配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁受弯试验

目的研究采用500 MPa钢筋作为纵向受拉非预应力筋的后张有粘结预应力混凝土梁的受弯性能,了解其受弯破坏形态、受弯承载力、裂缝分布及变形等情况,为工程中推广应用500 MPa钢筋提供试验依据.方法采用两点对称集中的同步分级反位加载方式,对8根试验梁进行静力加载试验.结果开裂弯矩实测值与计算值比值的均值为1.094.考虑纵向受压非预应力筋参与受弯作用时,受弯承载力实测值与计算值比值的均值为1.032.正常使用状态下短期挠度和曲率实测值与各自计算值比值的均值分别为1.055和0.988.结论试验梁达到受弯极限状态时,尽管钢绞线配筋率较高而未屈服,但500 MPa钢筋可屈服,且梁的破坏仍具有一定延性.根据平截面假定和应变协调条件计算的受弯承载力与实测值符合较好.可按现行《混凝土结构设计规范》公式计算试验梁的变形.     

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.     

配置600MPa钢筋的预应力混凝土梁受弯性能研究

为研究配置600 MPa级高强钢筋有粘结部分预应力混凝土梁的受弯性能,在静力荷载作用下,进行了9根纵向受拉非预应力筋采用600 MPa级高强钢筋的试验梁受弯性能试验.对比分析试验梁的破坏特征、受力过程、受弯承载力、挠度等.研究结果表明:配置600 MPa级高强钢筋的后张法有粘结部分预应力混凝土梁和配置普通钢筋后张法有粘结部分预应力混凝土梁的受力性能相同;配置600 MPa级高强钢筋的试验梁的受弯承载力可以按照现行《混凝土结构设计规范》中相关公式计算.当600 MPa级高强钢筋取520 MPa的强度设计值时,采用现行规范计算配置600 MPa级高强钢筋的试验梁受弯承载力的安全储备较高.     

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.     

四边支承预应力混凝土双向板内力重分布

GB50010、JGJ92和ACI318等国内外设计规范关于无粘结筋应力增量的计算和弯矩调幅设计都是针对单向受力梁板提出的,四边支承预应力混凝土双向板中无粘结筋应力增量的计算及这类板的弯矩调幅计算尚属空白.针对这一问题,采用ABAQUS大型有限元软件建立了无粘结预应力混凝土四边支承双向板有限元分析模型.考察了非预应力筋屈服强度和综合配筋指标对无粘结筋应力增量以及支座控制截面弯矩调幅系数的影响规律.分析结果表明:在正常使用阶段无粘结筋应力增量随综合配筋指标增大而增大,随非预应力筋屈服强度的提高而增大;在承载能力极限状态无粘结筋应力增量随综合配筋指标增大而减小,随非预应力筋屈服强度的提高而增大;弯矩调幅系数随综合配筋指标增大而减小,随非预应力筋屈服强度提高而减小.建立了无粘结筋应力增量及弯矩调幅系数计算公式,为四边支承无粘结预应力混凝土双向板设计计算提供依据.     

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。     

配置高强钢筋的无粘结部分预应力梁受弯试验研究及有限元模拟分析

通过对3根无黏结部分预应力混凝土梁进行受弯性能试验,对比分析混凝土强度等级对配置600 MPa钢筋的无粘结部分预应力混凝土梁的挠度、抗弯承载力的影响。采用ANSYS软件对试验梁进行有限元模拟,分析结果和试验结果较为吻合。用ANSYS有限元软件分析研究非预应力筋配筋率,非预应力钢筋强度等级及预应力度对梁挠度、极限应力增量及抗弯承载力的影响。研究结果表明:增大非预应力筋钢筋强度可以提高梁的极限承载能力和极限应力增量;提高非预应力筋的配筋率或者增大预应力度可以提高梁的极限承载能力但不会提高粱的极限应力增量。     

配置600MPa级钢筋部分预应力混凝土梁受力性能

通过进行12根有粘结部分预应力、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的试验研究,对比分析混凝土强度等级、预应力筋和非预应力纵向受拉钢筋配筋率对2种部分预应力高强钢筋混凝土梁受弯承载力、挠度及刚度的影响.研究结果表明:增加预应力筋和非预应力筋配筋率能够显著提高有粘结部分预应力、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的受弯承载力,减缓试验梁的刚度退化.有粘结、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的受弯承载力可以按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中相关公式计算.当600MPa级钢筋抗拉强度的设计值取500 MPa时,按规范计算梁受弯承载力具有足够的安全储备.     

