体外预应力筋极限应力增量的理论分析与试验研究

为研究体外预应力梁受弯破坏过程的力学性能及体外预应力筋极限应力增量,对比分析了各国规范关于体外预应力筋应力增量的计算方法,设计并完成了2根体外预应力波形钢腹板简支组合梁的抗弯承载力试验,编制了非线性全过程分析程序对2根梁进行了分析;以跨高比为主要变量,考虑混凝土强度、截面配筋状况、体外预应力筋有效预应力等因素,以平截面假定为基础,根据极限状态时梁截面内力平衡条件,通过增大受压区混凝土面积建立了体外预应力筋极限应力增量的简化计算公式,并用搜集到的19根试验梁数据对该计算公式加以验证。结果表明:体外预应力组合梁受弯破坏全过程与体内预应力梁基本类似,但是梁破坏时体外预应力筋还未进入屈服阶段,利用各规范公式计算的体外预应力筋极限应力增量比试验值小很多,与试验梁普通受拉钢筋屈服时的体外预应力筋应力增量相当;体外预应力筋的极限应力增量与跨中挠度近似呈直线关系;计算结果与试验结果吻合良好,该公式具有一定的参考价值。     

波形钢腹板组合梁无黏结预应力筋应力增量研究

预应力波形钢腹板组合梁翼板内的无黏结预应力筋应力变化与梁上荷载之间存在显著的相关关系,因而无黏结预应力筋的应力增量可以通过截面配筋指标等相关参数建立回归公式。参数分析表明:对于受弯破坏的预应力波形钢腹板组合梁,影响翼板内无黏结预应力筋应力增量的主要参数为受拉翼板的钢筋屈服强度及配筋率、钢翼缘板屈服强度及面积、翼板混凝土强度以及混凝土翼板厚度与梁截面高度之比,而波形钢腹板的厚度及其屈服强度、预应力筋的初应力及预应力筋配筋面积、梁跨高比等参数影响很小。通过大量计算分析,建立了翼板内无黏结预应力筋应力增量与受拉翼板的钢筋屈服强度及钢翼缘板屈服强度的关系,并提出了预应力波形钢腹板组合梁屈服时预应力筋应力增量计算方法,计算结果精度较好。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法

国内外已有试验研究表明,有粘结预应力FRP筋混凝土梁的破坏模式包括界限破坏、受压破坏与受拉破坏三种。在我国现行规范中尚无关于预应力FRP筋混凝土梁的设计规定,在ACI440.4R-04规范中虽有相关的规定,但其针对的是截面受拉区仅配置预应力FRP筋的混凝土梁。对截面受拉区同时配置预应力FRP筋和非预应力钢筋、预应力FRP筋和非预应力FRP筋这两种混合配筋形式下的有粘结预应力FRP筋混凝土梁的正截面抗弯承载力计算方法进行了研究。基于受弯截面的极限状态分析,分别提出了三种破坏模式下正截面抗弯承载力的计算公式。为了验证公式,进行了6根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的单调静力试验以及基于ANSYS软件的非线性有限元参数分析。应用建议公式对课题组及国外完成的48根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果和6根梁的参数分析结果进行了计算与对比,计算值与试验结果和参数分析结果吻合较好。     

变预应力度混合配筋混凝土管桩受弯性能

为提高混合配筋预应力混凝土管桩的延性，采取降低预应力钢棒张拉应力及对高强热扎钢筋施加一定的张拉应力形成变预应力度混合配筋混凝土管桩。通过对4根变预应力度混合配筋混凝土管桩和1根传统混合配筋预应力混凝土管桩进行受弯性能试验和有限元分析，研究预应力钢棒和高强钢筋不同张拉控制应力对混合配筋混凝土管桩受弯性能的影响。试验和有限元分析结果表明：与传统PRC管桩的破坏形态类似，变预应力度混合配筋混凝土管桩仍属于受弯破坏；随着预应力钢棒预拉应力的降低(0.6f_ptk降至0.4f_ptk,f_ptk为钢棒抗拉强度标准值),管桩的位移延性系数逐渐增大(提高约32%),而对应的开裂弯矩逐渐减小，但对受弯承载力影响较小；随着高强钢筋预拉应力的增大(0.4f_yk增至0.8f_yk,f_yk为钢筋屈服强度标准值),管桩的位移延性系数随之增大(提高约为60%)。考虑预应力钢棒受拉区合力取值的影响，推导了变预应力度混合配筋混凝土管桩的受弯承载力计算式，计算值与试验结果的比值约为0.85,具有合...     

