体外预应力混凝土简支梁剪切性能试验研究

为了研究节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能,采用剪跨比、配箍率、接缝类型、体内外预应力筋配比等参数进行了13根整体式和14根节段式(胶接缝和干接缝)体外预应力混凝土简支模型梁试验。描述了模型梁箍筋应力、体外预应力筋应力、挠度随荷载变化规律,以及破坏裂缝形成过程和破坏形态;分析了剪跨比、体内外预应力筋配比、接缝位置和数量及类型对梁剪切性能的影响。研究表明,节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能和整体式梁有很大差异,接缝决定着剪切破坏形态与破坏裂缝的形成、较大削弱了梁的抗剪承载力、明显增大了破坏裂缝的宽度和梁体破坏时的变形;配置体内预应力筋能有效改善体外预应力混凝土梁的剪切性能;整体式体外预应力混凝土梁的剪切性能和一般预应力混凝土梁也有一些差异。     

体外预应力加固钢筋混凝土连续梁的试验研究

通过6片体外预应力加固钢筋混凝土连续梁试验研究,以内支座相对受压区高度和预应力配筋指标为参数,得到了加固梁的变形和体外筋应力增长规律,加固梁的跨中变形与体外筋的应力增长主要分为三个阶段,且二者具有较好的相关性,加固梁在极限荷载下的内力重分布比较充分。     

体外预应力混凝土简支梁抗剪承载力计算方法

将已进行的13根整体式和14根节段式(胶接缝和干接缝)体外预应力混凝土简支模型梁剪切性能模型试验成果,作为建立抗剪承载力简化计算方法的基础资料。根据模型梁剪切性能试验的研究结果,以施工方法(整体式和节段式)、剪跨比、配箍率、接缝类型、体内外预应力筋配比等为参数建立斜截面抗剪承载力的回归计算公式,基于混凝土双轴强度理论和接缝截面极限平衡条件推导接缝截面抗剪承载力计算公式,利用试验数据对计算公式进行验证。按照我国公路桥梁设计可靠度水平和现行规范的要求对计算公式进行修正,提出可用于体外预应力混凝土梁截面抗剪承载力设计的简化计算方法。研究表明,简化计算方法能有效反映体外预应力混凝土梁剪切破坏特点和各主要因素对抗剪承载力的影响规律。     

体外预应力筋极限应力增量的理论分析与试验研究

为研究体外预应力梁受弯破坏过程的力学性能及体外预应力筋极限应力增量,对比分析了各国规范关于体外预应力筋应力增量的计算方法,设计并完成了2根体外预应力波形钢腹板简支组合梁的抗弯承载力试验,编制了非线性全过程分析程序对2根梁进行了分析;以跨高比为主要变量,考虑混凝土强度、截面配筋状况、体外预应力筋有效预应力等因素,以平截面假定为基础,根据极限状态时梁截面内力平衡条件,通过增大受压区混凝土面积建立了体外预应力筋极限应力增量的简化计算公式,并用搜集到的19根试验梁数据对该计算公式加以验证。结果表明:体外预应力组合梁受弯破坏全过程与体内预应力梁基本类似,但是梁破坏时体外预应力筋还未进入屈服阶段,利用各规范公式计算的体外预应力筋极限应力增量比试验值小很多,与试验梁普通受拉钢筋屈服时的体外预应力筋应力增量相当;体外预应力筋的极限应力增量与跨中挠度近似呈直线关系;计算结果与试验结果吻合良好,该公式具有一定的参考价值。     

轻轨高架桥干接缝节段式体外预应力混凝土梁设计

轨道交通已经成为越来越多的城市解决交通拥堵问题的一个重要手段.干接缝节段式体外预应力混凝土梁具有建设质量能够保证、施工速度快、对周围环境影响小的优点.这种形式的桥梁结构在轨道交通高架桥中推广的可能性值得研究.按照公路和铁路规范以及相关设计指南,以干接缝节段式体外预应力混凝土连续梁作为研究对象进行相关设计,其主要内容为结构构造设计、体外预应力筋配置、结构计算、施工过程设计.详细的设计计算结果表明,各项指标均满足规范及指南的要求,将干接缝节段式体外预应力混凝土梁用于城市轻轨高架桥是一个切实可行的方案.     

预应力CFRP筋混凝土T梁受力性能试验研究

本文对配置部分粘结和完全粘结预应力CFRP筋的部分预应力混凝土T梁进行了受力性能试验研究。根据试验结果对预应力CFRP筋混凝土T梁的受力过程、破坏模式、部分粘结筋应力增量以及裂缝分布等进行了较为详细的研究,对基于能量耗散的观点引入的延性指标进行了探讨,提出承载力计算公式,并对预应力CFRP筋混凝土梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及部分粘结筋的应力进行了预测。试验研究结果表明:部分粘结预应力CFRP筋混凝土梁与完全粘结预应力CFRP筋混凝土梁相比,前者具有更好的变形能力和延性性能而两者的极限承载能力相差较小;为避免CFRP配筋结构由于CFRP筋拉断而发生灾难性的破坏,CFRP配筋梁期望发生混凝土压碎破坏;采用本文方法计算得到预应力CFRP筋混凝土梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及CFRP筋的极限应力与试验结果吻合较好,计算结果具有较高的精度。     

三跨预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究三跨预应力混凝土连续梁的弯曲性能、极限受力状态及内力重分布规律,进行了连续梁模型试验,详细记录了模型梁从加载到破坏的混凝土应变、钢筋应变、梁的变形、支座反力和梁的内力重分布随荷载的变化规律.结果表明:连续梁在各个截面均将发生内力重分布,重分布方向总是朝着非加载跨,且重分布的最大幅度并不一定出现在结构破坏时.     

