“部分预应力混凝土受弯构件刚度和最大裂缝宽度的计算”讨论

土木工程学报1981年第1期丁大钧和金芷生同志的“部分预应力混凝土受弯构件刚度和最大裂缝宽度的计算”一文在提要中指出:“对相当于普通钢筋混凝土构件在弯矩M_1作用下,建立ψ_1公式所引用的ε_(y1)——ε_(y1)平行性关系和受压边缘混凝土平均应变综合系数ζ_1,给出了简单的数学论证。这也相当于论证了规范公式ψ所根据的ε_g——ε_g平行性关系和系数     

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。     

部分预应力混凝土受弯构件的变形计算

本文总结国内外已有经验,并对近几年来国内部分预应力混凝土试验梁的分析,提出受拉区出现裂缝的部分预应力混凝土受弯构件的刚度计算公式。本公式以双直线的弯矩-挠度图为计算模式:取出现裂缝前构件的工作刚度为弹性刚度;在弯矩增量作用下出现裂缝后的工作刚度为弹塑性刚度,并以弹性-弹塑性工作下构件的综合刚度表示。弹塑性刚度相对于弹性刚度的降低系数C值按试验实测数据回归求得,他是以构件受拉钢筋换算配筋率nμ为变量的线性函数。本刚度公式计算简便、概念明确、使构件出现裂缝前后的刚度有机地联系起来。通过国内99根试验梁、157个测点的验算表明,实测与计算挠度值十分吻合。     

截面受刚度控制的矩形和T形受弯构件配筋逆算法

混凝土结构设计规范(GBJ10-89)和各种混凝土结构设计用表的手册上,只给出了受弯构件挠度验算的公式和图表;对于截面受刚度控制的受弯构件,如果能先确定满足刚度要求的配筋,将使受刚度控制的受弯构件截面计算大为简化。下面介绍一种利用计算表求解满足刚度要求的矩形和T形截面受弯构件配筋的逆算法。 1 计算公式受弯构件的长期刚度B_l按下列公式计算:     

高强钢筋受弯构件裂缝宽度计算参数分析与试验研究

通过600MPa级热轧带肋高强钢筋混凝土受弯构件试验,对GB 50010—2010中关于混凝土受弯构件裂缝宽度计算的相关参数提出修正建议。经分析,建议短期裂缝宽度的扩大系数τ_s取为1.58,反映裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度影响的系数α_c取为0.73,在计算受弯构件裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数时,参数ω_1取为1。根据试验结果提出了裂缝宽度的修正建议,修正后的裂缝宽度计算公式不仅具有95%保证率,且与实测值的吻合度优于中、美、欧规范中的裂缝宽度计算公式。     

公路桥梁圆形混凝土偏心受拉构件裂缝计算方法探讨

目前,指导公路桥梁结构混凝土构件计算的规范主要有JTG 3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》及JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》,而这2本规范均未对圆形偏心受拉构件裂缝给出相应的计算公式。论文基于此背景,提出一种等效计算方法,即利用JTG 3362—2018中的现有公式分别单独计算圆形截面受拉和受弯,然后线性叠加,并对比JTS 151—2011《水运工程混凝土结构设计规范》中计算公式,最终用于指导公路桥梁圆形混凝土偏心受弯构件裂缝计算。     

预应力混凝土框架梁挠度控制实用方法的研究

预应力混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度,可根据构件的刚度用结构力学的方法计算。对于裂缝控制等级为三级的受弯构件,我国现行规范GB50010-2010（混凝土结构设计规范》给出的短期刚度计算公式中参数众多,使得刚度计算十分复杂,一定程度上制约了预应力混凝土结构的应用。本文以GB50010-2010《混凝土结构设计规范》为理论依据,对预应力混凝土框架梁挠度控制进行研究,在理论分析与工程实例验证的基础上提出了挠度控制的实用方法——荷载比值法。在正常跨高比范围之内,限制预应力反向荷载与外荷载的比值,从而避免了对挠度进行繁琐的计算,为结构设计人员提供了方便,有利于推广预应力混凝土结构的应用。     

预应力型钢混凝土简支梁受弯性能试验研究

预应力型钢混凝土梁是在普通型钢混凝土梁的基础上采用预应力技术的一种新型组合构件。基于13根预应力及普通型钢混凝土梁的受弯性能试验,分析了其受力过程、破坏形态、裂缝的开展与分布规律、刚度变化规律等。试验结果表明,预应力型钢混凝土梁比普通型钢混凝土梁具有更好的刚度和抗裂性能,裂缝开展得到较好的控制。基于改进综合内力法,建立了预应力型钢混凝土梁正截面受弯承载力及裂缝宽度计算公式,公式计算值与试验结果吻合良好。     

