一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，包括如下步骤：S1.考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力进行预测；S2.根据钢绞线‑混凝土界面膨胀力与摩擦系数计算混凝土胀裂影响下钢绞线的粘结强度；S3.将先张混凝土构件离散为若干微单元，建立各微单元中钢绞线及对应周围混凝土的应力、应变表达式，基于界面应变协调关系对混凝土胀裂影响下先张混凝土构件的传递长度进行计算。本发明专利技术能够综合考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下先张法构件的传递长度进行较为精准地计算，能够广泛应用于工程实际。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法
本专利技术涉及一种先张预应力混凝土构件传递长度的计算方法，特别涉及一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法。
技术介绍
先张预应力混凝土结构由于施工简便、可工厂化批量预制等特点，在中小跨径桥梁中占有较大比重。先张预应力筋放张后在构件端部应力传递区会产生回缩效应，其直径膨胀形成楔形，这一现象称为霍尔效应，霍尔效应使得钢绞线预应力沿传递区由零逐渐增大至有效预应力，这一区域的长度即为传递长度。先张预应力混凝土结构是通过传递长度将钢绞线预应力传递至混凝土，钢绞线与混凝土界面的有效粘结是保证预应力传递的关键因素。在外界不利环境侵蚀下，锈蚀会引起混凝土胀裂以及界面粘结性能退化，进而造成传递长度的改变。而传递长度的改变会造成预应力损失，引起结构承载力降低，严重时甚至会导致结构垮塌。部分学者已经对先张预应力混凝土结构的传递长度展开了研究，分析了钢绞线直径、有效预应力、混凝土强度及混凝土保护层对传递长度的影响，此外，一些规范也给出了传递长度的预测公式。然而，关于混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度方面的研究尚未见报道，混凝土胀裂影响下先张预应力混凝土构件传递长度预测由于涉及混凝土胀裂、粘结强度退化等问题，其合理评估是目前研究的难点。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，能够综合考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下先张法构件的传递长度进行较为精准地计算，从而能够广泛应用于工程实际。根据本专利技术实施例的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，包括以下步骤：S1.预测锈蚀钢绞线与混凝土界面膨胀力：基于厚壁圆筒理论，根据位移协调条件，综合考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力进行预测；S2.分析锈蚀钢绞线粘结强度：根据钢绞线与混凝土界面膨胀力、钢绞线与混凝土之间的摩擦系数计算混凝土胀裂影响下钢绞线的粘结强度；S3.计算锈蚀先张法构件传递长度：将先张混凝土构件离散为若干微单元，建立各微单元中钢绞线及对应周围混凝土的应力、应变表达式，基于界面应变协调关系对混凝土胀裂影响下先张混凝土构件的传递长度进行计算。根据本专利技术实施例的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，至少具有如下技术效果：根据本专利技术实施例的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，能够综合考虑霍尔效应和锈蚀的影响，对钢绞线与混凝土界面膨胀力进行预测，并能够计算锈蚀钢绞线的粘结强度，之后将先张法构件离散为若干微单元，建立各微单元中钢绞线及对应周围混凝土的应力、应变表达式，基于界面应变协调关系对混凝土胀裂影响下先张法构件的传递长度进行计算。本专利技术实施例，能够综合考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下先张法构件的传递长度进行较为精准地计算，从而能够广泛应用于工程实际。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，在混凝土未胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：式中，R0是钢绞线的初始半径，Rt是钢绞线预应力放张后的半径，Rc是钢绞线中心到混凝土表面的距离，fpz是钢绞线的轴向应力，Ep是钢绞线的弹性模量，vp是钢绞线的泊松比，Ec是混凝土的弹性模量，vc是混凝土的泊松比，f′cz是钢绞线锈蚀后其周围混凝土的轴向应力，f′cz＝(1-ρ)fcz，ρ是钢绞线的锈蚀率，fcz是钢绞线未锈蚀时其周围混凝土的轴向应力；霍尔效应和锈蚀共同影响下混凝土径向位移uc能够表示为公式：根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，在混凝土部分胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：式中，pc为胀裂混凝土和未胀裂混凝土交界面位置的约束应力，Ru为胀裂混凝土的半径，r为胀裂混凝土区域的任意位置，Rt≤r≤Ru，σθ(r)为胀裂混凝土的环向应力。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S1中，在混凝土完全胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：根据本专利技术的一些实施例，钢绞线预应力放张后的半径Rt能够表示为公式：式中，fpt是钢绞线抗拉强度。根据本专利技术的一些实施例，根据应力分布协调原则，胀裂混凝土与未胀裂混凝土交界面位置处的约束应力pc能够表示为公式：式中，ft为混凝土的抗拉强度。根据本专利技术的一些实施例，基于厚壁圆筒理论，混凝土部分胀裂时，未胀裂混凝土的径向位移u(r)能够表示为公式：根据钢绞线与混凝土界面径向位移相容条件，uc＝u(Rt)，相容方程可表示为公式：根据该方程能够求解Ru。根据本专利技术的一些实施例，考虑胀裂混凝土抗拉强度的软化行为，混凝土的环向应力σθ(r)能够表示为公式：式中，εθ(r)是混凝土的切向应变，εcr是混凝土抗拉强度所对应的应变，εcr＝ft/Ec，ε1是混凝土应力为15％抗拉强度时所对应的应变，ε1＝0.0003，εu为混凝土极限应变，εu＝0.002。根据本专利技术的一些实施例，基于厚壁圆筒理论，混凝土部分胀裂时，未胀裂混凝土的切向应变εθ(r)能够表示为公式：混凝土完全胀裂时，代入边界条件Ru＝Rc，其切向应变εθ(r)能够表示为公式：式中，εqc为混凝土表面切向应变；其径向位移u(r)能够表示为公式：根据钢绞线与混凝土界面径向位移相容条件，即uc＝u(Rt)，相容方程可表示为公式：根据该方程能够求解εqc。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S2中，锈蚀钢绞线的粘结强度能够表达为公式：τ＝μ·P式中，μ是钢绞线与混凝土界面的摩擦系数。根据本专利技术的一些实施例，所述步骤S3中，传递长度的计算步骤如下：首先，将1/2的先张混凝土构件离散为若干微单元，各微单元编号为1到n，微单元i的局部应力增量Δfp，i能够表示为公式：式中，d′p是锈蚀钢绞线的直径，τi是钢绞线在第i个微单元位置处的粘结应力，A′p是锈蚀钢绞线的横截面积，Δl是微单元的长度；对于先张混凝土构件，其端部位置处钢绞线的应力为0，即fp，0＝0，对于微单元i，其内部钢绞线的应力fp，i能够表示为公式：fp，i＝fp，i-1+Δfp，i式中，Δfp，i为微单元i的局部应力增量，1≤i≤n；第i个微单元位置处钢绞线的应变增量Δεp，i能够表示为公式：式中，εp，0是钢绞线放张后的初始应变，Ep是钢绞线的弹性模量；第i个微单元周围混凝土的应变εc，i能够表示为公式：式中，A是混凝土的横截面积，ep是钢绞线的偏心距，Ic是混凝土截面的惯性矩，yb是先张混凝土构件的中性轴到先张混凝土构件底端的距离；钢绞线应力自放张端向跨中方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1.预测锈蚀钢绞线与混凝土界面膨胀力：基于厚壁圆筒理论，根据位移协调条件，考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力进行预测；/nS2.分析锈蚀钢绞线粘结强度：根据钢绞线与混凝土界面膨胀力、钢绞线与混凝土之间的摩擦系数计算混凝土胀裂影响下钢绞线的粘结强度；/nS3.计算锈蚀先张法构件传递长度：将先张混凝土构件离散为若干微单元，建立各微单元中钢绞线以及对应周围混凝土的应力、应变表达式，基于界面应变协调关系对混凝土胀裂影响下先张混凝土构件的传递长度进行计算。/n

