后张法预应力梁瞬时损失设计与试验研究(精)
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YKL － 1 位置 / m 0 9 金属波 纹管 285. 62 38. 92 塑料波 纹管 226. 73 63. 28
锚固损失 σl1 Anchorage loss
YKL － 2 位置 / m 0 12 金属波 纹管 270. 48 0. 00 塑料波 纹管 214. 22 30. 77
Friction loss and loss rate in the midspan
Industrial Construction Vol. 40 ， No. 10 ， 2010
1984 年出生， 第一作者：张海义， 男， 硕士研究生 。
E － mail： zhanghy84@ 163. com
收稿日期：2009 － 11 － 24
工业建筑
2010 年第 40 卷第 10 期
71
设计提供参考 。 1 1. 1 工程概述 概况 试验 对 象 为 宁 波 市 某 会 展 中 心， 建筑面积 49 486m ， 展 馆 地 上 二 层， 无 地 下 室， 建筑总高度 23. 850 m ， 基 本 柱 网 尺 寸 为 18 m ˑ 24 m ， 为现浇钢 筋混凝土结 构 。 二 层 展 厅 活 荷 载 标 准 值 为 6. 0kN / m 2 。 为满足配筋率 、 挠度和裂缝等要求， 对 18 m 跨 度和 24 m 跨 度 的 框 架 主 梁 YKL － 1 和 YKL － 2 施 加后张有粘结预应力 。 图 1 为布置图 。
符 号 含 义 与 GB 5001 —2002 《混 凝 土 结 构 设 计 规 范》 相同 。 方案设计阶段， 拟对预埋金属波纹管和预埋塑 料波纹管产生的第一批预应力损失进行对比 。 根据
图1 Fig. 1 预应力梁布置示意
4］ ， 采 用 金 属 波 纹 管 时， 取 κ = 0. 001 5 ， μ = 文献［ 0. 25 。 塑料波纹 管 的 κ 和 μ 值， 8］ 参 考 文 献［ 并根 据相关试验研究 以 及 工 程 实 践 经 验， 设计时取 κ =
2
σ con = 0. 75 f ptk ， 混 凝 土 强 度 等 级 为 C40 。 预 应 力 梁 YKL － 1 ， 共 5 跨， 单 跨 跨 度 18. 0 m ， 梁 截 面 为 700
S mm ˑ 1 200 mm ， 配 2 ˑ 11 15. 2 预应力筋； 预 应 力
梁 YKL － 2 ， 共 5 跨 （ 预应力部分 3 跨）， 单跨跨度 24. 0 m ， 梁 截 面 为 850 mm ˑ 1 450 mm ， 配 2 ˑ 13 S 15. 2 和 12 S 15. 2 预 应 力 筋， 采用两端张拉施 工工艺 。 图 2 为预应力筋线形布置图 。
［ 5 － 6］ 0. 001 5 ， 。 μ = 0. 15
Layout of prestressed beams
1. 2
方案设计 采用 有 粘 结 预 应 力 技 术 和 OVM 锚 固 体 系， 预
强度标准值为 1 860 MPa 应力筋采用直径 15. 2 mm 、 的高强 低 松 弛 预 应 力 钢 绞 线， 预应力张拉控制力
析比较 。 通过对应用塑料波纹管的后 张 法 预 应 力 框 架 梁 进 行 现 场 试 验 ， 监测框架梁张拉过程产生的摩擦损 失、 锚固损失 、 反拱和应变， 回归出孔道偏差系数 κ 和孔 道 摩 阻 系 数 μ ， 并将摩擦损失和锚固损失的计算值与 实测值进行对比 。 研究结果显示设计中采用的 κ = 0. 0015 和 μ = 0. 15 比较接近实测值 。 关键词 ： 塑料波纹管；瞬时损失；摩擦损失；锚固损失
后张法预应力梁瞬时损失设计与试验研究
张海义
1
张
杰
2
邹道勤
1
毛土明
1
（ 1. 浙江大学结构工程研究所， 杭州 摘
310058 ；2. 浙江大学建筑设计研究院， 杭州
310027 ）
要 ： 从设计的角度将应用塑料波纹管和金属波 纹 管 的 后 张 法 预 应 力 框 架 梁 瞬 时 预 应 力 损 失 进 行 分
来自百度文库对于 YKL － 1 ， 若采 用 金 属 波 纹 管， 梁跨中的摩 擦损失达 到 38. 89% ， 无 法 满 足 设 计 要 求。 可 采 用 分段张拉来降低摩 擦 损 失， 这样将增加施工难度和 工程造价 。 因此综合考虑后本工程采用塑料波纹管 孔道成型工艺 。 2. 2 锚固损失 σ l1 3］ ： 根据文献［ lf = aE s i 1 （ l － l ） － + l2 1 i2 i2
。 瞬时损失包括摩擦损失和锚固损失 。 瞬
［ 3］
时损失占预应力总损失的比重较大
。
