波形钢腹板组合槽型梁静载试验与有效预应力分析

波形钢腹板组合槽型梁是一种新型下承式开口薄壁桥梁结构,对4片按照1/4相似比进行设计的试验梁进行两点对称加载和有限元分析,研究两组试验梁在对称荷载作用下的荷载位移关系、截面应变分布、裂缝发展规律和破坏形态等,分析张拉预应力和释放预弯力后试验梁底板混凝土的有效预压应力。研究表明：竖向荷载作用下试验梁符合平截面变形规律,应忽略波形钢腹板对抗弯刚度的贡献和底板混凝土对抗弯承载力的抵抗作用;试验梁混凝土受压区受限于上翼缘板,其应变分布为梯形而非常规的三角形分布;下承式槽型截面的中性轴偏低,波形钢腹板预弯钢梁反弹能够有效地对混凝土施加预压应力;采用波形钢腹板能有效提高槽型梁的预应力施加效率,文中建议的波形钢腹板组合梁预应力等效荷载法,能准确计算此类结构的混凝土有效预压应力;两组试验梁由于配筋量的不同分别发生塑性和脆性弯曲破坏;波形钢腹板组合槽型梁的自重轻、抗弯刚度较大、具有较好的延性和抗裂性能。     

低周反复荷载作用下CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度和延性试验研究

基于5根不同张拉控制应力和不同截面面积的CFRP-PCPs复合筋的混凝土梁在低周反复荷载下的试验,对CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度进行研究,根据试验结果,提出了CFRP-PCPs复合筋混凝土梁挠度计算方法,对比表明试验结果与计算值吻合较好。试验表明,CFRP-PCPs复合筋混凝土梁相比于预应力CFRP筋混凝土梁,有效改善了构件的受力性能和变形能力。     

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。     

体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁受弯性能试验研究

通过体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁静力试验,研究体外预应力CFRP筋加固梁的受弯性能,包括受力过程、破坏形态、延性及CFRP筋应力增量等,分析张拉控制应力、非预应力配筋率和混凝土强度等级对加固梁受弯性能的影响。结果表明:与未加固梁相比,采用体外预应力CFRP筋加固,能显著提高混凝土梁的受弯承载力、整体刚度和极限变形能力,限制裂缝发展;张拉控制应力和非预应力筋配筋率对加固梁受弯承载力影响较为明显,而混凝土强度等级影响较小。基于试验结果,运用现有体外预应力混凝土结构理论,建立了体外预应力CFRP筋加固T形截面混凝土梁受弯承载力计算公式,可供实际工程设计参考。     

预应力H型钢混凝土组合梁动力性能参数分析

为获得预应力H型钢混凝土新型组合梁的恢复力模型,对7根跨度为3 800 mm、2根跨度为4 500 mm的预应力型钢混凝土简支梁的骨架曲线进行了仿真分析,探讨了综合配筋指标、预应力度、预应力筋合力点到梁下边缘距离及混凝土轴心抗压强度4个参数对截面单调弯矩-曲率曲线和构件单调荷载-位移曲线的影响,同时考察了综合配筋指标、预应力度对构件截面曲率延性和构件位移延性的影响;最后统计回归出预应力H型钢混凝土组合梁曲率延性和位移延性的计算公式,建立了预应力H型钢混凝土组合梁弯矩-曲率恢复力模型和荷载-位移恢复力模型。结果表明:预应力H型钢混凝土组合梁具有良好的抗震性能,建立的恢复力模型可为该类梁的结构弹塑性动力分析提供参考。     

2次预应力简支组合梁受力性能与技术经济分析

高速铁路预应力混凝土桥梁徐变上拱过大会影响桥上列车运行安全,为了控制预应力混凝土桥梁徐变上拱,将2次施加预应力新技术应用于预应力混凝土梁中,以箱梁为例,设计了4根不同预应力度的2次预应力简支组合梁,分析了其各施工受力阶段截面应力、强度和抗裂性,并进行了结构尺寸与配筋完全相同的常规预应力混凝土简支梁和2次预应力简支组合梁徐变上拱的对比计算分析。结果表明:2次预应力简支组合梁截面应力梯度小,受力合理,与常规预应力混凝土简支梁相比,徐变上拱减少约40%~60%;并可以降低梁的建筑高度,节约10%左右的预应力筋和一定数量的混凝土,具有明显技术经济优势。     

冻融后预应力混凝土正截面受弯承载力研究

试验研究了5根预应力混凝土梁经历不同冻融循环次数后的承载性能,通过试验数据及借鉴前人关于冻融后混凝土应力、抗拉强度等力学性能变化的研究成果,参考GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》,得出了经历n次冻融循环后预应力混凝土梁矩形应力图的受压区高度与中和轴高度的比值βn、预应力混凝土梁矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值α′n以及界限破坏时截面相对受压区高度ξb的计算公式,从而给出了冻融后预应力混凝土梁在使用阶段的正截面受弯承载力计算公式;将理论计算值、试验值进行比较后发现,上述计算公式能反映冻融作用后预应力混凝土梁在使用阶段的正截面受弯承载力的一般规律.     

