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摘要：制作5片无粘结部分预应力混凝土矩形试验梁，通过改变非预应力筋配筋率与非预应力筋强度控制试验参数“综合配筋指标”。将试验数据代入各国规范及各国学者建立的共16个极限应力增量计算公式，评析各公式的适用性。
关键词：无粘结，部分预应力，混凝土，极限应力增量
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
前言
无粘结部分预应力混凝土受弯结构中的无粘结预应力筋与周围混凝土不粘结且可相对滑动，其极限承载力并非仅取决于弯矩最大截面，而且与受弯构件的总体变形有关。故，合理计算无粘结预应力筋极限应力增量是准确计算无粘结部分预应力混凝土梁极限抗弯承载力的关键。
目前，综合配筋指标是影响无粘结结构极限应力增量的主要因素已得到广泛认可。本文通过控制试验梁试验参数“综合配筋指标”的改变，评析已有极限应力增量计算公式的适用性，为今后学者研究提供理论依据。
试验设计与结果
本试验设计制作5片无粘结部分预应力混凝土矩形梁，尺寸均为4500×400×300（长×高×宽）mm，计算跨径为4200mm，混凝土强度等级为C50，无粘结预应力筋采用抗拉强度为1860MPa、直径为15.2mm的钢绞线，对称布置两根无粘结筋，控制张拉应力为1395MPa，非预应力筋配置见下表。通过改变非预应力筋强度与配筋率控制综合配筋指标的改变。试验梁进行三分点分级单调荷载加载，破坏标准为非预应力纵筋屈服，受拉应变达到0.01，或者开裂裂缝宽度达到1.5mm。试验梁相关设计数据实测值与极限应力增量试验结果见下表：
表1试验梁相关数据
大量试验研究已经证实[1-6]：其他条件不变的情况下，随着综合配筋指标的增加，无粘结部分预应力混凝土结构的极限应力增量依次减小，因此，由试验数据可以看出UPPC-3试验梁极限应力增量试验值不满足此结论，以下不做此试验梁的数据分析。
极限应力增量计算公式
（1）美国混凝土结构设计规范ACI318-05公式[7]
公式条件：式（a）中极限应力不应大于预应力筋抗拉强度与两者的较小值；式（b）中极限应力不应大于预应力筋抗拉强度与两者的较小值。
（2）英国混凝土规范BS8110-1997公式[8]
公式条件：
（3）英国规范CP110公式[9]
（4）加拿大规范A23.3-94公式[10]
（5）德国规范DIN4227公式[10]
单跨梁：
（6）新西兰规范NZS3101公式[10]
（7）中国《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ/92-93》公式[11]
限制条件：1）；
2）。
（8）中国《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》公式[12]
限制条件：1）；
2）。
（9）金伟良、吕志涛等人提出的公式[13]
（10） Harajli公式Ⅰ[10]
限制条件：，且。
（11） Harajli公式Ⅱ[10]
（12）杜拱辰、陶学康提出的公式[14]
限制条件：
（13）徐金声等提出的公式[15]
（14）大连理工大学提出的公式[16]
（15）Naaman提出的公式[17]
限制条件：
（16）郑文忠、王晓东等提出的公式[18]
无粘结预应力混凝土简支梁板：
三分点加载：
限制条件：
将按各国规范及各国研究学者确定的极限应力增量计算公式计算所得的计算值与本试验的实测值之比汇总如下：
表2 各国规范计算值与试验实测值比值汇总
表3 各国学者计算值与试验实测值比值汇总
结论与分析
（1）通过计算值与实测值对比汇总表可以看出：英国、加拿大规范及研究学者徐金声、郑文忠对极限应力增量的估值过高，存在工程风险；美国、德国、新西兰、中国规范及金伟良、Harajli公式Ⅰ对极限应力增量估值过低，容易造成工程浪费； Harajli公式Ⅱ、杜拱辰公式估值安全度考虑不周；Naamn公式估值不稳定；大连理工赵国藩等人提出的公式计算的极限应力增量值稳定且具有一定的安全度；
（2）本试验所得数据验证了大连理工赵国藩等人提出的公式适用于本试验极限应力增量的计算，该公式只考虑了综合配筋指标对极限应力的影响。
参考文献
汤永净，程付扬．无粘结部分预应力筋极限应力增量评析[J]．工业建筑，2009，39：354-356
王逸，杜拱辰，刘永颐．跨中集中荷载下部分预应力梁无粘结筋极限应力的研究[J]．建筑结构学报，1991，12（6）：42-52
陈晓宝，赵国藩．无粘结部分预应力混凝土梁极限状态可靠度分析[J]．大连理工大学学报，Vol.33（5），1993:548-551
邓志恒，张喜德．无粘结部分预应力混凝土受弯构件极限强度试验[J]．工程力学，1997 (2) :276 - 281
林泉，楼徐燕，楼铁炯，项贻．无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究[J]．公路交通科技, 2007,24（3）：77-81
