高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度计算方法研究

为研究配置高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度特点及其计算方法,分别进行了5根配置400MPa和5根配置500MPa级纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验.结合收集到的22根高强钢筋轻骨料混凝土梁的试验结果,评估了相关规范中短期受弯刚度计算公式的适用性.试验结果表明,试件在纵筋屈服前的跨中弯矩-平均曲率曲线先近似呈直线,开裂后呈微凹曲线;与普通混凝土梁相比,轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度较小.根据《轻骨料混凝土结构技术规程》(JGJ 12-2006)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)短期受弯刚度计算公式得到的试件刚度计算值均比试验值偏小.利用试验数据,基于跨中弯矩-平均曲率曲线特点给出了配置高强钢筋轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度一般计算模式,并基于该计算模式下的特例(双折线法)构建了与预应力混凝土构件刚度公式统一的修正计算公式,按该公式所得刚度计算值与试验值吻合较好.     

高强轻骨料混凝土梁承载力的研究

在6根高强轻骨料混凝土梁、2根高强普通混凝土梁正截面受弯承载力试验的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的正截面受弯承载力的计算方法;在对110根轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力试验数据分析的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的斜截面受剪承载力计算公式,为《轻骨料混凝土结构技术规程》的编制提供依据。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期裂缝试验研究

进行了10根配置400MPa和500MPa高强纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验,获得了10组裂缝间距和39组短期裂缝宽度数据,并收集了国内外27根高强钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝试验数据。采用以上数据,分析了钢筋轻骨料混凝土梁的裂缝特征,并评估了JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》中裂缝计算公式的适用性。结果表明,JGJ 12—2006的短期裂缝特征值计算方法仍适用于高强钢筋轻骨料混凝土梁,但按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度与试验值有一定偏差,二者之比的均值为0.992、1.276和1.037,因此建议对JGJ 12—2006中公式的部分参数进行修正。通过对试验数据的回归分析,得到了梁侧面受拉纵筋中心处裂缝宽度的修正计算式,以及梁侧面受拉钢筋中心处与受拉边缘裂缝宽度的换算关系式,建议公式计算得到的裂缝宽度和试验值吻合较好。     

钢筋高强再生混凝土足尺梁长期荷载作用下变形性能试验研究

为研究钢筋高强再生混凝土梁长期荷载下的变形性能,进行了6根足尺梁试件变形性能试验研究。梁截面尺寸为200mm×300mm,长3300mm,净跨3000mm;各梁配筋相同,纵筋配筋率1.13%,体积配箍率0.54%,纵筋净保护层厚度20mm;混凝土为再生粗骨料混凝土,细骨料为天然砂,再生粗骨料取代率分别为0%、33%、66%、100%,再生混凝土设计强度等级为C55~C60;针对两种不同持荷水平,进行了长期荷载试验。试验中得到了荷载、梁挠度、温度、湿度随时间的变化情况。分析了不同持荷水平、不同再生粗骨料取代率梁的挠度随时间变化的规律;拟合得到了挠度-时间关系曲线及其表达式。研究表明：低持荷水平下（加载弯矩与屈服弯矩比值为0.29）高强再生混凝土梁徐变挠度比天然骨料混凝土梁的略大,挠度增大系数比高持荷水平下（加载弯矩与屈服弯矩比值为0.46、0.47）的梁挠度增大系数略大;再生粗骨料混凝土梁长期荷载下挠度增大系数可按普通混凝土梁挠度增大系数的1.1倍采用;曲线拟合及分段线性拟合得到挠度计算值与实测值吻合较好。     

高强轻骨料混凝土梁受剪性能分析

高强轻骨料混凝土具有强度高、自重轻、抗冻抗渗性能好等诸多优点,具有良好的应用前景,但其弹性模量低,脆性破坏显著。收集了大量轻骨料混凝土梁受剪性能试验结果,通过LC40强度等级将其分为普通强度轻骨料混凝土梁和高强轻骨料混凝土梁,结合各国规范建议方法和典型统计模型对其承载能力进行计算,并与试验结果进行对比分析。研究表明:轻骨料混凝土梁的受剪承载力低于同等级的普通混凝土梁,且随着混凝土强度的提高,轻骨料混凝土梁的受剪承载能力提高幅度减小,建议依据强度差异选取不同的混凝土强度折减系数用于规范设计。     

轻骨料混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为研究骨料种类对无腹筋梁受剪性能的影响,以剪跨比和纵筋配筋率为变量,进行了16根集中荷载作用下的无腹筋混凝土简支梁受剪性能试验,其中8根采用普通碎石混凝土,8根梁采用页岩陶粒（轻骨料）混凝土,对轻骨料和普通混凝土梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、受剪承载力、跨中挠度、裂缝面相对位移等进行了观察和测量。对比分析表明：轻骨料混凝土梁的斜向开裂荷载和受剪承载力均低于普通混凝土梁,其裂缝面较普通混凝土的更加光滑;将轻骨料混凝土梁受剪承载力试验值与采用我国JGJ 12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》和美国规范ACI 318-11、加拿大规范CSA 23.3-04、欧洲规范EC 2方法的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和从国内外文献中搜集的126组已有试验数据,对我国JGJ 12-2006的受剪承载力公式的准确性和安全性进行探讨,提出了无腹筋轻骨料混凝土梁受剪承载力计算的建议公式。     

