配置高强竖向预应力筋混凝土梁抗剪性能试验研究

目前国内外有代表性的混凝土结构设计规范对配置三向预应力混凝土箱梁的抗剪设计均未考虑竖向预应力对梁抗剪承载能力的影响,并对梁内抗剪钢筋的抗拉设计强度取值进行了限制,是否合适值得重新审视。对4片配置高强竖向预应力筋混凝土工字梁的抗剪性能进行了试验研究,主要研究纵向和竖向预应力的施加对配置高强竖向预应力筋混凝土梁抗剪性能的影响以及试验梁剪切破坏时高强竖向预应力筋的强度发挥水平。结果表明:就所研究的情形而言,施加3.2MPa竖向预压应力可使梁斜截面开裂荷载提高约22%、临界斜裂缝倾角增加约17°、抗剪承载能力提高约30%。剪切破坏时,竖向预应力筋是否张拉对加载过程中抗剪钢筋的应变增量影响很小,未张拉的竖向抗剪钢筋内最大应力为713MPa,预张拉后,抗剪钢筋最大应力增量为709MPa,但叠加其初始张拉应力后其内最大应力可达1440MPa。对竖向抗剪钢筋进行张拉能使高强抗剪钢筋的强度得到较好发挥,但同时导致临界斜裂缝的倾角增大、水平投影长度减小。因此,与配置普通箍筋的混凝土梁抗剪设计相比,配置竖向高强预应力筋混凝土梁竖向抗剪钢筋的最小间距、最小配筋率及初始张拉应力均应特别考虑。     

美国ACI预应力混凝土结构设计方法(四)——梁的受剪承载力

<正> 一、斜裂缝的两种主要形式预应力混凝土梁在剪力作用下破坏比较突然,无足够预兆,斜裂缝比弯曲裂缝要宽得多。剪应力可导致斜截面产生超过混凝土抗拉强度的主拉应力,预加应力对于构件的受剪承载力是有利的。通常在支座截面处剪力最大,但最大主拉应力却不发生在支座截面处,因该处的主拉应力由于预应力筋中的高预压力以及支座     

无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁力学性能

设计制作了5根不同粗骨料替换率的无粘结预应力再生粗骨料混凝土试验梁,并采用两点加载对其进行正截面受弯性能试验,研究了无粘结预应力再生粗骨料混凝土的梁破坏形态、承载力、裂缝宽度及跨中挠度等力学性能。基于试验数据建立了与《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）相协调的无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁预应力钢筋应力增量计算公式,提出了无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的最大裂缝宽度及刚度的设计建议。结果表明:再生粗骨料替换率对无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的破坏形态、裂缝宽度、跨中挠度影响不大;达到承载力极限状态时无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的无粘结预应力钢筋应力增量比无粘结预应力混凝土梁的无粘结预应力钢筋应力增量大,但再生粗骨料替换率对应力增量的影响不显著。     

体外预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究体外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,以施工方法和体内外预应力筋配比为参数,对1根整体式(体内外配筋)和2根节段式(体内外配筋和全体外配筋)体外预应力混凝土连续梁进行了模型试验。通过试验数据分析,得到了模型梁挠度、混凝土应变、体外预应力筋应力与有效高度随荷载变化规律,以及混凝土裂缝发展与分布情况。结果表明:整体式梁的混凝土极限压应变和挠度最大、延性较好但体外预应力筋有效高度减少最大,节段式体内外预应力梁的体外预应力筋极限应力最大,节段式全体外预应力梁的混凝土极限压应变和挠度最小、延性较差、体外预应力筋极限应力及有效高度减少也最小。节段式梁的裂缝主要集中在接缝位置、无斜裂缝,接缝位置的塑性变形使内力重分布更充分。整体式梁内力重分布的区域集中而节段式全体外预应力梁的范围较大,各梁控制截面弯矩增、减幅值不超过10%。     