预应力FRP加固混凝土梁的变形性能研究

结合试验结果对预应力FRP加固混凝土梁的变形性能进行了理论研究。推导了考虑预应力损失的截面屈服曲率、极限曲率和相应的屈服弯矩、极限弯矩表达式：计算了试件在不同预应力度、不同FRP补强率、不同纵筋含钢率情况下的截面曲率延性系数μφ,并进行了相关因素分析;简化M-φ曲线为两折线模型。分析结果表明：预应力度、预应力FRP补强率、纵向受拉钢筋配筋率ρ和纵向受压钢筋配筋率ρ’对截面曲率延性都有影响,其中纵向受拉钢筋配筋率ρ和纵向受压钢筋配筋率ρ’对截面曲率延性影响较显著。推导的理论计算公式和试验结果吻合较好。     

预应力型钢超高强混凝土梁抗弯延性试验

为研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯延性性能,进行了15根预应力型钢超高强混凝土梁和3根预应力超高强混凝土梁在静力荷载作用下的受弯性能试验.结果表明:内置型钢提高了试验梁承载力的同时,提高了试验梁峰值荷载后的持载能力;试件的位移延性系数随着有效预加力、型钢含钢率、普通纵筋和预应力筋配筋率的增大而降低,随着钢绞线和型钢在截面内位置高度的降低而降低.分析了考虑截面整体配筋情况的综合配筋指数ωc与位移延性系数的关系,通过数据线性回归,给出以综合配筋指数ωc作为单一变量的位移延性系数简化计算公式.     

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.     

Nonlinear behavior of concrete beams with hybrid FRP and stainless steel reinforcements

The full-range behavior of partially bonded, together with partially prestressed concrete beams containing fiber reinforced polymer (FRP) tendons and stainless steel reinforcing bars was simulated using a simplified theoretical model. The model assumes that a section in the beam has a trilinear moment—curvature relationship characterized by three particular points, initial cracking of concrete, yielding of non-prestressed steel, and crushing of concrete or rupturing of prestressing tendons. Predictions from the model were compared with the limited available test data, and a reasonable agreement was obtained. A detailed parametric study of the behavior of the prestressed concrete beams with hybrid FRP and stainless steel reinforcements was conducted. It can be concluded that the deformability of the beam can be enhanced by increasing the ultimate compressive strain of concrete, unbonded length of tendon, percentage of compressive reinforcement and partial prestress ratio, and decreasing the effective prestress in tendons, and increasing in ultimate compressive strain of concrete is the most efficient one. The deformability of the beam is almost directly proportional to the concrete ultimate strain provided the failure mode is concrete crushing, even though the concrete ultimate strain has less influence on the load-carrying capacity. Foundation item: Project (50478502) supported by the National Natural Science Foundation of China     

HRBF500钢筋混凝土大偏心受压柱承载力的试验研究

通过对7根HRBF500钢筋混凝土偏心受压柱和1根HRB400钢筋混凝土偏心受压柱的试验,对500MPa细晶粒钢筋混凝土偏压柱性能有了初步了解.分析了荷载-钢筋应变、混凝土应变曲线以及破坏形态的特点.试验研究表明：500 MPa细晶粒钢筋和普通的HRB400钢筋一样,当作为受力主筋用于受压构件时,其强度能得到充分的利用.在试验和理论分析的基础上,提出了HRBF500钢筋在混凝土柱中的强度设计取值为450 MPa和受压承载力计算公式的建议.     

高铁用HRBF500钢筋混凝土梁疲劳寿命预测分析

HRBF500钢筋是我国冶金行业新研发的超细晶粒高强钢筋,若用于高铁中的钢筋混凝土构件需承受反复荷载,HRBF500钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测成为必须解决的问题.基于ANSYS软件,对配有HRBF500钢筋的矩形和T形混凝土梁的疲劳寿命进行分析,得出影响疲劳寿命的主要因素为配筋率,最小疲劳荷载及荷载幅,寿命预测和试验结果吻合较好.为了使预测方法用于实际工程设计,在有限元计算的基础上进行系统的分析、拟合,提出了HRBF500钢筋混凝土梁疲劳寿命预测的简化计算公式,可为实际高铁工程设计提供参考.     

无粘结预应力筋的极限应力

在我国现行《无粘结预应力混凝土结构技术规程》（ＪＧＪ／Ｔ９２－９３）的建议公式基础上,结合国内外已有试验数据,提出了无粘结预应力筋极限应力计算公式,并结合概率和数理统计知识,对所提公式进行分析研究,证明了该公式具有一定保证率,可用于工程设计计算中;同时,还推荐了美国学者Ａ．Ｅ．Ｎａａｍａｎ等提出的无粘结预应力筋极限应力公式,该公式计算虽较为复杂,但有较高的计算精度。     

无粘结CFRP筋预应力梁刚度及裂缝的计算

为了推导表达形式统一的无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁刚度及裂缝宽度计算公式,定义了无粘结CFRP筋应力增量与有粘结钢筋应力增量的比值为无粘结CFRP筋等效折减系数.在刚度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和与截面有效面积之比这一等效纵向受拉钢筋配筋率替代现行规范中的纵向受拉钢筋配筋率,在裂缝宽度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和这一等效纵向受拉钢筋面积替代现行规范中的纵向受拉钢筋面积.从而形成了与现行规范相协调的刚度及裂缝宽度计算公式,公式的计算结果与试验结果吻合良好.     

配HRBF500级钢筋混凝土梁受弯承载力试验

试验设计制作了7根配有500 MPa细晶粒高强钢筋的钢筋混凝土梁,通过变化保护层厚度、纵筋配筋率、混凝土强度等因素,分析研究高强钢筋混凝土梁的承载力.试验结果表明,应用了500 MPa细晶粒高强钢筋的混凝土梁承载力的实测结果与计算值比较接近,可以继续沿用现有的规范计算模式.     

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.