预应力内荷载的新计算方法—直接内载法

预应力内荷载是预应力束对结构作用产生的内荷载,是预应力结构设计和理论分析时需要计算的重要参数。依据预应力对结构作用的形态,得出预应力对结构的作用是由预应力束的法向反弹力、预应力束端部的锚固力和预应力束对构件的摩擦力组成。根据这个结论,提出直接内载法计算作用在结构上的预应力内荷载,推导了预应力摩擦应力损失方程,并证明了预应力内荷载的自平衡性,分析了它与等效荷载法的区别和一致性,得出了直接内载法能揭示预应力荷载的分布规律,说明了直接内载法是对目前普遍使用计算预应力内荷载的等效荷载法的修正和补充。同时,通过试验实测和有限元ANSYS结构分析程序进行数值模拟分析,得到的理论计算结果与实测结果相互吻合,验证了本文的结论。     

一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法—预载回弹法

对索穹顶结构初始预应力分布的确定进行了研究,提出一种新方法—预载回弹法。该方法首先对索穹顶施加一个预设荷载,提取有利于抵抗预设荷载的内力分布。将该组内力作为预应力施加至结构上,并撤除预载,使结构回弹,通过两阶段变弹性模量迭代计算,收敛后可获得索穹顶结构的整体可行预应力分布。该方法通过施加对称荷载,即可自动实现单元的分组,便于整体可行预应力的判定,并可直接获得多自应力模态结构的优化初始预应力分布。通过算例证明预载回弹法具有很高的精度、较快的收敛速度,求得的整体可行预应力分布直接适用于实际工程应用。     

变截面梁预应力计算的积分算子法

将积分算子法用于变截面梁预应力问题的计算,提出了一种新型计算方法。该方法将多段变截面梁作为一个计算单元处理,直接计算多段预应力索等效节点力和单元内力,包含了变截面梁刚度分布对等效节点荷载的影响,包含了变截面剪切变形影响。该方法克服此前方法的缺陷,为变截面梁预应力的计算提供了一种精确计算方法。     

连续曲线箱梁预应力效应分析

本文通过预应力曲梁微元体的平衡方程,将作用于微元体上的预应力以一组等效荷载来代替。然后根据薄壁曲梁空间翘曲单元的刚度矩阵和各类荷载作用下固端力计算公式［１］,应用矩阵位移法分析曲梁中的预应力效应。计算预应力损失时,考虑了反向摩擦影响。结合某工程实例计算了由预应力引起的结构内力和变形。     

未张拉误拆模无粘结预应力混凝土楼板的实测与分析

本文介绍了某采用无粘结预应力混凝土的高层建筑在施工过程中发生的质量事故：六层局部楼板在预应力筋未张拉的情况下就拆除了板底模板支撑,导致楼板局部开裂,之后才进行了预应力筋张拉。本文对该部分 楼板做了现场静荷载试验和计算分析,计算结果与荷载试验结果吻合较好,从而得出了对工程有意义的结论。     

地震动输入方法研究

为探讨直接求解法、相对运动法、大质量法和等效荷载法四种地震动输入方法的差别,对四种地震动输入方法的机理进行了分析,结果表明:直接求解法是通过直接求解结构在多点激励作用下的动力学平衡方程来获得结构响应的方法;相对运动法将结构响应分成(拟)静力响应和动力响应,可用于一致激励下结构的线性和非线性反应分析;大质量法是一种简化计算方法;等效荷载法将地面运动用等效力代替,只能用于一致激励情况。给出的线性与非线性分析数值算例也验证了一致激励情况下,在不考虑结构响应的时滞效应,以及结构阻尼处于常用阻尼(阻尼比0.02―0.05)范围内时,除在非线性时间历程分析的中后期,等效荷载法与直接求解法、大质量法计算的结构响应有一定的偏差外,上述各种方法计算的结构响应保持较好的一致性。考虑到一般的建筑结构在罕遇地震下并不会全面进入塑性,三种方法的计算结果应该都是比较可靠的。     