配置HRBF500钢筋的无粘结预应力混凝土梁短期刚度试验研究

通过8根矩形截面梁的受弯试验,研究配置HRBF500纵向钢筋的无粘结预应力混凝土梁短期受弯刚度,并对国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中的刚度计算公式进行了评析.试验研究结果表明:设计规范GB 50010的短期受弯刚度计算模式对配HRBF500钢筋的无粘结预应力混凝土梁仍适用,但按设计规范GB 50010计算的短期刚度总体上比试验值偏小,二者之比平均为0.857.根据试验结果,提出无粘结预应力混凝土梁刚度比值系数w的修正建议,修正后的计算值与试验值符合较好.     

配置600MPa钢筋有粘结部分预应力混凝土梁抗弯性能研究

对5根配置600MPa钢筋有粘结部分预应力混凝土梁进行静力加载试验,对试验梁的受弯承载力、混凝土应变、裂缝分布及延性等进行了分析,研究了混凝土强度及非预应力钢筋配筋率对试验梁抗弯性能的影响。结果表明:试验梁达到受弯极限状态时,尽管钢绞线未屈服,但600MPa钢筋可屈服,且梁的破坏仍具有一定的延性;试验梁跨中截面混凝土应变基本符合平截面假定,极限承载力可按照桥涵设计规范中抗弯理论公式计算;提出600MPa钢筋在预应力混凝土梁中抗拉强度设计值取500MPa,为600MPa钢筋在预应力混凝土结构中的应用提供参考依据。     

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。     

配置高强钢筋的UPC梁预应力筋极限应力增量试验研究

为了研究配置高强钢筋的UPC梁的预应力筋极限应力增量的影响因素,进行了9根UPC试验梁静载试验。试验结果表明,配置HRB500级非预应力钢筋的UPC梁的预应力筋极限应力增量随HRB500级非预应力筋配筋率的提高而降低;相对低强度等级的非预应力筋,HRB500级钢筋作为非预应力筋能提高UPC梁的预应力筋极限应力增量,且预应力筋为抛物线型布置的UPC梁的极限应力增量大于预应力筋直线型布置时的值;非预应力钢筋采用高等级钢筋时,按JGJ92-2004《无粘结预应力混凝土结构技术规程》给出的公式计算无粘结预应力筋极限应力增量值偏于安全。     

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。     

与有粘结相协调的无粘结预应力混凝土梁刚度及裂缝宽度计算方法

由于无粘结筋相对于其周围混凝土可发生纵向相对滑动,因此受弯构件中的无粘结筋对构件抗弯刚度的贡献及其对裂缝开展的抑制作用小于有粘结预应力筋。为了实现无粘结与有粘结预应力混凝土受弯构件刚度及裂缝宽度计算方法的协调和统一,提出了受弯构件中无粘结筋等效折减系数的概念,通过对无粘结预应力混凝土受弯构件的变形试验数据和按已有公式对设计试件的变形试算数据进行分析,得出了无粘结筋等效折减系数的建议取值(α=0.23)。用等效纵向受拉钢筋配筋率代替有粘结预应力混凝土受弯构件刚度计算公式中纵向受拉钢筋配筋率,用等效纵向受拉钢筋面积代替用于计算有粘结预应力混凝土受弯构件裂缝宽度的纵向受拉钢筋等效应力计算公式中的纵向受拉钢筋面积,就可分别得到与有粘结相协调的无粘结预应力混凝土受弯构件刚度及裂缝宽度计算公式,两公式计算结果与试验结果均吻合良好,可用于工程设计。     