高强轻骨料混凝土梁抗剪承载力的试验分析与计算

通过集中荷载作用下的8根高强轻骨料混凝土简支梁的抗剪试验研究,分析了高强轻骨料混凝土梁的抗剪破坏形态和抗剪性能。结合国外大量砂轻混凝土简支梁抗剪试验结果的分析,提出了砂轻混凝土无腹筋梁斜向开裂荷载和抗剪极限荷载的计算公式,与试验结果符合较好。在此基础上,建议了砂轻混凝土无腹筋梁和有腹筋梁的简化抗剪计算公式。     

高强钢筋高强混凝土受弯构件的变形性能试验研究

本文进行了９根高强钢筋高强混盛大梁和２根普通钢筋高强混凝土梁的试验研究，探讨了其受力变形特点。经分析推导，提出了高强钢筋高强混凝土梁的抗裂弯矩和裂缝宽度计算公式，以及刚度、挠度计算方法，其计算结果与试验结果符合较好。     

再生粗骨料混凝土梁正截面受弯性能研究

参照普通混凝土配合比设计方法配制再生粗骨料混凝土,采用相同尺寸和配筋率制作了6根再生混凝土简支梁和2根普通混凝土简支梁,进行静力加载试验.结果再生粗骨科取代率为30％时,再生混凝土梁的极限弯矩最大.用普通混凝土公式计算再生混凝土梁的开裂弯矩时,当再生粗骨料取代率大于50％时,建议修正系数取0.7;用普通混凝土公式计算再生混凝土梁正截面的极限承载力时,计算结果与试验结果符合较好.     

高强轻骨料混凝土梁的长期性能试验研究

进行了28d强度为60.8MPa和64.4MPa的3根高强轻骨料混凝土梁近1年的长期荷载试验。试验结果表明,在持续荷载作用下,轻骨料混凝土梁的长期变形在初期发展较快,后期发展较慢;受压区配筋能够约束梁的长期变形发展,配筋率越高,长期变形越小。结合编制的混凝土结构长期性能分析程序,基于材料收缩和徐变试验数据,对试验梁进行了计算分析,计算值与试验结果吻合较好。还分别采用几个规范方法对长期挠度增大系数进行了分析,结果表明,ACI318和ACI435方法与试验结果比较吻合,而《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)与《轻骨料混凝土桥梁技术规程》(报批稿)的计算结果对试验偏于不安全。     

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。     

基于试验数据的高强混凝土梁抗剪承载力计算方法Ⅰ.无腹筋梁

为了研究高强混凝土无腹筋梁抗剪承载力的计算方法,收集国内外关于高强混凝土无腹筋梁抗剪试验的抗剪承载力、混凝土强度、剪跨比、截面有效高度、受拉纵筋配筋率等试验数据,整理成包含291组数据的数据库。利用数据库中的实测数据对中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、美国混凝土结构设计规范ACI 31-14和Zsutty提出的混凝土梁抗剪承载力公式用于高强混凝土梁的适用性进行评价,并分情况进一步研究中国规范公式,修正中国规范公式中的参数,得到一个新的公式。结果表明:3个公式用于高强混凝土梁时,Zsutty公式的预测结果最精确,中国规范公式的预测结果准确性次于Zsutty公式但好于美国规范公式;所得出的新公式较原规范公式更加适用于高强混凝土无腹筋梁。     

Seismic behavior of high strength concrete beams

Experimental and analytical studies on the seismic performance of high strength concrete beams in moment resisting frame structures are described. Two large-scale high strength concrete and two counterpart normal strength concrete model beams with a length-to-depth ratio of 6·0 (i.e. shear span ratio of 3·0) have been tested under cyclic shear and double bending. The beams were heavily reinforced in the longitudinal direction to study beam performance under high seismic shear demand. Transverse reinforcement was designed following the seismic design provisions of current ACI 318–95 code. Both high and normal strength concrete beams developed ductile flexural responses. High strength concrete beams exhibited increased capacity and improved hysteretic performance compared to normal strength concrete beams. A simple analytical approach based on the moment curvature characteristics of critical sections has also been developed to predict the flexural behavior of structural beams. Comparison of analytical and test results indicates that behavior of high strength concrete beams can be satisfactorily predicted. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于试验数据的高强混凝土梁抗剪承载力计算方法Ⅱ.有腹筋梁