宋永发，王清湘．无粘结部分预应力高强混凝土梁正截面承载力计算[J]．大连理工学报，1996，36 (4)：552 - 557
ACI Committee 318，Building code requirements for structural concrete (ACI 318-05) and commentary (ACI 318R-05),American Concrete Institude,Michigan,2005
British Standards Institution, Structural use of concrete, Part1. Code of practice for design and construction. BS8110:Part1:1985
陶静．无粘结预应力混凝土梁的极限承载力分析[D]．湖南：湘潭大学，2007
M. H. Harajli. Effect of span-depth ratio on the ultimate steel stress in unbounded prestressed concrete
中华人民共和国建设部．JGJ/T 92-93，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S]．北京：中国计划出版社，1993
中华人民共和国建设部．JGJ，92－2004，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，2005
金伟良，赵羽习，吕志涛．无粘结筋的极限应力[J]．浙江大学学报．2000,34（4）
杜拱辰，陶學康．部分无粘结混凝土梁的无粘结筋极限应力的研究[J]．建筑结构学报，1985，14（6）：2-13
徐金声，林春哲，洪婉儿．混合配筋预应力混凝土双向密肋板结构性能的试验研究[J] ．建筑结构学报，Vol.16（1），1995
陈晓宝，赵国藩．无粘结部分预应力混凝土梁极限状态可靠度分析[J] ．大连理工大学学报，Vol.33（5），1993:548-551
A. E. Nanman and F. M. Alkhairi. Stress at Ultimate in Unbonded Prestressing Tendons: Part1-Evalutaion of the state-of-art. ACI Structural, 1991, Vol.88(5)
郑文忠，王晓东，王英.预应力混凝土梁板中无粘结筋应力增量极限值计算方法研究[A] .第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文，2007：362-383
关键词：无粘结，部分预应力，混凝土，极限应力增量
中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：
前言
无粘结部分预应力混凝土受弯结构中的无粘结预应力筋与周围混凝土不粘结且可相对滑动，其极限承载力并非仅取决于弯矩最大截面，而且与受弯构件的总体变形有关。故，合理计算无粘结预应力筋极限应力增量是准确计算无粘结部分预应力混凝土梁极限抗弯承载力的关键。
目前，综合配筋指标是影响无粘结结构极限应力增量的主要因素已得到广泛认可。本文通过控制试验梁试验参数“综合配筋指标”的改变，评析已有极限应力增量计算公式的适用性，为今后学者研究提供理论依据。
试验设计与结果
本试验设计制作5片无粘结部分预应力混凝土矩形梁，尺寸均为4500×400×300（长×高×宽）mm，计算跨径为4200mm，混凝土强度等级为C50，无粘结预应力筋采用抗拉强度为1860MPa、直径为15.2mm的钢绞线，对称布置两根无粘结筋，控制张拉应力为1395MPa，非预应力筋配置见下表。通过改变非预应力筋强度与配筋率控制综合配筋指标的改变。试验梁进行三分点分级单调荷载加载，破坏标准为非预应力纵筋屈服，受拉应变达到0.01，或者开裂裂缝宽度达到1.5mm。试验梁相关设计数据实测值与极限应力增量试验结果见下表：
表1试验梁相关数据
大量试验研究已经证实[1-6]：其他条件不变的情况下，随着综合配筋指标的增加，无粘结部分预应力混凝土结构的极限应力增量依次减小，因此，由试验数据可以看出UPPC-3试验梁极限应力增量试验值不满足此结论，以下不做此试验梁的数据分析。
极限应力增量计算公式
（1）美国混凝土结构设计规范ACI318-05公式[7]
公式条件：式（a）中极限应力不应大于预应力筋抗拉强度与两者的较小值；式（b）中极限应力不应大于预应力筋抗拉强度与两者的较小值。
（2）英国混凝土规范BS8110-1997公式[8]
公式条件：
（3）英国规范CP110公式[9]
（4）加拿大规范A23.3-94公式[10]
（5）德国规范DIN4227公式[10]
单跨梁：
（6）新西兰规范NZS3101公式[10]
（7）中国《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ/92-93》公式[11]
