体外预应力筋极限应力增量的理论分析与试验研究

为研究体外预应力梁受弯破坏过程的力学性能及体外预应力筋极限应力增量,对比分析了各国规范关于体外预应力筋应力增量的计算方法,设计并完成了2根体外预应力波形钢腹板简支组合梁的抗弯承载力试验,编制了非线性全过程分析程序对2根梁进行了分析;以跨高比为主要变量,考虑混凝土强度、截面配筋状况、体外预应力筋有效预应力等因素,以平截面假定为基础,根据极限状态时梁截面内力平衡条件,通过增大受压区混凝土面积建立了体外预应力筋极限应力增量的简化计算公式,并用搜集到的19根试验梁数据对该计算公式加以验证。结果表明:体外预应力组合梁受弯破坏全过程与体内预应力梁基本类似,但是梁破坏时体外预应力筋还未进入屈服阶段,利用各规范公式计算的体外预应力筋极限应力增量比试验值小很多,与试验梁普通受拉钢筋屈服时的体外预应力筋应力增量相当;体外预应力筋的极限应力增量与跨中挠度近似呈直线关系;计算结果与试验结果吻合良好,该公式具有一定的参考价值。     

有效预应力对无粘结预应力梁受力性能的影响

利用有限元方法,研究了有效预应力对无粘结预应力混凝土梁受力性能和无粘结预应力筋极限应力增量的影响.设计了以有效预应力值为变量的分别承受跨中单点集中荷载以及均布荷载作用的无粘结预应力混凝土梁,利用建立的有限元模型对这些梁进行非线性全过程分析.结果表明,随着有效预应力的提高梁的开裂荷载和开裂弯矩显著提高,若梁破坏时无粘结预应力筋仍处于弹性阶段,则梁的极限荷载和极限弯矩亦显著提高,而无粘结预应力筋极限应力增量逐渐降低.     

体外预应力加固混凝土框架梁体外筋应力增量分析

体外预应力是后张预应力体系的一个重要分支,已越来越广泛地应用于桥梁工程和建筑结构以及结构加固.应力增量和二次效应是体外预应力结构设计中两个关键因素,同时也是两个难点问题.国内外对体外预应力的研究大都集中在简支梁,而对超静定梁的研究很少,因此有必要对体外预应力超静定梁进行深入的研究.通过试验重点分析了框架粱体外筋应力增量随荷载增长的规律以及应力增量与梁跨中挠度的关系,并通过综合分析国内外研究资料及试验结果,总结出了一些有益的关于体外预应力加固框架梁应力增量的试验结论,并提出了计算超静定结构应力增量的简要计算公式,这对我们今后进行体外预应力超静定结构设计和加同都能够提供一定的帮助,在港口、水坝、桥梁等结构的建设上也都有广泛的应用前景.     

体外预应力混凝土梁的预应力筋应力增量研究

为了推广体外预应力技术在混凝土结构,特别是在低强度混凝土梁加固中的应用,对12根体外预应力加固混凝土梁展开静载试验。结合模型梁抗弯性能的试验研究,重点分析预应力筋应力增量对抗弯承载力计算的影响。研究成果表明:预应力筋应力增量是影响体外预应力混凝土梁抗弯承载力计算精度的主要因素,试验结果表明,JGJ/T 92—2004《无粘结预应力混凝土结构技术规程》中关于体外预应力应力增量值100 MPa明显偏低,建议修订为170 MPa。     

体外预应力混凝土梁极限状态分析

通过9片体外预应力混凝土梁静载试验的结果,建立了体外预应力混凝土梁极限状态下弯矩、挠度和体外预应力筋应力增量的简化计算方法;同时,采用此方法对国外二批体外预应力混凝土梁的试验结果进行分析计算,取得了很好的效果.证明该方法具有较强的通用性和良好的计算精度,为研究和设计各种体外预应力结构提供了一种可直接利用的公式.     

浙江省人民大会堂预应力混凝土梁设计

结合浙江省人民大会堂27m跨预应力混凝土框架梁的设计,对预应力梁的材料选择、预应力筋布置、内力计算、预应力筋选配、预应力张锚及构造措施等问题进行了分析.     

