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。     

体外预应力混凝土梁模型试验初步研究

以我国公路中常用的40m箱梁桥为原型，按照强度等效原理作了一片缩尺体外预应力混凝土粱，并对其做了三分点加载的破坏试验。利用有限元建模分析对试验结果进行了预测。从试验数据的分析中得出了有关体外预应力试验梁的一些初步结论。     

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%。     

体外预应力梁受力性能研究

本文作者根据四根体外预应力简支梁的试验,得出了体外预应力梁在非线性状态下的反应,并利用大变形条件下的杆件结构变形推导了包括几何非线性和材料非线性的单元刚度矩阵,同时编制了非线性有限元程序进行验证。     

体外预应力混凝土简支梁极限应力分析

从结构的整体变形入手，推导出计算体外预应力混凝土简支梁极限应力实用计算方法，指出体外预应力混凝土筒支梁的体外索的极限应力取决于整个构件的变形。     

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。     

体外预应力加固混凝土简支梁的试验研究

目前体外预应力技术在已有混凝土结构的加固改造中应用广泛,基于已有的体外预应力加固方法,提出折线式体外预应力钢绞线加固方法,并采用室内试验模拟了实际工程中混凝土受弯构件的工作状况,为体外预应力加固混凝土简支梁提供依据.通过试验研究证明,利用此加固方法加固混凝土简支梁,方便实用,可以明显提高构件承载力和延性,是一种加固钢筋混凝土简支梁较好的方法.     

体外预应力加固低强度钢筋混凝土简支梁的试验分析

通过试验研究证明,预应力加固技术是对低强度混凝土构件加固的较好的方法之一,这不仅提出了一些关于预应力加固技术在低强度混凝土构件加固中应用的理论研究,又对工程实践具有一定的理论指导作用。     

体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿剪切性能研究

为了研究体外预应力节段预制桥梁干接缝键齿的抗剪性能,对3组足尺单键齿干接缝试件分别在初始1,1.5,2 MPa的正应力作用下进行了直剪试验。同时应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行了仿真,并进一步建模分析键齿尺寸对干接缝键齿强度的影响。试验结果表明,临近键齿根部配置的钢筋能抑制裂缝的发展,进而提高键齿的抗剪承载力,AASHTO公式低估了这种配筋方式下的单键齿干接缝抗剪承载力。随着正应力的增大,单键齿干接缝的极限剪切承载力小幅度提高,其极限剪切竖向相对滑移也增大。有限元分析结果表明,极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验相吻合。梯形单键齿干接缝的适宜梯形底脚范围是45°~60°,在此范围内其抗剪强度变化不大。     

节段式桥梁接缝剪切性能试验研究综述

阐述了预制混凝土节段式桥梁接缝的类型及作用,回顾了预制混凝土节段式桥梁接缝剪切性能的试验研究,指出了预制混凝土节段式桥梁接缝剪切性能试验研究的方向。     

体外预应力混凝土梁受剪承载力计算方法研究

为研究体外预应力对混凝土梁受剪承载力提高的作用机理和体外预应力混凝土梁受剪承载力计算方法,分析钢筋混凝土梁和体外预应力混凝土梁微元体受力特点的区别,探讨体外预应力对受剪性能影响的机理,求解体外预应力对混凝土和箍筋抗剪贡献的提高系数,得到体外预应力混凝土梁受剪承载力理论计算式。采用已有体外预应力混凝土梁剪切破坏的试验数据对理论计算式进行验证,并与各国规范计算结果进行对比。结果表明,理论计算式得到的受剪承载力计算值与试验值的比值均值为0.950,标准差为0.125,提出的计算式可较好地预测体外预应力混凝土梁的受剪承载力,并可以考虑梁的几何尺寸、剪跨比、预应力筋弯起角度、纵筋率、配箍率、纵筋及腹筋屈服强度、混凝土强度等影响因素。     

煤矸石混凝土梁受剪性能试验研究

为研究煤矸石混凝土梁受剪性能,对9个煤矸石混凝土梁和1个普通混凝土对照梁进行了受剪试验,分析了煤矸石混凝土梁斜截面破坏形态、开裂荷载和受剪承载力。结果表明:煤矸石混凝土梁和普通混凝土梁受剪破坏形态相似;在同一荷载等级下,煤矸石混凝土梁试件跨中挠度随煤矸石取代率的增加而增大,而达到各试件极限荷载时其挠度值相差不大;斜向开裂荷载随煤矸石取代率的增加而减小,煤矸石混凝土梁较普通混凝土梁降低了19.6%～31.5%;受剪承载力随煤矸石取代率的增加也有降低趋势,煤矸石混凝土梁较普通混凝土梁降低了8.9%～24.0%;此外,剪跨比和配箍率对煤矸石混凝土梁受剪性能的影响与普通混凝土梁相似,受剪承载力随剪跨比的增加而减小,随配箍率的增加而增加;煤矸石混凝土梁受剪承载力计算可采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中公式,且计算结果有一定的安全储备。     

预应力CFRP筋混凝土梁受剪性能试验研究

FRP筋是一种新型预应力筋材,具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等优点,但是其横向剪切强度相对较低,这会影响预应力FRP筋混凝土梁的受剪承载力。通过27根混凝土梁的受剪试验,研究了预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态,以及各种参数对其受剪承载力的影响,并与钢绞线预应力混凝土梁的受剪试验结果进行了比较。研究结果表明：预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态有两种：斜压破坏和剪压破坏;剪跨比和配箍率是影响预应力CFRP筋混凝土梁受剪承载力的主要因素;有粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受剪承载力比无粘结预应力CFRP筋混凝土梁要大15%左右;通过引入反映预应力筋种类和粘结条件的2个参数,提出了预应力FRP筋混凝土梁的简化受剪承载力计算式,计算结果与试验数据吻合较好。     

