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。     

与600 MPa钢筋混合配置的预应力筋应力增量的试验研究

通过配置600 MPa钢筋的无黏结部分预应力混凝土梁受弯试验,分析了无黏结预应力筋应力增量的发展规律及其影响因素,提出了配置600 MPa钢筋的部分预应力混凝土梁的无黏结预应力筋极限应力增量计算式。试验结果表明：中前期普通钢筋主要承受拉应力,预应力筋应力增量发展较为缓慢;当普通钢筋屈服后,预应力筋应力增量显著提高,从而保证600 MPa钢筋强度得以充分发挥。采用文中算式验算了69根试验梁的无黏结预应力筋极限应力增量,计算值与实测值较为接近,分析结果表明该算式计算准确性较好,适用范围合理。     

波形钢腹板体外预应力组合梁正截面承载力及应力分布特征研究

为研究预应力状态下波形钢腹板组合梁的截面应力分布特征,设计制作2根波形钢腹板组合梁,在预应力筋张拉过程中研究了预应力对组合梁受弯截面应力分布特征的影响,通过正截面受弯试验对试件塑性承载力先进行测定;对体外预应力组合梁正截面承载力进行了理论分析;利用有限元分析软件,对与试件同类型的波形钢腹板体外预应力组合梁的塑性受弯承载力进行了参数分析,研究了腹板高度和混凝土强度对正截面承载力的影响。结果表明：预应力对此类构件的翼缘应变变化量影响较波形钢腹板的大约2~3倍;预应力损失对截面中性轴位置变化影响可忽略不计;施加预应力将使波形钢腹板组合梁的受弯承载力提高约30%,腹板高度等参数与此类结构跨中截面承载力呈线性关系;理论值与有限元模拟结果吻合良好,验证了所提出正截面承载力理论的准确性。     

配置600MPa钢筋的无黏结部分预应力梁受弯性能试验研究

对5根无黏结部分预应力混凝土梁进行受弯性能试验,研究配置600 MPa钢筋的无黏结部分预应力梁的受弯性能。分析非预应力筋配筋率及混凝土强度等级对试验梁挠度、极限应力增量及抗弯承载力的影响。研究结果表明:增大非预应力筋配筋率可以提高无黏结部分预应力混凝土梁的抗弯承载力;配置600 MPa钢筋的无黏结部分预应力混凝土梁的极限承载力仍可用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中推荐的算式进行计算;600 MPa钢筋的屈服强度设计值取520 MPa具有足够的安全储备。     

塑性阶段波形钢腹板组合梁体外预应力筋应力增量研究

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中塑性阶段体外预应力增量变化的影响因素,开展了波形钢腹板组合梁的抗弯承载力破坏性模型试验,并建立波形钢腹板体外预应力有限元模型,基于试验数据结果与有限元理论值对比,验证数值模型的有效性,根据数值模型开展各参数对体外预应力增量的影响规律.研究结果表明:混凝土强度对体外预应力筋应力增量的影...     

腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁正弯矩区受弯性能研究

传统钢-混凝土组合梁需要焊接不同形式的抗剪连接件,为避免繁琐的焊接工序及焊接对钢材产生的不良影响,提出了腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁。在冷弯成型的U形钢腹板上部开槽,并嵌入到混凝土翼板,与板底横向钢筋共同组成带有混凝土榫连接件的腹板嵌入式外包U形钢-混凝土组合梁(WUCSB)。设计了8个WUSCB的正弯矩区受弯性能试验,考虑U形钢板厚度、连接件间距、混凝土翼缘板宽等参数的影响,分析组合梁的破坏模式,并基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果对其刚度、承载力和延性等受力性能指标进行评价;建立了有限元模型,进行U形钢板厚度、混凝土翼缘板宽和梁底纵筋直径等3个参数的影响规律分析。试验结果表明：该组合梁满足完全抗剪连接,组合作用良好,U形钢可以达到全截面塑性,具有良好的整体受弯性能;增加U形钢板厚度和梁底纵筋直径可以提高组合梁的承载力;连接件间距、栓钉及箍筋对组合梁的承载力影响较小。基于试验结果和连接件的传力机理,给出了WUSCB抗剪连接度的计算方法;基于全截面塑性假定,给出了WUSCB受弯承载力设计方法,该承载力设计方法具有一定的安全储备。基于换算截面法,给出了受弯刚度计算方法,出...     

