大柔度先压法预应力钢筋及其实现方法技术

一种大柔度先压法预应力钢筋及其实现方法，其穿入钢筋张拉，在超过临界力的轴向压力作用下以稍偏心侧倚张拉钢筋的微弯形状代替中心受压的直线的平衡，就可使大柔度压杆的压力大于临界力，而不发生明显压弯，成为组合变形的强度问题。所述的构件变形形式是轴向压缩（或拉伸）与纯弯曲的组合，构件张拉阶段处于小变形弹性阶段，安装阶段处于弹性阶段。同时建立构件组合变形的挠曲线和应力方程，从已知条件可以求解其它条件，从而对构件进行截面设计和承载力复核。本发明专利技术不用附加约束，故施工不采取特殊措施，张拉、锚固与安装采取普通的方法。本发明专利技术无失稳限制，长度大，截面小，横向受力弯曲自如，预加力时变形些微，可以逐段连接加长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种先压法预应力钢筋，特别是一种压力超过大柔度压杆临界力的先压法预 应力钢筋。
技术介绍
先压法预应力钢筋是一种在装入结构之前通过张拉和锚固穿入钢筋预先受力的空腹压 杆。把已经受力的空腹压杆浇注在结构混凝土内，待混凝土达到规定强度后将穿入钢筋卸载， 被释放的力便反向作用于整个承载结构内。1950年英国人K，皮尔希(K'Billig)提出用几节互相顶紧的钢管组成一个预压元件，并 在钢管内穿入钢索，借助固定在钢管两端的锚头板进行预压。1952年德国人F'W'马德尔(F'W'Mader)提出用一根直的空腹型钢充当预压元件放入承 载结构内，在承压台座上进行预压。同济大学袁国干提出将高强度粗钢筋穿入直径略大的高强度钢管中，张拉粗钢筋，利用 轧丝锚使钢管产生预压应力。以上先压法预应力钢筋采用直线平衡方式，使用条件受到限制。皮尔希和马德尔的专利技术 需要台座进行预压。袁国干的专利技术钢管不能太长。只有轴向压力不超过临界力，细长中心受 压直杆才不会失稳。压杆的柔度或称长细比，其值越大越容易失稳。当压杆的柔度大到中心受压直杆能用欧 拉公式计算临界力(失稳变弯前的应力不超过材料的比例极限)时，则称之为大柔度压杆， 有时称为细长压杆。达到临界力时，压杆直轴线形状下的平衡丧失稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，使压力超过临界力 时弯曲变形不迅速增长，挠曲线近似直线形状，压杆的承载能力大于细长中心受压直杆临界 力。为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是采取有别于现有技术的方式张拉阶段不以无偏心的直轴线为平衡条件，而以直线状态丧失后预压应力钢筋内壁侧倚张拉钢筋稍偏心的微弯状态为平衡条件，考虑构件纯弯曲的应 力和变形与轴向压縮(或拉伸)的应力和变形相叠加，并将构件组合变形限在小变形的弹性 范围。一种先压法预应力钢筋，张拉阶段预压应力钢筋和张拉钢筋以无偏心的直线状态丧失后 预压应力钢筋内壁侧倚张拉钢筋稍偏心的微弯状态为平衡条件。压力大于大柔度预压应力钢筋的临界力，构件变形形式为轴向压縮/拉伸与纯弯曲的组合。预压应力钢筋与张拉钢筋之间为插入方便的很松的间隙配合，两者之间留有一定间隙。 所述预压应力钢筋及张拉钢筋釆用等直杆。 所述预压应力钢筋采用钢管，张拉钢筋采用钢绞线。 所述预压应力钢筋的接头采用预应力构件的干接头形式。所述预压应力钢筋接头时两根截头垂直圆钢管的对中，采用下面钢板、上面相当V型铁 的夹具固定。^件张拉阶段处于小变形弹性阶段，安装阶段处于弹性阶段同时接头不得开裂。 本专利技术构件轴向压縮(或拉伸)与纯弯曲的变形公式分别从虎克定律和梁挠曲线的微分 方程导得，利用应力与变形的关系求得应力，利用叠加原理求得组合变形。同时建立构件组 合变形的挠曲线和应力方程，从已知条件可以求解其它条件，从而对预压应力钢筋和张拉钢 筋进行截面设计和承载力复核。一种先压法预应力钢筋的实现方法，其包括以下步骤1) 选定及计算张拉钢筋及预压应力钢筋的各参数值；2) 张拉钢筋穿入预压应力钢筋孔道；3) 预压应力钢筋作为千斤顶加力台座对中张拉伸出的张拉钢筋；4) 用工作锚具将张拉钢筋锚固在两端，将预压应力钢筋装入结构受压区；5) 浇筑混凝土硬化与结构连成整体，退出工作锚放松并回收张拉钢筋，对结构施加预拉力。