考虑箍筋约束的预应力型钢高强砼梁延性分析

预应力型钢高强混凝土(PSRHC)梁具有承载力高、截面尺寸小等特点,适用于大跨度、重荷载的建筑结构.为掌握不同设计参数对PSRHC梁构件延性性能的影响,利用数值方法,进行了PSRHC梁静力性能的模拟及多参数分析.首先,基于截面纤维模型,建立了可考虑箍筋约束作用的PSRHC梁的静力全过程数值模拟方法,相关荷载-位移计算曲线与已有试验结果吻合良好.之后,研究了混凝土强度等级、受拉、受压钢筋用量、预应力筋用量、型钢翼缘及腹板厚度、箍筋间距及直径等因素对PSRHC梁延性的影响.结果表明:增大混凝土强度等级,增加受压钢筋及箍筋用量,可提高PSRHC梁的延性;增加受拉钢筋、预应力筋用量,增大腹板厚度,均使得延性降低;而翼缘厚度对延性的影响规律不明显.其中,箍筋间距由50 mm增加至200 mm时,延性系数降低约20.6%;箍筋直径由6 mm增大至10 mm,延性系数增大18%~34%.最后,结合数值试验结果,建立了包含体积配箍筋率及综合配筋指标两个参数的延性系数计算公式,利用此公式评估延性时以3.1作为界限值.     

预应力RPC-NC叠合梁抗弯延性试验分析

为有效推动高性能材料在现代桥梁结构中的应用以满足快速发展的高速铁路技术,本文设计并制作了10根预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁和1根预应力纯NC梁,通过试验方法研究了高性能材料RPC在梁结构中应用后叠合梁的抗弯延性性能,并以叠合梁跨中位移延性系数进行描述.试验主要考虑了RPC高度、预应力比率、NC等级等因素对叠合梁抗弯延性的影响.研究结果表明:随着RPC高度的增加,叠合梁截面配筋指数降低,抗弯位移延性系数增大;随着钢绞线根数的增多,预应力比率增大,位移延性系数相应增大;叠合梁上部NC等级提高后,脆性破坏特征并不明显,抗弯位移延性系数增大.由于RPC材料优异的力学性能以及钢纤维的作用提高了叠合梁在出现峰值荷载后的变形能力,使得其抗弯位移延性要明显优于纯NC梁,可见RPC材料在拥有高强度的同时具有良好的延性特征.同时以试验数据为基础,拟合出适用于预应力RPC-NC叠合梁抗弯位移延性系数的计算公式.     

预应力钢骨混凝土梁动力性能参数

为促进预应力钢骨混凝土梁这一新型结构型式在地震区的推广应用,对7根跨度为3800mm、2根跨度为4500mm的预应力钢骨混凝土简支梁的骨架曲线进行了仿真分析,仿真分析结果与试验结果吻合较好.利用仿真分析方法,探索了截面型钢抗力与截面总抗力之比(α)与截面预应力筋抗力与截面总抗力之比(r)两个参数对截面单调弯矩-曲率曲线和构件单调荷载-位移曲线的影响,统计回归了预应力钢骨混凝土梁曲率延性和位移延性的计算公式.最后建立了与试验结果吻合较好的预应力钢骨混凝土梁荷载-位移恢复力模型和弯矩-曲率恢复力模型.     

预应力超高强混凝土梁剪切延性分析

为了研究预应力超高强混凝土梁的剪切延性,对15根后张法有粘结预应力超高强混凝土简支梁进行受剪性能试验,研究了剪跨比、配箍率、混凝土强度和预应力度对试验梁的破坏形态和剪切延性的影响规律.试验结果表明:预应力超高强混凝土梁的破坏形态与预应力普通混凝土梁相似,当剪跨比为1.5≤λ≤2.5时,破坏形态均为剪压破坏;剪切延性随着剪跨比、配箍率、混凝土强度的增加而增大,随着预应力度水平提高而降低;建立了预应力超高强混凝土梁剪切延性系数的计算公式,计算结果与试验结果对比表明,剪切延性系数计算值与试验结果吻合良好,研究成果将为预应力超高强混凝土梁的设计计算与工程应用提供理论依据.     