基于修正LRC的响应分组法求解等效静力风荷载

对计算背景等效静力风荷载的传统LRC法进行修正,提出用修正LRC方法直接计算大跨结构的风致峰值响应,以避免求解大跨屋盖等效荷载多阶共振分量的繁琐过程。共振分量部分在背景等效风荷载中得到补偿,从而直接计算包含背景和共振分量的动力分量;补偿的方法是给背景分量的每个元素乘上一个待定的修正系数,该系数由数值方法来确定。基于修正LRC方法,提出了对目标等效响应的分组原则,即根据各组等效静力风荷载在其他响应上的等效精度来确定分组的标准,然后采用响应分组的思路求解等效静力风荷载。该方法可用于计算大跨结构的多个目标峰值响应,克服了传统方法仅能等效单个响应的缺陷。     

基于有限振动信号的某移动天线有限元风荷载动力反应分析

提出了一种现场实测的有限振动信号与结构有限元模型模拟分析相结合的方法来获得结构（天线）在实际风荷载作用下的动力反应,即首先测试结构在脉动风荷载作用下的有限振动信号,如：加速度时程和频谱曲线,然后通过结构运动方程模拟出脉动风荷载时程并施加到结构有限元模型中,通过有限元计算求出模拟风荷载与实际风荷载之间的修正系数k,最后把修正后的风荷载时程再次施加到有限元模型中进而得出结构在实际脉动风荷载作用下的内力。通过比较,有限元分析结果与试验结果吻合较好,为结构在脉动风荷载作用下的全过程反应分析提供了一种简便方法。     

屋盖结构背景响应等效风荷载的一种简化算法

屋盖结构以非共振响应为主，因此适用于共振响应的阵风荷载因子法已不再适用，而LRC法由于具有计算繁琐、与响应位置和类型有关等不足而难于应用。提出以最大（小）升力为目标的荷载升力相关（LLC）法，分析其原理，并给出具体的计算步骤。当风压为全相关时，LLC法得到的等效风荷载即为屋面的脉动风压，因而LLC法将用于结构整体计算和围护结构计算的风荷载公式相统一。通过两个实例检验LLC法计算低层房屋屋盖结构等效风荷载时的合理性。     

屋盖结构背景响应等效风荷载的一种简化算法

屋盖结构以非共振响应为主,因此适用于共振响应的阵风荷载因子法已不再适用,而LRC法由于具有计算繁琐、与响应位置和类型有关等不足而难于应用。提出以最大(小)升力为目标的荷载升力相关(LLC)法,分析其原理,并给出具体的计算步骤。当风压为全相关时,LLC法得到的等效风荷载即为屋面的脉动风压,因而LLC法将用于结构整体计算和围护结构计算的风荷载公式相统一。通过两个实例检验LLC法计算低层房屋屋盖结构等效风荷载时的合理性。     

Velocity Constants for Ultrasonic Stress Measurement in Prestressing Tendons

There is currently widespread use of high-strength steel tendons for prestressing and post-tensioning of concrete structures and as suspension cables for long-span bridges. Tendons normally consist of one or more seven-wire, helically wound steel strands or solid rods. There are more than 130,000 prestressed bridges in the United States that contain these tendons, and approximately 3,000 new bridges are constructed each year. The prestressing tendons are critical structural elements because the forces in the tendons counteract tensile stresses in the concrete that result from loads acting on a bridge. The tendons are frequently inaccessible for visual inspections and there is currently no accepted nondestructive evaluation technique to assess the condition of these tendons. The goal of this research is to examine ultrasonic stress measurement techniques for the condition assessment of prestressing tendons. This information could be used to compare the actual force in the tendon with its design values to determine if the tendon is performing below expectations. The focus of this paper is the characterization of the relationship between ultrasonic wave velocity and stress level in prestressing tendons. Measurements were made to determine constants that relate the change in ultrasonic velocity to the change in stress. The effects of dispersion in prestressing tendons, which act as circular waveguides for ultrasonic waves, are evaluated.     

