自应力混凝土在钢筋限制下的应力计算

【摘 要】在不同配筋率的钢筋限制作用下，通过实验得出自应力混凝土的变形随时间的变化关系，绘出限制变形与时间的关系曲线；通过曲线分析，限制变形与时间的发展规律，并通过自应力混凝土产生自应力的机理阐述该发展规律的产生原因；通过变形协调关系得出不同配筋下自应力混凝土的自应力计算公式，计算本实验配筋率不同时自应力值得大小。

【关键词】自应力混凝土；钢筋限制；自应力计算

Since stress reinforced concrete restrictions under stress calculations

Jiang Zhi-xin

（Tongji University Shanghai 200092）

【Abstract】Under the effect of different reinforcement ratio of reinforced restrictions， through experiment from the stress of concrete deformation change over time ，Draw the curve of deformation and time limit ；Through the curve analysis， deformation and time limit of the law of development ，And through the stress mechanism of self-stressing concrete in this paper， the reasons for the law of development；Through the deformation coordination of self-stressing concrete under different reinforcement stress calculation formula，Calculate the experiment reinforcement ratio and the stress is worth not size

【Key words】Self-stressing concrete；Reinforced limit；Calculation of self-stressing concrete

1. 引言

自应力混凝土主要是依靠混凝土自身的作用，在其中生成钙矾石（即硫铝酸钙水化产物）之后，通过混凝土和钢筋的粘结性能来张拉钢筋，（可以根据钢筋不同的配置方向作多向的张拉）而后在混凝土中形成一定由化学能产生的的预压应力，这种预压应力又叫化学预应力，这样就可以与广泛使用的机械预应力进行区别。这种自应力即可以减少混凝土裂缝的产生，还可以提高结构、构件的工作性能。膨胀混凝土具有断面小、低温硬化、自重轻、快硬早强、抗渗性优越、后期强度高等优点。适应于贮罐、地下防水、港口工程以及冬季工程中推广使用[1～3]。众多国内学者对自应力混凝土钢筋限制作用下的下的自应力混凝土的力学性能或者钢筋钢纤维共同限制作用时自应力混凝土的力学性能都作了多方面的研究[4～5]，同时对自应力混凝土在钢筋限制作用下的自应力值的计算基本达到了共识，本文主要是进行自应力混凝土在钢筋限制作用下的不同配筋率的自应力计算。

2. 不同配筋下钢筋限制膨胀与龄期的关系

2.2 通过以上不同配筋率下限制膨胀与龄期的关系试验数据可以看出在，自应力混凝土在钢筋限制作用下，虽然配筋率不同，但是其限制膨胀变形随着龄期（天）变化规律基本相同，大都经历了以下三个阶段：

2.2.1 塑性变形阶段：

（2）本阶段之所以处于塑性状态主因是自应力混凝土在水化初期的原因，本试验采用的硫铝酸盐自应力水泥（S.SAC），是以硅酸二钙和无水硫铝酸钙为主要矿物成分的熟料，配以一定量的石膏后细磨制成的强膨胀性水硬性胶凝材料。其与水产生的化学反应的主要产物是水化硅酸钙胶凝、水化氧化铝胶凝和钙矾石。其中钙矾石晶体（膨胀组分）形成最早，作为水化硅酸钙胶凝（强度组分）形成的速度比钙矾石晶体要慢，但是这两种成分自应力水泥水化后的产物会共同存在，只是二者成分随着龄期的增加它存在多少的过程。

2.2.3 徐变和膨胀相互影响阶段：本阶段开始大约在13天，这时作为膨胀组分的钙矾石，其吸水膨胀和结晶基本完成，那么膨胀变形增加的速度也较慢。但徐变也在逐步增大，自应力混凝土的强度也有了较大的提高，徐变与膨胀相互影响。从图1可以看出随龄期的增加限制变形进行而上下波动，但总体上来说，其波动幅度较小，最后趋向于稳定状态。 3. 不同配筋下自应力混凝土自应力的计算

根据变形协调也就是自应力混凝土与钢筋有相同的膨胀，具有以下关系式

εrc（t）=εs（t） （1）

根据自应力混凝土和钢筋的受力平衡关系，得出以下关系式：

根据钢筋的应力――应变关系，有以下关系式：

σs（t）=εs（t）Es （3）

σrc，s（t）=ρsσs（t）（1-ρs）=ρs（1-ρs）εs（t）Es （4）

其中： σrc，s（t）――t龄期时，自应混凝土在钢筋限制下的自应力值（MPa）

ρs ――钢筋的配筋率（%）

Es ――钢筋的弹性模量（MPa）

A――试件截面面积（mm2）

4. 结论

（1）钢筋限制下限制膨胀变形随着龄期变化规律大致相同，基本经历了塑性变形阶段、膨胀变形和膨胀变形与徐变影响的三个阶段，产生这三个阶段的主要原因自应力混凝土中的自应力水泥在水化过程中发生的变化。塑性变形阶段是作为膨胀组分的钙矾石晶体产生的比较早，作为强度组分的水化硅酸钙胶凝形成的速度比钙矾石晶体要慢；膨胀变形阶段是形成水化硅酸钙胶凝，强度逐渐产生；徐变和膨胀相互影响阶段是作为膨胀组分的钙矾石，其吸水膨胀和结晶基本完成。

（2）通过公式计算出15天时，不同配筋率下钢筋的应变与自应值。随着配筋率的增加限制变形减小，自应力值逐渐增加，这与上述前分析的不同配筋率下限制膨胀与龄期之间的关系曲线产生的原因相符合。

参考文献

[2] 吴中伟，张鸿直.膨胀混凝土.中国铁道出版社[M].北京：1990.

[4] 王伯昕.简支连续体系自应力法加固旧桥研究[D].大连理工大学，2008.

[5] 张明.钢纤维白应力膨胀混凝土构件抗拉性能的试验研究.大连理工大学硕士学位论文，2000.