初始残余应力对预应力钢-混凝土连续组合梁抗火性能影响

为研究钢梁残余应力对预应力连续组合梁抗火性能的影响,建立了预应力连续组合梁在高温下非线性升温过程受力行为的有限元模型。通过考察梁的破坏形式、跨中挠度、预应力拉索张力、截面弯矩以及梁的曲率等关键参数随温度的变化,得到不同残余应力模式对组合梁抗火性能的影响机理。分析结果表明：残余应力的分布并不总是对预应力钢-混凝土组合梁的高温性能产生不利影响,腹板具有初始残余拉应力分布模式的预应力钢-混凝土组合梁高温下的挠度相对最小;残余应力主要通过影响截面正应力分布来影响钢梁的截面刚度;在临界状态时,残余应力对组合梁截面刚度的影响不明显;不同残余应力模式对高温下预应力钢-混凝土组合梁的截面抗弯刚度影响不同;当预应力钢-混凝土组合梁的初始残余应力模式以腹板全截面拉应力为主时,预应力钢-混凝土组合梁跨中截面抗弯刚度最大;当残余应力对组合梁跨中截面抗弯刚度有利时,梁跨中截面处中和轴位置比无残余应力影响时较高。     

预应力碳纤维布张拉控制应力限值取值分析研究

结合预应力碳纤维布技术特点、材料特性及加固后混凝土构件的延性问题,对预应力碳纤维布张拉控制应力取值问题进行分析和试验研究,结果表明,碳纤维布张拉应力控制限值取0.45fcfk,可以保证建立有效应力且张拉过程中不出现破坏,同时,被加固构件截面破坏时具有充分的延性。     

大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受力性能

为探讨大直径高强钢绞线预应力混凝土梁的受力性能,进行了6根以直径17.8 mm的1860级钢绞线作为预应力钢筋和HRB400级钢筋作为非预应力钢筋的后张预应力混凝土梁在竖向荷载作用下的受力性能试验。对预应力混凝土梁中钢绞线和非预应力钢筋应力、混凝土应变以及短期最大裂缝宽度和跨中挠度等试验数据进行分析。结果表明:采用大直径高强钢绞线作为预应力钢筋的预应力混凝土梁工作性能良好,大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受弯破坏形式和挠曲模式与普通预应力混凝土梁基本相同;试验梁跨中控制截面符合平截面假定,极限承载力可按照现行规范的正截面抗弯理论计算,按照现行规范计算的试验梁裂缝宽度和挠度与实测值吻合较好。     

预应力型钢超高强混凝土组合梁受弯性能试验研究及承载能力分析

通过对12根预应力型钢超高强混凝土组合梁进行静力荷载作用下受弯性能试验,分析预应力型钢超高强混凝土组合梁荷载-挠度曲线和跨中控制截面应变分布的变化规律。试验结果表明:该组合梁荷载-位移曲线具有明显的开裂拐点、屈服拐点、峰值拐点和峰值后持载特征;从加载至峰值荷载的90%,试验梁跨中控制截面均满足平截面假定;试验梁达到极限状态后,内置工字钢截面应力发生变化,使该组合梁在超高强混凝土脆性破坏后仍具有较高剩余承载力。基于试验结果,采用简单叠加法和变形协同分析法,分别提出了预应力型钢超高强混凝土组合梁正截面受弯承载力计算式,结果表明:两种计算式均有一定的适用性,基于简单叠加法的正截面受弯承载力计算式计算结果较为保守,基于协同分析法的正截面受弯承载力计算式计算结果与试验结果吻合较好。     

集中荷载作用下预应力钢骨超高强混凝土梁受剪性能试验研究

为研究预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪性能,对14个预应力钢骨超高强混凝土梁试件与7个预应力超高强混凝土梁试件进行受剪性能试验,研究剪跨比、预应力度、箍筋间距和腹板厚度等因素对预应力钢骨超高强混凝土梁受剪性能的影响。结果表明：加入钢骨后,梁试件的受剪承载力及剪切延性均有提高,并且钢骨对斜截面开裂后刚度的影响更为显著;增大腹板厚度可以提高组合梁试件的斜截面开裂荷载、受剪承载力和剪切延性,而增大箍筋间距会降低组合梁试件的受剪承载力和剪切延性。剪跨比越小,组合梁试件的斜截面开裂荷载和受剪承载力越大,剪切延性越差,预应力度对组合梁试件的斜截面开裂荷载和剪切延性均有影响,但当预力度小于0.34时,预应力度对剪切延性几乎无作用。提出预应力钢骨超高强混凝土梁的受剪承载力计算式,计算结果与试验结果符合较好,可供工程设计应用中参考。     

部分预应力混合配筋框支转换梁结构拟静力试验研究

通过对1榀转换梁下部1根碳纤维复材筋施加预应力的框支转换梁结构进行拟静力试验,分析部分预应力混合配筋框支转换梁结构在竖向和水平荷载作用下的裂缝发展规律、筋材应变规律,研究试件的承载能力、延性和滞回曲线等抗震性能。试验结果表明:对转换梁施加预应力能够有效抑制转换梁在跨中区域裂缝开展,使试件有较高的承载力;试件延性系数大于3,强屈比达到1.31以及滞回曲线较为丰满,说明部分预应力混合配筋框支转换梁结构具有较好的延性和抗震性能。     

