，可以逐段連接加長(zhǎng)，張拉、錨固與安裝可以采用普通 方法。


圖1為本發(fā)明的壓桿和拉筋的弓狀平衡的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的弓狀平衡與多弓平衡的示意圖。
圖3為先壓法預(yù)壓應(yīng)力鋼筋受壓所需構(gòu)件在受力前的相互關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋采用等直桿，長(zhǎng)度任意(沒(méi)有構(gòu)件柔度限制)。設(shè)計(jì)參考步驟為 ①選擇張拉鋼筋的種類及錨具，確定戶、￡,、 /,、 4、 X。②選擇壓桿和拉筋的最大偏心距，
最大偏心距e應(yīng)盡量小，按插入方便的很松的配合取e，使軸力大于臨界力時(shí)壓桿和拉筋的平
衡狀態(tài)從直線跳躍變換到微彎(見(jiàn)圖1)，確定壓桿的內(nèi)徑《=馬+2" Z),為拉筋的直徑。
③選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋種類，確定&、 /。、 4、凡。④確定壓桿和拉筋桿端聯(lián)結(jié)的特征，按
選擇的弓形撓曲線求解"，計(jì)算組合變形v。、 和v,、 cr,。⑤對(duì)組合變形v。、 和巧、cr,按
容許值進(jìn)行變形與應(yīng)力復(fù)核，若不符合重復(fù)以上步驟，直至相符為止。
所述步驟①中選擇張拉鋼筋的種類及錨具一般按預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力機(jī)具生產(chǎn)廠所能提 供的產(chǎn)品選，光面高強(qiáng)度鋼筋有可能定制。較長(zhǎng)預(yù)壓應(yīng)力鋼筋中的張拉鋼筋應(yīng)選用鋼絞線、 光面鋼絲；較短預(yù)壓應(yīng)力鋼筋中的張拉鋼筋可選用光面高強(qiáng)度鋼筋。錨具是在預(yù)應(yīng)力鋼筋基
礎(chǔ)上選取， 一般具有配套型式。大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力筋較長(zhǎng)，目前采用破斷荷載較大的單根 鋼絞線。鋼絲束和鋼絞線束可以通過(guò)像普通鋼絞線一樣在中心鋼絲或鋼絞線外再繞一圈鋼絞 線解決。大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力有張拉鋼筋和內(nèi)壁摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，所以要 求張拉鋼筋和預(yù)壓應(yīng)力筋內(nèi)壁光面且光滑。
所述步驟③中選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋種類，是按鋼管生產(chǎn)廠的產(chǎn)品目錄選擇合適的材料、直 徑和壁厚，其中包括公差值，也不排除專門研制。大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力有張拉鋼 筋和內(nèi)壁摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失，所以要求張拉鋼筋和預(yù)壓應(yīng)力筋內(nèi)壁光面且光滑。選取預(yù)
壓應(yīng)力鋼筋的要求是張拉階段應(yīng)力處于彈性階段，撓度最低可保證施工；安裝階段應(yīng)力處 于彈性階段，同時(shí)接頭不得開(kāi)裂；使用階段應(yīng)力處于彈性階段；破壞階段應(yīng)力不在受壓區(qū)混 凝土破壞前首先達(dá)到屈服強(qiáng)度。
所述步驟④中壓桿和拉筋桿端聯(lián)結(jié)的特征應(yīng)按壓桿和拉筋桿端實(shí)際聯(lián)系的情況定。比如 鋼絞線夾片錨是剛接，粗鋼筋鐓頭錨是鉸接，還有是否串聯(lián)千斤頂?shù)取９螕锨€是按己知 的壓桿和拉筋桿端聯(lián)結(jié)特征選取的。壓桿和拉筋同時(shí)有軸向力和橫向力作用，桿件的彎曲變 形是由橫向力和軸向力所共同引起的。像這樣的問(wèn)題通常稱為縱橫彎曲問(wèn)題。壓桿和拉筋所 受的力是相互之間的作用力。不同弓形撓曲線推導(dǎo)的思路都是找出壓桿和拉筋在微彎形狀 下由縱、橫向力引起的任意橫截面上的彎矩表達(dá)式，通過(guò)對(duì)桿橈曲線的微分方程的積分，并 利用不同的壓桿和拉筋桿端的聯(lián)結(jié)特征來(lái)確定撓曲線方程中待定的常數(shù)，即可得到不同弓形撓曲線的表達(dá)式。