预应力高强混凝土梁抗震性能试验研究

对三根混凝土强度等级为C80,纵筋为1860级钢绞线和HRBF500级钢筋的预应力混凝土梁进行低周反复加载试验,在此基础上对其抗震性能进行分析和研究。结果表明,预应力高强混凝土梁的破坏状态为受压区混凝土压碎,受拉钢筋和钢绞线均未拉断;由于高强混凝土脆性较大的特点,试件在反复荷载作用下破坏较为突然,承载力退化较快;试件的滞回环较饱满,有一定的耗能能力;试件的屈服强度和极限强度随换算配筋率的增大而增加,延性系数则随换算配筋率的增大有所减小。试验所采用的中等配筋率的预应力高强混凝土梁,在低周反复荷载下有一定的变形能力;预应力高强混凝土梁有较好的变形恢复能力;较小的预应力强度比有利于提高预应力混凝土构件的耗能能力。     

体外预应力竖向张拉法加固钢筋混凝土梁试验研究

对7根钢筋混凝土简支梁(2根对比梁、5根加固梁)进行3点加载试验,并通过试验数据,分析了不同张拉控制应力下各梁破坏形态、裂缝开裂情况及受力钢筋、体外预应力筋应变变化规律。试验中采用了加载前施加预应力、加载至开裂卸载施加预应力、加载至开裂不卸载施加预应力3种工况,以模拟实际工程中各种状况。最后,参照各国无粘结预应力筋极限应力理论及基于塑性铰的极限状态理论,研究试验梁的正截面抗弯极限弯矩的计算方法。通过对各国无粘结预应力筋极限应力的计算值对比表明,在二次效应影响较小的情况下,体外预应力结构可采用无粘结预应力结构的研究成果。     

加筋混凝土梁延性系数计算方法

由于纤维增强复合材料(FRP)筋不存在屈服状态,传统的延性系数计算方法不适用于FRP筋混凝土梁和混合配筋(钢筋+FRP筋)混凝土梁。为了提出一个相对完善的、统一的加筋混凝土梁截面延性计算方法,在对既有各类加筋混凝土梁延性指标计算方法进行分析的基础上,从抗震对结构延性的要求出发,依据延性系数的定义与动力要求统一的原则,推导得出了加筋混凝土结构延性系数-地震力降低系数(μ-C)关系式。依据等位移下的μ-C关系式,提出了加筋混凝土梁延性系数的计算方法。通过对比延性系数计算值与既有试验值,证明了该方法的有效性。对混凝土及钢筋强度、混凝土极限压应变、截面有效配筋率和FRP筋配筋刚度比等影响加筋混凝土梁延性的因素进行了参数化分析。结果表明:加筋混凝土梁的延性随着混凝土强度和极限压应变的增加而提高,随着钢筋强度、有效配筋率和FRP筋配筋刚度比的提高而降低。     

HRBF500钢筋混凝土偏心受压柱承载力的试验研究

通过对9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,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。在试验和理论分析的基础上,提出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。     

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。     

HRBF500钢筋混凝土梁受弯承载力试验研究

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。试验结果显示:应用500 MPa细晶粒高强钢筋的混凝土梁承载力的实测结果与采用规范公式计算值比较接近,可以继续沿用现有的规范计算公式。     

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。     

体外FRP筋的极限应力分析

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。在过去的半个多世纪中,许多学者对体外或体内无粘结预应力筋的极限应力进行了试验及分析研究,但这些研究主要以钢材、很少以纤维复合材料(FRP)作为研究对象。本文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。分析表明,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构件的有所不同。本文建立了分别以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。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。     

HRBF500钢筋与混凝土粘结试验研究

首先通过HtCBF500级细晶高强钢筋的材性试验,表明HtKBF500钢筋均有明显的屈服台阶,其实测屈服强度都达到了500MPa级的要求,强屈比σb／σs=1．23～1．32,伸长率δ5均在20％以上,强度和延性均较好,弹性模量E5=2．0×10^5-2．1×10^5,与普通热轧钢筋基本相同;然后通过对42个HRBF500钢筋与混凝土粘结试件的拔出试验,观察其破坏现象可分为三种典型破坏：即混凝土劈裂、钢筋拔出、混凝土先压碎后钢筋拔出,描述了试验荷载-滑移（F—s）曲线和平均粘结应力-滑移（^-τ-s）曲线,并根据曲线的特征,研究了锚筋受力破坏各个阶段的特点。