孔道成型方式 对 瞬 时 损 失 的 影 响 很 大， 预应力 筋孔道通常有预埋 管 和 抽 拔 管 成 型 两 种 工 艺， 其中 预埋管通常有金属 波 纹 管 、 钢管和塑料波纹管几种 形式 。 工程上使用 塑 料 波 纹 管 也 越 来 越 多， 但虽然 认识到塑料波纹管 的 摩 阻 损 失 比 铁 皮 波 纹 管 的 小， 具有较多的优越性， 然而塑料波纹管的孔道偏差系 数 κ 和孔道摩阻系数 μ 小多少却是个未知数， 规范 上也没有给出设计计算值， 这就产生了一个矛盾， 一 方面想使用同时也 在 使 用 塑 料 波 纹 管， 而一方面又 不知道应取用何值来进行设计计算 。 这将会导致如 下问题：
kx + μθ 0. 072 0 0. 144 0 0. 216 0 0. 288 0 0. 360 0 0. 432 0 1 － e － （ kx + μθ ） 0. 069 5 0. 134 1 0. 194 3 0. 250 2 0. 302 3 0. 350 8 σ l2 / （ N·mm
－2
第 1 跨中部 第 1 跨端部 第 2 跨中部 第 2 跨端部 第 3 跨中部 第 3 跨端部
96. 91 187. 09 271. 00 349. 08 421. 74 489. 35
从计算结果可 以 看 出， 采用金属波纹管和塑料 波纹管产生的摩擦 损 失 相 差 比 较 大， 跨中对应的摩 擦损失及损失率如表 2 。 72
从分析结果可 以 得 出， 采用塑料波纹管比金属 波纹 管 可 减 少 摩 擦 损 失 接 近 30% （ YKL － 1 和 YKL － 2 分别减少 29. 1% 和 29. 8% ） 。
工业建筑 2010 年第 40 卷第 10 期
表2 Table 2
跨中摩擦损失及损失率
表3 Table 3
［ 1 － 2］
1 ） 不利 于 先 进 材 料 和 先 进 技 术 在 工 程 中 的 使 用； 2 ） 偏保守地采用 较 大 的 估 计 值， 造成预应力钢 筋的浪费； 3 ） 施工时钢束伸长量难以控制 。 本文先从设计的角度将应用塑料波纹管和金属 波纹管的后张法预应力框架梁瞬时预应力损失进行 分析比较 。 再根据 对 比 分 析 结 果， 对选用的塑料波 纹管孔道成型方案进行施工深化设计 。 然后通过对 应用塑料波纹管的后张法预应力框架梁进行现场试 验研究， 监测框架梁张拉过程产生的摩擦损失 、 锚固 损失 、 反 拱 和 应 变， 回归出孔道偏差系数 κ 和孔道 并将摩擦损失和锚固损失的计算值与 摩阻系数 μ ， 实测值进行对比， 确保有效预应力达到设计水平， 为
由于施工状况 、 材料性能劣化和环境条件等因 素的影响， 预应力结 构 中 预 应 力 钢 筋 的 预 拉 应 力 在 施工和使用过程中 会 逐 渐 减 少， 这种减少的应力称 为结构预应力损失 。 预应力损失是衡量预应力施加 效果的重要指标 。 预应力损失分为混凝土预压前损 失即瞬时损失 （ σ lⅠ ） 和 混 凝 土 预 压 后 损 失 （ σ lⅡ ） 两 大类
DESIGN AND EXPERIMENTAL STUDY ON INSTANT LOSS OF POSTTENSIONED PRESTRESSED BEAMS
Zhang Haiyi1 Zhang Jie 2 Zou Daoqin 1 Mao Tuming 1
（ 1. Institute of Structural Engineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310058 ， China ； 2. Architectural Design Institute of Zhejiang University ，Hangzhou 310027 ， China ） Abstract ： This paper comparatively analyzed the instant loss of post-tensioned prestressed frame beams by using embedded metal corrugated pipe and corrugated plastic pipe from the view of design. Then a site experimental study of post-tensioned prestressed frame beams by using corrugated plastic pipe was carried out to monitor the friction loss ， anchorage loss ，inverted arch and strain during tensioning process. The coefficient of deviation k and the coefficient of conduit friction μ were regressed. The theoretical and experimental values of friction loss and anchorage loss were compared. The research result shows parameters κ = 0. 001 5 and μ = 0. 15 adopted in the design are close to experimental value. Keywords ： corrugated plastic pipe ； instant loss ； friction loss ； anchorage loss
