PHC管桩有效预应力范例.doc

PHC管桩有效预应力、允许承载能力、抗裂弯矩、极限弯矩、抗剪和抗拉强度理论计算方法 严志隆 有效预应力（Effective pre-stress）（参照JISA5337方法计算） 此方法主要考虑PHC管桩混凝土的弹性变形、混凝土徐变、混凝土收缩及预应力钢筋的松弛等因素引起的预应力损失。 先张法张拉后，混凝土压缩变形后预应力钢筋的拉应力 式1 式中：——先张法张拉后，混凝土压缩变形后，预应力钢筋（建立的）拉应力，N/mm2； ——预应力钢筋初始张拉时，（千斤顶施加的）张拉应力，N/mm2； 现预应力筋的＝1420 N/mm2，＝1275 N/mm2。 千斤顶预应力张拉时，控制应力取值：； 或； 按JISA5337要求，上述控制应力值取两者之中小者，即994N/mm2。 （关于实测钢筋屈服强度，屈服点，抗拉强度 的问题） 图1 预应力钢筋受拉的应力-应变曲线 ——预应力钢筋的截面积，mm2； 现以Ф500×100mm管桩为例，A级配筋为Ф9.2mm×10根，则 。 ——管桩混凝土截面积，mm2。 Ф500×100mm管桩混凝土截面积为125700 mm2。 ——放张时，预应力钢筋和混凝土的弹性模量比，预应力筋弹性模量取2×106(Kg·f/cm2)，混凝土的弹性模量取4×105(Kg·f/cm2)，则。 （关于有资料用3×105Kg·f/cm2，而后期管桩为4×105Kg·f/cm2的问题） 因混凝土徐变、收缩（干缩）引起的预应力损失 式2 式中：——因混凝土徐变、收缩（干缩）引起的预应力损失，N/mm2； ——张拉后的混凝土预（压）应力，N/mm2； ——预应力筋和混凝土的弹性模量比，取5； ——混凝土徐变系数，取2.0； ——混凝土收缩（干缩）率，取1.5×10-4，即； ——预应力钢筋弹性模量取2×106(Kg·f/cm2)=1.96×105N/mm2。 预应力钢筋松弛引起的预应力损失 式3 式中：——因预应力钢筋松弛引起的预应力损失； ——预应力钢筋的净松弛系数（即松弛率，relaxation）。 图2 预应力钢筋的松弛率随时间变化曲线 取值问题，按照日本新标准JISG3137测试方法，如用SBPDL1275/1420系列钢筋在加荷载、常温（20℃）、加荷1000小时试验条件下，其的最大值≤2.5%（如用老标准JISG 3109测试方法≤1.5%）；在JISA5337-1993编制说明中强调：“当预应力钢筋在应用时有温度影响的场合下，对这因松弛引起的损失必须考虑”。本人认为，PHC管桩是经初级蒸汽养护（80℃左右，6小时）、二次压蒸养护（180℃，共计10小时左右）条件下进行制作的，尽管未见到有关上述“蒸养—压蒸”模拟试验条件下的值有多大的试验研究资料，但可以肯定有个相当大的值。 我国钢筋混凝土结构规范规定，对于热处理钢筋，其松弛引起的预应力损失为。考虑我们目前使用的是低松弛管桩用PC钢棒，其松弛引起的预应力损失可能会小于。 目前国产PC钢棒的实际的试验值（按JISG3137，1000小时），在0.81.0％取0.025，，； 则。 （关于有人用问题） 预应力筋的有效（拉）应力 式4 混凝土的有效预（压）应力 式5 总结：上述计算的预应力损失（以％表示） 如有人取，则 所以预应力损失理论计算值大约在12~15％。 与实测值比，上述预应力损失理论计算值偏小，实际的预应力损失会大一些，原因是：PC钢筋自身的质量稳定性及被张拉钢筋长短不一；预应力张拉时，目前国内张拉时夹具的变形（包括螺母拧得不紧等）；热养护条件苛刻（温度高、时间长）而促使PC钢筋的应力松弛也较大；混凝土的品质不一；张拉板孔深不一致及孔座质量不佳等等。这些因素会影响混凝土的最终的有效预应力值。根据目前日本的经验，A级桩预应力损失的实测值大致在16～30％，而且是随管桩的等级越高，损失越大。即A级管桩预应力损失偏小，C级管桩预应力损失偏大。 附：广东《预应力混凝土管桩基础技术规程》关于管桩有效预应力推荐估算公式 ——预应力管桩（混凝土）的有效预应力，MPa； ——钢筋根数； ——单根钢筋公称面积，mm2； ——预应力钢筋抗拉强度标准值，取1420MPa； ——管桩横截面积，mm2； 仍以Ф500×100mm，10Ф9.2配筋为例： 管桩允许承载能力（Allowable Bearing Capacity）根据BSCP 2004计算 式6 式中：——管桩允许承载力，KN； ——管桩混凝土抗压