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摘 要：无粘结预应力混凝土不需预留孔道，不必灌浆，因此施工简便、工期短、造价较低，但是在抗震性能方面，国内外工程界还存在争议。本文分析了国内外关于预应力混凝土结构的研究资料，讨论了HRB500高强钢筋对无粘结预应力混凝土抗震性能的影响，并分析了无粘结预应力钢筋混凝土在强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能方面的研究现状。
关键词：无粘结；预应力混凝土；抗震性能；HRB500高强钢筋
中图分类号：TU352.11 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0012-02
1 概述
无粘结预应力混凝土的显著优点是不需预留孔道，不必灌浆，因此施工简便、工期短、造价较低。目前，工程界在地震区建造了大量的无粘结预应力混凝土结构[1]。但在抗震性能方面，国内外工程界还存在争议。因此，有必要对无粘结预应力钢筋混凝土的抗震性能的研究现状进行分析。
以往的观点认为，预应力混凝土结构的阻尼小，耗能能力不强，导致在地震反复荷载作用下位移较大，而且此结构采用的高强钢筋和高强混凝土塑性较差[2]，特别是国内在推广HRB500高强钢筋在实际工程中的应用。然而高强钢筋虽能够提高构件强度、降低截面尺寸、减少用钢量，但其极限变形较大，对构件的抗震性能的影响与普通钢筋不同。
2 无粘结预应力结构抗震性能的评定
本文讨论HRB500高强钢筋对无粘结预应力混凝土抗震性能的影响，并分析无粘结预应力钢筋混凝土在强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能方面的研究现状。
2.1 HRB500钢筋的强度影响
HRB500高强钢筋能够提高构件强度、降低截面尺寸、减少用钢量，但其极限变形较大，其对构件的抗震性能的影响与普通钢筋不同。
重庆大学的邓艳青[3]等人使用若干配置HRB500纵筋柱的进行了模拟地震荷载试验，分析了与箍筋相关的因素对柱破坏性状、延性、滞回曲线和刚度退化等的影响；并分别对配置HRB500和HRB335纵筋柱的受力性能进行了分析。试验结果指出：对采用HRB500的钢筋混凝土柱，相对普通配箍试件，复合配箍的试件的延性显著提高；相对配置HRB335级钢筋柱，配置HRB500试件达到极限状态时的变形能力有小幅增加。
2.2 极限强度
无粘结预应力筋受力后应变的增长量和沿预应力筋全长混凝土产生的平均变化量相等。其受力后一般只出现一条或少数几条裂缝。裂缝一出现就迅速上伸，增加不了多少荷载，就会起弯曲破坏，强度也比有粘结的要降低10%～20%，破坏呈脆性。
1981年Hawkins[4]使用若干板柱不同位置的节点在多荷载共同作用下完成了全尺试件的反复荷载试验研究，并将试验结果与ACI318-1977规范研究比较后认为：为控制节点开裂，防止板破裂时的完全倒塌，需在柱板顶和板底处布置一定的粘结钢筋；施加预应力可有效提高柱的节点强度；为最大程度增加节点抗剪强度及抗不平衡弯矩的性能，需把预应力筋成束布置于柱附近。
2.3 刚度
结构在荷载作用下刚度退化对结构抗震性能至关重要。结构在地震下的响应发生变化，是由于结构刚度的退化引起结构动力性能发生变化造成的。高强钢筋和高强混凝土在钢混结构中的使用，可在一定程度上增加构件的刚度。
同济大学的杨震等人使用若干普通混凝土板柱节点和无粘结预应力板柱节点完成了其在多荷载共同作用下的试验研究[5]，研究指出：和普通混凝土节点相比，无粘结预应力混凝土节点的刚度、承载力均有一定程度的提高，而刚度退化、承载力退化却比普通混凝土节点小。
