后張預應力構件的錨固區設計淺析

賈凡鑫

（遼寧省交通規劃設計院有限責任公司，遼寧 沈陽110166）

1 概述

后張預應力混凝土的錨固區受到預應力錨固集中力的作用，存在局部承壓和應力擴散兩類問題，這一區域的應力狀態復雜，是混凝土橋梁中的最為典型應力擾動區（Disturbance，D區）之一。

2 基本概念

《公預規》和《AASHTO》兩套規范，均將后張預應力混凝土錨固區劃分為：局部區（local zone）和總體區（general zone）兩個區域，并要求設計者根據其各自的受力特點分別進行計算和設計。

圖1 總體區和局部區的劃分

2.1 錨下局部區

錨下混凝土受到較大的局部壓應力，實際設計中通常采用配置間接鋼筋（錨下鋼筋網）的方式，使錨下核心區混凝土因處于三向受壓狀態而提高受壓強度，從而提高局部區域混凝土受壓承載能力，以滿足局部受壓的要求。

2.2 錨下總體區

該區域，預應力擴散引起拉應力，包括劈裂力、剝裂力和邊緣拉應力，如圖所示。

圖2 錨固總體區的受拉效應

3 錨下總體區

3.1 劈裂力

后張預應力混凝土梁端部錨固區的總體區內，錨固力從錨墊板向全截面擴散的過程中，會產生橫向拉應力，即劈裂力。

圖3 錨固總體區劈裂力產生原理

應用力流線數學模型，并引入適當假定，就可以得到錨下劈裂力的數學近似表達式。《公預規》中給出放入單個錨頭作用下的劈裂力計算公式為：

對于多錨頭情況，《公預規》分別按照“密集錨頭”和“非密集錨頭”兩種不同情形，給出了不同的計算原則和方法。

《公預規》中劈裂力的計算公式與《AASHTO》的對應公式相差不大，但是《公預規》的計算公式進一步考慮了錨點偏心距γ的影響。

3.2 剝裂力

端錨固區內，由錨固力引起的局部壓陷和周邊變形協調，產生表面剝裂應力，其應力峰值可能高達0.5 倍該錨固力引起的全截面平均壓應力，但由表及里迅速衰減。

圖4 錨固區附近的變形和表面剝裂力

《公預規》中給出的單個錨頭作用下的剝裂力計算公式為：

①普通錨墊板間表面剝裂力計算公式：

②錨墊板間距較大時(S＞0.5h)端面剝裂力公式：

對于剝裂力的計算，《AASHTO》中并未給出具體的計算公式，但給出了取值建議（h 為截面梁高）：“錨墊板間距S＜0.4h時，剝裂力應不小于調整后張拉力的2%；錨墊板間距S≥0.4h時，剝裂力應特殊分析”。

3.3 邊緣拉應力

（施工期間分批張拉時）錨墊板在錨固截面偏心距（h/6）較大，在錨墊板對側混凝土邊緣產生拉應力。

圖5 端部錨固區的錨固面邊緣拉應力

《公預規》中給出的錨下總體區的邊緣拉應力計算公式為：

圖6 端部錨固區的錨固面邊緣拉應力

對于邊緣拉應力的計算，《AASHTO》中同樣并未給出具體的計算公式，但提供了三種求解方法：即拉- 壓桿模型法、彈性分析法以及近似分析法。

3.4 齒塊錨固區的局部拉應力

后張預應力三角齒塊錨固區存在著集中錨固力的作用、幾何形體上的突變以及預應力鋼束彎曲引起的徑向力作用，是一個受力十分復雜的典型應力擾動區，需要配置鋼筋以滿足抗裂和承載力的要求。

圖7 后張預應力齒塊錨固區的五種局部受拉作用

《公預規》根據后張預應力齒塊錨固區的五種局部受拉效應：錨下劈裂效應、齒根受拉效應、錨后牽拉效應、局部彎曲效應和徑向力效應，并分別給出了相應的計算公式。

相比之下，《AASHTO》中僅給出了錨后牽拉效應的設計原則和具體計算公式。

4 結論

近年來，越來越多的工程實例已經證明，后張預應力構件錨固區應力狀態復雜，容易開裂，廣大工程師在結構設計時應對其給予足夠的重視。

相較《AASHTO》規范而言，新版《公預規》對于后張預應力構件錨固區域設計的各項規定和指導更為全面和具體，所給出的設計原則和計算公式也更具有工程實踐的可操作性。

在實際結構設計中，設計者應通過計算分析，確保錨固區相應位置布置的受力鋼筋和構造鋼筋，可以滿足構件整體受力和錨固區局部受力的共同要求。