配置HRBF500钢筋的无粘结预应力梁受弯性能试验研究

进行了10根简支梁的受弯性能试验,研究了以HRBF500钢筋作为纵向受拉钢筋的无粘结预应力混凝土梁的破坏特征、预应力增量、受弯承载力以及位移延性.试验研究表明:在达到极限状态之前,试验梁中受拉的HRBF500钢筋均已屈服;梁破坏时,受压区混凝土压碎,破坏较为突然;无粘结预应力筋的实测极限预应力增量与综合配筋指标仍基本成线性关系,但较规范GB 50010-2010中公式的计算值明显偏大,计算值与试验值比值平均为0.35;梁跨中的屈服位移较大,但位移延性较差,位移延性系数平均为1.67,且随综合配筋指标增大,位移延性系数减小.根据笔者及相关文献中的试验结果,分析得到了无粘结预应力筋的极限预应力增量计算的建议公式,当极限预应力增量试验值＜450 MPa时,该式的计算值与试验值符合较好.     

简支梁板中碳纤维筋极限应力增量研究

利用无黏结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁板全过程分析程序计算无黏结CFRP筋极限应力增量,考察CFRP筋弹性模量、预应力筋配筋指标、非预应力筋配筋指标、加载方式、跨高比和无黏结CFRP筋布筋形式等参数对简支梁板中无黏结CFRP筋极限应力增量的影响规律,从而确定影响无黏结CFRP筋极限应力增量的关键参数。基于仿真分析结果,以关键参数为自变量建立了简支梁板中无黏结CFRP筋极限应力增量的计算公式,可以此为依据计算简支梁板的受弯承载力。     

波形钢腹板组合梁体外预应力筋模型试验及建议公式

为研究波形钢腹板组合梁受弯破坏过程中弹性阶段体外预应力增量的影响因素和计算方法,验证了基于光纤的智能预应力钢绞线在桥梁工程中应用的可行性和优越性,基于光纤光栅智能钢绞线技术对波形钢腹板组合梁模型开展试验研究.考虑了荷载形式、剪切变形和二次效应,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁的体外预应力筋应力增量的计算公式.研究结...     

钢-混凝土连续组合梁受力性能的有限元分析

为了分析钢-混凝土连续组合梁混凝土翼板的厚度、钢梁翼缘厚度、腹板高度和厚度等参数的变化对梁的应力和挠度的影响,利用ANSYS有限元软件,对两跨连续组合梁进行非线性瞬态分析,将计算结果和实测结果进行比较,验证了该模型的有效性。通过变换组合梁混凝土翼板的厚度,钢梁翼缘的厚度,腹板的厚度和高度,分析得出对梁的应力和挠度的影响强弱依次为：混凝土板厚,腹板高度,钢梁上下翼缘的厚度,腹板的厚度。     

波纹钢腹板体外预应力组合梁弯曲性能分析及试验研究

波纹钢腹板体外预应力组合梁作为一种新颖高效的桥梁结构正在引起广泛关注。在对波纹钢腹板的抗弯性能进行理论分析与试验验证的基础上 ,合理简化计算模型 ,建立了受弯条件下波纹钢腹板体外预应力组合梁全过程非线性分析的计算方法和计算程序。分析中计入了材料非线性的影响 ,能综合考虑不同加载方式、不同截面形式、不同转向和布索形式多种情况 ,并能计算从加载到破坏各个阶段下混凝土、钢筋、预应力索的应力和梁的挠度。最后对四片波纹钢腹板体外预应力简支梁进行了弯曲破坏试验 ,并与全过程非线性分析程序计算结果进行了对比分析 ,同时结合试验对普通非预应力钢筋对梁极限状态下力学性能的影响进行了探讨和分析。     