張拉階段構(gòu)件組合變形的應(yīng)力限值為材料彈性階段容許應(yīng)力。張拉階段變形限值以正常 操作為前提。為防止按撓度計(jì)算彎矩變成大變形問(wèn)題，需限定壓桿和拉筋的最大偏心距e。 此外，張拉階段構(gòu)件撓度是臨時(shí)的，只要施工允許不必嚴(yán)格控制，安裝時(shí)按設(shè)計(jì)線形固定構(gòu) 件。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋埋入混凝土結(jié)構(gòu)，還應(yīng)保證安裝、使用階段構(gòu)件處于彈性階段。破壞階段 構(gòu)件處于屈服階段。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋接頭采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的干接頭形式(預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的干接頭由串聯(lián)構(gòu)件的預(yù) 應(yīng)力鋼筋張拉產(chǎn)生的界面法向壓應(yīng)力引起)。
安裝階段預(yù)壓應(yīng)力鋼筋接頭不得出現(xiàn)拉應(yīng)力。
逐段連接加長(zhǎng)的一根預(yù)壓應(yīng)力鋼筋中相接的兩根截頭垂直圓鋼管的對(duì)中，采用下面鋼板、 上面相當(dāng)V型鐵的夾具固定。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋具有微彎平衡的抵緊區(qū)，預(yù)應(yīng)力應(yīng)計(jì)摩擦損失。
將張拉鋼筋穿入預(yù)壓應(yīng)力鋼筋孔道，以其本身作為千斤頂加力臺(tái)座張拉伸出的張拉鋼筋， 使其壓縮，然后用工作錨具將張拉鋼筋錨固在兩端。將預(yù)壓應(yīng)力鋼筋裝入結(jié)構(gòu)受壓區(qū)，待澆 筑混凝土硬化與結(jié)構(gòu)連成整體，退出工作錨放松并回收張拉鋼筋，對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)拉力。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和混凝土的粘結(jié)可采用外形帶肋或錨固筋等。
本發(fā)明還可在后張法預(yù)應(yīng)力細(xì)長(zhǎng)桿件中使用。穿入預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉，以稍偏心側(cè)倚力筋 的微彎形狀代替中心受壓的直線的平衡，就可使大柔度壓桿的壓力大于臨界力，而不發(fā)生明 顯壓彎，從而增加柔度，減小剛度，增大軸向壓力，成為組合變形的強(qiáng)度問(wèn)題。
實(shí)施例
如圖3所示，合金結(jié)構(gòu)管5是預(yù)壓應(yīng)力鋼筋采用的鋼管，其作用在于以一根以上的數(shù)量 構(gòu)成先壓法預(yù)壓應(yīng)力鋼筋，其中心穿入鋼絞線6 (即張拉鋼筋)用千斤頂張拉錨固，裝入結(jié) 構(gòu)受壓區(qū)連成一體，退出鋼絞線對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)拉力。
夾片1和錨環(huán)2組成單孔錨(即為錨具)，當(dāng)千斤頂張拉鋼絞線6放松后，夾片1隨鋼絞 線6回縮楔上錨環(huán)錐形孔，鋼絞線6就被夾持于錨環(huán)2，鋼絞線6施加的壓力也被錨具傳到 預(yù)壓應(yīng)力鋼筋。
錨板3聯(lián)結(jié)合金結(jié)構(gòu)管5和錨固筋4。錨板3把退出錨具引起的錨具對(duì)錨板3的反向力 傳給錨固筋4。錨板3和錨固筋4是為提高光面鋼管粘結(jié)性而在其端部附帶的混凝土預(yù)埋件， 預(yù)埋件被放在退出單孔錨后承受拉力的混凝土端面。鋼管的相對(duì)滑動(dòng)也可以依靠外形帶肋解 決。
張拉鋼筋已定，選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋。張拉鋼筋采用270K級(jí)的7股鋼絞線6及相應(yīng)的錨具 (夾片l、錨環(huán)2),鋼絞線6由6根外圍鋼絲螺旋形包住一略大的中心鋼絲，最小極限強(qiáng)度
270ksi(1862N/mm2),公稱直徑0. 6in(15. 24mm)，張拉控制力尸4 =1862X 0. 75X 1參1955I0N， 暫時(shí)忽略預(yù)應(yīng)力損失。
預(yù)壓應(yīng)力鋼筋試選4)32X8mm規(guī)格的鋼管，故確定了變形和應(yīng)力公式的變量尸、五,、/,、
J,、 y,、 ￡。、 /a、 J。、 ya、 e，其中彈性模量為材料的彈性常數(shù)。接著對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋的撓 度、應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。