有黏结与无黏结混合配置预应力筋混凝土梁短期刚度研究

针对有黏结与无黏结混合配置预应力筋混凝土梁的短期刚度问题,采用双直线法推导了混合配置预应力筋混凝土梁短期刚度的计算式。根据ABAQUS有限元软件建立的71根混合配置预应力筋混凝土梁的计算结果,对计算式中刚度计算终点的折减系数β_(0.5)进行多元回归分析,并根据β_(0.5)计算方法的不同,给出了两种计算混合配置预应力筋混凝土梁短期刚度的公式。利用已有文献中的42根无黏结预应力筋混凝土梁和31根有黏结预应力筋混凝土梁的试验数据,对提出的刚度公式进行了验证。试验结果表明:基于有黏结与无黏结混合配置预应力筋混凝土梁的短期刚度计算式,可推广应用于无黏结预应力混凝土梁和有黏结预应力混凝土梁短期刚度的计算。此外,根据收集整理的试验数据对中国GB 50010—2010、美国ACI 318-11和欧洲规范EN 1992-1-1:2004中预应力混凝土受弯构件刚度公式的计算精度进行了分析。     

叠加法验算预应力混凝土圆形截面构件裂缝宽度

在大跨度建筑工程中,顶层采用预应力混凝土圆形截面排架柱,可提有效高柱的抗裂性能。但现行规范尚无预应力混凝土圆形截面构件裂缝宽度的验算公式,部分规范给出了圆形截面钢筋混凝土构件裂缝宽度的计算公式。基于这些公式,采用叠加法推导出预应力混凝土圆形截面构件裂缝宽度的验算公式。     

预应力砼塔筒截面刚度降低系数与预应力度的关系

在预应力混凝土塔筒的挠度和裂缝宽度计算中 ,截面的刚度是必不可少的基本资料。虽然我国《混凝土结构设计规范》给出了截面刚度的计算公式 ,但由于其形式复杂 ,原高耸结构设计规范没有采用 ,而是给出了一个适用于普通钢筋混凝土塔筒的刚度降低系数。为了适应预应力高耸结构变形和裂缝宽度计算的需要 ,本文在混凝土结构设计规范公式的基础上 ,提出了利用预应力度来求解截面刚度降低系数的简单方法。由混凝土结构设计规范给出的公式可以看出 ,刚度降低系数与预应力、外荷载及截面配筋率等很多因素有关。而预应力度是一个把外荷载和预应力及截面配筋率联系起来的量 ,因此本文利用了预应力度的这个特点 ,通过选取承受不同荷载的各种塔筒截面 ,计算其在不同预应力度配筋情况下的刚度降低系数值。根据计算的结果 ,分析了预应力塔筒截面刚度降低系数随预应力度的变化趋势 ,并拟合出刚度降低系数与预应力度之间的关系曲线和计算公式。为预应力高耸结构的设计计算提供了参考。     

钢筋混凝土构件刚度和裂缝的试验研究和对计算的建议

本文总结了20多年来我们对短期荷载作用下钢筋混凝土构件刚度和裂缝的试验研究成果和在计算方面相应的建议。构件包括受弯构件和偏心受力(受拉和受压)构件,这些构件可用统一的公式计算,组成了一个完整的计算体系。受弯构件包括普通钢筋混凝土和配筋轻混凝土构件,其截面除常遇到的集中配筋的几种截面形式外,也包括薄壁构件和环形截面构件,同时还包括双向受弯构件;偏心受力构件截面形式也包括环形截面在内。文中建议的普通钢筋混凝土受弯构件刚度和裂缝计算方法,已被列入我国1974年颁布的《钢筋混凝土结构设计规范(TJ 10-74)》内。建议的公式具有明确的力学模式,物理概念清楚。验算表明,各公式的计算结果与有关试验结果符合较好。与苏联、美国规范和欧洲混凝土委员会/国际预应力协会(CEB-FIP)标准规范中受弯构件刚度公式比较表明,建议的公式不仅计算简便,而且更符合试验结果。文中还给出连续梁的研究资料和提出有关计算方法。除对使用荷载阶段进行研究和给出计算的结果外,也给出弯矩-曲率全曲线和极限变形的计算。试验用的试件超过500根。     

基于试验数据分析的FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度计算方法

由于FRP筋为非金属材料,耐腐蚀性能好,我国规范规定FRP配筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm。但规范中的最大裂缝宽度计算公式仍然沿用普通钢筋混凝土规范中的计算公式,公式中的参数取值未经过试验数据的校核,公式适用性存疑。为此,该文从最大裂缝宽度的计算原理出发,借助近年来文献中完成的FRP筋混凝土受弯构件的实测数据,对相对黏结特性系数νi的取值、裂缝间受拉FRP筋应变不均匀系数ψ的计算、最大裂缝宽度与平均裂缝宽度的比值系数τs、长期荷载下的裂缝宽度增大系数τl以及裂缝间混凝土受拉对裂缝宽度的影响系数αc等进行了全面的校核和修订。该文提出的修正的最大裂缝宽度计算公式具有更高的可信度和合理性,可为我国规范的修订提供参考。     

