非对称变形构件中无粘结预应力筋极限应力的计算

目前结构设计中使用的无粘结预应力筋极限应力计算式均为经验公式。由于这些经验公式所依赖的统计数据来自试验条件单一的对称加荷简支构件,所以它们不适用于悬臂梁一类非对称变形构件中无粘结筋极限应力的计算。本文推导出了悬臂构件中无粘结筋极限应力的计算公式,将单跨构件中非对称变形对无粘结筋极限应力的影响从理论上进行了分析,为无粘结预应力非对称变形构件的抗弯强度设计提供了关键变量——无粘结筋极限应力的实用计算方法。     

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。     

非对称变形构件中无粘结预应力筋极限应力的计算

目前结构设计中使用的无粘结顶应力筋极限应力计算式均为经验公式.由于这些经验公式所依据的统计数据系来自试验条件单一的对称加荷简支构件,所以就不适用于悬臂类一梁非对称变形构件中无粘结筋极限应力的计算.本文推导出了悬臂构件中无粘结筋极限应力的计算公式,井对单跨构件中非对称变形对无粘结筋极限应力的影响从理论上进行了分析,为无粘结预应力非对称变形构件的抗弯强度设计提供了关键变量——无粘结筋极限应力的实用计算方法.     

无粘结预应力梁极限抗弯强度的计算

由于无粘结筋能够在混凝土中滑动,所以根据某一截面上的应变状态不能确定无粘结筋的应力变化。只有同时考虑破坏截面上的应交状态和梁的变形,才能使所得到的描述无粘结筋应力变化的结果更接近实际情况。本文根据交形等效的原理,提出了无粘结预应力梁极限强度的分析方法。根据这种方法推导出简便的无粘结预应力筋极限应力计算公式。通过试验,对计算模型进行了验证。试验证明本文公式有良好的计算精度。此外,本文还将公式与国外研究成果作了比较。     

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。     

无粘结与体外预应力混凝土结构设计与施工研究

探讨了无粘结与体外预应力结构中预应力筋的极限应力试验研究和设计要点。分析了近年来国内数个典型无粘结及体外预应力工程设计和施工应用实例。     

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。     

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.     

无粘结预应力梁弯曲破坏极限分析

利用无粘结预应力筋在全梁范围内符合平截面假定的条件 ,对梁受弯破坏进行极限分析 ,从而求得无粘结预应力筋在梁破坏时的应力 (应变 )增量。计算结果与试验结果符合较好。方法可用于对无粘结预应力构件的精确计算和用于对无粘结预应力构件的模拟试验。     

基于整体变形的部分预应力混凝土梁无粘结筋极限应力增量研究

通过研究无粘结预应力混凝土结构极限应力增量与结构整体变形的关系,提出了一种基于挠度和支座转角的无粘结预应力筋极限应力应力增量的计算方法;并通过理论推导建立了预应力筋极限应力增量与跨中挠度和支座转角的公式,进而利用该计算公式统一了连续梁和简支梁在不同荷载条件和约束分布下的计算。对比了国内外142根试验梁(包括简支梁和连续梁)极限应力增量的试验结果和各计算方法计算所得的结果,结果表明,本文计算方法计算得到的结果与试验结果的吻合程度较高,这说明本文计算方法具有较为广泛的适用性。     

Flexural behavior of steel I-beam prestressed with externally unbonded tendons

The external post-tensioning technique has been commonly used in the construction field because it facilitates the analysis of structures and is widely applicable for many types of structures. In this paper, the flexural behavior and strengthening effect of a bridge were studied using a steel I-beam that had been externally prestressed with unbonded tendons. Eleven steel beams were fabricated and tested in terms of the tendon type, the amount of tendon or prestressing force, the installation of a deviator, and the embedment of a draped tendon. The results show that the externally prestressing method creates a stiffer steel beam when the proper amount of prestressing force is applied and when detail techniques are appropriately combined.The experimental results were compared to a theoretical solution in order to verify whether the external post-tensioning method is useful for strengthening a steel bridge and whether it is applicable in the construction field.     

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.     

预应力混凝土结构非线性有限元分析

提出了能反映预应力钢筋与混凝土间相对滑移和相互作用的单元模型,此模型可模拟预应力钢筋的张拉和用于无粘结预应力混凝土结构分析。采用这一单元模型建立了预应力混凝土结构的非线性分析有限元模型,非线性方面考虑了材料和几何非线性、预应力摩擦损失、钢筋松弛、混凝土收缩和徐变等因素。该有限元模型可用于有粘结和无粘结预应力混凝土结构张拉施工和工作阶段的全过程分析,分析内容包括弹塑性变形、混凝土开裂和破坏等。最后给出了有粘结和无粘结预应力混凝土连续梁的分析实例,受力变形、破坏形态等的分析结果与试验结果吻合良好,验证了该模型的合理性和有效性。     

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。     

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。     

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。     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

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。     

体外预应力混凝土连续梁弯曲性能试验研究

为了研究体外预应力混凝土连续梁的弯曲性能、极限受力状态及内力重分布规律,以施工方法和体内外预应力筋配比为参数,对1根整体式(体内外配筋)和2根节段式(体内外配筋和全体外配筋)体外预应力混凝土连续梁进行了模型试验。通过试验数据分析,得到了模型梁挠度、混凝土应变、体外预应力筋应力与有效高度随荷载变化规律,以及混凝土裂缝发展与分布情况。结果表明:整体式梁的混凝土极限压应变和挠度最大、延性较好但体外预应力筋有效高度减少最大,节段式体内外预应力梁的体外预应力筋极限应力最大,节段式全体外预应力梁的混凝土极限压应变和挠度最小、延性较差、体外预应力筋极限应力及有效高度减少也最小。节段式梁的裂缝主要集中在接缝位置、无斜裂缝,接缝位置的塑性变形使内力重分布更充分。整体式梁内力重分布的区域集中而节段式全体外预应力梁的范围较大,各梁控制截面弯矩增、减幅值不超过10%。     

体外预应力钢束在汽车活载作用下的应力变幅分析

利用研发的体外预应力混凝土桥梁结构弹性阶段非线性分析专用程序 ,对几种典型跨径体外预应力混凝土梁桥的体外预应力钢束在汽车活载作用下的应力变幅进行分析。研究了简支梁中结构跨高比、体外预应力钢束与结构的粘结关系、转向块间距等参数对计算结果的影响 ,以及连续梁中施工方案、体内钢束和体外钢束的配束比例、连续跨个数和钢束布置形式等参数对计算结果的影响。同时也与相同条件下的传统体内预应力结构的预应力钢束的应力变化幅度进行比较。这项研究是体外预应力钢束体系疲劳评价研究的一部分。