一、電桿力學(xué)性能試驗過(guò)程的簡(jiǎn)要分析

(一) 受力理論分析

對水泥電桿進(jìn)行力學(xué)性能試驗，電桿會(huì )發(fā)生“適筋破壞”。這種破壞的特點(diǎn)是：受拉鋼筋首先達到屈服強度，當維持應力不變而發(fā)生顯著(zhù)的塑性變形，直到受壓區混凝土邊緣應變達到混凝土彎曲受壓的極限壓應變時(shí)，受壓混凝土被壓碎，截面即告破壞，電桿在完全破壞之前，由于鋼筋要經(jīng)歷較大的塑性伸長(cháng)，隨之引起裂縫急劇開(kāi)展和電桿撓度的激增，將給人明顯的破壞預兆。電桿受力過(guò)程可分為三個(gè)階段：

1. 第一階段：彈性階段?

當荷載較少時(shí)，水泥電桿截面內產(chǎn)生的彎矩很小，因此截面上的應變也很少，混凝土基本上處于彈性工作階段，其截面應力與應變成正比。此外，電桿的撓度與彎矩也保持線(xiàn)性關(guān)系。荷載增大時(shí)，電桿截面彎矩和應變也隨之增大，由于混凝土的抗拉能力遠小于其抗壓能力，故在受拉區邊緣處混凝土首先出現應變的增長(cháng)比應力的增長(cháng)速度快的塑性特性。隨著(zhù)彎矩繼續增大，直到加荷至截面彎矩達到其開(kāi)裂彎矩時(shí)，受拉區邊緣纖維的應變值將達到混凝土受彎時(shí)的極限拉應變，截面處于即將開(kāi)裂狀態(tài)，稱(chēng)為第一階段末，體現水泥電桿的抗裂度。此時(shí)，受壓區邊緣纖維應變量測值相對還很小，故受壓區混凝土基本上處于彈性工作階段。

2. 第二階段：帶裂縫工作階段?

水泥電桿達到其開(kāi)裂狀態(tài)的瞬間，荷載只要稍許增加，在純彎段內混凝土抗拉強度較弱的截面上將出現第一批裂縫，原先由混凝土承擔的那一部分拉力將轉給鋼筋，使鋼筋應力突然增大了許多，故裂縫出現時(shí)電桿的撓度和截面曲率都突然增大。截面上應力會(huì )重分布，裂縫處的混凝土不再承受拉應力，受壓區混凝土出現明顯的塑性變形。彎矩再增大，截面曲率加大，主裂縫開(kāi)展越來(lái)越寬。當截面彎矩增加到某一數值時(shí)，受拉區縱向鋼筋開(kāi)始屈服，鋼筋應力達到其屈服強度。第二階段相當于電桿在正常使用時(shí)的應力狀態(tài)，體現水泥電桿正常使用極限狀態(tài)下的變形和裂縫寬度。

3. 第三階段：破壞階段

隨著(zhù)受拉鋼筋的屈服，裂縫急劇開(kāi)展，截面曲率和水泥電桿的撓度也突然增大，形成破壞前的征兆。由于中性軸繼續往電桿另一側受壓區移動(dòng)，受壓區高度進(jìn)一步減少，受壓區混凝土壓應力迅速增大，受壓區混凝土邊緣應變也迅速增長(cháng)，塑性特征也行將表現得更為充分。當彎矩繼續增大至極限彎矩時(shí)，受壓區邊緣混凝土將達到其極限壓應變（一般可取0.0033），受壓區邊緣混凝土將被壓壞并向外鼓出，電桿即將破壞。此時(shí)，在荷載幾乎保持不變的情況下，裂縫進(jìn)一步急劇開(kāi)展，混凝土被完全壓碎，截面發(fā)生破壞。第三階段是截面破壞階段，破壞始于縱向受拉鋼筋屈服，終結于受壓區混凝土壓碎，體現水泥電桿正截面受彎承載力。

(二) 試驗方法及計算公式

1. 錐形桿試驗方法：懸臂式

懸臂式試驗裝置見(jiàn)圖1-1，彎矩計算公式見(jiàn):

2. 等徑桿試驗方法：筒支式

?筒支式試驗裝置見(jiàn)圖 1-2。

彎矩計算公式見(jiàn)式(1-2):

向下加荷時(shí):

(三) 實(shí)例試驗分析

以錐形預應力環(huán)形混凝土電桿ZΦ190×12×K×Y（配筋：10根12m預應力鋼絲9.00-1470-WLR-H-GB/T5223-2014，混凝土設計強度C50，壁厚設計值55mm，保護層設計值17mm）為例，按GB4623-2014《環(huán)形混凝土電桿》的附錄B電桿力學(xué)性能試驗方法加載，進(jìn)行力學(xué)性能試驗。