金属波纹管 塑料波纹管 摩擦损失 / （ N·mm
－2
N / mm 2
预应力梁
摩擦损失 / （ N·mm
－2
损失率 / % 38. 89 27. 67
损失率 / % 27. 57 19. 43
）
）
YKL － 1 YKL － 2
542. 52 386. 07
384. 55 271
a — YKL － 1 ； b — YKL － 2 1 — 塑料波纹管；2 — 金属波纹管 图3 Fig. 3 摩擦损失 Friction loss a — YKL － 1 ； b — YKL － 2 — ◆ — 扣除摩擦损失（ 金属波纹管） ； — ■ — 扣除摩擦损失和锚固损失（ 金属波纹管） ； — ▲ — 扣除摩擦损失（ 塑料波纹管） ；
a — YKL － 1 （ 5 ） ； b — YKL － 2 （ 5 ） 1 — 张拉端；2 — 反弯点；3 — 后浇带 图2 Fig. 2 预应力筋线型
Prestressed tendon profile
2 2. 1
瞬时损失计算
［ 4 － 6］
摩擦损失 σ l2
－ （ kx + μθ ） 4］ ， ）。式中各 根据文献［ σ l2 = σ l2 （ 1 － e
位
置
终点应力 / ） （ N·mm － 2 ） 1 298. 09 1 207. 91 1 124. 00 1 045. 92 973. 26 905. 65
x /m 12 24 36 48 60 72
θ / rad 0. 36 0. 72 1. 08 1. 44 1. 8 2. 16
损失率 / % 6. 95 13. 41 19. 43 25. 02 30. 23 35. 08
限于 篇 幅， 本文只列出采用塑料波纹管时 YKL － 2 的摩擦损 失 σ l2 的 计 算 过 程， 其他情况只给 出结果 。
表1
YKL － 2 摩擦损失 σl2 的计算过程及结果 （ 预埋塑料波纹管 k = 0. 001 5 ， μ = 0. 15 ） Table 1 Calculation and results of σl2 of YKL － 2
锚固损失 σl1 Anchorage loss
YKL － 2 位置 / m 0 12 金属波 纹管 270. 48 0. 00 塑料波 纹管 214. 22 30. 77
Friction loss and loss rate in the midspan
Industrial Construction Vol. 40 ， No. 10 ， 2010
1984 年出生， 第一作者：张海义， 男， 硕士研究生 。
E － mail： zhanghy84@ 163. com
收稿日期：2009 － 11 － 24
工业建筑
2010 年第 40 卷第 10 期
71
设计提供参考 。 1 1. 1 工程概述 概况 试验 对 象 为 宁 波 市 某 会 展 中 心， 建筑面积 49 486m ， 展 馆 地 上 二 层， 无 地 下 室， 建筑总高度 23. 850 m ， 基 本 柱 网 尺 寸 为 18 m ˑ 24 m ， 为现浇钢 筋混凝土结 构 。 二 层 展 厅 活 荷 载 标 准 值 为 6. 0kN / m 2 。 为满足配筋率 、 挠度和裂缝等要求， 对 18 m 跨 度和 24 m 跨 度 的 框 架 主 梁 YKL － 1 和 YKL － 2 施 加后张有粘结预应力 。 图 1 为布置图 。
符 号 含 义 与 GB 5001 —2002 《混 凝 土 结 构 设 计 规 范》 相同 。 方案设计阶段， 拟对预埋金属波纹管和预埋塑 料波纹管产生的第一批预应力损失进行对比 。 根据
图1 Fig. 1 预应力梁布置示意
4］ ， 采 用 金 属 波 纹 管 时， 取 κ = 0. 001 5 ， μ = 文献［ 0. 25 。 塑料波纹 管 的 κ 和 μ 值， 8］ 参 考 文 献［ 并根 据相关试验研究 以 及 工 程 实 践 经 验， 设计时取 κ =
2
σ con = 0. 75 f ptk ， 混 凝 土 强 度 等 级 为 C40 。 预 应 力 梁 YKL － 1 ， 共 5 跨， 单 跨 跨 度 18. 0 m ， 梁 截 面 为 700
S mm ˑ 1 200 mm ， 配 2 ˑ 11 15. 2 预应力筋； 预 应 力
