[发明专利]大柔度先压法预应力钢筋及其实现方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。皮尔希和马德尔的发明需要台座进行预压。袁国干的发明钢管不能太长。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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大柔度先压法预应力钢筋及其实现方法，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，本发明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缩(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缩/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采用等直杆。

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。

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接头不得开裂。

本发明构件轴向压缩(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1)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P、拉筋材料的弹性模量E_l、拉筋的截面惯性矩I_l、拉筋的截面面积A_l、拉筋纵向纤维与中性层距离y_l；

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d_a＝D_l+2e，D_l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E_a、压杆的截面惯性矩I_a、压杆的截面面积A_a、压杆纵向纤维与中性层距离y_a；