全预应力混凝土梁长期变形计算

与部分预应力混凝土梁相比,全预应力混凝土梁全截面受压且压应力较高,由于混凝土收缩徐变产生的梁长期变形也更大。该文从按龄期调整的有效模量法出发,将梁沿长度方向细分单元,细分单元长度为截面高度的1倍～2倍,锁定单元节点,分别计算混凝土的收缩、徐变以及预应力筋的松驰对其产生的强迫力值;释放强迫力,并将其反向作用于节点上,求出此时的截面时随应变和附加曲率,进而推导出可用于求解任意时刻的全预应力混凝土梁长期变形的计算公式。基于该课题组和其他研究者试验结果,对该文及国内外规范的计算公式进行了对比分析,结果表明：该文公式计算值与试验结果吻合良好;国内外规范计算值与试验结果的平均误差则明显偏大,且计算结果偏于不安全。     

预应力碳纤维布材加固混凝土梁受弯性能非线性分析

根据平截面变形假定,考虑材料的非线性性质,用分级加应变的方法计算预应力碳纤维布加固的混凝土梁的荷载—挠度关系,得到的5根预应力碳纤维加固混凝土梁和4根非预应力加固混凝土梁的荷载-挠度曲线与试验结果吻合较好。并在此力学模型的基础上对预应力碳纤维布加固的受弯构件的二次受力性能进行了非线性分析,研究了碳纤维初始应变、截面高度、预应力大小对被加固梁受弯性能的影响。分析结果表明:预应力可有效发挥碳纤维高强性能,二次受力条件下预应力碳纤维布材的加固效果远好于非预应力碳纤维布材加固,可有效解决构件二次受力应力应变滞后问题。     

不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能

由于FRP(fiber-reinforcedpolymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题。研究了不锈钢和CFRP(Carbonfiber-reinforcedpolymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性。分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性。基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态。     

CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁短期挠度计算方法

通过静力试验和理论分析,研究CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁在短期荷载作用下的使用性能,探讨短期挠度计算方法。结果表明,CFRP筋体外预应力加固梁的荷载-跨中挠度曲线呈三折线变化;跨中截面混凝土和CFRP筋的平均应变在梁体开裂之前沿截面高度基本呈线性变化,开裂后,CFRP筋的平均应变明显小于梁底混凝土的应变。基于试验结果,计算开裂刚度折减系数和CFRP筋粘结特征系数,考虑二次效应的影响,运用有效惯性矩法建立了CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁的短期挠度计算公式,可供实际工程设计 参考。     

钢筋混凝土梁非线性有限元分析方法

针对钢筋混凝土结构有限元分析中,材料进入非线性阶段后,难以通过梁理论准确描述混凝土截面和钢筋应力状态的问题,提出了基于柔度法和分布式塑性理论的钢筋混凝土梁单元材料非线性方法——网格截面法。这种方法采用平面等参单元将梁单元网格化,由单元轴向积分点位置截面网格积分点的混凝土应力描述单元截面应力分布,同时考虑钢筋对刚度的贡献,并通过对截面网格材料的积分计算积分点位置的截面刚度矩阵,再利用力插值函数和能量原理得到梁单元的柔度矩阵,进而对柔度矩阵求逆计算单元刚度矩阵。通过算例验证该方法在钢筋混凝土承载力分析时的准确性。     

不锈钢焊接截面简支梁非线性变形性能研究

为研究不锈钢梁非线性变形性能,对5根不锈钢焊接工字形截面梁开展三点弯曲加载试验。建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,根据试验结果对数值模型的准确性进行验证。基于验证的有限元模型,对中国CECS 410《不锈钢结构技术规程》和Real-Mirambell建议的不锈钢梁挠度计算方法进行分析。在此基础上,根据平截面假定和不锈钢应力–应变关系曲线,提出不锈钢梁截面屈服弯矩M_0.2的简化计算公式;考虑截面焊接残余应力对梁初始变形刚度的不利影响,提出针对不同材料牌号梁变形刚度的折减系数建议取值,对CECS 410和Real-Mirambell的挠度计算方法进行修正。分析结果表明,修正公式能够准确合理地计算不锈钢焊接工字形梁的挠度。     