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。     

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。     

体外预应力混凝土简支梁剪切性能试验研究

为了研究节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能,采用剪跨比、配箍率、接缝类型、体内外预应力筋配比等参数进行了13根整体式和14根节段式(胶接缝和干接缝)体外预应力混凝土简支模型梁试验。描述了模型梁箍筋应力、体外预应力筋应力、挠度随荷载变化规律,以及破坏裂缝形成过程和破坏形态;分析了剪跨比、体内外预应力筋配比、接缝位置和数量及类型对梁剪切性能的影响。研究表明,节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能和整体式梁有很大差异,接缝决定着剪切破坏形态与破坏裂缝的形成、较大削弱了梁的抗剪承载力、明显增大了破坏裂缝的宽度和梁体破坏时的变形;配置体内预应力筋能有效改善体外预应力混凝土梁的剪切性能;整体式体外预应力混凝土梁的剪切性能和一般预应力混凝土梁也有一些差异。     

体外无粘结预应力结构技术的探讨

体外预应力是后张预应力体系的一个重要分支。在进行体外预应力结构设计时,基本上以无粘结预应力设计为蓝本,没有充分考虑应力增量及二次效应的影响。针对现有的体外预应力混凝土结构设计存在的局限性,结合相关规范及国内外的研究成果,对体外预应力结构设计时应考虑的一些问题进行了探讨,包括体外预应力筋应力增量的取值、钢筋混凝土梁极限应力及抗弯承载力的的计算方法等。     

无黏结预应力型钢混凝土框架梁静力性能试验研究及有限元模拟

为研究无黏结预应力型钢混凝土(UPSRC)框架梁的静力性能,对4榀UPSRC框架梁试件进行了竖向静载试验,主要的变化参数为框架梁中普通钢筋用量、型钢用量以及框架柱尺寸。对其裂缝发展、破坏模式、荷载-位移曲线、普通钢筋及型钢应变、无黏结筋应力变化等进行了分析。结果表明：UPSRC框架梁整体呈“梁铰”破坏机制,梁端及跨中出现塑性铰,截面转动能力强;达到极限荷载时,跨中及梁端受拉钢筋均屈服,部分受压钢筋屈服,型钢受拉翼缘基本屈服,受压翼缘则处于弹性工作状态;极限荷载后,UPSRC框架梁仍有较高的承载能力;无黏结筋应力增量与跨中挠度呈良好线性关系,且已有规范计算方法低估了UPSRC构件达到极限状态时无黏结筋的应力增量值;与型钢用量及框架柱截面尺寸相比,改变普通钢筋直径对UPSRC框架梁的极限荷载以及裂缝宽度的影响最为显著。利用ABAQUS有限元软件对试验进行了数值模拟。经分析发现,该模型可较好地模拟竖向荷载作用下UPSRC框架梁的力学性能。     

装配式体外预应力一字形锚固装置的研究

近年由于产业升级等因素,使用过程中的部分门式刚架需要增加设备,导致屋面荷载增大、钢梁承载力不足,因此需要进行加固。在加固过程中常采用焊接、钻孔等连接方式,为了避免其对原结构钢梁的破坏,设计了一种在门式刚架加固中起连接作用的装配式体外预应力一字形锚固装置,该装置通过钢绞线施加体外应力,在锚固处摩擦挤压实现自锁,改变了原结构的受力状态,以达到加固效果。采用有限元软件ANSYS对该装置节点进行了模拟仿真,分析了该锚固节点的位移、等效应力、接触状态及摩擦应力等受力特征,并通过试验的方法研究了采用该装置加固后,钢梁的应变及挠度的变化情况,并与同等工况下有限元软件MIDAS/Gen的模拟结果进行了对比分析。研究结果表明,该装置安全有效,可以应用于钢梁加固中的锚固连接。     

体外预应力混凝土简支梁的效率配筋设计

通过对体外预应力混凝土简支梁中受拉区普通钢筋对结构工作性能的影响分析,明确了在体外索结构中普通钢筋的作用和截面的破坏机理,从充分利用材料强度及提供足够的截面延性出发,提出效率配筋的概念。根据截面的变形关系,推导出效率配筋下索极限应力增量和截面极限强度的计算公式。通过对截面变形参数沿梁长变化的分析,找出了其变化规律,确定了沿梁长方向的截面变形,从而求得锚固和转向点的位移并求出体外索的应力。在此基础上,通过简单的迭代计算,给出了不同转向方式和加载形式下效率配筋的计算方法。     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54．15％,极限强度提高27．72％。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

Seismic behaviour of steel beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms

This paper presents experimental and analytical studies on the seismic behaviour of steel I-beam to circular CFST column assemblies with external diaphragms. In the experimental study, four specimens, i.e. two exterior joints and two interior joints in a frame structure, are tested under constant axial loads on columns and cyclic vertical loads on beam ends. The specimens are designed to be strong column-weak beam for exterior joints and strong beam-weak panel zone for interior joints. The failure modes of local buckling on beams and shear deformation of the panel zone are observed in the test. The seismic performance of the beam to column assemblies is assessed by analysing the load–displacement hysteretic curves, the energy dissipation ability and the ductility of the load–displacement skeleton curves. In the analytical study, finite element models of the four test specimens are developed to predict the hysteretic behaviour and the stress distribution. The nonlinear mixed hardening model and the concrete damaged plasticity model are used to define the material properties of steel and concrete, respectively. The steel to concrete interfaces are modelled by hard contact with friction. The fidelity of the model is verified by comparing the prediction with the experimental data. The stress distribution of model components, including steel beams, steel tubes, and concrete cores are illustrated. The results indicate that failure modes have significant effects on the characteristic of stress distribution.     

