预应力在我国大跨度结构中的应用研究综述

为了提高大跨度结构的正常使用性能,通常在混凝土结构中施加预应力.结果表明,预应力混凝土结构具有更好的使用性、耐久性和大跨度适用性,其中预应力混凝土空心板结构在不显著降低承载力和刚度的前提下明显减小结构自重,预应力型钢混凝土梁(板)结构采用较小的截面尺寸即可满足承载力和刚度的需求.开发城市地下空间是解决城市用地紧张的有效手段,我国地下大跨空间常用的结构形式主要包括密排框架(肋梁)结构、折板或拱形结构、变截面(加腋)板结构、预应力混凝土结构、型钢-混凝土组合结构和Y形柱结构6种形式,相比之下,跨度较大时宜采用预应力结构.

应力状态下混凝土的碳化试验研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件的耐久性试验研究 ,阐述了在应力和碳化共同作用下的混凝土结构破损机理及规律 .试件为无应力、弯曲受拉和直接受压的应力状态 ,采用加速碳化的试验方案 .分别引进kwc和 χσ 反映碳化深度与混凝土质量、强度和应力水平的关系 ,建立了应力状态下的混凝土碳化深度的多因素预测模型 .结果表明 :拉、压应力分别加快和减缓了混凝土的碳化速率 ,且应力越大 ;碳化速率的改变越大 ;χσ 可以反映碳化速率的变化趋势 .施加预应力能够控制混凝土裂缝的发展、消除或限制裂缝的宽度 ,因此 ,预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构的耐久性更好 .

火灾中钢筋混凝土两端固结梁破坏模式变化规律

为了研究火灾过程中钢筋混凝土两端固结梁破坏模式的变化规律,利用有限元分析软件对梁内部的温度场进行分析,确定其不同耐火时刻的分布规律,利用承载力简化计算公式对火灾过程中钢筋混凝土梁不同时刻的极限承载力进行计算分析。并对上侧纵筋配筋面积、混凝土保护层厚度和混凝土强度为变换因素的三组固结梁试件进行理论分析,讨论了火灾过程中不同参数对钢筋混凝土固结梁破坏模式临界点ξ变化规律的影响。结果表明:上侧纵筋配筋面积越大,ξ点对应受火时间T越提前;混凝土保护层厚度越大,混凝土强度越高,ξ点对应受火时间T越滞后。在理论计算的基础上,为保证梁在受火两小时内发生弯曲破坏,对梁的防火设计提供了思路。本研究方法可以简化分析钢筋混凝土梁高温中破坏模式的变化规律,为火灾中构件的设计计算提供参考。

移动荷载下考虑钢筋作用的混凝土裂缝梁动力响应分析

由于钢筋的约束作用,混凝土梁裂缝截面的局部柔度与无筋时不同。建立了移动荷载作用下考虑钢筋影响的混凝土裂缝梁动力方程,基于力平衡和钢筋与混凝土变形协调对裂缝截面的局部柔度进行修正,采用无质量弹簧模拟裂缝,得到计入钢筋作用的裂缝梁自振特性,通过Newmark方法求解控制方程获取钢筋混凝土梁的动力响应。以受移动车辆荷载的简支梁为例,分析不同荷载速度、裂缝深度、裂缝位置、配筋率等条件下的钢筋混凝土裂缝梁响应。研究结果表明,裂缝处钢筋的约束作用可以显著地影响梁的动力响应,计入钢筋提供的刚度后裂缝梁的位移响应总体减小,且随着开裂损伤程度的增加钢筋的影响呈现变大的趋势。移动荷载下裂缝梁的共振现象较无损梁更为不利,考虑钢筋作用后裂缝梁的共振速度有所提高,共振响应则有一定程度的降低。由于钢筋混凝土裂缝梁和无损梁的共振速度存在差异,在某些荷载速度下无损梁的位移响应大于裂缝梁。

混凝土梁侧面粘贴CFRP布的结构加固性能的试验研究

研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维布这种新形式加固受弯构件的受力性能 .试验研究共设计了 4根少筋梁 ,试验时 ,先通过 2个对称的集中荷载将梁预加载至纯弯段出现一道主裂缝并失效 ,然后 ,卸载并用碳纤维布粘贴于梁侧面受拉区予以加强 ,待粘贴树脂固化后 ,再重新加载至梁的极限荷载 .试验重点研究了该种加固梁的极限荷载、变形、开裂和碳纤维布粘贴形式对加固效果的影响 .试验结果表明 ,该种加固梁不但承载力提高显著 ,而且具有很好的延性 ,消除了原来在梁底粘贴碳纤维加固梁在极限状态时因碳纤维布突然断裂而出现的脆性破坏现象 .基于试验研究结果 ,导出了这种加固梁承载力的实用计算方法 ,该方法计算精度较好且偏于安全 ,可直接应用于实际加固工程 ,特别是当构件底面有管道等障碍物时 .