变截面梁预应力计算的积分算子法

将积分算子法用于变截面梁预应力问题的计算,提出了一种新型计算方法。该方法将多段变截面梁作为一个计算单元处理,直接计算多段预应力索等效节点力和单元内力,包含了变截面梁刚度分布对等效节点荷载的影响,包含了变截面剪切变形影响。该方法克服此前方法的缺陷,为变截面梁预应力的计算提供了一种精确计算方法。     

预应力混凝土桥梁徐变分析的全量形式自动递进法

首先将预应力混凝土桥梁中考虑收缩、徐变影响的任意时刻混凝土应力、应变关系在持荷时段内写成代数形式,引入内力平衡方程及变形协调条件后,提出了计入截面上钢筋位置、配筋率、预应力钢筋松弛、混凝土弹性模量随时间变化等影响的徐变效应分析的全量形式自动递进法,并建立了计算式,适用于任何形式的收缩、徐变特性表达式;基于建立的全量形式公式,可方便地求解任意时刻混凝土、钢筋的应力与应变和梁体竖向变形。理论分析与试验结果比较表明,公式可方便地控制计算精度,直至给出满意的结果。将计算式编程后极易与目前桥梁设计中常用的杆系有限元软件接口,进行可靠的徐变分析。     

预应力度对预应力混凝土框架结构抗震性能影响研究

依据我国规范设计4榀不同预应力度、抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构,基于OpenSees分析软件,采用纤维梁、柱单元对其进行数值建模,对一榀单层单跨预应力混凝土框架的低周反复加载试验进行数值模拟,滞回曲线和骨架曲线与试验结果吻合良好,验证了该数值建模方法的实用性;在此基础上,对4榀预应力混凝土框架进行了静力弹塑性分析;最后,对按我国规范设计的抗震等级为二级的PC框架结构,在裂缝控制等级为二级时,预应力梁中非预应力筋用量的确定方法及其适用性进行了理论分析。结果表明：按我国现规范设计的预应力混凝土梁中非预应力筋用量偏多,在大震下预应力混凝土框架结构难以实现“强柱弱梁”的破坏模式,底层柱底塑性铰出现过早;适当提高梁端截面的预应力度值,能够在一定程度上改善结构的屈服机制,增大结构的整体位移延性,提高结构的抗震能力。因此,建议在进行相关规范修订时,适当减少非预应力筋配筋、提高框架梁的预应力度限值,如按04规程设计的二级预应力混凝土框架结构,其预应力度限值可提高至0.8。     

体外预应力筋的极限应力:建议公式及试验验证

为获得体外预应力混凝土梁的正截面抗弯强度、必须首先确定体外预应力筋的极限应力。该文建立了分别以FRP和钢材为体外预应力时,构件的等效塑性区长度与破坏截面中性轴比值的转换关系式。并根据相关的试验研究数据,分析了以FRP为体外筋和以钢材为体外筋的情况下,等效塑性区长度与破坏截面中性轴比值的差异及变化。结果表明,对FRP体外预应力混凝土梁,这一比值比较稳定,并可取为常数。但该常数与以钢材为体外预应力筋的有所不同,需用该文建立的转换关系式进行转换。在此基础上,建议了既适用于简支梁,亦适用于连续梁;既适用于常规的体外预应力钢筋,亦适用于非常规的体外预应力FRP筋的体外预应力筋极限应力计算方法。     

预应力空腹式钢骨混凝土梁受弯性能研究

通过5根无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁和1根非预应力空腹式钢骨混凝土梁的受弯试验,分析梁截面应变分布、变形、预应力筋内力增量发展及裂缝分布规律。结果表明:在其它参数条件相同的情形下,对空腹式钢骨混凝土梁施加预应力,可显著提高梁的抗裂承载力;以受拉区混凝土开裂和受拉钢骨下边缘屈服为转折点,试验梁的荷载-变形曲线呈三直线特征;破坏形态与非预应力空腹式钢骨混凝土梁相比裂缝出现较迟,裂缝向上开展缓慢,主裂缝特征不明显;建立的无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁的抗裂承载力和极限承载力计算公式与试验结果吻合较好。     

Time-dependent behavior of RC beams strengthened with externally bonded FRP plates: interfacial stresses analysis