ZΦ190×12×K×Y電桿力學(xué)性能要求：抗裂檢驗系數≥1.0（開(kāi)裂檢驗彎矩Mk：49.00kN*m）；承載力檢驗彎矩Mu≥78.00kN*m；當加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩Mk時(shí)，電桿不得出現裂縫且撓度≤143mm；當加荷至承載力檢驗彎矩Mu時(shí)，電桿撓度≤1000mm，受拉鋼筋不得拉斷，受拉區混凝土裂縫寬度＜1.5mm，受壓區混凝土不得破壞。

加荷程序：

第一階段：由零按開(kāi)裂檢驗彎矩20%的級差加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的80%，然后按10%的級差加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩，此時(shí)受拉區混凝土沒(méi)有裂縫出現。繼續按開(kāi)裂檢驗彎矩10%的級差加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩130%時(shí)，B點(diǎn)受拉區混凝土出現裂縫。

第二階段：由初裂彎矩卸荷至零，測量并記錄其殘余裂縫寬度及撓度值。

第三階段：由零按開(kāi)裂檢驗彎矩20%的級差加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的160%后，按開(kāi)裂檢驗彎矩10%的級差持續加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的220%，然后卸荷至零，試驗結束。

1.電桿力學(xué)性能實(shí)驗數據記錄，如下圖所示：

2.試驗過(guò)程分析：

第一階段的過(guò)程屬于“彈性階段”，由于預應力鋼絲和混凝土之間的黏結力，預應力鋼絲和混凝土共同工作，應力和應變大致成正比，應力和應變曲線(xiàn)接近于直線(xiàn)。在達到開(kāi)裂檢驗彎矩的100%時(shí)，混凝土受拉區并沒(méi)有出現裂縫，使得電桿保持了良好的剛度。

隨著(zhù)荷載的增加，預應力在截面下邊緣混凝土中產(chǎn)生的預壓應力將被荷載在截面下邊緣產(chǎn)生的拉應力所抵消。在第一階段末，推測在加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的120%時(shí)，B點(diǎn)受拉區混凝土截面邊緣處的預壓應力為零（消壓狀態(tài)），值得一提的是，只有下邊緣的混凝土應力為零，截面上其他各點(diǎn)的應力并不等于零，因此電桿依然具有良好的剛度。

在加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的130%時(shí)，B點(diǎn)受拉區邊緣混凝土拉應變達到極限，保持荷載3min后，極度細微裂縫產(chǎn)生（抗裂極限狀態(tài)），肉眼幾乎不可分辨，此時(shí)實(shí)測抗裂系數為1.3，撓度140mm，依然少于143mm（開(kāi)裂檢驗彎矩下的撓度合格指標），這說(shuō)明電桿的預應力鋼絲張拉值控制到位，導致抗裂度和剛度較高，當電桿在荷載作用下產(chǎn)生拉應力時(shí)，首先要抵消預壓應力，推遲了混凝土裂縫的出現。

第二階段初次開(kāi)裂的裂縫閉合，其撓度也僅為5mm，說(shuō)明混凝土的預應力基本沒(méi)有損失，預應力鋼絲并沒(méi)有發(fā)生屈服。

第三階段的過(guò)程屬于“帶裂縫工作階段”，由零按開(kāi)裂檢驗彎矩20%的級差加荷至開(kāi)裂檢驗彎矩的120%過(guò)程中的每一級的撓度和第一階段的相同荷載下的撓度相差無(wú)幾，而且第一階段的初裂裂縫依然閉合，進(jìn)一步證明第一階段結束后預應力鋼絲沒(méi)有發(fā)生屈服，混凝土的預應力基本沒(méi)有損失，因此有效地限制了裂縫的發(fā)展。

隨著(zhù)荷載繼續增大，其他一些截面上也先后開(kāi)裂，裂縫的產(chǎn)生使截面剛度降低，裂縫截面上受拉區混凝土退出工作，拉力全部由受拉區鋼絲承受。在開(kāi)裂檢驗彎矩的140%時(shí)出現第一個(gè)轉折點(diǎn)，導致應變的發(fā)展遠遠大于應力的增加。當達到開(kāi)裂檢驗彎矩200%時(shí)，荷載保持已經(jīng)不是很穩定了，這說(shuō)明不斷有新的裂縫在產(chǎn)生，預應力鋼絲持續發(fā)生形變。一直到達到開(kāi)裂檢驗彎矩220%時(shí)，電桿的受拉鋼筋沒(méi)有拉斷，所有裂縫依然沒(méi)有貫通全截面，受拉區混凝土裂縫寬度＜1.5mm，受壓區混凝土也沒(méi)有破壞的征兆，這主要得益于電桿采取了合適的配筋量且鋼絲均勻布置。值得一提的是，越往桿頂方向，裂縫寬度越小，裂縫條數越少，這說(shuō)明越往桿頂方向，混凝土受拉區的受彎程度越低，因此“鋼筋質(zhì)量檢驗”應在電桿梢部取樣，那部分的鋼筋受彎程度低。

電桿卸荷至零后，個(gè)別的裂縫重新閉合，但存在肉眼可辨的裂縫，肉眼目測殘留撓度基本忽略不計，說(shuō)明預應力鋼絲依然沒(méi)有屈服，而且原本混凝土受拉區還有殘留的混凝土預應力。