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。     

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。     

配置HRBF500钢筋的无粘结预应力混凝土梁短期刚度试验研究

通过8根矩形截面梁的受弯试验,研究配置HRBF500纵向钢筋的无粘结预应力混凝土梁短期受弯刚度,并对国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中的刚度计算公式进行了评析.试验研究结果表明:设计规范GB 50010的短期受弯刚度计算模式对配HRBF500钢筋的无粘结预应力混凝土梁仍适用,但按设计规范GB 50010计算的短期刚度总体上比试验值偏小,二者之比平均为0.857.根据试验结果,提出无粘结预应力混凝土梁刚度比值系数w的修正建议,修正后的计算值与试验值符合较好.     

无粘结部分预应力矩形截面受弯构件短期刚度的试验研究

本文提出了无粘结部分预应力矩形截面受弯构件短期刚度的计算公式。该公式的推导分两个步骤。首先,对363根模拟构件用非线性分析方法进行模拟计算。然后,根据模拟计算结果确定影响刚度的主要因素,并通过数学回归求得其量值关系,从而求得刚度计算公式。公式的物理概念较清楚,计算较简便。通过对近期的12根试验梁以及过去的15根试验梁的实测挠度与计算结果比较表明,公式的精度是满意的。     

纤维塑料筋(FRP筋)有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁短期刚度试验研究

分别以碳纤维筋(CFRP筋)及芳纶纤维筋(AFRP筋)为无粘结及有粘结预应力筋,以环氧涂层钢筋为非预应力筋,进行了2组共17条梁的受弯试验。试验结果表明,纤维塑料筋(FRP筋)有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩与曲率(或弯矩与挠度)曲线接近为双折线,双折线的交点位于开裂弯矩Mcr处。基于双直线假设,利用实测试验梁的终点刚度折减系数β0.5,可求出1/β0.5对换算配筋率nfρ和预应力强度比λ的线性回归方程,并采用预应力筋粘结特征系数Ω对纤维塑料筋的面积进行折减,得到了能同时针对纤维塑料筋有粘结及无粘结部分预应力混凝土梁的统一的刚度计算公式。此外,对ACI440.4R-04提出的关于纤维塑料筋预应力混凝土梁的刚度计算公式,在有效惯性矩软化系数βd中引入预应力筋粘结特征系数Ω,从而使该刚度计算公式能够适用于纤维塑料筋无粘结及有粘结部分预应力混凝土梁的刚度计算,上述两种方法的计算结果与本文试验数据符合良好。     

无粘结预应力混凝土梁塑性铰的研究

在总结配筋混凝土受弯构件等效塑性铰研究现状的基础上,通过对无粘结预应力混凝土梁的仿真模拟试验和理论分析,建立了适于无粘结预应力混凝土受弯构件的等效塑性铰长度计算公式,为无粘结预应力混凝土结构的塑性设计方法研究提供了参考依据。     

悬臂构件中无粘结预应力筋极限应力的分析

目前,国内外有关结构设计规范和设计建议中给出的无粘结预应力筋极限应力计算式均为经验公式,它们均建立在对称加荷的简支受弯构件试验基础上,而这些设计规范和设计建议并未限制这些经验公式的应用范围。本文对悬臂构件与对称加荷的简支受弯构件的无粘结预应力筋的极限应力进行了对比计算和分析,并指出了悬臂构件用规范经验公式计算时可能产生的影响,同时给出了悬臂构件中无粘结预应力筋的变化规律,可供设计人员参考。     

在使用荷载下出现裂缝的部分预应力砼梁裂缝宽度的计算

本文在分析65根部分预应力砼梁试验资料的基础上,研究了部分预应力砼梁裂缝开展规律及影响裂缝宽度的主要参数,并提出了有粘结和无粘结部分预应力砼梁裂缝宽度的计算模式和公式。通过建议公式的计算结果与试验结果比较,两者符合较好。     

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。     

无粘结部分预应力砼迭合梁正截面承载力的试验研究

给出了20根矩形截面无粘结部分预应力砼迭合梁(其中2根为对比梁)极限承载力的试验成果.在此基础上,结合无粘结部分预应力砼梁及普通砼迭合梁的已有成果,提出了一套无粘结部分预应力砼迭合梁正截面承载力计算公式.经试验结果验证可知,这些公式计算精度较高,可满足工程设计要求.     

