[发明专利]一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法

说明书

本发明公开的一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法，通过采用厚壁薄筒理论对混凝土的锈胀开裂进行模拟，基于开裂混凝土的剩余拉应力和未开裂混凝土的约束力对开裂过程中的锈胀力进行计算；分析钢绞线锈蚀对界面间的胶着力、混凝土约束力和锈胀力等因素的影响，构建锈蚀钢绞线粘结强度计算表达式；综合考虑锈蚀引起的混凝土开裂和粘结强度退化等因素的耦合作用，基于应变协调及受力平衡方程，建立锈蚀先张混凝土构件预应力损失的计算方法；本发明提出的一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法可综合考虑锈蚀引起的混凝土开裂及粘结退化等因素的耦合作用，对既有先张混凝土梁桥预应力损失的评估具有重要地指导意义。

技术领域

本发明涉及预应力损失评估方法技术领域，具体是一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法。

背景技术

长期以来，预应力混凝土构件被认为具有良好的耐久性。然由于设计缺陷、不良施工和不利侵蚀环境等因素的影响，预应力混凝土构件性能劣化问题已日益显著。预应力筋锈蚀是造成结构耐久性退化的主要因素之一，锈蚀会减小预应力筋的截面面积、导致混凝土开裂、降低粘结强度，引起有效预应力的损失。混凝土构件内部的有效预应力是确保其正常使用和安全服役的关键因素。

既有混凝土构件的预应力损失与众多因素有关，如混凝土的收缩徐变、预应力钢绞线的应力松弛及锈蚀等。目前，针对混凝土收缩徐变、预应力钢绞线应力松弛等因素对长期预应力损失的影响已展开了大量的研究，部分规范也给出了长期预应力损失的评估方法。相对于混凝土构件长期预应力损失的报道，关于锈蚀预应力损失的研究相对较少。部分学者采用应变协调的方法评估了后张混凝土梁的残余预应力，也有学者指出后张混凝土梁的剩余预加力可通过锈蚀钢绞线的截面积来估计。现有研究主要分析了锈蚀钢绞线截面积减小对后张混凝土构件预应力损失的影响。钢绞线锈蚀引起的预应力损失是一个十分复杂的问题，不仅仅是钢绞线截面积的减小会引起预应力损失，混凝土的锈胀开裂和粘结强度也会造成预应力损失。此外，后张混凝土构件依靠锚固系统进行预应力的传递，而先张预应力混凝土构件则通过钢绞线与混凝土间的粘结力来进行预应力传递，锈蚀粘结退化对先张混凝土构件有效预应力的影响会比后张混凝土构件的影响要大。对于先张混凝土构件锈蚀后的预应力损失研究目前尚未见报道，如何合理地评估锈蚀先张混凝土构件内部的预应力损失有待研究。

为此，本发明提出了一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法，该方法的优势在于可综合考虑锈蚀引起的混凝土开裂及粘结退化等因素对先张混凝土构件内部预应力损失的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法，其可合理地评估锈蚀先张混凝土构件内部的预应力损失。

为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种预测混凝土顺筋开裂后预应力损失方法，包括以下步骤：

(1)预测混凝土锈胀开裂：根据构件基本尺寸，确定几何参数取值，采用厚壁薄筒理论对混凝土的锈胀开裂进行模拟，锈胀开裂过程中，通过开裂混凝土的剩余拉应力和未开裂混凝土的约束力对锈胀力进行预测；

(2)分析锈蚀钢绞线粘结强度退化：建立钢绞线与混凝土界面间胶着力、约束力和锈胀力的表达式，分析钢绞线锈蚀对以上各因素的影响，进而计算锈蚀钢绞线粘结强度；

(3)评估锈蚀引起的预应力损失：将先张混凝土构件离散为多个微分单元，分析锈蚀钢绞线的内部应力传递规律，考虑混凝土锈胀开裂及粘结退化等因素的影响，基于应变协调及受力平衡方程建立锈蚀先张混凝土构件有效预应力的计算方法，进而对锈蚀预应力损失进行评估。

优选的，所述步骤(1)中，混凝土锈胀开裂过程中，锈胀力的计算如下：

保护层开裂前，锈胀力主要由开裂混凝土的剩余拉应力和未开裂混凝土的约束力共同抵抗，钢绞线-混凝土界面间的锈胀力P_c可表示为公式(1)：