新型预制预应力混凝土梁装配框架节点受弯试验研究

对4个十字形梁柱节点试件分别进行了正、负弯矩作用下的受力全过程试验,考虑不同套管布置应力释放方案对节点性能的影响,结合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》分析计算构件的受弯极限承载力、裂缝和挠度。结果表明:此体系节点的承载能力基本与现浇结构相当。正常使用荷载作用下最大裂缝宽度和加载点挠度值的理论计算结果与试验值一致,均能满足GB 50010—2010要求。梁端加设套管能有效减小梁顶混凝土的应力峰值,提高其抗裂性能,在满足预拉区梁顶混凝土不开裂的情况下,应力释放的套管布置越少越好。     

预应力和型钢对转换梁受力性能的提高作用研究

对普通配筋混凝土转换梁进行了预应力、型钢、预应力型钢混凝土转换梁截面配筋计算,利用ANSYS分析研究了预应力、型钢对转换梁力学性能的提高作用。有限元分析结果表明:加入预应力筋、型钢后转换梁跨中抗弯承载力、刚度都有很大程度的提高。与普通配筋混凝土转换梁相比,在截面尺寸减小11.76%情况下,加入预应力筋后转换梁跨中抗弯承载力提高了19.3%、梁端抗弯承载力提高了17.99%、跨中挠度减小了10.93%;加入型钢后转换梁跨中抗弯承载力提高了9.4%、梁端抗弯承载力提高了8.58%、跨中挠度减小了15.39%;加入预应力筋型钢后转换梁跨中抗弯承载力提高了21.47%、梁端抗弯承载力提高了22.05%、跨中挠度减小了22.08%。有限元分析结果证实:预应力筋、型钢能抑制梁身裂缝的开展,这对提高梁抗弯承载力,增加梁破坏阶段的延性有重要作用。     

固化期间缓黏结预应力混凝土梁承载力的试验研究

为了探明固化期间缓黏结预应力混凝土梁的承载能力,制作了5根长3 300 mm、截面300 mm×400 mm的缓黏结预应力混凝土梁,每根梁直线布置3根缓黏结预应力钢筋,进行梁的抗弯承载力试验。首先将预应力混凝土梁分批次进行预应力钢筋张拉,然后分2批进行梁的承载力性能试验。在进行预应力钢筋张拉及承载力试验时采用邵氏硬度计测量试件缓黏结剂的固化程度。在抗弯承载力试验过程中,通过监测梁挠度、预应力钢筋两端的压力变化、裂缝分布等指标,探明预应力钢筋与混凝土之间的传力机理及梁的承载能力。结果表明:张拉时缓黏结剂固化程度对梁的开裂荷载影响较小,对极限荷载影响较大;缓黏结剂固化度低时,张拉的试件梁具有良好的力学性能;缓黏结剂未完全固化、预应力混凝土梁提前受荷时,其承载能力降低。     

某钢管混凝土拱梁组合桥系梁受力性能分析

由于不同的原因,钢管混凝土拱梁组合桥系梁易发生横向裂缝。本文以一座下承式钢管混凝土拱梁组合桥为研究对象,采用有限元软件对施工阶段和成桥运营阶段系梁的受力进行分析,讨论系梁表面横桥向裂缝发生的原因。研究表明:施工阶段,系梁的最大压应力为-11.3MPa,最大拉应力为1.801MPa,满足要求;承载能力极限状态,最不利荷载组合作用下系梁截面承载能力满足要求;正常使用极限状态,不考虑温度梯度荷载效应,虽然拱脚位置系梁压应力为10.7MPa满足要求,却出现了不允许出现的最大为0.643MPa的拉应力;当考虑温度梯度荷载效应后,系梁大部分截面出现拉应力,最大达3.91MPa,系梁应力超标。通过增大系梁结构尺寸、改善预应力束配置的方式优化系梁设计,优化后系梁应力满足要求。     