预应力偏心受拉构件裂缝控制方法的探讨

针对预应力偏心受拉构件,结合现行混凝土规范方法推导裂缝宽度计算公式,并利用预应力筋对结构的两阶段工作原理推导出另一种表达方式的裂缝宽度计算公式。类似于预应力混凝土承载力公式,两种方法推导出的裂缝宽度计算公式也可以实现统一,并且后一方法简化了裂缝宽度验算的步骤,便于预应力混凝土构件的裂缝控制。     

无粘结部分预应力砼受弯构件的变形计算

本文研究了影响无粘结部分预应力砼受弯构件在使用阶段刚度计算的主要因素。根据我院近年的几批试验数据,采用线性回归的方法,得出了本文建议的无粘结部分预应力砼受弯构件的刚度计算公式。并对我国有关规范和设计建议的部分预应力刚度计算公式如何用于无粘结部分预应力砼提出了修正的建议。本文所提刚度公式的计算结果与试验结果符合良好。     

钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算方法的比较

对国内外规范采用的裂缝宽度计算公式进行了比较分析。此外,根据国内外大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对这些裂缝宽度计算公式的精度进行了计算和比较研究。基于对比分析结果,结合大量的受弯构件裂缝宽度试验数据,对采用GB50010—2002《混凝土结构设计规范》的裂缝宽度计算模式,建议了受弯构件钢筋水平位置处及受拉表面裂缝宽度计算公式,该公式的计算结果与试验数据吻合较好。     

钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算方法研究

为建立钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度计算方法,对6根钢筋UHPC梁进行四点抗弯试验,分析试验梁的裂缝发展过程和分布规律,以此为基础评估了现有规范公式计算钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度的适用性,给出考虑UHPC抗拉贡献的钢筋UHPC受弯构件的钢筋应力计算方法和裂缝宽度建议计算公式,并通过国内16根钢筋UHPC梁的97组有效裂缝宽度试验结果对给出的裂缝宽度建议公式的适用性进行验证。研究结果表明：①UHPC梁表面裂缝宽度小于0.25mm时,裂缝宽度基本呈线性规律扩展,裂缝数量不断增加,裂缝间距逐渐减小;裂缝宽度超过0.25mm后,裂缝宽度迅速扩展并形成主裂缝,裂缝数量基本不变,裂缝间距趋于稳定,裂缝分布密而细,呈现出多元开裂现象。②直接采用GB 5010-2010规范和CECS 38-2004规范的裂缝宽度公式计算钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度误差较大。③基于UHPC材料特性,提出考虑UHPC抗拉作用的钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力计算方法,可较好地预测钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力。④结合试验数据和分析,对GB 50010-2010规范中平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数、构件受力特征系数进行修正,给出钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,修正后的建议公式计算值与文章试验值吻合良好,且与法国UHPC规范公式预测结果相比离散性更小。⑤建议公式的裂缝宽度计算值与收集的裂缝宽度试验数据库的试验值之比的平均值为0.99,标准差为0.19,表明建议公式适用性良好,可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。     

钢筋混凝土环形截面受弯构件刚度和裂缝的试验研究

根据三次试验结果给出钢筋混凝土环形截面受弯构件的刚度和裂缝计算公式。计算和试验结果比较表明符合程度较好。这些公式比较简单,并在形式上和规范TJ 10-74有关公式相似,因而使用方便。此外在文中还尝试地给出统计的可能(在一定保证率下)最大裂缝宽度计算公式。     

钢筋混凝土与预应力混凝土受弯构件短期刚度统一计算方法的研究

本文对钢筋混凝土与预应力混凝土(包括无粘结预应力混凝土)受弯构件开裂后短期刚度的统一计算方法进行了研究。对以往试验研究中截取的纯弯段相对长度对试验结果的影响,在理论上作了定量分析。根据钢筋混凝土结构的基本理论与变形等效的原理,提出了各类混凝土受弯构件开裂后短期刚度的统一计算公式,在一个统一变量—开裂截面受压区高度的基础上,本文结果能够使各类受弯构件开裂后的短期刚度分析和计算相互衔接。本文公式有良好的计算精度。     

高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度计算方法研究

为研究配置高强钢筋轻骨料混凝土梁短期受弯刚度特点及其计算方法,分别进行了5根配置400MPa和5根配置500MPa级纵筋的陶粒轻骨料混凝土梁受弯性能试验.结合收集到的22根高强钢筋轻骨料混凝土梁的试验结果,评估了相关规范中短期受弯刚度计算公式的适用性.试验结果表明,试件在纵筋屈服前的跨中弯矩-平均曲率曲线先近似呈直线,开裂后呈微凹曲线;与普通混凝土梁相比,轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度较小.根据《轻骨料混凝土结构技术规程》(JGJ 12-2006)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)短期受弯刚度计算公式得到的试件刚度计算值均比试验值偏小.利用试验数据,基于跨中弯矩-平均曲率曲线特点给出了配置高强钢筋轻骨料混凝土梁的短期受弯刚度一般计算模式,并基于该计算模式下的特例(双折线法)构建了与预应力混凝土构件刚度公式统一的修正计算公式,按该公式所得刚度计算值与试验值吻合较好.