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.     

有效预应力对无粘结预应力梁受力性能的影响

利用有限元方法,研究了有效预应力对无粘结预应力混凝土梁受力性能和无粘结预应力筋极限应力增量的影响.设计了以有效预应力值为变量的分别承受跨中单点集中荷载以及均布荷载作用的无粘结预应力混凝土梁,利用建立的有限元模型对这些梁进行非线性全过程分析.结果表明,随着有效预应力的提高梁的开裂荷载和开裂弯矩显著提高,若梁破坏时无粘结预应力筋仍处于弹性阶段,则梁的极限荷载和极限弯矩亦显著提高,而无粘结预应力筋极限应力增量逐渐降低.     

无粘结预应力筋极限应力计算方法

建立了基于增量变形的适用于无粘结预应力混凝土梁受力全过程的数值分析方法,可用来分析正常使用状态及承载能力极限状态下,无粘结预应力筋应力的变化情况。本文的方法能够模拟混凝土梁开裂引起的结构刚度变化情况,利用本文所建立的分析方法,研究了不同加载方式、跨高比、预应力筋线形对无粘结预应力筋应力增量的影响。与现有理论计算方法及试验结论的对比结果表明基于增量变形的数值方法略大于理论计算结果,并准确反映了无粘结预应力筋的应力增量与关键截面变形值接近直线关系这一结构机理,说明利用基于增量变形的数值方法可对无粘结预应力筋的应力变化、无粘结预应力混凝土梁的抗弯强度进行较合理而精确的评估。     

无粘结部分预应力高强混凝土梁裂缝宽度计算

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,计算结果与试验结果吻合较好。     

无粘结预应力筋极限应力的变形协调系数法

本文对国内外百余根无粘结预应力混凝土试验梁,应用钢筋混凝土截面非线性有限元法进行了计算比较,分析了影响无粘结筋极限应力增量的因素;提出了变形协调系数法计算无粘结筋极限应力的实用方法,使无粘结梁预应力筋的应力分析与粘结预应力梁统一起来.     

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。     

碳纤维筋无粘结部分预应力混凝土梁受弯性能研究

研究以碳纤维筋为无粘结预应力筋和环氧涂层钢筋为非预应力筋的部分预应力混凝土梁的受弯性能。共进行了8根梁从混凝土开裂、裂缝开展直至梁受弯破坏的全过程试验。测定了梁的开裂弯矩,截面应变分布,变形的发展,裂缝出现、发展及分布情况。在实测碳纤维筋应力增量的基础上,提出了无粘结预应力碳纤维筋极限应力的经验计算公式,给出了碳纤维筋无粘结部分预应力混凝土梁的短期刚度及裂缝宽度的算法。     

有粘结与无粘结混合配置预应力筋混凝土梁在竖向低周反复荷载下的抗震性能研究

采用ABAQUS软件和清华大学开发的滞回材料本构子程序PQ-Fiber对有粘结与无粘结混合配置预应力筋混凝土梁在竖向低周反复荷载下的抗震性能进行研究,重点从滞回性能、骨架曲线、耗能能力、延性、变形恢复能力等5个方面分析有粘结预应力筋与无粘结预应力筋相对含量对混合配置预应力筋混凝土梁抗震性能的影响。研究发现,有粘结与无粘结混合配置预应力筋混凝土梁(尤其是当无粘结筋的配筋比例在30%以内)的抗震性能是良好的。     

FRP筋体外预应力混凝土梁的极限强度分析

通过梁截面的应力—应变关系,在分析体外预应力混凝土梁整体变形的基础上,得到了极限状态下体外预应力FRP筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。本文将体外预应力FRP筋应力的增加看作是作用在梁上等效荷载的增加,因此可以考虑不同的外荷载形式(包括对称荷载和不对称荷载)、不同的截面形式以及不同的体外预应力FRP筋布置对梁极限状态的影响。计算结果与已有试验结果吻合良好。     

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。     

简支梁板中碳纤维筋应力增长影响因素

把握使用阶段无粘结CFRP筋应力增长规律是准确计算无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁板刚度及裂缝开展宽度的基础。为此,基于无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁板全过程分析程序,考察CFRP筋弹性模量与钢筋弹性模量比值、非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、加载方式、跨高比和无粘结CFRP筋布筋形式等参数对正常使用阶段简支梁板中无粘结CFRP筋应力增长的影响规律。     

连续梁中无粘结预应力筋极限应力增量

无粘结筋极限应力增量的合理计算,是较准确计算无粘结预应力混凝土梁正截面承载力和极限荷载的基础。采用弯矩-曲率非线性分析法编制了可考察预应力混凝土梁中无粘结筋极限应力增量的计算程序,通过与16根两跨预应力混凝土连续梁中无粘结筋极限应力实测值的比较,验证了该方法的精确性。最后基于仿真分析结果,得到了预应力筋配筋指标、非预应力筋配筋指标、跨高比、加载形式等参数对承载能力极限状态下连续梁中无粘结筋应力增长的影响规律;建立了无粘结部分预应力混凝土连续梁中无粘结筋极限应力增量的计算公式。     