轴向力对预应力构件正截面影响的研究

通过4根200mm×250mm×4000mm等比例无粘结预应力钢筋混凝土梁正截面承载力的试验研究,论证了轴向力对预应力混凝土受弯构件正截面承载力的影响。     

碳纤维筋无粘结部分预应力混凝土梁受弯性能研究

研究以碳纤维筋为无粘结预应力筋和环氧涂层钢筋为非预应力筋的部分预应力混凝土梁的受弯性能。共进行了8根梁从混凝土开裂、裂缝开展直至梁受弯破坏的全过程试验。测定了梁的开裂弯矩,截面应变分布,变形的发展,裂缝出现、发展及分布情况。在实测碳纤维筋应力增量的基础上,提出了无粘结预应力碳纤维筋极限应力的经验计算公式,给出了碳纤维筋无粘结部分预应力混凝土梁的短期刚度及裂缝宽度的算法。     

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。     

板与次梁对无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板边节点抗震性能的影响

通过2个无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板边节点在低周反复荷载下的拟静力试验,重点研究了板和次梁对扁梁柱板边节点的承载力、延性及耗能能力等抗震性能的影响,发现板和次梁能提高无粘结部分预应力高强混凝土扁梁柱板边节点的抗震性能。     

简支梁板中碳纤维筋应力增长影响因素

把握使用阶段无粘结CFRP筋应力增长规律是准确计算无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁板刚度及裂缝开展宽度的基础。为此,基于无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁板全过程分析程序,考察CFRP筋弹性模量与钢筋弹性模量比值、非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、加载方式、跨高比和无粘结CFRP筋布筋形式等参数对正常使用阶段简支梁板中无粘结CFRP筋应力增长的影响规律。     

无粘结预应力混凝土构件的可靠度分析

无粘结预应力(包括体内无粘结和体外无粘结)在桥梁工程中的应用逐步广泛起来,分析无粘结预应力混凝土梁桥的主要困难在于构件的截面强度和构件整体变形耦合;另外,结构采用无粘结配筋后,其可能的失效截面增多,从而影响到构件的整体可靠度。论文利用独立同分布随机变量的极值理论,分析了无粘结配筋对梁式构件可靠度的影响问题。结果表明,考虑无粘结预应力筋截面积沿长度方向的分布特性而引起的可靠指标的降低比较明显,可靠指标随着独立同分布随机变量的数目的增大而减小。工程设计实践中将无粘结预应力混凝土梁的安全贮备比有粘结预应力的计算结果提高15%有一定的合理性。分析还表明,严格控制预应力筋质量,减小预应力筋截面积的变异系数,能有效改善因采用无粘结配筋而引起的可靠指标降低问题。     

无粘结部分预应力砼梁裂缝宽度的试验研究

本文报告了33根矩形截面直线配筋和2根T形截面配置曲线预应力筋的无粘结部分预应力砼梁的裂缝宽度的试验研究成果。试验表明,在无粘结预应力砼梁中配置普通有粘结筋对梁在开裂后的裂缝分布有重要影响。本文分析了影响裂缝宽度的主要因素,根据预应力筋与周围砼无粘结而可互相滑动的特点,提出了将预应力筋对砼的预压力作为截面上的纵向压力,求解与弯矩共同作用下普通有粘结筋的应力(?),而后引用普通钢筋砼构件裂缝宽度的公式计算普通钢筋(?)水平处的裂缝宽度和近似计算预应力筋(?)。水平处的裂缝宽度。用本文33根矩形截面梁的裂缝宽度试验数据及文献[2]的数据对所建议的计算方法进行了校核,符合程度较好。此外用本文报告的2根6m跨长配置曲线预应力筋的无粘结部分预应力砼T形梁进行了补充验证,得出最大裂缝宽度的计算值略大于试验值而偏于保守。最后对最大裂缝宽度允许作了讨论。     

高温下无黏结预应力混凝土受弯构件的非线性有限元分析

采用混凝土和钢筋的增量型温度-应力耦合本构模型,在充分考虑高温下无黏结预应力筋总变形协调条件和其对梁单元有限元列式影响的基础上,将无黏结预应力筋内力与未知结点位移共同作为待求列矢,推导高温下无黏结预应力混凝土受弯构件非线性有限元全过程分析的增量有限元格式,建立其高温下非线性有限元计算模型,并提出其非线性有限元平衡方程组的求解方法,编制NAUPCLF非线性有限元程序,并对进行的高温试验及有关试验资料完成实例计算。结果表明,计算数值基本能反映其高温下变形及预应力筋应力的变化规律,计算理论较充分地表现了无黏结预应力混凝土受弯构件的无黏结特性及高温受力特点,可为建立高温下无黏结预应力混凝土受弯构件的耐火极限计算方法、进一步深入研究预应力混凝土结构的抗火性能和完善其基于抗火特性的设计方法提供手段和参考。