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力计算公式

部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁中,CFRP筋在梁的两端为有黏结形式,而中间部分为无黏结形式。国内外已有研究表明:与有黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的延性;与无黏结预应力CFRP筋混凝土梁相比,部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁对锚具的依赖性大为减小。基于构件整体变形协调与截面内力平衡条件,建立部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量的简化分析模型,提出可考虑不同无黏结段长度比例影响的、部分黏结预应力CFRP筋极限应力增量计算公式,并在此基础上推导不同破坏模式下部分黏结预应力CFRP筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,公式计算值与试验结果吻合良好。     

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。     

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。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究主要考虑锈蚀程度的影响,忽视了构件本身参数不同对承载力退化的影响,导致不同学者提出的锈蚀钢筋与混凝土的协同工作系数差异较大。为合理评估既有锈蚀钢筋混凝土梁的剩余承载力,首先对锈后无黏结钢筋混凝土受弯构件进行模拟试验与有限元分析,系统分析严重锈蚀混凝土构件钢筋应力水平的主要影响因素,发现截面配筋指标可综合反映混凝土强度和截面配筋率对受拉钢筋应力水平的影响,并确定基于截面配筋指标的锈后无黏结混凝土梁受拉钢筋强度利用系数;对一般锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的退化机理进行深入分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,建立一般锈蚀混凝土梁钢筋强度利用系数计算公式;提出概念明确、通用性强的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法;与大量的试验结果进行对比验证,计算方法的吻合性较好。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受剪性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁的受剪机理，设计了4根组合梁的缩尺模型，在组合梁腹部设置C形连杆和X形拉结筋，以剪跨比和腹板空腹率为变化参数，进行了受剪性能试验。试验结果表明：当组合梁剪跨比从1增大到3时，组合梁呈现出斜压破坏、约束剪压破坏和斜拉黏结破坏等三种破坏形态；腹板空腹率相同时，剪跨比的增大使梁的受剪承载力显著减小，变形能力提高，相比于剪跨比为1的组合梁，剪跨比为2和3的组合梁受剪承载力分别降低了23.94%和44.08%。C形连杆和X形拉结筋先于腹板达到屈服，腹板在加载后期承载能力得到充分发挥；剪跨比相同时，腹板空腹率的增大使组合梁的受剪承载力减小，腹板空腹率由51.1%增大至67.4%,组合梁的受剪承载力减小了8.82%。在试验基础上，参考JGJ 138—2016《组合结构设计规范》,基于叠加原理提出了钢筋桁架空腹组合梁受剪承载力计算方法，计算结果与试验结果较为接近。     

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。     

波纹腹板工字钢与混凝土组合梁抗弯承载力的理论分析与试验研究

波纹腹板工字钢与混凝土组合梁是一种新型的组合构件。设计了两种不同截面的组合梁进行试验研究,并对其抗弯承载能力进行了理论分析。分析结果表明,抗剪连接件在波纹腹板工字钢梁与混凝土翼缘板共同工作时起到了重要的作用;波纹腹板工字钢与混凝土组合梁受弯时,波纹腹板弯曲正应力几乎为零,弯矩主要由混凝土板和工字钢梁翼缘承担;波纹腹板工字钢与混凝土组合梁较普通的波纹腹板梁具有较大的延性,在达到弹性范围的屈服强度之后仍具有一定的承载能力,并且其抗弯承载力也较普通波纹腹板工字钢梁有较大的提高。     

配置600MPa钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁变形性能试验研究

通过对8根配置600 MPa级钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁进行试验,研究试验梁的变形性能。对比分析预应力度、非预应力纵向受拉钢筋强度等级、非预应力纵向受拉钢筋配筋率、混凝土强度等级对有黏结部分预应力混凝土梁挠度及刚度的影响。研究结果表明:提高配置600 MPa级钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁的预应力度、非预应力纵向受拉钢筋强度等级、非预应力纵向受拉钢筋配筋率可以提高试验梁的受弯承载力,增加试验梁的刚度,减缓试验梁的刚度退化,提高非预应力纵向受拉钢筋强度等级、混凝土强度等级可以提高试验梁的变形能力。