西南交通大学土木工程学院刘艳辉，赵世春进行了2榀2种类型的无粘结预应力混凝土框架模型在水平低周反复荷载作用下的试验[6]，对其破坏形态、延性、强度、刚度和耗能能力等进行了研究。试验结果表明：梁和柱均配置无粘结预应力钢筋的框架强度及刚度衰减较慢。
2.4 延性
延性指结构在外部荷载作用下，结构内应力超过其屈服强度并继续增加时，整体结构不发生破坏的变形性质。它是评价结构抗震性能的关键因素，结构进行延性设计的目标就是要实现结构在发生屈服后，仍具有充足的变形能力。在地震发生时，结构可以利用其具有的这种弹塑性的变形能力来吸收并耗散地震能量，从而是结构不发生破坏性的倒塌。
在1980年K.J.Thompson和R.Park用恢复力模型对单自由度的预应力混凝土框架进行了动力反应分析。分析后得出结论：虽然钢筋混凝土框架结构比预应力混凝土框架结构的耗能能力强，但两者最大的位移相近；预应力混凝土框架结构的最大位移比钢混框架的最大位移平均高出1.3倍。
同济大学的周德源教授开展了关于有粘结预应力混凝土框架结构和无粘结预应力混凝土框架结构拟静力试验研究。试验结果表明：有粘结的预应力混凝土和无粘结的预应力混凝土均都表现出很好的位移延性，并且从定量分析得角度来看，无粘结预应力混凝土框架比有粘结预应力混凝土框架的位移延性小10%左右。
福州大学结构研究所进行了关于无粘结预应力混凝土框架结构和普通钢筋混凝土框架结构的拟静力对比试验[8][9]。结果表明：无粘结预应力混凝土框架结构的骨架曲线在下降段相较普通钢筋混凝土框架结构的要平缓的多，普通混凝土框架的变形能力相比无粘结框架的变形能力要小很多。其原因在于无粘结预应力钢筋的存在有助于提高整体结构的延性。
2.5 耗能能力
结构滞回环所包围的面积是结构耗能性能的重要指标之一。以往的试验表明，在预应力混凝土结构中，预应力筋在初始弹性拉伸后，具有较强的恢复变形的能力。并且当在预应力混凝土结构中使用非预应力筋，弯矩-曲率滞回环将会变胖，位移反应得到减少并且能量耗散的更多。同样在混凝土梁结构中使用的非预应力钢筋可以发挥受压钢筋的作用从而提高其延性，图1是典型的部分预应力混凝土的力矩-曲率滞回曲线。
关键词：无粘结；预应力混凝土；抗震性能；HRB500高强钢筋
中图分类号：TU352.11 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）07-0012-02
1 概述
无粘结预应力混凝土的显著优点是不需预留孔道，不必灌浆，因此施工简便、工期短、造价较低。目前，工程界在地震区建造了大量的无粘结预应力混凝土结构[1]。但在抗震性能方面，国内外工程界还存在争议。因此，有必要对无粘结预应力钢筋混凝土的抗震性能的研究现状进行分析。
以往的观点认为，预应力混凝土结构的阻尼小，耗能能力不强，导致在地震反复荷载作用下位移较大，而且此结构采用的高强钢筋和高强混凝土塑性较差[2]，特别是国内在推广HRB500高强钢筋在实际工程中的应用。然而高强钢筋虽能够提高构件强度、降低截面尺寸、减少用钢量，但其极限变形较大，对构件的抗震性能的影响与普通钢筋不同。
2 无粘结预应力结构抗震性能的评定
本文讨论HRB500高强钢筋对无粘结预应力混凝土抗震性能的影响，并分析无粘结预应力钢筋混凝土在强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能方面的研究现状。
2.1 HRB500钢筋的强度影响
HRB500高强钢筋能够提高构件强度、降低截面尺寸、减少用钢量，但其极限变形较大，其对构件的抗震性能的影响与普通钢筋不同。
