预应力混凝土框架梁裂缝控制实用方法的研究

我国现行规范GB50010-2010《混凝土结构设计规范》给出的裂缝宽度计算公式当中,影响裂缝宽度计算值的参数众多,使得计算尤为复杂,一定程度上制约了预应力混凝土结构的应用.本文对预应力混凝土框架梁三级裂缝控制进行研究,基于理论分析与工程统计的基础上提出了裂缝控制的实用方法——钢筋应力控制法,并给出了钢筋应力的简化计算方法.该方法避免了对裂缝宽度的“准确数值”进行繁琐的计算,为结构设计人员提供了方便,推广了预应力混凝土结构的应用.     

预应力混凝土梁裂缝控制及设计方法的研究

针对现行《混凝土结构设计规范》(GBJ10— 89)中对室内正常环境下采用高强度钢材的预应力混凝土结构的裂缝控制过严、预应力钢筋用量过多的现实问题 ,对如何切合实际地放松裂缝控制的要求 ,作者提出了一种形式简洁的裂缝控制标准及名义拉应力验算建议。同时结合若干工程实例 ,通过对预应力混凝土梁基于荷载效应组合过程的裂缝宽度的模拟分析计算 ,对这一标准进行了验证。     

预应力高强混凝土梁抗裂度和裂缝宽度试验研究

概括介绍了预应力比率为 0 6～ 1 0、混凝土强度等级为C40～C80的 1 4根先张法预应力高强混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的试验结果。通过与《混凝土结构设计规范》(GB5 0 0 1 0— 2 0 0 2 )相关计算公式进行对比分析 ,讨论了混凝土强度对截面抵抗矩塑性系数的影响作用 ,提出了修正系数计算公式 ;分析了混凝土强度、预应力比率对受拉钢筋的等效应力、平均裂缝间距及裂缝宽度的影响规律 ,给出了规范裂缝宽度计算公式的预应力比率适用范围 ,提出了计算修正方法     

《混凝土结构设计规范》修订简介(八)——预应力混凝土结构构件

介绍了新版《混凝土结构设计规范》中预应力混凝土结构构件设计计算、构造方面修订和新增的内容。要点为预应力作用参与相关荷载组合,预应力新材料,裂缝控制及裂缝宽度验算,考虑内力重分布进行调幅的计算,施工阶段验算要求,改进预应力混凝土收缩、徐变损失值计算,预应力混凝土局部承压间接加强钢筋的配置和防止预制预应力混凝土构件端部裂缝的配筋要求,预应力混凝土结构在地震区的应用及抗震设计,以及新增加无粘结预应力混凝土设计规定等。     

配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁短期裂缝试验研究

进行了29根配置500MPa级钢筋的后张有黏结预应力混凝土梁的受弯性能试验,获得了29组裂缝间距和96组短期裂缝宽度数据;收集了国内外29根后张有黏结预应力梁的裂缝试验数据。采用以上试验数据,分析了后张有黏结预应力混凝土梁的短期裂缝特征,并评估了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中裂缝计算公式的适用性。研究结果表明：规范GB 50010—2010的短期裂缝计算方法仍适用于配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁,按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度较试验值普遍偏大,二者之比的均值分别为1.086、1.313和1.263。因此,建议对GB 50010—2010规范公式部分参数进行修正,并建议将计算裂缝宽度明确为梁侧面最外排受拉钢筋中心处、钢筋应力取为最外排受拉钢筋的应力。通过参数回归分析,得到裂缝宽度的修正计算公式,并提出梁侧面最外排受拉钢筋中心处与受拉边缘、预应力筋中心处的裂缝宽度的换算关系式,建议公式的计算值和试验值符合较好。     