Shear behavior of ultra-high-performance concrete beams prestressed with external carbon fiber-reinforced polymer tendons

The ultra-high-performance concrete (UHPC) and fiber-reinforced polymer (FRP) are well-accepted high-performance materials in the field of civil engineering. The combination of these advanced materials could contribute to improvement of structural performance and corrosion resistance. Unfortunately, only limited studies are available for shear behavior of UHPC beams reinforced with FRP bars, and few suggestions exist for prediction methods for shear capacity. This paper presents an experimental investigation on the shear behavior of UHPC beams reinforced with glass FRP (GFRP) and prestressed with external carbon FRP (CFRP) tendons. The failure mode of all specimens with various shear span to depth ratios from 1.7 to 4.5 was diagonal tension failure. The shear span to depth ratio had a significant influence on the shear capacity, and the effective prestressing stress affected the crack propagation. The experimental results were then applied to evaluate the equations given in different codes/recommendations for FRP-reinforced concrete structures or UHPC structures. The comparison results indicate that NF P 18-710 and JSCE CES82 could appropriately estimate shear capacity of the slender specimens with a shear span to depth ratio of 4.5. Further, a new shear design equation was proposed to take into account the effect of the shear span to depth ratio and the steel fiber content on shear capacity.     

型钢高延性混凝土短梁抗剪性能试验研究

提出采用高延性纤维混凝土改善型钢高强混凝土短梁的抗剪性能和变形能力,设计了6个高延性纤维混凝土梁（其中4个为型钢高延性混凝土短梁,2个为高延性混凝土短梁）试件和作为对比的3个混凝土梁（其中1个为型钢混凝土短梁,2个为普通混凝土短梁）试件,通过静力试验研究不同剪跨比高延性混凝土梁的破坏形态、受剪承载力和变形能力。试验结果表明：采用高延性纤维混凝土,可显著提高短梁的受剪承载力和变形能力,实现延性剪切破坏模式;发生挤压破坏的型钢高延性混凝土短梁,受剪承载力高、延性好,破坏以后仍具有较好的完整性;与型钢混凝土短梁相比,发生剪切黏结破坏的型钢高延性混凝土短梁损伤程度较小,试件破坏以后仍具有较高的剩余承载力。建立了型钢高延性混凝土短梁的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过2根未受火钢筋混凝土梁、2根受火后钢筋混凝土梁和4根受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁的静载试验,研究了剪跨比、CFRP布加固量和楼板翼缘对受火后钢筋混凝土梁受剪加固效果的影响。采用自编有限元程序分析受火损伤的混凝土梁截面通过等截面修复后截面混凝土抗拉强度的平均折减系数,提出受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的实用计算方法。研究结果表明:加固梁破坏时,外包的CFRP布发生拉断破坏,"U形包裹加压条"的CFRP布发生剥离破坏;受火后外包CFRP布加固混凝土矩形梁的受剪承载力相比未受火钢筋混凝土梁提高了5.3%~16.6%;受火后"U形包裹加压条"方式加固混凝土T形梁的受剪承载力相比对应未受火矩形梁提高了34.0%。提出的受火后CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力的计算式具备一定的安全保证率,可用于该类构件受火后的受剪加固计算。     

高温下无粘结预应力混凝土扁梁试验研究

通过自行研制开发的大型拼装式多功能电力加热炉,按照ISO 834标准曲线升温,对26根无粘结预应力混凝土扁梁试件进行高温下试验研究。试验中观测了试件表面出现的渗水、油脂流淌与混凝土爆裂及外观颜色变化等宏观现象,研究了高温下试件变形、无粘结预应力筋的应力等力学性能的变化规律,分析了不同初始荷载、混凝土净保护层厚度及综合配筋指标等主要因素对其高温下力学性能的影响。试验结果表明：高温下试件发生动态连续变形,升温初期跨中挠度增加较小,温度较高时跨中挠度增长较大;预应力变化比较复杂;在同等升温条件下,试件承受的初始恒载越大,挠度变形也越大;增加混凝土保护层厚度,能延缓其内部钢筋的升温,提高试件的抗火性能;综合配筋指标q₀较小的试件抵抗高温变形的能力较差。图21表3参16     

高强箍筋高强混凝土梁受剪试验研究

设计了一套使钢筋混凝土梁剪切破坏稳定可控的刚性试验系统,利用该试验系统,完成了19根剪跨比为3的钢筋混凝土简支梁的剪切破坏试验,得到了荷载-挠度曲线。根据试验结果,分析了混凝土强度等级、箍筋的强度和倾角、纵筋配筋率和纵向分布钢筋等因素对试验梁破坏形态、剪切延性系数和受剪承载力的影响,并将受剪承载力试验值与我国混凝土结构设计规范和美国ACI规范计算值进行了对比。结果表明:对于剪跨比等于3的梁,适当配置腹筋,可以改善其延性性能;在高强混凝土梁中应用高强箍筋,可使两种材料的强度充分发挥,不仅增加了梁的剪切延性,而且提高了梁的受剪承载力;高强箍筋高强混凝土梁的受剪承载力仍可采用我国现行混凝土结构设计规范公式进行计算,但是对于高强混凝土无腹筋梁、纵筋配筋率低的梁和配有高强箍筋的普通强度混凝土梁安全度偏低。