型钢混凝土及预应力型钢混凝土梁试验研究

预应力型钢混凝土梁(PSRCB)是在普通型钢混凝土梁(SRCB)的基础上采用预应力技术的一种新型组合结构,利用型钢混凝土技术提高混凝土结构的承载能力,利用预应力技术改善型钢混凝土结构在正常使用极限状态下的性能,从而发挥更好的结构综合效能.鉴于目前国内外对PSRCB进行的试验研究较少,本文对8根PSRCB和6根对比SRCB进行了全过程载荷试验.试验研究表明,与SRCB相比,PSRCB具有如下特点:较好的抗裂性能;同等M/Mu下,裂缝向上延伸高度和受拉钢筋应力大大减小从而使最大裂缝的宽度变小,裂缝闭合性能较好;承受外荷载前,存在反向挠度对正常使用性能有利,随着预应力度的加大极限挠度减小,且变形恢复性能较好;同等截面条件下,可以实现更高的正截面承载力.     

预应力高强钢丝绳抗弯加固钢筋混凝土梁的理论分析

预应力高强钢丝绳加固是一种新型高效加固方法(简称P-SWR加固技术)。首先对试验用钢丝绳抗拉强度、拉伸极限应变和松弛等力学性能进行试验研究;然后给出预应力高强钢丝绳加固后混凝土梁开裂荷载、最大承载力计算方法;结合预应力高强钢丝绳加固混凝土梁的荷载-挠度关系曲线,分析了预应力度、配筋率、钢丝绳与混凝土黏结性能等各种参数对P-SWR加固梁截面短期刚度的影响,提出了相应的计算公式;基于高强钢丝绳抗弯加固对混凝土梁裂缝平均间距和钢筋应力影响的分析,建议了计算P-SWR加固后混凝土梁最大裂缝宽度的修正规范方法、名义拉应力方法和实用简化方法。建议的各计算方法简单,与相应试验值的比较表明具有较高的精度,可用于P-SWR抗弯加固混凝土结构的理论分析和简化设计。     

昆明新机场航站楼无黏结预应力结构设计与张拉

昆明新机场航站楼部分梁采用双向无黏结预应力技术.通过精确的温度应力计算,指出无黏结预应力梁配筋原则,以及主梁、次梁、楼板的预应力配筋方案.施工中重点控制预应力筋张拉顺序,即先张拉楼板预应力筋,后张拉楼面梁预应力筋,由中间向外基本保持对称张拉的顺序,最大程度避免预应力损失.张拉过程中通过张拉力和伸长值的双指标控制,有效控制了超长混凝土结构的裂缝.重点介绍了张拉伸长值的计算及测量.     

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。     

钢-混凝土组合梁的收缩徐变效应分析

混凝土的自身收缩会在钢-混凝土组合梁中产生应力重分布,在收缩徐变的长期作用下混凝土梁可能会产生收缩裂缝。对于按无支撑法施工的钢-混凝土梁,采用弹性理论推导了混凝土梁的纵向拉应力和钢、混凝土之间的剪应力计算公式,并结合错位法分析了剪应力公式中的均剪弹性系数Ct,进而确定了剪应力值。算例分析结果表明,推导出的混凝土梁纵向拉应力和剪应力公式可以为混凝土梁的抗收缩和钢、混凝土之间的抗剪设计提供参考。     

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。     

预应力钢带加固混凝土梁斜截面开裂荷载及抗剪承载能力分析

预应力钢带加固钢筋混凝土梁能有效提高梁斜裂缝开裂荷载和斜截面抗剪承载能力。根据试验研究结果,首先分析预应力钢带加固混凝土梁斜截面破坏机理,并考虑预应力度、钢带应变不均匀系数对梁抗剪承载力的影响,并利用桁架模型推导了预应力钢带加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力设计算式和实用计算式,同时进一步对预应力钢带加固钢筋混凝土梁应力状态进行计算分析,提出预应力钢带加固混凝土梁斜截面开裂荷载的计算公式。经与试验结果进行对比分析,所提出斜截面承载能力和开裂荷载的两套算式的计算结果均与试验结果吻合较好。     