【技术特征摘要】
1.一种混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预测锈蚀钢绞线与混凝土界面膨胀力：基于厚壁圆筒理论，根据位移协调条件，考虑霍尔效应和锈蚀的共同影响，对混凝土胀裂影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力进行预测；
S2.分析锈蚀钢绞线粘结强度：根据钢绞线与混凝土界面膨胀力、钢绞线与混凝土之间的摩擦系数计算混凝土胀裂影响下钢绞线的粘结强度；
S3.计算锈蚀先张法构件传递长度：将先张混凝土构件离散为若干微单元，建立各微单元中钢绞线以及对应周围混凝土的应力、应变表达式，基于界面应变协调关系对混凝土胀裂影响下先张混凝土构件的传递长度进行计算。


2.根据权利要求1所述的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，在混凝土未胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：



式中，R0是钢绞线的初始半径，Rt是钢绞线预应力放张后的半径，Rc是钢绞线中心到混凝土表面的距离，fpz是钢绞线的轴向应力，Ep是钢绞线的弹性模量，vp是钢绞线的泊松比，Ec是混凝土的弹性模量，vc是混凝土的泊松比，f′cz是钢绞线锈蚀后其周围混凝土的轴向应力，f′cz＝(1-ρ)fcz，ρ是钢绞线的锈蚀率，fcz是钢绞线未锈蚀时其周围混凝土的轴向应力；
霍尔效应和锈蚀共同影响下混凝土径向位移uc能够表示为公式：





3.根据权利要求2所述的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，在混凝土部分胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：



式中，pc为胀裂混凝土和未胀裂混凝土交界面位置的约束应力，Ru为胀裂混凝土的半径，r为胀裂混凝土区域的任意位置，Rt≤r≤Ru，σθ(r)为胀裂混凝土的环向应力。


4.根据权利要求2所述的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，在混凝土完全胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力P能够表示为公式：



式中，r为胀裂混凝土区域的任意位置，Rt≤r≤Rc，σθ(r)为胀裂混凝土的环向应力。


5.根据权利要求2至4中任意一项所述的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，钢绞线预应力放张后的半径Rt能够表示为公式：



式中，fpt是钢绞线抗拉强度。


6.根据权利要求3所述的混凝土胀裂影响下先张法构件传递长度计算方法，其特征在于，基于厚壁圆筒理论，混凝土部分胀裂时，未胀裂混凝土的径向位移u(r)能够表示为公式：



式中，ft为混凝土的抗拉强度；
根据钢绞线与混凝土界面径向位移相容条件，uc＝u(Rt)，相容方程可表示为公式：



根据该方程能够求解Ru，式中，P为混凝土未胀裂时，霍尔效应和锈蚀共同影响下钢绞线与混凝土界面膨胀力。


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【专利技术属性】
技术研发人员：戴理朝，罗鑫，王磊，张建仁，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43