一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法技术

本发明专利技术提供了一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法，通过制备六种不同钢绞线埋置长度的小试件，采用简单的分级加载拔出试验，测绘拔出力

【技术实现步骤摘要】
一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法


[0001]本专利技术属于建筑和力学
，具体涉及一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法。

技术介绍

[0002]传递长度L
t
指从混凝土端部到先张梁内一特定点的距离。当预应力释放时，在这个特定点处预应力筋的应力将不再沿梁长变化而达到一恒值f
se
，即达到考虑预应力损失后的有效预应力。传递长度L
t
是反映混凝土粘结性能的重要指标，在预应力筋释放时应验算该截面的应力状态是否符合要求。预应力混凝土构件的传递长度L
t
的终点是计算先张梁承载力的关键截面位置，不准确的计算会导致先张梁的设计不合理，使混凝土被压碎、劈裂和锚固失效，降低设计结构的安全性；相对准确地估算传递长度L
t
则能准确计算关键截面承载力、避免锚固区混凝土的开裂与预应力筋的锚固失效。
[0003]影响传递长度的因素众多，包括钢绞线直径、混凝土强度、预应力水平、预应力的释放方式(瞬间或缓慢释放)、钢绞线表面状况(光滑或锈蚀)、截面尺寸以及钢绞线的位置等等，因此精确预测传递长度十分困难。国内外各规范中分别给出了钢绞线传递长度的计算公式，而应用这些公式计算出来的传递长度又与实测传递长度存在差异。且各国规范在计算传递长度方面基本只考虑少数几个主要影响因素，甚至是仅考虑其中的一个因素，如钢绞线直径、混凝土强度、有效预应力等。
[0004]美国的ACI 318
‑
19规范考虑了有效预应力和钢绞线直径的影响，传递长度的计算公式为f
se
为预应力筋的有效预应力，认为传递长度与有效预应力和预应力筋直径成正比；AASHTO LRFD 2020规范只考虑预应力筋的直径影响，传递长度l
t
＝60d
b
；欧洲CEB
‑
FIP 2010规范给出的传递长度计算公式比较复杂，考虑了放张时预应力大小、预应力放张形式以及粘结情况等较多因素的影响，计算公式为国内的《混凝土结构设计规范》(GB50010
‑
2010)中传递长度的计算公式为式中考虑了预应力筋的形状、直径、放张时预应力筋的有效预应力以及混凝土抗拉强度等因素的影响。各规范虽然给出了常规直径钢绞线的传递长度公式，但计算出来的结果并不一致，且与实际测量的结果均相差较大，通常偏保守。
[0005]在预应力构件中，混凝土与预应力筋的粘结决定了构件的力学性能。预应力在构件中的传递和发展都取决于预应力释放后混凝土与预应力筋的粘结强度。预应力钢绞线的初始预应力通常为钢绞线抗拉强度f
pk
的75％，而预应力在释放时及之后在时间、荷载、环境等综合因素作用下会不可避免地出现预应力损失，导致钢绞线的有效预应力f
se
低于0.75f
pk
。
[0006]在现有的工程实践中主要采用95％平均最大应变法(AMS法)来确定传递长度。该方法采用若干可拆卸式机械(DEMEC)应变计测点沿钢绞线长度粘贴在梁端区域的混凝土表
面，位置与钢绞线重心齐平，通过测量预应力释放前后相邻两个测点之间的距离变化，再除以这两个测点的原始标距即得出应变值。为使测试结果更加准确，将相邻的三个应变再取一次平均值，如图1所示。最后，将这些平均值连成光滑曲线，该曲线即为平均应变曲线，取其最大应变值的95％作为参考线，该参考线与平均应变曲线的交点距梁端部的距离即为该预应力先张构件的传递长度L
t
，如图2所示。
[0007]国外传递长度的确定一般基于运用DEMEC应变计测量混凝土表面应变沿梁长的变化规律。但是测量结果受人为因素影响较大，且粘贴于混凝土表面的DEMEC应变测点极容易脱落。另外，三点平滑法需要3段相邻应变才能取得一个平均应变值，而通常两个应变测点的距离为200mm，得到一个平均应变值所需的长度就为600mm。因此，当传递长度较短时，传递区内得出的平均应变值过少。零星的应变值难以勾绘出完整且准确的混凝土应变曲线，不能明确体现出应变曲线中典型的上升段和平台段，从而在确定95％平均最大应变参考线与应变曲线交点位置时会出现较大的误差，造成传递长度测试结果的不准确与不可靠。
[0008]预应力先张梁在设计时通常采用规范公式计算得出传递长度，但这一值往往与实际不符。即规范设计值与先张梁采用AMS方法测得的实际值存在偏差。这一偏差会导致在传递长度终点这一关键截面位置上的应力计算与应力控制跟实际不符。实际上AMS方法并未直接测钢绞线的应力或内力，而是假定混凝土表面的应变为该截面上的平均压应变，由内力平衡与应变协调反推出钢绞线的平均应力或内力值。并且混凝土应变的测量为一段区域内的平均应变，而不是传递长度这个截面上的真实应变。若能在预应力先张梁设计阶段就能相对准确地预测传递长度值L