混凝土连续梁(板)中无粘结预应力钢筋应力增长规律研究

把握无粘结预应力钢筋应力增长规律是准确计算无粘结预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及受弯承载力的基础。首先定义了正常使用阶段无粘结预应力钢筋应力增量与有粘结非预应力钢筋增量的比值为无粘结预应力钢筋等效折减系数。然后针对无粘结部分预应力混凝土受弯构件在受荷过程中无粘结预应力钢筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制了可分别用于考察正常使用阶段和承载能力极限状态无粘结预应力钢筋应力增长规律的计算程序。最后基于模型试验结果和仿真分析结果,得到了无粘结预应力钢筋等效折减系数与非预应力钢筋配筋指标βs和预应力钢筋配筋指标βp的关系式,以及无粘结预应力钢筋极限应力增量与非预应力钢筋配筋指标sβ、预应力钢筋配筋指标pβ和跨高比l/h的关系式。     

跨中集中荷载下部分预应力梁无粘结筋极限应力的研究

本文通过十八根梁的试验,研究跨中集中倚载作用下无粘结部分预应力梁的性能以及跨高比对无粘结筋极限应力的影响,得出跨中集中荷载下无粘结筋极限应力随跨高比增大而降低的结论,并提出无粘结筋极限应力的计算公式。     

部分预应力混凝土梁无粘结筋极限应力的研究

本文研究非预应力粘结钢筋对受弯的部分预应力混凝土梁中无粘结束极限应力的影响。试验研究了22根无粘结和4根有粘结部分预应力梁在三分点荷载作用下的抗弯性能。试验结果表明无粘结束中的应力主要取决于无粘结束和有粘结非预应力筋两者的配筋指标之和。用弯矩-曲率法分析结果与试验结果符合良好。最后给出了一个计算无粘结束极限应力的经验公式。     

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力计算公式

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁中,CFRP筋在梁的两端为有黏结形式,而中间部分为无黏结形式。国内外已有研究表明:与有黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的延性;与无黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁对锚具的依赖性大为减小。基于构件整体变形协调与截面内力平衡条件,建立部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量的简化分析模型,提出可考虑不同无黏结段长度比例影响的、部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量计算公式,并在此基础上推导不同破坏模式下部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,公式计算值与试验结果吻合良好。     

Experiment and numerical modeling of prestressed concrete curved slab with spatial unbonded tendons

Curved prestressed concrete structures with unbonded tendons are widely used in highway interchanges and industrial cooling towers, etc. In engineering practice, there is a demand to establish calculating methods for analyzing and designing these prestressed concrete curved structures with unbonded tendons. However, there are some difficulties in calculating the ultimate strength of these curved structures. The major difficulty is to calculate the ultimate stress in unbonded tendons. The assumption of a plane cross-section cannot be adopted here because of the slip between unbonded tendon and concrete. Thus, many formulas for calculating the ultimate stress in unbonded tendons were mainly based on experimental data fitting. In order to obtain the ultimate stress in unbonded tendons from mechanical principles, instead of using experimental data fitting formula, an advanced nonlinear analysis method to calculate ultimate stress in unbonded tendons is developed. The analysis model is established by using the Reissner-Mindlin medium thickness plate theory allowing for the influence of the transverse shear deformation. The orthotropic increment constitutive model of concrete is extended to solve the medium thickness plate problem. The tension stiffening of the cracked concrete is considered in the nonlinear analysis model. The numerical formulation of calculating the stress increment in an unbonded tendon is established by using the spatial displacement relationship. Instead of using general-purpose programs such as ANSYS and ABAQUS, a computer program specifically for predicting the nonlinear response of a prestressed concrete curved slab structure with unbonded tendons and calculating the ultimate stress in unbonded tendons is developed by authors. Six test models of prestressed concrete curved slabs with unbonded tendons are reported. The calculated results using this program are compared with test results, where their relative deviation is less than 3.0%, which validates the proposed method. These study results can be used for analysis, especially to design the strength of prestressed concrete curved structures with unbonded tendons. And, this research work also proposes a new approach, which can be customized to fit into general purposed FEM programs, such as APDL (ANSYS Parametric Design Language), for analyzing the nonlinear structural behavior of these curved structures.     

部分预应力混凝土梁无粘结筋极限应力计算

通过对国内外６０根试验梁的分析,得出计算无粘结筋极限应力的公式,具有较高的精 度。由该公式可知,非预应力筋对无粘结筋极限应力的影响随配筋强度比的增加发生改变。     

无粘结部分预应力筋极限应力增量评析

介绍了无粘结预应力筋极限应力增量的研究现状,收集了国内外141根无粘结部分预应力混凝土梁(板)试验数据,分析了JGJ/T 92-93,JGJ 92-2004《无粘结预应力混凝土结构技术规程》极限应力增量的优缺点,在对试验数据计算分析的基础上,提出Δσp=120 MPa的观点,同时验证了JGJ 92-2004计算模式的合理性。最后得出配置高强非预应力钢筋的无粘结预应力受弯构件预应力增量极限值可以使用JGJ 92-2004极限应力增量公式计算。