[发明专利]后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁及其设计、施工方法

权利要求书

1.一种后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁，所述叠合梁采用先张法和后张法对叠合梁施加有粘结和无粘结预应力，其特征在于：在所述叠合梁的顶部设置有一层顶部纵筋(1)，在所述叠合梁的底部设置有一层底部纵筋(6)，在所述叠合梁的上部设置有叠合层(2)，在所述叠合梁的中部设置有拉结筋(8)，在所述拉结筋(8)的下端设置有腰筋(3)，在所述叠合梁的下部设置有若干先张预应力筋(5)，在所述叠合梁下部还设有若干后张无粘结预应力筋(4)；所述叠合梁还具有箍筋(7)，所述箍筋(7)设置于所述叠合梁内部并包裹所述顶部纵筋(1)和底部纵筋(6)，所述后张无粘结预应力筋(4)的两端伸出所述叠合梁之外，其两端分别固定设置有锚具(10)和夹具(9)，所述的后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁的设计方法如下：

根据后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁的施工和使用的受力状况分为以下阶段：

(a)确定截面尺寸b，h₁，h₂

对于后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁，确定其在叠合前后的高度h₁和h₂，宽度b，高跨比h₁/l和h₂/l，h₁为预制梁的高度，h₂为叠合后高度，l为梁的跨度，选定的截面尺寸需要符合相应的规范要求；

(b)预估预制梁中有粘结和后张无粘结筋的面积A_p1和A_p2

按照有粘结设计，根据正常使用极限状态的要求，按裂缝控制确定预应力筋总面积，预应力混凝土按未开裂状态进行计算；在施工和使用状态下，设计荷载以及预应力的作用下，预估有粘结和无粘结筋的面积A_p1和A_p2；

根据结构类型以及正截面裂缝控制要求，先张有粘结和后张无粘结预应力筋的预应力，按下式进行计算，并取结果的较大值

先张有粘结预应力

后张无粘结预应力或

其中，M_1k和M_1q分别为预制梁一阶段受力按荷载标准组合和准永久组合计算的弯矩设计值；M_2k和M_2q分别为叠合成型后梁按荷载标准组合和准永久组合计算的弯矩设计值；[σ_ctk，lim]和[σ_ctq，lim]分别为荷载标准组合与荷载准永久组合下的混凝土的抗拉限值参考规范取用；W₁和W₂分别为预制梁以及叠合成型梁的构件截面受拉边缘的弹性抵抗矩；A₀₁和A₂分别为扣除孔道后的预制梁以及叠合成型梁的构件截面面积；e₀₁和e₀₂分别为预应力筋的中心相对预制梁以及叠合成型梁的偏心距；β为梁结构系数，如对简支结构，取β＝1.0，对连续结构的负弯矩截面，取β＝0.9，对连续结构的正弯矩截面，取β＝1.2；

根据预应力筋的有效预加力N_pe1和N_pe2，估算先张有粘结和后张无粘结预应力筋的面积A_p1和A_p2，按下式进行估算：

和

其中，σ_con1和σ_con2为先张有粘结和后张无粘结预应力筋的张拉控制应力；σ_l，tot1和σ_l，tot2为预估先张有粘结和后张无粘结预应力筋的所有预应力损失；

(c)确定按有粘结设计的非预应力筋的面积A_s

由预应力筋的面积A_p1和A_p2，预应力度λ，最小配筋率ρ_min以及构造要求确定非预应力筋的面积A_s；

A_s≥ρ_minbh₂，且

其中，λ为预应力度；f_py为先张有粘结与后张无粘结预应力筋的抗拉强度设计值的较大者；h_p为纵向预应力筋合力作用点至叠合成型梁受压边缘的有效距离；f_y为普通钢筋的抗拉强度设计值；h_s2为纵向受拉非预应力筋合力作用点至叠合梁截面受压边缘的有效距离；

(d)计算先张有粘结和后张无粘结预应力损失σ_l1和σ_l2

计算预应力损失均分为瞬时损失和长期损失两个部分，所述瞬时损失包括锚固损失、摩擦损失、弹性压缩损失，长期损失包括预应力筋的应力松弛和混凝土的收缩徐变；

(e)后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁的配筋界限值验算

界限配筋可以分为“适筋”与“超筋”的界限配筋，以及“适筋”与“少筋”的界限配筋，分别进行验算；

(f)先张法对预制梁施加预应力

任一点处混凝土的应力

式中，A₀₁为扣除无粘结预应力筋面积后预制梁的换算截面的截面面积；I₀₁为扣除无粘结预应力筋面积后预制梁的换算截面的截面惯性矩；e₀₁为先张筋作用力中心至换算截面形心的距离；y₁为所求混凝土应力处至换算截面形心的距离；

其中验算截面受拉区边缘处的混凝土应力：

式中，为预制梁底部的混凝土压应力，f_c为混凝土抗压强度；

并可计算得到放松先张预应力筋后预应力筋的应力σ_p11为：

σ_p11＝σ_con1-σ_lI1-α_Epσ_pc1

式中，α_Ep为预应力筋与预制梁混凝土的弹性模量之比；σ_lI1为先张预应力筋在放松前的损失；σ_pc1第I批预应力损失发生后，预应力筋合力作用处的混凝土法向应力；

普通钢筋的应力σ_s1＝α_Esσ_sc1

式中，α_Es为普通钢筋与预制梁混凝土的弹性模量之比；σ_sc1为第I批预应力损失发生后，预应力筋合力作用处的混凝土法向应力；

(g)计算预应力预制梁一次受力

首先按照弹性状态下计算，判断是否可能开裂，当一次受力荷载较小时，受拉区边缘混凝土纤维未进入塑性状态，截面依旧处于弹性状态，此时按照材料力学的方法分析；然后进行截面的开裂荷载计算，开裂荷载采用规范的利用混凝土塑性影响系数的方法来做计算，或者利用理论推导的方法做精确计算；最后进行截面开裂后的验算，若一阶段受力较大，且设计较为保守，预制梁在一阶段受力中开裂，但裂缝的宽度需要设计在限值之内；

(h)计算后张法对叠合梁施加预应力

对一次受力梁是否开裂作分开讨论，其中一次受力开裂的梁需要对其进行裂缝闭合与否的验算；

(i)计算后张无粘结的共张预应力混凝土叠合梁整体受力。