收集了国内外学者所做的281根高强混凝土有腹筋梁剪切破坏的试验数据,建立了高强混凝土有腹筋梁剪切破坏的数据库。将数据库中所有梁的试验结果与中国《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）、美国混凝土结构设计规范ACI 318 14中的公式以及Zsutty公式所预测的结果进行比较,研究各公式对于高强混凝土梁的适用性,再将GB 50010—2010公式中的系数进行修正,得到一个新的公式。结果表明:Zsutty公式的预测结果最精确,美国ACI 318 14规范中公式的预测结果最为保守;新公式较原规范公式更加适用于高强混凝土有腹筋梁。     

Research on non-linear structural behaviors of prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes

The flexural behaviors of fully and partially prestressed concrete beams made of high strength and steel fiber reinforced concretes are studied by experiment and non-linear finite element method. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and for each PPR, a pair of two-span continuous beams with box-section are designed. In each pair of the test beams, one is constructed by the high strength concrete completely, and for the other one the steel fiber reinforced concrete is used in the negative moment zone (the mid-support zone). Such structural behaviors as the deflection of beam, the formation and the development of crack, the strain of concrete and reinforcement bar, and the moment redistribution are investigated. A non-linear finite element analysis program is developed and applied. The constitutive behavior of concrete is modeled by the microplane theory. A four-nodal six-DOF (degree of freedom) degenerated shell element is adopted to simulate the structural behaviors of the box-section beam. To obtain the ultimate limit state of the structure, the arc-length method is introduced in the non-linear solution. The analytical results agree well with test ones. The influences of the steel fiber reinforced concrete used in the negative moment zone on the structural behaviors are mainly concerned.     

重复荷载作用下无粘结部分预应力高强混凝土梁正常使用阶段性能研究

通过26根无粘结部分预应力高强混凝土梁,研究了影响裂缝宽度及裂缝闭合和变形的主要因素,将无粘结部分预应力高强混凝土梁在使用荷载作用下的受力状态转化为偏心受压构件的受力状态,求解非预应力筋的应力,然后采用现有规范裂缝宽度计算公式来求无粘结部分预应力高强混凝土梁的裂缝宽度,并建立了重复荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁裂缝宽度计算公式;应用名义拉应力建立了闭合弯矩计算公式.将预应力筋和非预应力筋对无粘结梁跨中最大挠度的影响,用无粘结配筋指标和综合配筋指标之比η和换算配筋率αpρ这两个参数来反映,并且采用与国内有关规范相一致的直接双直线法,建立了任意荷载作用下的无粘结部分预应力高强混凝土梁变形计算公式.计算结果与试验结果吻合较好.     

Deformability design of high‐performance concrete beams

The use of high‐performance materials (HPMs) such as high‐strength concrete (HSC) and high‐strength steel (HSS) is becoming more popular in the construction of beams and columns of tall buildings. These HPMs not only increase the stiffness and decrease the strength‐to‐weight ratio, but also provide a more sustainable construction method by minimising the construction materials needed. However, HSC and HSS are more brittle than normal‐strength concrete and steel, respectively. Therefore, it will adversely affect the deformability of concrete beams. To evaluate the pros and cons of adopting HPM in beam design, the author will investigate the flexural strength and deformability of concrete beams made of HPMs. The deformability in this study is expressed in normalised rotation capacity and investigated by a parametric study using nonlinear moment–curvature analysis taking into account the degree of reinforcement, confining pressure, concrete and steel yield strength. From the results, it is evident that the deformability of concrete beams increases as the degree of reinforcement decreases or confining pressure increases. However, the effects of concrete and steel yield strength depend on other factors. For practical design purpose, charts and formulas are produced for designing high‐performance concrete beams to meet with specified flexural strength and deformability requirement. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。     

部分预制装配型钢混凝土梁受力性能试验研究

结合国内外现有研究成果,提出部分预制装配型钢混凝土梁。结合2个系列7个梁试件的受弯性能静力试验及3个系列17个梁试件的受剪性能静力试验,对部分预制装配型钢混凝土（PPSRC）梁、空心部分预制装配型钢混凝土（HPSRC）梁的受弯性能以及处于正、负弯矩区段的部分预制装配型钢混凝土（PPSRC）梁和采用蜂窝型钢的部分预制装配型钢混凝土（PPCSRC）梁的受剪性能进行试验研究。结合与全现浇型钢混凝土（SRC）梁试件的比较分析,对制作方式、截面形式和现浇混凝土强度对PPSRC梁、HPSRC梁以及PPCSRC梁受力性能影响进行了分析。结果表明,文中提出的预制外壳能够很好地与现浇混凝土协同工作,浇筑方式及现浇混凝土强度对试件的承载力影响较小。基于试验结果提出适用于PPSRC梁及PPCSRC梁的实用抗剪公式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

集中荷载下无腹筋钢筋混凝土约束梁的抗剪强度

本课题通过18根无腹筋钢筋混凝土约束梁的抗剪试验,研究了无腹筋钢筋混凝土约束梁的抗剪强度随剪跨比m和弯矩比n变化的规律,即剪跨中反向弯矩对抗剪性能的影响。提出了适用于无腹筋钢筋混凝土约束梁的抗剪强度公式。