中俄規(guī)范混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的對(duì)比分析

魏志民，張露露，文 鵬

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430051；2.華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014)

俄羅斯港口有96個(gè)，其中主要港口有10個(gè)，考慮到俄羅斯的不斷發(fā)展，中國(guó)參與俄羅斯港口建設(shè)擁有潛在機(jī)會(huì)，對(duì)兩國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析是十分必要的。

經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)查，針對(duì)俄羅斯工業(yè)技術(shù)規(guī)范的中文研究文獻(xiàn)較少，其中針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)方面系列文獻(xiàn)[1-8]對(duì)俄羅斯早期混凝土規(guī)范進(jìn)行翻譯介紹，另有文獻(xiàn)[9-10]針對(duì)特定混凝土材料、鋼筋材料以及荷載等進(jìn)行研究分析，但均未涉及預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算部分，故本文以此為對(duì)象進(jìn)行分析研究，為類(lèi)似設(shè)計(jì)提供參考。

1 引用規(guī)范

筆者采用的中國(guó)規(guī)范為JTS 151—2011《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[11](簡(jiǎn)稱(chēng)《中規(guī)》)；采用的俄羅斯規(guī)范為《СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003(с Изменением N 1)》[12](Concreteandreinforcedconcretestructures.Generalprovisions.WithAmendmentNo. 1，簡(jiǎn)稱(chēng)《俄規(guī)》)，該規(guī)范為俄羅斯建設(shè)部發(fā)布的現(xiàn)行規(guī)范(2020年5月23日修正生效)。兩本規(guī)范的整體結(jié)構(gòu)有許多相似之處，其預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算的體系基本類(lèi)似，具有很高的可比性。

2 規(guī)范對(duì)比分析

2.1 材料對(duì)比分析

2.1.1混凝土材料

《中規(guī)》《俄規(guī)》均采用立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)，《中規(guī)》等級(jí)包括C15～C80、《俄規(guī)》等級(jí)包括B1.5～B100，后者等級(jí)范圍更廣。在耐久性方面《中規(guī)》采用抗凍等級(jí)(F100～F350)、抗?jié)B等級(jí)(P4～P12)進(jìn)行分類(lèi)，《俄規(guī)》采用抗拉強(qiáng)度等級(jí)(Bt0.8～Bt4.8)、抗凍性(F15～F100、F125～F11000、F2100～F2500)、防水等級(jí)(W2～W20)、平均密度(D500～D2000)、自應(yīng)力等級(jí)(Sp0.6～Sp4)進(jìn)行分類(lèi)，后者對(duì)耐久性方面的分類(lèi)更多、分級(jí)更細(xì)、范圍更廣。

2.1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋材料

《中規(guī)》按照鋼絞線(直徑5～18 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 470～1 960 MPa)、消除應(yīng)力鋼絲(光圓螺旋肋直徑4～12 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 470～1 860 MPa)、鋼棒(直徑6～16 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 080～1 570 MPa)和螺紋鋼筋(直徑18～50 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值980～1 230 MPa)進(jìn)行分類(lèi)，《俄規(guī)》按照熱軋和冷拉鋼筋(A600、A800、A1 000，直徑6～40 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值600～1 000 MPa)、冷軋鋼筋(Bp1 200～Bp1 600，直徑3～8 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 200～1 600 MPa)和鋼絞線(К1 400～К1900，直徑6.2～15.2 mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1 400～1 920 MPa)進(jìn)行分類(lèi)。《中規(guī)》分類(lèi)更細(xì)，且公稱(chēng)直徑僅給出有限的種類(lèi)進(jìn)行選擇，每種公稱(chēng)直徑還對(duì)應(yīng)多種強(qiáng)度種類(lèi)進(jìn)行組合，更有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化；而《俄規(guī)》的熱軋、冷拉鋼筋等級(jí)范圍更大，每種等級(jí)中多是給出一個(gè)直徑范圍和強(qiáng)度定值進(jìn)行選擇，分級(jí)思路更清晰簡(jiǎn)練、更便于設(shè)計(jì)中對(duì)鋼筋的選型。

另外兩個(gè)規(guī)范中對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計(jì)值之間的比值關(guān)系取值也不相同。《中規(guī)》中對(duì)于鋼絞線、消除應(yīng)力鋼絲和鋼棒，該值為1.412，《俄規(guī)》中該值為1.15或1.20，對(duì)于抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼筋，《俄規(guī)》中的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值都較大。

在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉限值規(guī)定方面，《中規(guī)》限值不大于《俄規(guī)》，見(jiàn)表1。

表1 中俄規(guī)范張拉控制應(yīng)力限值系數(shù)對(duì)比

2.2 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算對(duì)比分析

兩本規(guī)范考慮的預(yù)應(yīng)力損失值影響因素基本一致，見(jiàn)表2、3。

表2 中俄規(guī)范先張法預(yù)應(yīng)力損失值對(duì)比

表3 中俄規(guī)范后張法預(yù)應(yīng)力損失值對(duì)比

表2、3中主要變量：a、Δl為張拉錨具變形和鋼筋內(nèi)縮值；l為張拉端至錨固端之間的距離；Es為鋼筋彈性模量；Δt為混凝土加熱養(yǎng)護(hù)時(shí)，受張拉的鋼筋與承受拉力的設(shè)備之間的溫差；σcon為預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉控制應(yīng)力；fptk為預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。其他變量名解釋見(jiàn)規(guī)范。