Velocity Constants for Ultrasonic Stress Measurement in Prestressing Tendons

Abstract

There is currently widespread use of high-strength steel tendons for prestressing and post-tensioning of concrete structures and as suspension cables for long-span bridges. Tendons normally consist of one or more seven-wire, helically wound steel strands or solid rods. There are more than 130,000 prestressed bridges in the United States that contain these tendons, and approximately 3,000 new bridges are constructed each year. The prestressing tendons are critical structural elements because the forces in the tendons counteract tensile stresses in the concrete that result from loads acting on a bridge. The tendons are frequently inaccessible for visual inspections and there is currently no accepted nondestructive evaluation technique to assess the condition of these tendons. The goal of this research is to examine ultrasonic stress measurement techniques for the condition assessment of prestressing tendons. This information could be used to compare the actual force in the tendon with its design values to determine if the tendon is performing below expectations. The focus of this paper is the characterization of the relationship between ultrasonic wave velocity and stress level in prestressing tendons. Measurements were made to determine constants that relate the change in ultrasonic velocity to the change in stress. The effects of dispersion in prestressing tendons, which act as circular waveguides for ultrasonic waves, are evaluated.     

考虑除尘器箱体墙板-立柱协同受力时立柱在横向荷载作用下的内力计算

大气除尘装备箱体围护结构形式和荷载情况十分复杂,目前尚无关于除尘器箱体立柱在横向荷载作用下其内力分布的精确计算方法。该文采用理论推导与有限元计算相结合的方法对除尘器箱体立柱在墙板直接受横向荷载作用时的内力与强度计算方法进行研究。在考虑墙板所受横向荷载向立柱传递时,将墙板视作由上、下相邻加劲肋和左、右两侧立柱围成的四边简支板,加劲肋处传递集中力,加劲肋间传递非均匀分布荷载。将立柱作为多跨连续弹性梁,采用力矩分配法编写程序计算其最大弯矩和剪力值。根据除尘器箱体立柱的跨数、每跨立柱范围内对应墙板区格数目以及墙板区格宽高比,编制了立柱最大弯矩计算表格。考虑墙板与立柱的协同受力作用,以有效宽度范围内的墙板与立柱组成组合截面共同抗弯,修正立柱正截面强度计算方法。研究结果表明:在墙板与立柱组合结构体系中,随着墙板壁厚增大或墙板宽度减小,墙板的抗弯贡献提高;随着立柱截面惯性矩增大或立柱横向支撑间距减小,墙板的抗弯贡献降低。根据对工程常用几何构造的除尘器箱体结构计算统计,偏于安全地提出了立柱截面模量统一放大系数。相比于传统工程简化内力计算方法,工程设计人员可以利用该文提出的方法方便、准确地计算立柱内力最大截面的正应力和剪应力,从而设计出安全经济的立柱截面。     

锈蚀预应力混凝土梁承载力及破坏模式研究

随着服役时间增长,侵蚀环境下预应力混凝土梁因受力筋发生锈蚀而造成其延性与承载力降低,严重影响结构的安全使用。为分析侵蚀环境下预应力混凝土梁的承载性能,以集中荷载作用下锈蚀预应力混凝土梁为研究对象,分析混凝土梁锈蚀后各材料性能的劣化与预应力对其承载能力的影响,基于桁架-拱模型给出了桁架作用与拱作用的荷载分配系数,建立了预应力混凝土梁承载力计算模型及破坏模式判别方法,并通过76根预应力混凝土梁的试验数据对建议模型进行验证。研究结果表明:预应力混凝土梁承载力试验值与计算值之比的平均值为1.116,方差为0.033,吻合较好;基于建议分析模型对预应力混凝土梁破坏模式的预测判别与试验梁破坏模式符合程度较高,且该模型能反映预应力混凝土梁随着锈蚀程度增大其破坏模式发生演变这一特征。该文建议的理论模型可用于锈蚀预应力混凝土梁的承载力计算与破坏模式预测分析。     