梁 YKL － 2 ， 共 5 跨 （ 预应力部分 3 跨）， 单跨跨度 24. 0 m ， 梁 截 面 为 850 mm ˑ 1 450 mm ， 配 2 ˑ 13 S 15. 2 和 12 S 15. 2 预 应 力 筋， 采用两端张拉施 工工艺 。 图 2 为预应力筋线形布置图 。
［ 5 － 6］ 0. 001 5 ， 。 μ = 0. 15
Layout of prestressed beams
1. 2
方案设计 采用 有 粘 结 预 应 力 技 术 和 OVM 锚 固 体 系， 预
强度标准值为 1 860 MPa 应力筋采用直径 15. 2 mm 、 的高强 低 松 弛 预 应 力 钢 绞 线， 预应力张拉控制力
析比较 。 通过对应用塑料波纹管的后 张 法 预 应 力 框 架 梁 进 行 现 场 试 验 ， 监测框架梁张拉过程产生的摩擦损 失、 锚固损失 、 反拱和应变， 回归出孔道偏差系数 κ 和孔 道 摩 阻 系 数 μ ， 并将摩擦损失和锚固损失的计算值与 实测值进行对比 。 研究结果显示设计中采用的 κ = 0. 0015 和 μ = 0. 15 比较接近实测值 。 关键词 ： 塑料波纹管；瞬时损失；摩擦损失；锚固损失
后张法预应力梁瞬时损失设计与试验研究
张海义
1
张
杰
2
邹道勤
1
毛土明
1
（ 1. 浙江大学结构工程研究所， 杭州 摘
310058 ；2. 浙江大学建筑设计研究院， 杭州
310027 ）
要 ： 从设计的角度将应用塑料波纹管和金属波 纹 管 的 后 张 法 预 应 力 框 架 梁 瞬 时 预 应 力 损 失 进 行 分
来自百度文库对于 YKL － 1 ， 若采 用 金 属 波 纹 管， 梁跨中的摩 擦损失达 到 38. 89% ， 无 法 满 足 设 计 要 求。 可 采 用 分段张拉来降低摩 擦 损 失， 这样将增加施工难度和 工程造价 。 因此综合考虑后本工程采用塑料波纹管 孔道成型工艺 。 2. 2 锚固损失 σ l1 3］ ： 根据文献［ lf = aE s i 1 （ l － l ） － + l2 1 i2 i2
。 瞬时损失包括摩擦损失和锚固损失 。 瞬
［ 3］
时损失占预应力总损失的比重较大
。
孔道成型方式 对 瞬 时 损 失 的 影 响 很 大， 预应力 筋孔道通常有预埋 管 和 抽 拔 管 成 型 两 种 工 艺， 其中 预埋管通常有金属 波 纹 管 、 钢管和塑料波纹管几种 形式 。 工程上使用 塑 料 波 纹 管 也 越 来 越 多， 但虽然 认识到塑料波纹管 的 摩 阻 损 失 比 铁 皮 波 纹 管 的 小， 具有较多的优越性， 然而塑料波纹管的孔道偏差系 数 κ 和孔道摩阻系数 μ 小多少却是个未知数， 规范 上也没有给出设计计算值， 这就产生了一个矛盾， 一 方面想使用同时也 在 使 用 塑 料 波 纹 管， 而一方面又 不知道应取用何值来进行设计计算 。 这将会导致如 下问题：
kx + μθ 0. 072 0 0. 144 0 0. 216 0 0. 288 0 0. 360 0 0. 432 0 1 － e － （ kx + μθ ） 0. 069 5 0. 134 1 0. 194 3 0. 250 2 0. 302 3 0. 350 8 σ l2 / （ N·mm
－2
第 1 跨中部 第 1 跨端部 第 2 跨中部 第 2 跨端部 第 3 跨中部 第 3 跨端部
96. 91 187. 09 271. 00 349. 08 421. 74 489. 35
从计算结果可 以 看 出， 采用金属波纹管和塑料 波纹管产生的摩擦 损 失 相 差 比 较 大， 跨中对应的摩 擦损失及损失率如表 2 。 72
从分析结果可 以 得 出， 采用塑料波纹管比金属 波纹 管 可 减 少 摩 擦 损 失 接 近 30% （ YKL － 1 和 YKL － 2 分别减少 29. 1% 和 29. 8% ） 。
工业建筑 2010 年第 40 卷第 10 期
表2 Table 2
跨中摩擦损失及损失率
表3 Table 3
［ 1 － 2］
1 ） 不利 于 先 进 材 料 和 先 进 技 术 在 工 程 中 的 使 用； 2 ） 偏保守地采用 较 大 的 估 计 值， 造成预应力钢 筋的浪费； 3 ） 施工时钢束伸长量难以控制 。 本文先从设计的角度将应用塑料波纹管和金属 波纹管的后张法预应力框架梁瞬时预应力损失进行 分析比较 。 再根据 对 比 分 析 结 果， 对选用的塑料波 纹管孔道成型方案进行施工深化设计 。 然后通过对 应用塑料波纹管的后张法预应力框架梁进行现场试 验研究， 监测框架梁张拉过程产生的摩擦损失 、 锚固 损失 、 反 拱 和 应 变， 回归出孔道偏差系数 κ 和孔道 并将摩擦损失和锚固损失的计算值与 摩阻系数 μ ， 实测值进行对比， 确保有效预应力达到设计水平， 为