根據(jù)表2、3可得到如下結(jié)論：1)對(duì)于S1(先張法)、S2、S3的計(jì)算，兩本規(guī)范的計(jì)算公式基本一致，所取變量參數(shù)相同，僅在相應(yīng)系數(shù)取值上不同，但《俄規(guī)》沒(méi)有區(qū)分先張法和后張法的預(yù)應(yīng)力損失值計(jì)算；2)對(duì)于S4的計(jì)算，兩本規(guī)范采用的公式模型類(lèi)似，同時(shí)也都按照不同的鋼筋材料進(jìn)行第一級(jí)分類(lèi)。但在第二級(jí)分類(lèi)時(shí)，《中規(guī)》按照普通松弛、低松弛的張拉工藝進(jìn)行分類(lèi)，《俄規(guī)》則按照不同的預(yù)應(yīng)力施加方法進(jìn)行分類(lèi)，更注重原理；3)對(duì)于S5的計(jì)算，兩者都選取了配筋率和混凝土應(yīng)力指標(biāo)，《中規(guī)》另外引入常量參數(shù)、修正參數(shù)和混凝土強(qiáng)度參數(shù)，《俄規(guī)》另外引入鋼筋彈性模量、混凝土彈性模量、混凝土收縮系數(shù)、徐變系數(shù)等參數(shù)，同時(shí)《俄規(guī)》還將收縮預(yù)應(yīng)力損失和徐變預(yù)應(yīng)力損失分開(kāi)考慮。《中規(guī)》參數(shù)更少、操作性更強(qiáng)，《俄規(guī)》參數(shù)更多，但對(duì)影響因素的分析更細(xì)致，更有利于設(shè)計(jì)人員對(duì)預(yù)應(yīng)力損失理解的全面性；4)S6僅《中規(guī)》考慮，S7僅《俄規(guī)》考慮。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

長(zhǎng)江中游某散貨碼頭引橋(寬9 m、排架間距22.5 m)考慮55 t汽車(chē)行駛，設(shè)計(jì)采用后張法預(yù)應(yīng)力空心板(單塊板高1.1 m、寬1.5 m、彎矩計(jì)算長(zhǎng)度22.05 m)。空心板采用C50混凝土，第1、2層左右肋板內(nèi)均各布置9根φ15.2 mm低松弛鋼絞線，張拉控制應(yīng)力為0.62fptk=1 153 MPa。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)計(jì)算，不同規(guī)范下的各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失最大值見(jiàn)表4。

表4 預(yù)應(yīng)力損失對(duì)比

4 結(jié)論

1)中俄規(guī)范在混凝土和鋼筋材料的分類(lèi)體系、預(yù)應(yīng)力損失影響因素的考慮和部分預(yù)應(yīng)力損失值計(jì)算上基本具有一致性。

2)對(duì)于混凝土材料，《俄規(guī)》混凝土強(qiáng)度等級(jí)范圍更廣，在耐久性方面分類(lèi)更多、分級(jí)更細(xì)、范圍更廣。

3)對(duì)于鋼筋材料，《中規(guī)》分類(lèi)更細(xì)，更有利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化；而《俄規(guī)》的熱軋、冷拉鋼筋等級(jí)范圍更大，分級(jí)思路更清晰簡(jiǎn)練、更便于設(shè)計(jì)中對(duì)鋼筋的選型。對(duì)于抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力鋼筋，《俄規(guī)》中的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值都較大。

4)在預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉限值規(guī)定方面，《中規(guī)》限值不大于《俄規(guī)》。

5)對(duì)于預(yù)應(yīng)力損失值計(jì)算，中俄規(guī)范考慮的預(yù)應(yīng)力損失值影響因素基本一致，僅在具體計(jì)算公式上存在異同。從實(shí)例分析結(jié)果可見(jiàn)，在后張法空心板計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失中，《中規(guī)》計(jì)算結(jié)果較大，其中S1的差距最大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究[14]，《中規(guī)》S1先張法計(jì)算公式及《俄規(guī)》S1先張法、后張法計(jì)算公式是針對(duì)直線預(yù)應(yīng)力筋計(jì)算的預(yù)應(yīng)力等比例折減，而后張法曲線預(yù)應(yīng)力筋還需考慮曲線孔道上的反摩擦力，即預(yù)應(yīng)力筋由于孔道不直、孔道尺寸偏差、孔壁粗糙、預(yù)應(yīng)力筋不直、預(yù)應(yīng)力筋表面粗糙等因素與孔壁的某些部位接觸而產(chǎn)生額外的預(yù)應(yīng)力損失，顯然《俄規(guī)》沒(méi)有考慮上述因素欠妥，而《中規(guī)》的考慮是合理的。

6)鑒于本文所選規(guī)范發(fā)布時(shí)間的不同，建議《中規(guī)》在下一步修訂時(shí)針對(duì)鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值、張拉控制應(yīng)力限值系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步研究，同時(shí)在預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算中對(duì)S5進(jìn)行深化研究，并探索增加S7的合理性。