限制条件：1）；
2）。
（8）中国《无粘结预应力混凝土结构技术规程 JGJ92-2004》公式[12]
限制条件：1）；
2）。
（9）金伟良、吕志涛等人提出的公式[13]
（10） Harajli公式Ⅰ[10]
限制条件：，且。
（11） Harajli公式Ⅱ[10]
（12）杜拱辰、陶学康提出的公式[14]
限制条件：
（13）徐金声等提出的公式[15]
（14）大连理工大学提出的公式[16]
（15）Naaman提出的公式[17]
限制条件：
（16）郑文忠、王晓东等提出的公式[18]
无粘结预应力混凝土简支梁板：
三分点加载：
限制条件：
将按各国规范及各国研究学者确定的极限应力增量计算公式计算所得的计算值与本试验的实测值之比汇总如下：
表2 各国规范计算值与试验实测值比值汇总
表3 各国学者计算值与试验实测值比值汇总
结论与分析
（1）通过计算值与实测值对比汇总表可以看出：英国、加拿大规范及研究学者徐金声、郑文忠对极限应力增量的估值过高，存在工程风险；美国、德国、新西兰、中国规范及金伟良、Harajli公式Ⅰ对极限应力增量估值过低，容易造成工程浪费； Harajli公式Ⅱ、杜拱辰公式估值安全度考虑不周；Naamn公式估值不稳定；大连理工赵国藩等人提出的公式计算的极限应力增量值稳定且具有一定的安全度；
（2）本试验所得数据验证了大连理工赵国藩等人提出的公式适用于本试验极限应力增量的计算，该公式只考虑了综合配筋指标对极限应力的影响。
参考文献
汤永净，程付扬．无粘结部分预应力筋极限应力增量评析[J]．工业建筑，2009，39：354-356
王逸，杜拱辰，刘永颐．跨中集中荷载下部分预应力梁无粘结筋极限应力的研究[J]．建筑结构学报，1991，12（6）：42-52
陈晓宝，赵国藩．无粘结部分预应力混凝土梁极限状态可靠度分析[J]．大连理工大学学报，Vol.33（5），1993:548-551
邓志恒，张喜德．无粘结部分预应力混凝土受弯构件极限强度试验[J]．工程力学，1997 (2) :276 - 281
林泉，楼徐燕，楼铁炯，项贻．无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究[J]．公路交通科技, 2007,24（3）：77-81
宋永发，王清湘．无粘结部分预应力高强混凝土梁正截面承载力计算[J]．大连理工学报，1996，36 (4)：552 - 557
ACI Committee 318，Building code requirements for structural concrete (ACI 318-05) and commentary (ACI 318R-05),American Concrete Institude,Michigan,2005
British Standards Institution, Structural use of concrete, Part1. Code of practice for design and construction. BS8110:Part1:1985
陶静．无粘结预应力混凝土梁的极限承载力分析[D]．湖南：湘潭大学，2007
M. H. Harajli. Effect of span-depth ratio on the ultimate steel stress in unbounded prestressed concrete
中华人民共和国建设部．JGJ/T 92-93，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S]．北京：中国计划出版社，1993
中华人民共和国建设部．JGJ，92－2004，无粘结预应力混凝土结构技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，2005
金伟良，赵羽习，吕志涛．无粘结筋的极限应力[J]．浙江大学学报．2000,34（4）
杜拱辰，陶學康．部分无粘结混凝土梁的无粘结筋极限应力的研究[J]．建筑结构学报，1985，14（6）：2-13
徐金声，林春哲，洪婉儿．混合配筋预应力混凝土双向密肋板结构性能的试验研究[J] ．建筑结构学报，Vol.16（1），1995
陈晓宝，赵国藩．无粘结部分预应力混凝土梁极限状态可靠度分析[J] ．大连理工大学学报，Vol.33（5），1993:548-551
A. E. Nanman and F. M. Alkhairi. Stress at Ultimate in Unbonded Prestressing Tendons: Part1-Evalutaion of the state-of-art. ACI Structural, 1991, Vol.88(5)
郑文忠，王晓东，王英.预应力混凝土梁板中无粘结筋应力增量极限值计算方法研究[A] .第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文，2007：362-383