一种预应力混凝土I和T形梁梁端锚固区裂缝的控制方法

本发明涉及一种预应力混凝土i和t形梁梁端锚固区裂缝的控制方法，属于桥梁预应力混凝土梁梁端锚固裂缝控制。

背景技术：

1、在预应力混凝土i形梁中，预应力锚固区为混凝土桥梁的典型d区(截面应变不符合平截面假定及几何尺寸不规则的区域),锚固力不仅在锚具下方的混凝土产生强大的局部压力，而且还会在梁端的边缘产生剥裂力和劈裂力。贺志启等通过弹性应力和主应力迹线的方法，明确了锚固力在锚固区产生劈裂力的大小，并根据主应力迹线法建立了拉压杆模型确定锚固区劈裂力的大小。2009年，刘钊等针对矩形截面梁端部承受一个水平或倾斜锚固力的工况，根据主应力迹线构建出后张锚固区的拉压杆模型。在此基础上，利用拉压杆模型中节点力的平衡条件以及模型中的几何关系，推导出后张锚固区劈裂力大小的计算式。同时，利用有限元数值分析结果，拟合出劈裂应力合力重心位置的计算公式。赵建立在介绍拉压杆模型基本理论的基础上，对常见预应力混凝土锚固区进行了分析研究，给出了用于锚固区设计的拉压杆模型。研究内容主要包括：端部、内部中心锚固区的有限元分析，并对已有的拉压杆模型提出修正方法。美国学者stone和breen针对薄腹板混凝土箱型梁后张预应力锚固区沿预应力筋方向开裂的问题，展开了广泛的分析和试验研究，得知劈裂拉应力位于荷载轴线上并且垂直加载轴线，剥落拉应力位于加载面或加载面附近且平行于加载面。marshall和mattock提出了一个用于设计竖向箍筋方程，以限制梁端腹板水平裂缝的大小。通常，这些力在锚固区会产生三种裂缝，分别是劈裂裂缝、剥裂裂缝和竖向撕裂裂缝，如图9所示；

2、对于劈裂裂缝和竖向裂缝，现行《桥规》对锚固区局部承压的安全验算及混凝土构件的截面尺寸均给出了相应的计算公式和控制方法。而对于水平剥裂裂缝，《桥规》给出了锚垫板局部压陷引起的周边剥裂力计算公式(1)：

3、ts,d＝0.02max{pdi} (1)

4、式中：pdi为同一端面上第i个锚固力设计值。

5、当两个锚固力的中心距大于1/2锚固端截面高度时，则大间距锚头间的端面产生的剥裂力的大小按公式(2)计算。

6、

7、式中pd为锚固力设计值的平均值，s为两个锚固力的中心距，h为锚固端截面高度。

8、对于锚固力产生的剥裂裂缝，现行《桥规》第9.4.18节第三条指出“梁端截面应配置抵抗表面剥裂力的抗裂钢筋”，但未给出具体的布置形式。因此，在预应力锚固端合理的布置钢筋控制剥裂裂缝尤为重要。

9、对于预应力产生的劈裂裂缝，《桥规》给出了劈裂力设计值tb,d及劈裂力作用的位置至锚固面的水平距离db按下式计算：

10、

11、db＝0.5(h-2e)+5e·sin a

12、式中：pd——预应力锚固力设计值，取两倍张拉控制力；

13、a——锚垫板宽度；

14、h——锚固面截面高度；

15、e——锚固力偏心距，取锚固力作用点距净截面形心的距离；

16、y——锚固力在截面上的偏心率，y＝2e/h；

17、a——预应力钢筋的倾角，一般取-5°～20°。当锚固力作用线从起点指向截面形心时取正值，逐渐远离截面形心时取负值。

18、《公路桥规》规定，锚下配置抵抗锚下劈裂力的闭合箍筋的钢筋间距不应大于100mm，梁端截面应配置抵抗表面剥裂力的抗裂钢筋，可见，《公路桥规》对怎样布置只作了定性的要求，具体的形式仍有待进一步分析给出。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种预应力混凝土i和t形梁梁端锚固区裂缝的控制方法，极大地提高了结构的安全性和耐久性并且降低了后期梁的维修养护费用，充分利用材料的性能，有效降低裂缝开展程度。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种预应力混凝土i和t形梁梁端锚固区裂缝的控制方法，包括：