500MPa钢筋预应力混凝土梁疲劳受力性能试验研究

进行了3根采用HRB500级钢筋作为非预应力筋、钢绞线作为预应力筋的预应力混凝土梁的疲劳受力性能试验。对预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的500MPa级钢筋应力、钢绞线应力、混凝土应变以及疲劳荷载下裂缝和刚度变化的特点进行了较详细分析,并对250万次疲劳作用后的试验梁剩余静载承载力和受力特点进行了分析。试验研究结果表明,采用500MPa级钢筋作为非预应力筋的预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下的受力性能良好,500MPa级钢筋的抗拉强度能够充分发挥,试验梁的剩余静载承载力较高,钢绞线和非预应力钢筋都能达到屈服强度,表现出较好的延性。为我国混凝土结构设计规范进一步修订时在预应力结构中采用500MPa级钢筋作为非预应力筋提供了参考依据。     

体外预应力竖向张拉法加固RC梁挠度计算

对7根钢筋混凝土简支梁（2根对比梁、5根加固梁）进行加载试验,并通过试验数据,分析了不同张拉控制应力下各梁的挠度变化规律。体外预应力竖向张拉法加固混凝土梁能显著改善梁的受力和变形性能,不仅能抵消部分荷载在梁跨中的挠度,而且能在加固梁跨中产生反拱,反拱度随应力的增加而增加,能够较好地减少加固梁跨中挠度。体外预应力梁的挠度计算为外荷载产生的挠度减去预应力筋产生的反拱,计算值与试验值较吻合。     

2年持续荷载下城市轻轨预应力钢-混凝土组合梁试验研究

为研究城市轻轨预应力钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下的受力性能,按照截面刚度和应力相似的原则,设计4根钢-混凝土组合梁模型,进行为期2年的堆载试验,重点考察持续荷载下有效预应力大小和混凝土种类对组合梁跨中变形和截面应力的影响。结果表明:预应力钢-混凝土组合梁的下挠随时间不断增加,但增加的速率有所减缓;在2年持续荷载作用下,PCB-1～PCB-3和CB-1的附加变形分别为3.910mm、3.667mm、2.456mm和4.370mm,可见施加预应力对组合梁的附加跨中变形有较大的影响,且有效预应力越大,附加跨中变形越小,采用高性能混凝土可以明显减小组合梁的附加跨中变形。最后,对城市轻轨预应力钢-混凝土组合梁长期变形的计算方法进行探讨。     

早龄期张拉对预应力混凝土梁徐变的影响

采取室内试验与有限元分析相结合的手段,研究早龄期张拉预应力是否可以降低混凝土梁的徐变值。室内试验部分以实际工程为依托,制作了4根1∶6的缩尺试件。设计了两种不同的预应力张拉方案,通过比较不同方案中预应力筋的预应力损失、梁的挠度、梁截面混凝土的应变、梁截面曲率等方面的试验数值,可以看出在早龄期进行张拉的两次张拉方式对于降低混凝土徐变是最有效的。又利用有限元计算了两种张拉方案中预应力混凝土梁的竖向变形,验证了试验的准确性,并再次证实了早龄期张拉的施工方法可以明显地降低预应力混凝土梁的徐变值。     

预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的延性设计方法

在4根预应力CFRP板加固混凝土梁试验研究的基础上,通过平截面假定以及材料应力应变本构关系进行推导,提出根据确定的目标延性系数反算CFRP板加固面积或初始张拉控制应力的计算方法.计算结果与试验结果比较,计算方法具有良好的适用性,可为实际工程中进行预应力CFRP板加固混凝土梁设计提供参考.     

低周反复荷载作用下CFRP-PCPs复合筋混凝土梁裂缝试验研究

基于5根不同张拉控制应力和不同截面面积的CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载作用下的试验,对比试验梁的裂缝分布与发展,在GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算裂缝宽度的基础上,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,提出CFRP-PCPs复合筋混凝土梁在低周反复荷载下最大裂缝宽度计算公式,对比表明,试验结果与计算值吻合较好。     

疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁挠度试验研究

通过对6根不同锈蚀率的部分预应力混凝土梁进行静力和疲劳试验,研究了疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁破坏形态、疲劳寿命、刚度及跨中挠度的变化规律。试验结果表明:疲劳荷载作用下,锈蚀部分预应力混凝土梁均发生以某一主筋脆性断裂为标志的正截面弯曲疲劳破坏,随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀试验梁的疲劳寿命显著降低。锈蚀试验梁在疲劳荷载作用下的刚度变化呈现出3个阶段:迅速下降→缓慢下降→趋于平稳。根据锈蚀梁跨中挠度的变化规律,提出了疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁跨中挠度的计算公式,其结果与试验数据吻合程度良好。