钢-混凝土组合梁体外预应力筋极限应力研究

对国内外有关钢 混凝土组合梁体外预应力筋极限应力的研究成果进行了较为系统的综述。根据近期完成的 4根体外预应力钢 混凝土组合梁单调全过程试验 ,提出了体外预应力筋预应力损失的设计建议。基于虚功原理和变形协调条件分别推导了体外预应力筋弹性增量和极限应力的计算公式 ,在此基础上建立了体外预应力钢 混凝土组合梁抗弯承载力的计算公式 ,并编制了计算程序 ,程序计算值与试验结果吻合良好     

体外预应力加固桥梁锚固结构的细部分析

以南宁市邕江大桥体外预应力加固工程为背景,采用空间有限元分析方法,对锚固在原结构一般梁截面的锚固结构进行细部分析,根据获得的空间应力分布特点,考虑采用槽钢、螺纹钢和钢筋层对锚固结构进行局部加固的构造措施,分析表明：在锚固结构与原结构交接部位设置槽钢、螺纹钢,能有效地降低该位置混凝土的应力集中,使得应力分布趋于均匀,局部应力满足规范限值要求。同时,工程实践表明,该有限元细部分析方法较为符合实际锚固结构的受力特点,其计算结果和局部加固的构造措施,可作为同类体外预应力加固桥梁锚固结构设计和施工的重要参考。     

体外预应力加固混凝土梁的探讨

阐述了体外预应力加固方法的优缺点,对国内外应用体外预应力技术的承载能力、应力增量问题以及摩擦损失的研究现状进行了介绍,指出了体外预应力技术研究现状的不足及未来的发展方向。     

外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架足尺振动台试验研究

为真实反映地震作用下墙板与分层装配支撑钢框架的动力协同工作性能,设计了三层足尺分层装配支撑钢框架通过柔性减震连接件外挂PC复合墙板结构模型,通过振动台试验考察其动力损伤演化机制和变形特征。研究结果表明：外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构可以满足我国规范对于抗震安全性的要求,并且表现出损伤控制和低残余位移特性。多遇地震作用下结构和墙板完好无损;设防地震作用下结构无损,墙板微损;罕遇地震作用下结构损伤集中于柔性支撑,梁柱框架无损,墙板及连接无显著破坏;超大地震作用下梁翼缘局部进入塑性,墙板节点和墙板边缘及预埋件处有显著破坏但主体结构完好。采用柔性减震连接件外挂的PC复合墙板不会影响分层装配支撑钢框架的变形恢复能力,其相对于主体结构具有良好的变形适应性,提高了分层装配支撑钢框架的层间变形均匀性,在支撑松弛的情况下可以显著提高结构刚度,从而降低层间位移响应和扭转响应,并削弱了柔性支撑在动力作用下突然张紧产生的冲击效应。总体上,外挂PC复合墙板的分层装配支撑钢框架结构具有优良的抗震性能和震后可恢复性。     

地基不均匀沉降时超静定框架应力场的还原及应用

针对发生地基不均匀沉降的超静定框架结构应力场的还原问题,给出了基于结构力学矩阵位移法还原超静定框架结构体系应力场的计算原理。基于包含上部钢框架、独立基础和多维弹性地基支承的整体超静定结构体系的静力平衡条件和变形协调条件,建立了超静定结构的有限元计算模型。以实际监测工程为算例,采用MIDAS/Gen有限元软件计算还原了包含上部钢框架、基础和基底弹簧支座的整体超静定结构第二平衡状态下的应力场; 由实测的钢框柱柱脚位移值反算出基底弹簧支座各方向的弹性刚度,得出整体超静定结构第二平衡状态下的刚度矩阵及位移矩阵,从而求得监测初期和终期上部超静定钢框架结构各构件的内力计算值。最后,对比钢框架各构件内力的理论计算增量值与监测增量值。结果表明:构件各项内力理论计算增量值与监测增量值的相对误差均不超过40%,且构件各项内力理论值与监测值的增量变化方向一致,验证了基于矩阵位移法的超静定框架结构应力场还原方法的合理性和可行性。