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。     

高温(火灾)对无粘结部分预应力混凝土梁抗弯性能的影响

对预加载的无粘结部分预应力混凝土梁的高温(火灾)性能进行了试验研究,受热温度分别为250,450和650℃,加载试验分别在高温下和冷却后进行。研究结果表明,高温将使无粘结部分预应力混凝土梁的预应力发生改变。在升温的初始阶段,预应力筋的预应力有少量增长,当温度达到一定水平时,预应力才开始下降;高温使得无粘结部分预应力混凝土梁刚度下降,但冷却会使无粘结部分预应力混凝土梁的挠度得到一定程度的恢复;随着温度的升高,无粘结部分预应力混凝土梁的极限预应力和极限挠度增量的变小,高温后加载的试验梁的极限应力增量和极限挠度增量比高温下加载的试验梁要大;随着温度的升高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂荷载和极限荷载呈下降趋势,但高温中梁的开裂荷载、极限荷载值均低于高温后的梁。     

重载铁路桥梁疲劳变形和裂缝扩展规律研究

按照"动静结合,以静制动"的试验方法,通过6片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳变形和裂缝扩展规律。研究表明:重载铁路预应力混凝土桥梁疲劳开裂后的跨中挠度和裂缝扩展基本符合快速增长、稳定发展和急剧变化的"三阶段"发展规律;重载铁路预应力混凝土桥梁疲劳开裂后的跨中挠度可以按残余挠度和瞬时挠度进行计算;疲劳开裂后的裂缝不仅包括纯弯段内的正截面裂缝,还包括剪跨区内的弯剪斜裂缝和腹剪斜裂纹,前者主要出现在疲劳稳态阶段,后者主要出现在疲劳破坏阶段。根据试验结果,提出"损伤梁单元模型"和"经验公式拟合"两种跨中挠度计算方法,结果表明在疲劳稳态过程中,跨中挠度的放大系数在20%～30%左右,临近疲劳破坏时在80%～100%左右。此外,利用统计方法提出一个用疲劳循环次数比表征的增大系数,以此来考虑循环次数和疲劳寿命的影响,进而描述疲劳裂缝发展的"三阶段"规律,计算结果表明混合配筋合适的预应力混凝土梁发生梁底普通钢筋疲劳断裂破坏时,对应纯弯段最大主裂缝宽度约在0.50～0.55mm左右,该方法可以满足工程上的精度要求。     

预应力钢-混组合梁桥力学行为研究

为研究依据旧桥规范设计的钢-混组合梁桥在现有荷载强度下的受力特性,以天津G2立交跨线桥为依托,运用Midas civil软件并采用梁格法建立有限元模型,分析了桥梁在最不利荷载组合下的力学行为。结果表明:在公路Ⅰ级荷载作用下,正常使用阶段和预应力损失为10%时,该桥混凝土桥面板处于受压状态,钢箱梁梁底最大拉应力安全储备富余,挠度满足规范要求;当预应力损失为15%时,钢箱梁梁底最大拉应力和挠度均不满足规范要求。应重点考虑超载和预应力损失对预应力钢-混组合梁旧桥承载能力的影响。     

体外预应力混凝土梁极限状态分析

通过9片体外预应力混凝土梁静载试验的结果,建立了体外预应力混凝土梁极限状态下弯矩、挠度和体外预应力筋应力增量的简化计算方法;同时,采用此方法对国外二批体外预应力混凝土梁的试验结果进行分析计算,取得了很好的效果.证明该方法具有较强的通用性和良好的计算精度,为研究和设计各种体外预应力结构提供了一种可直接利用的公式.