4.6 锚固区
4.6.1、4.6.2 在预应力混凝土路面中,预压力是通过锚具经垫板传递给混凝土的。由于预压力很大,而锚具下的垫板与混凝土的接触面积往往较小,锚具下的混凝土将承受较大的局部压力。在局部压力作用下,路面面板端部因局部受压承载能力不足而导致破坏。
锚具下混凝土截面的压力非常集中,逐渐远离锚具的地方,其截面应力将逐步扩散,最后被均匀地传递到整个截面上。在传递区内,垂直于无粘结预应力钢绞线的方向会产生较大的拉应力,这与锚具的大小和相对于混凝土截面的位置有关,该应力可能导致混凝土发生劈裂而破坏。
应用有限元法,对预应力混凝土路面锚固区的应力进行分析,结果如图11(a)、(b)和图12(a)、(b)所示。
(1)锚端截面受力分析如下:
如图11(a)所示,在无粘结预应力钢绞线作用位置[图上坐标为(1.2,0.08)],σx数值很大,即混凝土所受压力很大,随着离该位置距离的增大,σx逐渐减小,最后变为拉应力,但由图可见,此拉应力很小,不足以使混凝土产生开裂。在实际工程中,由于布置的无粘结预应力钢绞线数目远不止两个,所以,不会产生很大的拉应力σx,只需考虑锚下混凝土的局部承压强度是否满足即可。
如图11(b)所示,沿无粘结预应力钢绞线作用位置所在高度上(即图上横坐标为1.2的各点),σy最大,分布基本相同而且均为压应力,其值小于无粘结预应力钢绞线位置处的σx。随着离x=1.2位置的距离增大,σy也逐渐减小,可能会产生拉应力。一般认为,σy引起的张拉力可能会引起锚端混凝土的纵向开裂,因此,在下面的讨论中主要研究该应力。
(2)沿板长横向应力分析如下:
图12(a)、(b)为无粘结预应力钢绞线作用位置截面的应力等值线图。如图12(a)所示,在距离锚具较近处σy为压应力,随着离板端距离的增大,板端的最大压力逐渐减小,在一定距离时变为拉应力,而且拉应力值较大。
如图12(b)所示,在远离锚端的板中附近的σy分布很有规律,符合平截面假定,板底产生拉应力,但该力较大,在设计时应加以注意。
通过以上分析易知,由于纵向压应力由集中作用转移为线性分布,将在锚具端部附近产生较大的横向拉应力,可能引起路面面板的纵向开裂,因此,在设计时,面板端部可加大截面尺寸、加大锚具端部承压钢板尺寸,并应在板端附近(大约10m以内)配置两层双向钢筋网。对于整块板,应配置横向构造钢筋,并应放在板厚1/2稍下处以承受横向拉应力。
张拉端的加强钢筋网应延伸至后浇带,若采用单向张拉,非张拉端的加强钢筋网也应延伸至后浇带。