预应力混凝土梁的刚度计算探讨

[摘 要]随着混凝土梁技术的不断发展中，预应力混凝土梁是一种新型的技术体系，为了明确计算出预应力混凝土梁的具体刚度数据，本文以一些资料的收集跟分析来研究这种新型技术体系的刚度计算方案，在试验过程中结合了国家标准与试验梁的具体特点，为预应力混凝土梁的体系发展提供了重要的参考资料。

[关键词]预应力混凝土梁 刚度计算

中图分类号：TU378.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0327-01

预应力混凝土技术是混凝土技术出现以来的一次质的提升，它在施工的过程中可以实现施工的便捷化与抗震化，而如何去应用与研究这种混凝土技术的新数据将是一个难点，本文将主要以混凝土梁刚度的计算方法为基础研究，来讨论预设力混凝土在实际过程中的应用。

一、实验设计

为了精确的得出预应力混凝土梁刚度计算公式，我们设计了以下试验来帮助观察具体情况，在观察的过程中采用了63组梁加荷直至被破坏的全过程，此外还使用了双面对比的方式来进行刚度计算。

（一） 试验梁的采用情况

我们采取了三种形式的试验梁，分别为T字形、I字形跟矩形。由T字形搭配后张高强钢丝作为模拟T形桥梁的具体情况，I字形搭配先张粗钢筋作为模拟空心板桥的情况，试验过程分别设置普通钢筋与预应力钢筋对比组，在试验梁的具体配筋形式上采取6种不同的搭配。试验梁按预应力定义：。

（二） 试验的观测过程

本实验在专业的结构实验室进行测试，对每片对比梁进行逐级加载过程直至破坏，加载过程采用3分点平均加载。其主要目的是为了研究在不同的预应力梁进行不同力度的加载情况下会有什么不同。主要观察点在研究不同的加载力度对试验梁抗弯强度和破坏的机理、观察预应力梁在不同加载力度中应力和挠度变化的过程、观察预应力强度对试验梁变形起到的作用、研究不同梁在预应力不同的情况下形成的裂缝情况。

由实验观察到的结果得出，试验梁在不同预应力的加载过程中，荷载-挠度曲线呈现出三折线情况，数据受到三部分影响，分别为：试验梁开裂前阶段、开裂到屈服前阶段与钢筋屈服后阶段。试验梁在开裂前阶段属于弹性工作阶段，挠度随着荷载的增长而出现较小增长，随着后续预应力的增加，梁截面的中和轴上移，试验梁的开裂刚度减小，所以梁的挠度增长率加大。在后期非预应力钢筋达到屈服阶段后，试验梁的裂缝明显增宽，刚度大幅度减少，挠度大幅度升高，这一阶段试验梁产生了较大变形。达到极限状态后，非预应力钢筋完全屈服，试验梁发生较大位移。

二、结合现有公式进行实际对照

目前建筑业常用混凝土计算公式分为4种：直接双线性法、解析刚度法、有效惯性矩法、曲率积分法。我们结合了试验梁的具体试验情况，进行了数据的检算与研究，得出以下结论。

（一）挠度较小阶段，梁没有达到开裂过程，各种公式的计算数值比较接近，观察的预计值相对吻合。当梁达到开裂阶段之后，挠度呈增倍放大，公式之间的计算值出现较大差异，最大值与最小值的对比超过2，观察到的预计值差距较大。

（二）混凝土梁开裂之后刚度变化属于随机性变化，测量结果与预计观察值区别较大，对比4种计算方式得出的结果，取其中最接近变化值的公式进行计算，收集计算过程中的预计观察值与试验结果的对比。

（三）综合所有对比结果得出有效的计算公式，其中较符合的是直接双线性计算公式，这种计算方式在我国的PR W011-86基本公式以及WXB-QIR基本公式中就已经开始进行应用，但是通过计算发现，在开裂前与开裂后挠度的计算值并不统一，双线性计算法则在开裂后的挠度计算上并不吻合。

（四）在对于普通混凝土梁与微预应力混凝土梁的计算工程中，采用有效惯性计算公式比较准确，但是这种计算公式会随着预应力强度的增加而变得不准确。

（五）解析刚度法的精确性不高，在不考虑荷载的数据修正过程下，开裂后的计算值明显发生偏差。

（六）由上述计算结果的出，目前单一使用现有公式的计算是不准确的，要想正确的计算预应力混凝土梁的刚度，可以采用双线性法与有效惯性矩法相结合的计算方法，这两种方法相结合所计算出的刚度数据准确率在90%以上，多偏向与安全计算方面。

三、根据实验得出的刚度计算公式

我们由实验得出，可以在试验梁构件处于弹性受力阶段时计算预应力混凝土梁的刚度，采取传统力学结构的公式，计算截面惯性矩与试验梁开裂前的刚度，开裂后由于混凝土梁刚度出现大幅度降低，就需要应用预应力混凝土受弯构件短期刚度计算公式。以裂缝出现前的试验梁为案例进行计算，短期刚度为Bs=0.85EcI0。而已经处于裂缝出现时期的试验梁，可以假设弯矩与曲率成双折线关系曲线，那么双折线焦点位于Mcrc开裂弯矩中，在后期的刚度计算公式与前期不同，出现锈蚀率后，普通钢筋与预应力梁的粘结强度下降，修饰率达到临界点ηs1时，构件开裂导致锈蚀筋与混凝土之间沾粘性完全消失，这时候我们需要利用标准公式进行计算，假设预应力混凝土梁的弯矩与曲率关系满足双折线变化，那么混凝土梁的短期刚性公式为，而ξ在0.4～0.6之间变化时，可以根据ηs≤ηs1来计算，得出的公式为，当ηs> ηs1时，ξ=0.6。那么我们在计算的过程中就可以假定开裂之后，预应力混凝土梁的刚度降低系数为β0.4c，那么根据试验的出的预应力线性变化可以得出，，这几个公式，按照这几个公式完全可以得出预应力混凝土梁的刚度。

结语：

参照试验的出的数据，我们在国家规定的实行范围中，以基本公式为框架，计算出了混凝土梁的刚度公式，在利用实验过程中的开裂前过程、开裂至屈服前阶段和完全屈服阶段，得出了以下结论，在刚度计算的公式计算下，在计算的过程中应多应用预应力梁的挠度计算法则，就上述实验过程得出的结论，本次实验效果优异。

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