轻轨高架桥胶接缝节段式体外预应力箱梁的构造与受力

胶接缝节段式全体外预应力箱梁具有建设质量能够保证、施工速度快、对周边环境影响小的优点,较好地满足了现代化桥梁的建设发展需要。为了研究其在城市轻轨高架桥中的可行性,以一胶接缝节段式全体外预应力混凝土箱形连续梁为研究对象,提出了节段划分、剪力键、预应力钢束布置等构造要点。按照铁路规范及相关设计指南,采用有限元软件进行分析,计算结果表明,截面应力、挠度及承载力验算均满足规范及指南的要求。这种桥梁形式值得在城市轻轨高架桥中推广。     

超高性能混凝土节段预制拼接梁受弯性能试验研究

为研究预应力超高性能混凝土(UHPC)拼装梁的受弯性能,完成了5片试验梁,研究参数主要为有、无拼接缝,键齿类型及预压应力。获取了试验梁的破坏模式、受拉区钢绞线应力增量、荷载-挠度曲线及应变分布规律。试验发现:试验梁均呈现典型的弯曲破坏,受压区UHPC均压碎,破坏时受压边缘的最大压应变可达7.2×10-3以上,无论是否设置拼接缝应变沿截面高度的分布规律基本满足平截面假定;与整浇梁裂缝不同,拼接梁的弯曲裂缝主要集中在拼接缝位置; UHPC试验梁均具有较好的延性,且拼接梁的延性优于整浇梁;预压应力会影响试验梁的开裂荷载,但对极限荷载的影响较小; UHPC拼装梁比同条件下整浇梁的抗弯承载能力低9%～15%,接缝构造对抗弯承载能力也有一定影响,多齿构件承载力比同条件下单齿构件的低4.5%,平齿构件承载力比多齿构件的低5.7%。基于试验分析发现美国国家公路交通管理学会AASHTO标准节段梁设计提出的接缝折减系数基本适合UHPC节段拼装梁,但折减系数还应与键齿类型有关。     

内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁受力性能试验研究和理论分析

为探索内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁的塑性内力重分布规律,进行了3根无粘结内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁的受力性能试验和6根模拟梁的非线性数值模拟分析,论述了这类梁设计用和检测评价用的两类承载能力极限状态及试验梁塑性内力重分布情况。试验结果表明,内置灌浆圆钢管桁架预应力混凝土连续梁正截面承载力极限状态应以任一跨出现荷载开始减小,位移急剧增大为标志;这类连续梁塑性内力重分布及弯矩调幅过程集中体现在中支座塑性铰形成的转动过程中;采用条带分层法进行截面的M-非线性分析,基于试验结果和数值分析结果,分别建立了使用阶段和两类承载能力极限状态下无粘结预应力筋应力增量的计算公式,获得了两类承载能力极限状态下中支座两侧的塑性铰区长度实测值,并拟合得到相应等效塑性铰区长度的计算公式,建立了两类承载能力极限状态下的以中支座与跨中控制截面综合配筋指标β_o,i、β_o,m为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角θ_p为自变量的内力重分布系数Δ的计算公式。     

Load carrying capacity of composite beams prestressed with external tendons under positive moment

Tests have been carried out to study the ultimate moment and incremental tendon stress of steel-concrete composite beams prestressed with external tendons under positive moment. It appears that adding prestressing by external tendons of the composite beams can significantly increase the yield load and the ultimate resistance of the beams. The deflection at the serviceability state is also reduced. However, a substantial incremental stress will develop in the tendons at the ultimate state. On the basis of the compatibility of the tendons and the composite beam at the anchorage section, and equilibrium of the internal force, the neutral axis equation of the composite beam section at the ultimate state is derived. The simplified expressions for the ultimate incremental tendon stress related to the ultimate span/deflection value for four typical external tendon cases are developed. The results compare well with the test results and the finite element analysis. A simplified method for predicting the ultimate incremental tendon force and the load carrying capacity of the composite beams prestressed with external tendons is proposed.     