考虑P△效应的体外预应力梁的M-φ分析法

本文推导了T型截面梁的弯矩-轴力-曲率关系,提出了分析大偏心体外预应力筋的应力增量和梁弯曲性能的通用方法。在本方法中,体外筋的效应表示为作用在转向座和锚具处的等效荷载,梁(不含体外筋)的内力是由外荷载和等效荷载共同引起的。把静定梁的变形曲线简化为由单元节点位移所组成的多边形,把DP效应的附加弯矩转化为节点上的集中力,较方便地考虑了这一效应。比较荷载作用前后,转向座和锚具的变形差,计算出体外筋的应变和应力。因此这一方法考虑了体外筋的变形协调条件,同时自动地考虑了体外筋偏心距的损失。计算结果与文献[2,4]相吻合。     

基于内力的高层建筑顺风向等效静力荷载研究

该文应用振型加速度法求解高层建筑的顺风向风致随机内力响应,得到以恢复力表示的包含拟静力项和惯性力项的内力解。在此基础上提出了基于风致内力的等效静力荷载及简化分布公式。考察了目前国内外多种等效静力荷载方法的有效性,最后通过数值算例的比较说明该方法具有适用范围广、精度高、收敛快的特点。     

相关荷载效应组合及结构可靠度计算

相关性是孪生性荷载的基本特征之一。本文研究了相关荷载效应的组合问题,通过引入一个综合了相关荷载效应特性的等效荷载效应,提出了基于Ｔｕｒｋｓｔｒａ规则的荷载效应实用组合方法,并给出相关荷载效应组合和可靠度分析的算例。算例分析表明,荷载效应的相关性对结构的可靠度有一定的影响,在有条件的情况下应于以考虑。     

Factors affecting the external prestressing stress in externally strengthened prestressed concrete beams

The wide use of external prestressing system to strengthen reinforced and prestressed concrete members requires the full understanding of the behaviour of the strengthened members. At ultimate the stress in the external prestressing tendons need to be known in order to calculate the ultimate strength of the strengthened member. Several factors that can influence the increase in the ultimate stress in steel external prestressing tendons have been studied and well understood while the effect of these factors on tendons made from fibre reinforced plastics needs more research.

This research was carried out to study the effect of several factors on the increase in the ultimate stress in external Parafil ropes as well as external steel tendons. These factors were related to the external prestressing system, internal prestressed and ordinary bonded steel, beam geometry and material properties. Also, the accuracy of equations proposed by the Eurocode (EC2), ACI318 and BS8110 to calculate the ultimate stress in external steel and FRP prestressing tendons was examined.

The experimental and the analytical results showed that the studied factors have the same effect on both steel (up to yield) and Parafil ropes though this effect is greater in case of steel tendons. Also, factors such as tendon profile (straight or deviated), high strength of the concrete, effective tendon depth, number of deviators should be taken into consideration when calculating the ultimate stress in the external tendons.     

圆筒形预应力结构锚索间距的确定方法

圆筒形预应力结构的锚索间距s和单束锚索张拉力P如设计不当,往往会导致预应力轴向分布不均匀,预应力施加过程中会出现环向裂缝。对单束锚索作用下结构内力M、Q、w、q的计算方法进行了简单分析,提出了确定锚索间距的弹性力学叠加公式,并根据工程实例对锚索作用的影响范围和内力变化规律进行了对比验证。结果表明,理论分析成果和现场实测结果是比较吻合的,二者相差不超过5%。提出的叠加公式可用于实际工程的计算分析。