4、保持原有梁端箍筋加密区配筋布置不变的情况下，在靠近梁端预应力钢束张拉锚固位置一定区域内配置竖向预应力钢筋区；

5、延长支座垫板的长度，制得的新支座垫板用于为竖向预应力钢筋提供锚固。

6、进一步的，所述梁端箍筋加密区为沿梁长方向从梁端开始，在设定的1.5db长度的锚固区箍筋加密区，箍筋的直径采用φ12mm～φ16mm，间距采用80mm-100mm，其中db为劈裂力作用位置至锚固面的水平距离。

7、进一步的，将锚固区支座垫板进一步延伸至梁端，支座垫板的宽度采用i&t形梁宽，长度取450mm-600mm，厚度取20mm。

8、进一步的，所述支座垫板延长时，保留支座垫板支座中心线沿梁跨中侧的垫板长度，但改变支座中心线沿梁端侧的支座垫板长度，将其延伸至梁端。

9、进一步的，梁端锚固区配置竖向预应力筋时，预应力筋沿梁长布置2-4排，每排2根，对称布置。

10、进一步的，所述预应力筋采用精轧螺纹钢，直径20mm～25mm，间距150mm。

11、进一步的，所述预应力筋采用40si2mnmov材料，表面硬度hb280-350，屈服强度不小于835mpa,极限强度不低于980mpa。

12、进一步的，所述竖向预应力筋下端与新支座垫板焊接提供锚固，上端依次布置垫板、垫圈、螺母、止退螺母，首先，预应力张拉到设计荷载的10％，然后分级加载至设计荷载的50％、70％至100％，完成配置。

13、进一步的，所述竖向预应力筋的外部设置防护套，所述防护套从里向外的结构分别是环氧底漆、聚硫密封剂第一层、高强玻璃布、聚硫密封剂第二层、聚氨脂面漆。

14、进一步的，所述防护套各层的厚度采用如下参数：环氧底漆80μm、聚硫密封剂第一层2000-3000μm、高强玻璃布600μm、聚硫密封剂第二层2000-3000μm、聚氨脂面漆120μm。

15、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

16、1、本发明提供一种预应力混凝土i和t形梁梁端锚固区裂缝的控制方法，通过在原有梁端箍筋加密区配筋布置不变的情况下，在靠近梁端预应力钢束张拉锚固位置一定区域内配置竖向预应力钢筋区，主动防裂和被动控裂两种技术同时采用，有效减少水平裂缝的出现和扩展；梁端支座垫板延伸至梁端，达到防止梁端竖向裂缝出现的目的，减少了后期维护和修补费用。

17、2、本发明在保留原来局部承压钢筋配置的基础上，设置劈裂钢筋加密区防止预应力引起的劈裂力过大导致水平裂缝出现，定量的明确了劈裂钢筋的布置区域、位置、直径和间距，使锚固区加密钢筋的布置具有了理论和物理意义。

18、3、本发明在预应力混凝土i&t形梁的梁端设置竖向预应力筋，使预应力筋张拉后在梁端锚固区建立了竖向预压应力储备，防止梁端水平裂缝从被动防裂变为主动防裂，大大提高了梁端抗水平开裂的能力，在竖向预应力筋的周围布置防护套，使其与周围混凝土无粘结，保证了预应力筋受力的均匀性，可靠的将预应力均匀的传递给梁端混凝土，也避免了梁端混凝土局部粘结破坏。

19、4、本发明将梁端支座垫板的长度延伸至梁端面，在保证了支座局部承压的同时，也避免了预应力张拉时梁端滑移和张拉反拱所引起的局部受力产生竖向裂缝的问题。

20、5、通过以上技术，同时实现了对预应力混凝土i&t形梁的梁端剥裂裂缝、劈裂裂缝和支座竖裂缝的控制，提高了梁体的安全性和耐久性。