配置HRBF500钢筋的无粘结预应力梁受弯性能试验研究

进行了10根简支梁的受弯性能试验,研究了以HRBF500钢筋作为纵向受拉钢筋的无粘结预应力混凝土梁的破坏特征、预应力增量、受弯承载力以及位移延性。试验研究表明：在达到极限状态之前,试验梁中受拉的HRBF500钢筋均已屈服;梁破坏时,受压区混凝土压碎,破坏较为突然;无粘结预应力筋的实测极限预应力增量与综合配筋指标仍基本成线性关系,但较规范GB 50010-2010中公式的计算值明显偏大,计算值与试验值比值平均为0.35;梁跨中的屈服位移较大,但位移延性较差,位移延性系数平均为1.67,且随综合配筋指标增大,位移延性系数减小。根据笔者及相关文献中的试验结果,分析得到了无粘结预应力筋的极限预应力增量计算的建议公式,当极限预应力增量试验值〈450MPa时,该式的计算值与试验值符合较好。     

预应力混凝土梁受力全过程有限元分析

采用考虑材料非线性的有限元方法,选取适当的混凝土、普通钢筋和预应力筋的本构关系和单元类型,对6根预应力混凝土梁的受力全过程变形性能进行了非线性有限元分析,获得了梁的跨中弯矩-挠度曲线,受压边缘混凝土和预应力筋的荷载-应变曲线以及屈服位移、极限位移和位移延性系数等计算成果,与试验成果对比符合良好表明,基于ANSYS程序建立的有限元数值模型用于研究预应力混凝土受弯构件的变形性能是可行的.     

预应力超高强混凝土简支梁抗弯性能分析

为探讨预应力超高强混凝土梁的抗弯性能,进行了4根后张法有粘结预应力超高强混凝土简支梁在竖向静力荷载作用下的受力性能试验,分析了试件受力过程、破坏形态、短期最大裂缝宽度以及跨中挠度等相关试验数据.结果表明:预应力超高强混凝土梁受弯破坏形态和挠曲模式与预应力混凝土梁基本相同;试验梁跨中控制截面基本符合平截面假定,极限承载力按照规范正截面抗弯理论计算可行.通过分析试验数据,在现行规范的基础上修正了裂缝宽度及挠度计算公式.研究结果可为超高强混凝土梁的设计以及相关规范的修订提供理论依据.     

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁抗弯试验

为了研究无粘结预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）筋锚具的锚固性能和无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力性能,进行了4根无粘结预应力CFRP筋混凝土梁和2根对比混凝土粱的抗弯试验。结果表明：研发的预应力CFRP筋锚具具有很好的可靠性,无粘结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的受力性能和延性,非预应力钢筋是影响预应力CFRP筋混凝土梁延性和极限荷载最重要的因素;推导的简化公式可以准确地计算无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的极限荷载。     

翼缘削弱的型钢混凝土节点试验与有限元分析

通过对1个足尺寸节点试件的低周反复荷载试验和分析,研究了翼缘削弱的型钢混凝土节点的抗震性能.试件按“强节点”设计且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱并适当增加梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位纵向钢筋的配筋量.试验结果表明:节点试件的位移延性系数为5.88,符合抗震设计的延性要求;在最大荷载时,试件的等效粘滞阻尼系数为0.34,耗能能力强.有限元分析表明:在型钢混凝土节点中采用这种构造措施,能够把塑性铰控制在梁型钢翼缘削弱的位置,从而降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力.翼缘削弱的型钢混凝土节点数值模拟结果与试验结果吻合较好,表明所建立的型钢混凝土节点数值模拟技术合理,可用于对型钢混凝土节点受力性能进行深入研究.     

无粘结部分预应力纤维聚合物筋混凝土梁试验

目的研究无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件的受力性能,荷载作用下CFRP筋应力增量、受弯构件变形以及裂缝分布特征.方法设计制作4根简支试验梁,梁中以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通钢筋作非预应力筋,对试验梁在两点进行分级加载,根据各梁试验结果对这类梁的受力性能展开研究.结果试验梁的裂缝分布比较均匀,且主要集中在纯弯曲段;混凝土的开裂对梁的变形及CFRP筋应力增量影响不大,而非预应力钢筋屈服后,试验梁变形及CFRP筋应力增量明显增大,且CFRP筋极限应力增量受综合配筋指标影响显著;提出了以综合配筋指标为自变量的无粘结CFRP筋极限应力增量计算公式.结论无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件有良好的力学性能,试验结果为开展这类梁的设计研究提供了理论依据.     