最大等效钢筋直径控制钢筋混凝土构件的裂缝宽度

对最新修订的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》裂缝宽度验算公式进行变换,首先提出用一新的正截面承载力计算中的纵向受拉钢筋配筋率、钢筋应力和钢筋直径的关系曲线代替常用的按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率、钢筋应力和钢筋直径的关系曲线;接着给出了结构设计时参考图表和应该注意的内容;最后提出钢筋混凝土受弯构件不需作裂缝宽度验算的最大钢筋直径的统一调整公式。在设计配筋时,只需计算出钢筋应力查表或根据调整公式就可以判定所选钢筋是否满足规范对裂缝宽度限值的要求。     

无粘结预应力混凝土构件裂缝控制

目前,无粘结预应力混凝土结构的裂缝控制和裂缝宽度计算尚无统一标准可循,现行有关规范、规程没有裂缝宽度计算公式,实际工程设计常参照有粘结预应力混凝土的相关规定。现行规范对正常极限状态下预应力混凝土构件裂缝实行分级控制,适当放松了抗裂控制条件,提高了拉应力限制系数的取值,仍采用平均裂缝宽度乘以扩大系数的方法计算最大裂缝宽度。用现行规范计算裂缝宽度,有助于减少无粘结预应力混凝土结构的用钢量。建议在无粘结预应力工程中对裂缝控制条件进一步放松,在荷载短期效应组合下按允许开裂进行设计,合理选择配筋率。     

HRB600作为普通钢筋的预应力混凝土梁疲劳强度试验研究

通过HRB600作为普通钢筋的预应力混凝土梁的静载和疲劳对比试验,分析了疲劳荷载对试验梁的受弯承载力和裂缝性能的影响,研究了混凝土和HRB600钢筋的疲劳应力幅发展规律及其计算方法。分析结果表明:经过200万次循环加载,试验梁的受弯承载力没有明显削弱,裂缝宽度增大,裂缝形态更为复杂。混凝土和HRB600钢筋的疲劳应力幅可以按照现行《混凝土结构设计规范》进行计算,本文建议HRB600钢筋的疲劳应力幅限值可以按照HRB400钢筋选取。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂计算方法

关于有粘结预应力FRP筋混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的计算问题,目前我国现行设计规范中尚无相关规定,ACI440.1R—06规范仅给出了非预应力FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度的计算方法。分别应用我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和ACI318—05规范中适用于普通钢筋混凝土构件的抗裂度公式,计算了国内外30根有粘结预应力FRP筋混凝土梁试件的开裂弯矩。按我国《混凝土结构设计规范》计算的开裂弯矩值与试验结果吻合良好。考虑了FRP筋等效、FRP筋的粘结性能以及环氧涂层钢筋等的影响,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的修正公式和ACI440.1R—06规范对国内外24根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果进行计算对比。分析结果表明,文中的计算值与试验结果更为吻合。     

基于名义拉应力法的预应力混凝土结构的裂缝控制

根据现行规范的裂缝宽度的计算公式,自编程序计算有黏结和无黏结部分预应力混凝土结构对应于特征裂缝宽度的名义拉应力值,并考虑了截面高度、保护层厚度、混凝土强度等级、非预应力筋配筋率、非预应力筋直径和预应力度等参数对一定裂缝宽度下名义拉应力值的影响,归纳各参数对名义拉应力值的影响系数。对于各参数对名义拉应力值的综合影响系数,可以将各影响系数相乘得到。最后以实际工程为例,比较了用本方法进行裂缝控制和用规范公式计算结果的差异。算例分析表明,基于名义拉应力法的预应力混凝土结构的裂缝控制方法是一种简便、可靠的裂缝控制方法。     

500MPa级钢筋工程应用的试验与研究

对采用500MPa级钢筋的混凝土框架结构进行了设计计算及结构原位加载试验,研究了混凝土梁裂缝宽度。对配置500MPa级钢筋混凝土梁的裂缝宽度实测值,按现行《混凝土结构设计规范》的计算值以及按修正规范《导则》的计算值进行了对比、分析,并参考了国外规范的有关规定,提出了配置500MPa级钢筋的混凝土构件计算方法。可供工程设计和科研人员参考应用。     

容许应力法与极限状态法偏压构件裂缝宽度计算的对比分析

以矩形轻型桥墩为例,首先推导出铁路规范中未明确的钢筋应力计算表达式,然后再按照TB 10092-2017《铁路桥涵混凝土结构设计规范》与JTG 3362-2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对6 m和12 m墩高在不同荷载组合工况下进行裂缝宽度计算分析,从而得出不同规范中裂缝宽度参数计算的差异.分析结果...     