重庆大学的邓艳青[3]等人使用若干配置HRB500纵筋柱的进行了模拟地震荷载试验，分析了与箍筋相关的因素对柱破坏性状、延性、滞回曲线和刚度退化等的影响；并分别对配置HRB500和HRB335纵筋柱的受力性能进行了分析。试验结果指出：对采用HRB500的钢筋混凝土柱，相对普通配箍试件，复合配箍的试件的延性显著提高；相对配置HRB335级钢筋柱，配置HRB500试件达到极限状态时的变形能力有小幅增加。
2.2 极限强度
无粘结预应力筋受力后应变的增长量和沿预应力筋全长混凝土产生的平均变化量相等。其受力后一般只出现一条或少数几条裂缝。裂缝一出现就迅速上伸，增加不了多少荷载，就会起弯曲破坏，强度也比有粘结的要降低10%～20%，破坏呈脆性。
1981年Hawkins[4]使用若干板柱不同位置的节点在多荷载共同作用下完成了全尺试件的反复荷载试验研究，并将试验结果与ACI318-1977规范研究比较后认为：为控制节点开裂，防止板破裂时的完全倒塌，需在柱板顶和板底处布置一定的粘结钢筋；施加预应力可有效提高柱的节点强度；为最大程度增加节点抗剪强度及抗不平衡弯矩的性能，需把预应力筋成束布置于柱附近。
2.3 刚度
结构在荷载作用下刚度退化对结构抗震性能至关重要。结构在地震下的响应发生变化，是由于结构刚度的退化引起结构动力性能发生变化造成的。高强钢筋和高强混凝土在钢混结构中的使用，可在一定程度上增加构件的刚度。
同济大学的杨震等人使用若干普通混凝土板柱节点和无粘结预应力板柱节点完成了其在多荷载共同作用下的试验研究[5]，研究指出：和普通混凝土节点相比，无粘结预应力混凝土节点的刚度、承载力均有一定程度的提高，而刚度退化、承载力退化却比普通混凝土节点小。
西南交通大学土木工程学院刘艳辉，赵世春进行了2榀2种类型的无粘结预应力混凝土框架模型在水平低周反复荷载作用下的试验[6]，对其破坏形态、延性、强度、刚度和耗能能力等进行了研究。试验结果表明：梁和柱均配置无粘结预应力钢筋的框架强度及刚度衰减较慢。
2.4 延性
延性指结构在外部荷载作用下，结构内应力超过其屈服强度并继续增加时，整体结构不发生破坏的变形性质。它是评价结构抗震性能的关键因素，结构进行延性设计的目标就是要实现结构在发生屈服后，仍具有充足的变形能力。在地震发生时，结构可以利用其具有的这种弹塑性的变形能力来吸收并耗散地震能量，从而是结构不发生破坏性的倒塌。
在1980年K.J.Thompson和R.Park用恢复力模型对单自由度的预应力混凝土框架进行了动力反应分析。分析后得出结论：虽然钢筋混凝土框架结构比预应力混凝土框架结构的耗能能力强，但两者最大的位移相近；预应力混凝土框架结构的最大位移比钢混框架的最大位移平均高出1.3倍。
同济大学的周德源教授开展了关于有粘结预应力混凝土框架结构和无粘结预应力混凝土框架结构拟静力试验研究。试验结果表明：有粘结的预应力混凝土和无粘结的预应力混凝土均都表现出很好的位移延性，并且从定量分析得角度来看，无粘结预应力混凝土框架比有粘结预应力混凝土框架的位移延性小10%左右。
福州大学结构研究所进行了关于无粘结预应力混凝土框架结构和普通钢筋混凝土框架结构的拟静力对比试验[8][9]。结果表明：无粘结预应力混凝土框架结构的骨架曲线在下降段相较普通钢筋混凝土框架结构的要平缓的多，普通混凝土框架的变形能力相比无粘结框架的变形能力要小很多。其原因在于无粘结预应力钢筋的存在有助于提高整体结构的延性。
2.5 耗能能力
结构滞回环所包围的面积是结构耗能性能的重要指标之一。以往的试验表明，在预应力混凝土结构中，预应力筋在初始弹性拉伸后，具有较强的恢复变形的能力。并且当在预应力混凝土结构中使用非预应力筋，弯矩-曲率滞回环将会变胖，位移反应得到减少并且能量耗散的更多。同样在混凝土梁结构中使用的非预应力钢筋可以发挥受压钢筋的作用从而提高其延性，图1是典型的部分预应力混凝土的力矩-曲率滞回曲线。