圖3所示張拉鋼筋在鋼管端部錨固聯(lián)結(jié)的結(jié)點(diǎn)為剛結(jié)點(diǎn)。求方程A。妙。"/MM,a^O的 最小根，得"=395. 7mm。若鋼筋長(zhǎng)￡ =10000mm，從端點(diǎn)至抵緊區(qū)中點(diǎn)的距離卜5000mm，代入 抵緊區(qū)壓桿和拉筋的撓曲線方程，則得弓狀平衡最大撓度va(/)=90.2mm， v,(/)=89.8mm。盡管v。(/)隨/遞增，但每10m節(jié)段的橫向變形不超過(guò)v。(/) - v。(/ - 5m) = 0.0903m 。
在10m桿中0.09m撓度并不起眼，也不影響千斤頂操作。多弓平衡時(shí)桿中未接觸區(qū)長(zhǎng)度
等于1/4正弦波長(zhǎng)fl =丄=354. 2nmi。因?yàn)楸纠瓲钇胶鈺r(shí)抵緊區(qū)長(zhǎng)度丄-=9208. 6mm> 1/22^。
正弦波長(zhǎng)708.4mn^2X354. 2,，壓桿與拉筋可以出現(xiàn)多弓平衡。多弓平衡的最大撓度值減小。 而由于地面摩阻力等原因，實(shí)際撓度比計(jì)算值更小。
抵緊區(qū)撓曲線為拋物線，壓桿和拉筋的彎矩為常數(shù)。桿中未接觸區(qū)撓曲線(正弦波)頂
點(diǎn)壓桿出現(xiàn)最大彎矩M。 =74293. 8Nwm，壓桿該截面是危險(xiǎn)截面。壓桿在該截面與最大彎矩對(duì) 應(yīng)的最大彎曲正應(yīng)力of:土24.6MPa，與軸力對(duì)應(yīng)的壓縮正應(yīng)力o"aA'=324. lMPa,在危險(xiǎn)點(diǎn)處 的正應(yīng)力cr。 =299. 5 348. 7MPa。
為滿足預(yù)壓應(yīng)力鋼筋在張拉階段的應(yīng)力限值0《^《
，要選擇材料的容許應(yīng)力[fT]
》348. 7MPa。
可見(jiàn)對(duì)于270級(jí)0.6in 7股鋼絞線的張拉鋼筋，選擇規(guī)格々32X8 容許應(yīng)力[CT]》
348. 7MPa的鋼管已經(jīng)滿足張拉要求。
若令長(zhǎng)lOm規(guī)格力32X8隱的等直鋼管，在兩端剛結(jié)的0. 6in 7股鋼絞線作用下保持直
線平衡穩(wěn)定，其臨界力C =1224. 371N 張拉控制力A 二195510N(長(zhǎng)20m時(shí)，=306. 0927N;
長(zhǎng)30m時(shí)，《T=136.0412N。)。張拉力達(dá)到臨界力時(shí)壓桿失穩(wěn)，如果不限制撓度壓桿無(wú)恢復(fù)
力，或者雖有限制但應(yīng)力已達(dá)到流限，壓力再有所增加，該鋼管將出現(xiàn)屈服而導(dǎo)致破壞。
上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉 本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng) 用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對(duì)于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于張拉階段預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋以無(wú)偏心的直線狀態(tài)喪失后預(yù)壓應(yīng)力鋼筋內(nèi)壁側(cè)倚張拉鋼筋稍偏心的微彎狀態(tài)為平衡條件。
2、 如權(quán)利要求1所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于壓力大于大柔度預(yù)壓應(yīng)力鋼筋 的臨界力，構(gòu)件變形形式為軸向壓縮/拉伸與純彎曲的組合。
3、 如權(quán)利要求1所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于預(yù)壓應(yīng)力鋼筋與張拉鋼筋之間 為插入方便的很松的間隙配合，兩者之間留有一定間隙。
4、 如權(quán)利要求1所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋及張拉鋼筋 采用等直桿。
5、 如權(quán)利要求4所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋采用鋼管， 張拉鋼筋采用鋼絞線。
6、 如權(quán)利要求l、 4或5所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋的 接頭采用預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的干接頭形式。