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。     

欧洲、美国规范混凝土结构裂缝控制方法及其与中国规范的对比研究

对欧洲、美国、中国混凝土结构设计规范的裂缝控制设计方法及其演变过程进行了系统梳理,并详细对比了各国现行规范中裂缝验算方法。比较发现:1)欧洲规范进行裂缝验算时考虑的因素最全,方法上也呈现出逐渐简化的趋势;现行规范中的验算方法,设计人员根据实际工程需要选用其一即可。2)美国规范认为混凝土构件裂缝大小存在一定随机性,很难通过计算掌握实际裂缝宽度。因此现行规范ACI 318-14中规定的最大钢筋间距限值,只考虑了受拉钢筋应力和混凝土保护层厚度;该方法简单,易于为工程采用。3)以圭亚那水处理厂混凝土结构为例,分别采用欧洲、美国和中国规范的计算公式验算该结构的裂缝宽度,结果表明各规范裂缝宽度验算结果相差不大,相比较我国规范要求更加严格。     

无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁力学性能

设计制作了5根不同粗骨料替换率的无粘结预应力再生粗骨料混凝土试验梁,并采用两点加载对其进行正截面受弯性能试验,研究了无粘结预应力再生粗骨料混凝土的梁破坏形态、承载力、裂缝宽度及跨中挠度等力学性能。基于试验数据建立了与《混凝土结构设计规范》（GB 50010—2010）相协调的无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁预应力钢筋应力增量计算公式,提出了无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的最大裂缝宽度及刚度的设计建议。结果表明:再生粗骨料替换率对无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的破坏形态、裂缝宽度、跨中挠度影响不大;达到承载力极限状态时无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的无粘结预应力钢筋应力增量比无粘结预应力混凝土梁的无粘结预应力钢筋应力增量大,但再生粗骨料替换率对应力增量的影响不显著。     

部分预应力(PPC)梁裂缝控制计算的探讨

针对部分预应力 (PPC)梁裂缝控制问题 ,在实验梁数据的基础上 ,对PPC梁裂缝宽度的直接计算方法和用名义拉应力实施间接控制的方法进行了分析研究 ,解析了当今世界具有代表性的几种规范中裂缝宽度的计算模式及其对PPC梁的计算效果。同时结合裂缝宽度的计算 ,对已获审查通过的我国《混凝土结构设计规范》(GB5 0 0 10 )进行了分析。相关结论可供PPC梁设计参考。     

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。     

预应力芯棒在连续配筋混凝土路面中的应用

对预应力芯棒代替钢筋在连续配筋混凝土路面中的应用进行了研究,介绍了预应力芯棒的材料组成和每米宽度路面计算模型。通过求解连续配筋混凝土路面温缩应力微分方程,采用温度试探法求得路面裂缝间距和裂缝宽度,并与普通连续配筋路面进行对比得出:采用预应力芯棒代替普通钢筋,可大幅节约钢筋用量,经济效益得到了明显提高。     

钢筋增强PVA纤维水泥基复合材料梁裂缝宽度的计算方法

在钢筋增强PVA纤维水泥基复合材料梁相关试验数据的基础上,对现行GB50010—2010《混凝土结构设计规范》、SL191—2008《水工混凝土结构设计规范》和JTJ 267—1998《港口工程混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土梁最大裂缝宽度计算公式进行改进,提出了钢筋增强PVA纤维水泥基复合材料梁最大裂缝宽度的计算方法与设计建议。与基于JTJ 267—1998《港口工程混凝土结构设计规范》的计算方法相比,基于其他两种规范的建议公式的最大裂缝宽度计算值与试验值更为吻合。     

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。