t
和该截面上的有效预应力值f
se
，则将减小设计与实际值的偏差。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法，用于在预应力结构的设计阶段相对准确地预测传递长度和该截面处有效预应力的大小。
[0010]本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法，包括以下步骤：
[0011]S1：搭建顶部开口的一端含圆锥形内模的盒状钢模板，采用与设计使用的材料参数一致的钢绞线和混凝土在钢模板中浇筑混凝土试件，将钢绞线按长度方向埋置于混凝土试件截面的中心；设对混凝土试件施加拔出力的一端为张拉端，混凝土试件的另一端为自由端，混凝土试件的张拉端的钢绞线长度超出混凝土试件的端面；
[0012]S2：混凝土试件脱模后，将第一钢垫板、穿心式液压千斤顶、第二钢垫板、力传感器依次穿过混凝土试件的张拉端的钢绞线，与混凝土试件一起横置于平整的地面上；采用夹片式锚具锚固混凝土试件的张拉端的钢绞线，采用位移传感器测量钢绞线在自由端的滑移；使钢绞线的重心、穿心式液压千斤顶的中心以及力传感器在同一水平线上；使混凝土试件及穿心式液压千斤顶与地面平行、与第一钢垫板和第二钢垫板垂直；
[0013]S3：用穿心式液压千斤顶对钢绞线进行预加载，加载力按预加载值持荷1分钟；钢绞线直径或埋置长度较小时采用低预加载值，直径或埋置长度较大时采用高预加载值；同时检测各仪器仪表的工作情况，然后卸载；
[0014]S4：对钢绞线进行单调静力分级加载试验；
[0015]预加载完成1分钟后进行分级加载，每次加载1分钟，然后持荷1分钟；
[0016]设钢绞线的抗拉强度为f
pk
，钢绞线的公称截面面积为S
n
，钢绞线最大力为F
m
＝f
pk
S
n
，整个试验的最大加载值低于钢绞线最大力F
m
的75％；
[0017]按混凝土试件的长度设置分级加载值；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：搭建顶部开口的一端含圆锥形内模的盒状钢模板，采用与设计使用的材料参数一致的钢绞线和混凝土在钢模板中浇筑混凝土试件，将钢绞线按长度方向埋置于混凝土试件截面的中心；设对混凝土试件施加拔出力的一端为张拉端，混凝土试件的另一端为自由端，混凝土试件的张拉端的钢绞线长度超出混凝土试件的端面；S2：混凝土试件脱模后，将第一钢垫板、穿心式液压千斤顶、第二钢垫板、力传感器依次穿过混凝土试件的张拉端的钢绞线，与混凝土试件一起横置于平整的地面上；采用夹片式锚具锚固混凝土试件的张拉端的钢绞线，采用位移传感器测量钢绞线在自由端的滑移；使钢绞线的重心、穿心式液压千斤顶的中心以及力传感器在同一水平线上；使混凝土试件及穿心式液压千斤顶与地面平行、与第一钢垫板和第二钢垫板垂直；S3：用穿心式液压千斤顶对钢绞线进行预加载，加载力按预加载值持荷1分钟；钢绞线直径或埋置长度较小时采用低预加载值，直径或埋置长度较大时采用高预加载值；同时检测各仪器仪表的工作情况，然后卸载；S4：对钢绞线进行单调静力分级加载试验；预加载完成1分钟后进行分级加载，每次加载1分钟，然后持荷1分钟；设钢绞线的抗拉强度为f
pk
，钢绞线的公称截面面积为S
n
，钢绞线最大力为F
m
＝f
pk
S
n
，整个试验的最大加载值低于钢绞线最大力F
m
的75％；按混凝土试件的长度设置分级加载值；通过力传感器测量拔出力的大小，通过位移传感器监测钢绞线在自由端的位移；当混凝土试件的拔出试验出现以下任何一种情况时，停止拉拔，结束混凝土试件的拔出试验，记录和整理各项数据及其失效模式：拔出力达到0.75F
m
、自由端的钢绞线滑移值达到10mm、试件的混凝土开裂、自由端的钢绞线滑移失效或张拉端的钢绞线断裂；S5：拆卸混凝土试件并清理试验场地，更换为下一个混凝土试件，依次重复步骤S3和S4，直至完成全部试件的拔出试验；S6：记录混凝土试件在试验过程中的最大拔出力，整理试验数据和试件的失效模式，并绘制拔出力
‑
自由端滑移曲线；S7：根据最大拔出力与混凝土试件的失效模式估算传递长度L
t
及对应的有效预应力f
se
。2.根据权利要求1所述的一种基于小构件简单拔出试验的传递长度估算方法，其特征在于：所述的步骤S1中，混凝土试件的截面尺寸为150mm
×
150mm；设钢绞线的直径为d
b
，设计钢绞线的埋置长度在多个混凝土试件中分别为20d
b
、30d
b
、40d
b
、50d
b
、60d
b
和70d
b

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋欣，卢海林，戚燊，杜建群，朱金前，刘杰，张威，
申请(专利权)人：湖北木之君工程材料有限公司，
类型：发明
国别省市：