Experimental Study on Flexural Behavior of Post-Tensioning Bonded Partially Prestressed Ultra-High Strength Concrete Beams

This paper presents the results of four partially prestressed ultra-high strength concrete beams in flexure. The test results are used to evaluate the effects of prestressing tendon depth and area on flexure behavior of specimen beams. The test results indicate that: the cracking load,yielding load,peak load and stiffness postcracking of specimen beams are enhanced by reducing prestressing tendon depth or increasing prestressing tendon area, and the flexural ductility is improved by increasing prestressing tendon depth or reducing prestressing tendon area. The effect of complex reinforcement index considering the strength of the equivalence principle and the reinforcement position on loading levels under serviceability limit state,flexural strength and displacement ductility factor are studied. The influence coefficient of prestressing tendon kpis introduced in the complex reinforcement index. As the complex reinforcement index increases, the loading levels under serviceability limit state and flexural strength increases linearly,and the displacement ductility factor decreases linearly. The test results also verify the conventional beam flexural theory based on the plane cross-section assumption for predicting ultimate flexural strength of partially prestressed ultra-high strength concrete beams is valid. After the introduction of the coefficient kp,the calculation method of cracks in code for design of concrete structure in china are appropriated for the specimen beams.     

Analysis and calculation of factors on curvature ductility of unbonded prestressed concrete beams

Whether the prospective plastic internal force redis-tribution in unbonded prestressed concrete(UPC)con-tinuous structures can occur or not is mainly determinedby the rotating capacity of plastic hinge in interior sup-port regions.While the rotating capac…     

预应力钢绞线超高强混凝土H型桩弯剪性能试验研究

为了解决河道护岸和基坑围护工程中普通预应力混凝土管桩水平承载力低及变形延性差的问题,研发了预应力钢绞线超高强混凝土H型桩. 通过对2种规格的8根H型桩试件进行足尺抗弯及抗剪性能试验,研究H型桩的抗裂性能、抗弯（剪）承载力、变形延性及破坏特征. 结果表明：预应力钢绞线超高强混凝土H型桩抗弯破坏模式为受压区混凝土压溃,抗剪破坏模式为斜截面剪压破坏;抗弯试验桩身竖向裂缝较多且分布均匀,抗剪试验桩身裂缝较少且斜裂缝出现滞后于竖向裂缝;试件抗裂弯矩和开裂剪力试验值与规范公式计算值相近,极限抗弯承载力较计算值偏大约30%. 对比预应力超高强混凝土管桩抗弯试验结果表明,H型桩具有更好的变形延性和整体性.     

Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube’s outside diameter and the secondary bottom chord steel tube’s section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.     

Seismic Performance of Steel Reinforced Ultra High-strength Concrete Columns

The seismic performance of steel reinforced ultrahighstrength concrete columns (SRSHC) with various shearspan ratios (λ) were studied through a series of experiments. The concrete compressive cube strength value of experimental specimens ranged from 92.9 MPa to 108.1 MPa. The main experimental variables affecting seismic performance of specimens were axial load ratio and stirrup reinforcement ratio. The columns (λ=2.75) subjected to low cyclic reversed lateral loads failed mainly in the flexuralshear mode failure and columns (λ≤2.0) subjected to low cyclic reversed lateral loads failed mainly in the shear mode failure. Shear forcedisplacement hysteretic curves and skeleton curves were drawn. Coefficient of the specimen displacement ductility was calculated. Experimental results indicate that ductility decreases with axial pressure ratio increasing, and increases with stirrup reinforcement ratio increasing. Limit values of axial pressure ratio and minimum stirrup reinforcement ratio of columns are proposed to satisfy definite ductility requirement. The suggested values provide a reference for engineering application and for the amendment of the current Chinese design code of steel reinforced concrete composite structures.     

带ECC底板的装配式梁受弯性能及损伤分析

为改善目前装配式叠合梁常存在后浇区易开裂、构件延性较差、易损伤等缺点,将工程水泥基复合材料(ECC)应用于叠合梁的底板及后浇区,进行了11个梁试件的纯受弯试验.研究该种试件受弯性能及ECC板厚度、钢筋连接方式、配筋率等因素对其受弯性能的影响;分析其特征点的承载力与位移,测量试件的裂缝宽度及其发展趋势并分析损伤演化规律.结果表明:带有ECC底板和后浇拼缝的装配式梁比普通混凝土梁开裂、屈服、极限状态下的荷载及位移及试件延性均有提高,且ECC底板越厚,提高作用越显著;采用套筒或环箍-插筋的方式均可有效传递钢筋应力;采用带ECC底板的装配式梁可有效控制纯受弯区裂缝宽度,且其破坏时损伤指数更大.其在损伤严重时仍可承受荷载,适合应用于装配式结构的关键节点.     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验.研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足.HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求.推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响.在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求.HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快.同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高.