上述步骤l)中包括以下步骤1) 选择张拉钢筋的种类及锚具，确定压杆和拉筋的预加力大小尸、拉筋材料的弹性模量 ￡,、拉筋的截面惯性矩/,、拉筋的截面面积^、拉筋纵向纤维与中性层距离乃；2) 选择预压应力钢筋和张拉钢筋的最大偏心距，按插入方便的很松的配合取最大偏心距 e，使轴力大于临界力时预压应力钢筋和张拉钢筋的平衡状态从直线跳跃变换到微弯，确定压杆的内径《+2e， A为拉筋的直径；3) 选择预压应力钢筋种类，确定压杆材料的弹性模量^、压杆的截面惯性矩乙、压杆的截面面积j。、压杆纵向纤维与中性层距离凡；4) 确定预压应力钢筋和张拉钢筋杆端联结的特征，按选择的弓形挠曲线求解压杆、拉筋 未接触区长度fl,计算组合变形v。、 和v,、 tr,;5) 对组合变形v。、 (T。和巧、q按容许值进行变形与应力复核，若不符合重复以上步骤， 直至相符为止。预压应力钢筋使用阶段处于弹性阶段，破坏阶段处于屈服阶段。 所述预应力有摩擦损失。所述预压应力钢筋和混凝土的粘结采用外形带肋、锚固筋等。本专利技术中心受压直杆不以直轴线为平衡条件，因此预压应力钢筋长度不受构件柔度限制， 不仅采用大柔度压杆，而且压力大于临界压力。本专利技术为保证构件在弹性范围内工作，采取限制组合应力的方式，而不采取附加约束， 因此施工不采取特殊措施，张拉、锚固与安装可以采用普通方法。压杆一拉筋系统的平衡本专利技术先压法预应力钢筋的预压力大于临界力，压杆直线平衡丧失稳定。 一旦孔道壁抵 紧穿入的张拉钢筋，迫使张拉钢筋一起弯曲。张拉钢筋两端受拉具有回复直线的趋势。在抵 紧区压杆受到张拉钢筋反作用的恢复力，跨中截面挠曲受到抑制，如图1所示。在端部联结 点二者的侧向位移相等，在中间抵紧区二者的挠度差等于最大偏心距，在其余未接触区，二 者的挠度差介乎零和最大偏心距之间，二者的挠曲线成为弓形。与预压力小于临界力不同的 是，压杆和拉筋不仅受到轴向力，而且受到弯矩，压杆一拉筋系统满足直梁挠曲线的微分方程。当压杆和拉筋两端相联的特征不同时，弓状平衡的挠曲线不对称，可看成由各半个不同 联结的对称弓形挠曲线在抵紧区中点联结而成。因此只需对具有不同联结特征的各种对称弓 状平衡挠曲线的一半求解。例如，将直角坐标系原点设于杆端(JC轴与杆轴线重合)，对压杆和拉筋刚接的挠曲线建 立微分方程，可解得抵紧区压杆和拉筋的挠曲线方程<formula>formula see original document page 6</formula>未接触区压杆和拉筋的挠曲线方程<formula>formula see original document page 6</formula>尸一压杆和拉筋的预加力大小； ￡a——压杆材料的弹性模量；/。——压杆的截面惯性矩；——拉筋材料的弹性模量；/,——拉筋的截面惯性矩；e——压杆和拉筋的最大偏心距； /——从端点至抵紧区中点的距离；a——压杆、拉筋未接触区长度，为方程A。&A:。o + ^f/^azO的最小根，最小根的范围+<"<;压杆和拉筋的应力方程为<formula>formula see original document page 7</formula>式中M。——压杆截面上的弯矩；4>——压杆的截面面积；凡——压杆纵向纤维与中性层距离； M,——拉筋截面上的弯矩；4——拉筋的截面面积；J,——拉筋纵向纤维与中性层距离。可见压杆和拉筋的变形、应力是多元函数。材料虽为线弹性的，但弓状平衡位移与预加 力之间的关系却是非线性的，弓状平衡的弯曲变形和应力与压杆和拉筋的最大偏心距成正比。 选择变元可使压杆和拉筋的变形、应力足够地小，材料仍然服从虎克定律。将压杆和拉筋的 应力和变形建立方程，从已知条件可以求解其他条件，从而对预压应力钢筋和张拉钢筋进行 截面设计和承载力复核。弓状平衡挠曲线抵紧区长度大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种先压法预应力钢筋，其特征在于：张拉阶段预压应力钢筋和张拉钢筋以无偏心的直线状态丧失后预压应力钢筋内壁侧倚张拉钢筋稍偏心的微弯状态为平衡条件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邬妙年，
申请(专利权)人：上海科达市政交通设计院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]