7、 如權(quán)利要求1所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于構(gòu)件張拉階段處于小變形彈性 階段，安裝階段處于彈性階段同時(shí)接頭不得開(kāi)裂。
8、 如權(quán)利要求6所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋，其特征在于所述預(yù)壓應(yīng)力鋼筋接頭時(shí)兩根 截頭垂直圓鋼管的對(duì)中，采用下面鋼板、上面相當(dāng)V型鐵的夾具固定。
9、 一種如權(quán)利要求1所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于其包括以下步驟1) 選定及計(jì)算張拉鋼筋及預(yù)壓應(yīng)力鋼筋的各參數(shù)值；2) 張拉鋼筋穿入預(yù)壓應(yīng)力鋼筋孔道；3) 預(yù)壓應(yīng)力鋼筋作為千斤頂加力臺(tái)座對(duì)中張拉伸出的張拉鋼筋；4) 用工作錨具將張拉鋼筋錨固在兩端，將預(yù)壓應(yīng)力鋼筋裝入結(jié)構(gòu)受壓區(qū)；5) 澆筑混凝土硬化與結(jié)構(gòu)連成整體，退出工作錨放松并回收張拉鋼筋，對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)拉力。
10、 如權(quán)利要求9所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于上述步驟1)中 包括以下步驟1) 選擇張拉鋼筋的種類及錨具，確定壓桿和拉筋的預(yù)加力大小P、拉筋材料的彈性模量 ￡,、拉筋的截面慣性矩/,、拉筋的截面面積4、拉筋縱向纖維與中性層距離乃；2) 選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋的最大偏心距，按插入方便的很松的配合取最大偏心距 e,使軸力大于臨界力時(shí)預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋的平衡狀態(tài)從直線跳躍變換到微彎，確定 壓桿的內(nèi)徑《-D,+2e， D,為拉筋的直徑；3) 選擇預(yù)壓應(yīng)力鋼筋種類，確定壓桿材料的彈性模量五。、壓桿的截面慣性矩/。、壓桿 的截面面積4、壓桿縱向纖維與中性層距離凡；4) 確定預(yù)壓應(yīng)力鋼筋和張拉鋼筋桿端聯(lián)結(jié)的特征，按選擇的弓形撓曲線求解壓桿、拉筋未接觸區(qū)長(zhǎng)度f(wàn)l，計(jì)算組合變形V。、 0"。和巧、。；5) 對(duì)組合變形v。、 和v,、 ^按容許值進(jìn)行復(fù)核，若不符合重復(fù)以上步驟，直至相符 為止。
11、 如權(quán)利要求9所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于預(yù)壓應(yīng)力鋼筋使 用階段處于彈性階段，破壞階段處于屈服階段。
12. 如權(quán)利要求9所述的先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述預(yù)壓應(yīng)力鋼 筋和混凝土的粘結(jié)采用外形帶肋、錨固筋。
全文摘要
一種大柔度先壓法預(yù)應(yīng)力鋼筋及其實(shí)現(xiàn)方法，其穿入鋼筋張拉，在超過(guò)臨界力的軸向壓力作用下以稍偏心側(cè)倚張拉鋼筋的微彎形狀代替中心受壓的直線的平衡，就可使大柔度壓桿的壓力大于臨界力，而不發(fā)生明顯壓彎，成為組合變形的強(qiáng)度問(wèn)題。所述的構(gòu)件變形形式是軸向壓縮(或拉伸)與純彎曲的組合，構(gòu)件張拉階段處于小變形彈性階段，安裝階段處于彈性階段。同時(shí)建立構(gòu)件組合變形的撓曲線和應(yīng)力方程，從已知條件可以求解其它條件，從而對(duì)構(gòu)件進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和承載力復(fù)核。本發(fā)明不用附加約束，故施工不采取特殊措施，張拉、錨固與安裝采取普通的方法。本發(fā)明無(wú)失穩(wěn)限制，長(zhǎng)度大，截面小，橫向受力彎曲自如，預(yù)加力時(shí)變形些微，可以逐段連接加長(zhǎng)。
文檔編號(hào)E04C5/00GK101614053SQ200910054610
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者鄔妙年 申請(qǐng)人:上?？七_(dá)市政交通設(shè)計(jì)院