由于施工状况 、 材料性能劣化和环境条件等因 素的影响， 预应力结 构 中 预 应 力 钢 筋 的 预 拉 应 力 在 施工和使用过程中 会 逐 渐 减 少， 这种减少的应力称 为结构预应力损失 。 预应力损失是衡量预应力施加 效果的重要指标 。 预应力损失分为混凝土预压前损 失即瞬时损失 （ σ lⅠ ） 和 混 凝 土 预 压 后 损 失 （ σ lⅡ ） 两 大类
DESIGN AND EXPERIMENTAL STUDY ON INSTANT LOSS OF POSTTENSIONED PRESTRESSED BEAMS
Zhang Haiyi1 Zhang Jie 2 Zou Daoqin 1 Mao Tuming 1
（ 1. Institute of Structural Engineering ，Zhejiang University ，Hangzhou 310058 ， China ； 2. Architectural Design Institute of Zhejiang University ，Hangzhou 310027 ， China ） Abstract ： This paper comparatively analyzed the instant loss of post-tensioned prestressed frame beams by using embedded metal corrugated pipe and corrugated plastic pipe from the view of design. Then a site experimental study of post-tensioned prestressed frame beams by using corrugated plastic pipe was carried out to monitor the friction loss ， anchorage loss ，inverted arch and strain during tensioning process. The coefficient of deviation k and the coefficient of conduit friction μ were regressed. The theoretical and experimental values of friction loss and anchorage loss were compared. The research result shows parameters κ = 0. 001 5 and μ = 0. 15 adopted in the design are close to experimental value. Keywords ： corrugated plastic pipe ； instant loss ； friction loss ； anchorage loss
金属波纹管 塑料波纹管 摩擦损失 / （ N·mm
－2
N / mm 2
预应力梁
摩擦损失 / （ N·mm
－2
损失率 / % 38. 89 27. 67
损失率 / % 27. 57 19. 43
）
）
YKL － 1 YKL － 2
542. 52 386. 07
384. 55 271
a — YKL － 1 ； b — YKL － 2 1 — 塑料波纹管；2 — 金属波纹管 图3 Fig. 3 摩擦损失 Friction loss a — YKL － 1 ； b — YKL － 2 — ◆ — 扣除摩擦损失（ 金属波纹管） ； — ■ — 扣除摩擦损失和锚固损失（ 金属波纹管） ； — ▲ — 扣除摩擦损失（ 塑料波纹管） ；
a — YKL － 1 （ 5 ） ； b — YKL － 2 （ 5 ） 1 — 张拉端；2 — 反弯点；3 — 后浇带 图2 Fig. 2 预应力筋线型
Prestressed tendon profile
2 2. 1
瞬时损失计算
［ 4 － 6］
摩擦损失 σ l2
－ （ kx + μθ ） 4］ ， ）。式中各 根据文献［ σ l2 = σ l2 （ 1 － e
位
置
终点应力 / ） （ N·mm － 2 ） 1 298. 09 1 207. 91 1 124. 00 1 045. 92 973. 26 905. 65
x /m 12 24 36 48 60 72
θ / rad 0. 36 0. 72 1. 08 1. 44 1. 8 2. 16
损失率 / % 6. 95 13. 41 19. 43 25. 02 30. 23 35. 08
限于 篇 幅， 本文只列出采用塑料波纹管时 YKL － 2 的摩擦损 失 σ l2 的 计 算 过 程， 其他情况只给 出结果 。
表1
YKL － 2 摩擦损失 σl2 的计算过程及结果 （ 预埋塑料波纹管 k = 0. 001 5 ， μ = 0. 15 ） Table 1 Calculation and results of σl2 of YKL － 2