External bonding of fibre reinforced polymer (FRP) composites has becomes a popular technique for strengthening concrete structures all over the world. An important failure mode of such strengthened members is the debonding of the FRP plate from the concrete due to high interfacial stresses near the plate ends. For correctly installed FRP plate, failure will occur within the concrete. Accurate predictions of the interfacial stresses are prerequisite for designing against debonding failures. In particular, the interfacial stresses between a beam and soffit plate within the linear elastic range have been addressed by numerous analytical investigations. In this study, the time-dependent behavior of RC beams bonded with thin composite plate was investigated theoretically by including the effect of the adherend shear deformations. The time effects considered here are those that arise from shrinkage and creep deformations of the concrete. This paper presents an analytical model for the interfacial stresses between RC beam and a thin FRP plate bonded to its soffit. The influence of creep and shrinkage effect relative to the time of the casting and the time of the loading of the beams is taken into account. Numerical results from the present analysis are presented to illustrate the significance of time-dependent of adhesive stresses.     

体外预应力连续梁振动特征的分析与研究

Ayaho Miyamoto推导双折线体外预应力简支梁固有频率、熊学玉等对其给出的公式进行修正和扩充,但其公式仅适用于简支梁。本文以两跨单（双）折线体外预应力梁为例,采用整体分析和拉普拉斯变换方法,研究了体外预应力连续梁的横向振动,推导出了频率方程和振型函数的解析表达式,推导过程适用于各种跨度的连续梁固有频率的计算。实测结果与公式计算误差为-2.8%,吻合较好,有利于指导实际工程     

非预应力筋对无粘结预应力混凝土梁性能影响分析

为跟踪无粘结预应力混凝土梁的全过程响应,建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型。该算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题。设计了7根含有不同非预应力筋配筋率的无粘结预应力混凝土梁,利用提出的数值模型对这些梁进行非线性全过程分析。分析结果表明,没有配置受拉区非预应力筋的无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能非常不理想,在梁内配置少量的受拉区非预应力筋,能极大改善梁的性能;随着非预应力筋配筋率的提高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂刚度和极限承载能力有显著提高,而后弹性挠度以及无粘结预应力筋极限应力则明显降低。     

水泥混凝土路面板湿度翘曲形成机理及变形计算

混凝土板内湿度梯度引起的板向上翘曲在车辆荷载耦合作用下可以导致路面板产生早期断裂,所以研究湿度梯度对板变形及应力的影响一直都是道路工程领域亟待解决的问题。但由于缺乏对混凝土路面板内部湿度梯度形成机理的统一认识,及混凝土湿度与变形本构关系的缺失,上述问题一直悬而未决。目前混凝土路面板的变形和应力计算,常常忽略湿度梯度的影响。因此,不能反映处于自然环境中的路面板的实际变形、受力状态。该研究基于水泥基胶凝材料本身特性,并考虑混凝土中水分扩散、吸附的影响,辨别、讨论影响水泥混凝土路面内部湿度状态的三个主要因素,提出混凝土路面板湿度梯度形成机理,给出湿度与变形的本构关系,建立简化的水泥混凝土路面湿度翘曲及应力计算方法。     

The effect of traditional reinforcement – prestressed reinforcement ratio on the behaviour of concrete beams

Firstly, the effect of traditional reinforcement – prestressed reinforcement ratio on the behaviour of concrete beams up to failure was experimentally investigated. The beams were 10 m long and 0.5 m high, with different ratios of traditional and prestressed reinforcement. The total quantity of reinforcement in each beam was selected to provide their equal ultimate bending bearing capacity. Deflections, stresses in concrete, traditional and prestressed reinforcement, as well as concrete cracks, were monitored until the beams failure. Using the previously developed numerical model of authors of this paper for static analysis of spatial frame structures, which can simulate main nonlinear effects of their behaviour, then numerical analysis of tested beams was performed. Good agreement was obtained between the experimental and the numerical results, which confirms the possibility of practical application of the adopted numerical model. Main conclusions and recommendations for practical applications according to results of performed tests are given at the end.     

A new insight on vibrations and buckling of a cantilevered beam under a constant piezoelectric actuation

If external axial forces are not acting on a cantilevered beam, the resultant axial force at any cross section along the beam is equal to zero. Thus according to classical beam theories the lateral vibrations of a cantilevered beam are not influenced by applying a constant electric voltage to collocated surface bonded piezoelectric layers or patches. The purpose of this note is to show that in-plane cross sectional deformations due to small lateral vibrations, that are assumed to have negligible influence in the case of classical beam theories, may change the situation drastically. When coupled with the internal stresses due to the constant electric voltage, these small cross sectional deformations result in a significant influence on the free lateral vibrations.