体外预应力钢束在汽车活载作用下的应力变幅分析

利用研发的体外预应力混凝土桥梁结构弹性阶段非线性分析专用程序 ,对几种典型跨径体外预应力混凝土梁桥的体外预应力钢束在汽车活载作用下的应力变幅进行分析。研究了简支梁中结构跨高比、体外预应力钢束与结构的粘结关系、转向块间距等参数对计算结果的影响 ,以及连续梁中施工方案、体内钢束和体外钢束的配束比例、连续跨个数和钢束布置形式等参数对计算结果的影响。同时也与相同条件下的传统体内预应力结构的预应力钢束的应力变化幅度进行比较。这项研究是体外预应力钢束体系疲劳评价研究的一部分。     

Experimental and theoretical studies on composite steel–concrete box beams with external tendons

Composite steel–concrete box beams with and without external tendons were tested to their ultimate strength. The effects of external tendons on structural performance of composite steel–concrete beams were investigated in detail. Experimental results proved that, due to the action of external prestressing tendons, the ultimate strength of a composite steel–concrete box beam increased by 27.72%, the elastic limit of a composite steel–concrete box beam increased by 29.17%, the stiffness of a composite steel–concrete box beam increased by 54.15% at the failure state, and the deflection ductility of a composite steel–concrete box beam increased by 18.00%. The equation for estimating the stress in external prestressing tendons is established according to the relationship between the stress in external tendons, and the maximum compressive strain of concrete slab. Based on experimental results, a theoretical model for predicting the flexural resistance of composite steel–concrete box beam with external tendons is proposed. The spatial integral method, which adopts the actual stress distribution, is more rational than the conventional equilibrium rectangular stress block model, and is adopted to calculate the interior force on sections. The calculated flexural resistance based on proposed equations has a high level of accuracy, when compared with test results. Experimental and theoretical studies have demonstrated that the composite steel–concrete box beam with external tendons is a promising innovative structure that combines the merits of composite steel–concrete box beams and external prestressing tendons.     

A comparative study of continuous steel-concrete composite beams prestressed with external tendons: Experimental investigation

A comparative study of prestressed continuous steel-concrete composite beams is carried out based on an experimental investigation. Four full-scale continuous composite beams were tested, among which two were two-span beams and two were three-span beams. One of the two-span beams was a conventional non-prestressed composite beam, and the other was a composite beam prestressed with external tendons in both the positive and negative moment regions. One of the three-span composite beams was non-prestressed, and the other was prestressed only in the negative moment regions with external high-strength tendons. The cracking behaviors, distortional lateral and local buckling as well as the load carrying capacity of the beams were investigated experimentally. Full plasticity was developed at the mid-span section of each beam; however, the maximum moments attained at the internal supports were governed by local buckling, which is related to the slenderness of the composite section. It is found that in hogging moment regions, the ultimate moment resistance of a composite beam prestressed with external tendons is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode composed of distortional lateral and local buckling. The results show that exerting prestressing on a continuous composite beam with external tendons increases the degree of the internal force and moment redistribution in the beam. A design proposal based on moment redistribution to evaluate the load carrying capacity of continuous composite beams with external tendons is proposed.     

体外预应力筋极限应力和有效高度计算方法

为了建立体外预应力混凝土梁抗弯承载力简化计算方法,通过系列模型试验形成体外预应力筋极限应力和有效高度的基础数据;基于试验验证的非线性有限元计算方法,分析试验加载方式与我国桥梁规范设计荷载的差异以形成相应的修正系数;根据试验结果分析体外预应力筋极限应力和有效高度随试验参数的变化规律,研究有效高度变化产生的抗弯承载力的二次效应;基于上述分析结果,采用施工方法、跨高比、体内受拉钢筋配比等参数,建立体外预应力筋极限应力和有效高度的回归计算公式,并通过试验数据进行验证;最后按照我国公路桥梁设计可靠度水平和现行规范要求对计算公式进行修正,提出体外预应力筋极限应力和有效高度计算方法。该计算方法能较有效的反映各主要因素对体外预应力筋极限应力和有效高度的影响规律。     

PC连续梁塑性设计的极限等效荷载平衡法

对于预应力混凝土连续梁的正截面承载力计算及内力重分布设计,探讨一种概念清楚、计算简捷的方法。提出了"极限等效荷载平衡"的概念,将预应力混凝土连续梁简化为承受轴向力和剩余使用荷载的普通钢筋混凝土梁。给出了极限承载力平衡法的极限承载力计算简图和计算公式。讨论了主弯矩、次弯矩、预应力轴力对极限承载力及塑性内力重分布的影响,对预应力混凝土连续梁内力重分布的试验数据进行了分析,并提出了内力重分布的弯矩调幅系数的建议值。     

体外预应力竖向张拉法加固钢筋混凝土梁试验研究

对7根钢筋混凝土简支梁(2根对比梁、5根加固梁)进行3点加载试验,并通过试验数据,分析了不同张拉控制应力下各梁破坏形态、裂缝开裂情况及受力钢筋、体外预应力筋应变变化规律。试验中采用了加载前施加预应力、加载至开裂卸载施加预应力、加载至开裂不卸载施加预应力3种工况,以模拟实际工程中各种状况。最后,参照各国无粘结预应力筋极限应力理论及基于塑性铰的极限状态理论,研究试验梁的正截面抗弯极限弯矩的计算方法。通过对各国无粘结预应力筋极限应力的计算值对比表明,在二次效应影响较小的情况下,体外预应力结构可采用无粘结预应力结构的研究成果。