基于变形与能量双重准则的钢筋混凝土结构地震损伤评估

为了准确评估结构地震损伤,首先对能力谱法进行改进,考虑高阶模态及动力特性改变对结构地震反应的影响,采用基于能量准则的能力谱和弹塑性需求谱计算结构最大顶点位移。其次,推导多自由度体系(MDOF)与等效单自由度(ESDOF)体系的滞回耗能转化关系,利用多模态ESDOF体系的概念评估结构滞回耗能需求。在此基础上,同时引入结构地震变形与滞回耗能,改进模态往复pushover分析方法(MMCP),采用隐式双参数模型评估结构地震损伤。将该方法应用于两个三层钢筋混凝土框架,结果表明:MMCP分析在一定程度上模拟了地震作用,在精确的结构地震位移和滞洄耗能评估基础上,能够准确地预测结构整体和层间损伤。MMCP法还可以与设计反应谱相联系,使评估结果具有一定的普遍性和安全度。

外包钢-混凝土组合梁正截面受弯承载力试验

针对普通钢-混凝土组合梁存在的跨度不大、混凝土与型钢之间滑移、横向稳定性差等问题,提出一种新型的组合梁——外包钢-混凝土组合梁.为研究其抗剪性能,进行了三根足尺简支梁的试验,通过对构件静载试验结果的分析,认为外包钢-混凝土组合梁比同跨度普通组合梁具有更大跨高比及抗剪能力.基于组合梁弹性理论和简化塑性理论,提出新型组合梁的正截面承载力的建议计算公式,计算值与试验结果吻合良好.根据试验结果,提出适于外包钢-混凝土组合梁的一些工程构造措施.

一种无腹筋混凝土梁受剪承载力计算的新方法

为了提高无腹筋混凝土梁特别是大尺寸、低纵筋率的无腹筋梁的受剪承载力预测精度,提出了一种无腹筋混凝土梁受剪承载力计算的新方法.首先,假定剪力主要由无腹筋梁的混凝土受压区承担,并根据其破坏模式将混凝土受压区细分为剪压区和斜拉区2个部分;其次,通过分析剪压区和斜拉区的破坏机理,建立抗剪贡献的计算公式;然后,通过合理简化和理论推导,确定受压区高度、剪压区高度等主要参数的取值;最后,在考虑尺寸效应的基础上,建立无腹筋混凝土浅梁的受剪承载力解析公式,该公式具有明确的物理涵义,能够反映混凝土强度、纵筋率、剪跨比以及尺寸效应等主要因素的影响.试验结果表明,相比于现行主要规范公式,所提公式的预测精度和预测稳定性均有明显提高.

一种预应力曲线梁新型布筋形式的试验研究

由于存在弯扭耦合现象,预应力曲线梁桥受力十分复杂。梁内的预应力钢束为空间曲线,其线形会对曲线梁的受力性能产生显著影响。提出一种可用于曲线箱梁的预应力钢束新型布筋方式,并对采用新型和常规预应力布筋方式的两根曲线箱形梁进行受力性能试验研究。对比分析两根梁的裂缝发展规律、破坏形态、钢筋应变特点;并通过弯扭相关方程对比研究试件的复合受扭特性和承载能力。研究表明,新型布筋方式较常规布筋能显著改善箱梁的正常使用性能,但对极限承载能力影响并不显著。最后,提出进一步提高预应力效率的措施。研究结果可供预应力曲线梁桥设计和应用时参考。

钢与混凝土组合梁的扭转及极限分析方法

对钢与混凝土组合梁扭转进行了探讨 ,提出了以开口薄壁杆件的约束扭转理论为基础的扭转极限分析方法 .首先 ,对组合梁扭转问题进行了讨论 ,确定其分析方法 ;将组合梁计算截面进行等效 ,以便于利用开口薄壁杆件的约束扭转理论对其进行分析 ,并示意了等效截面在约束扭转力矩作用下的应力分布情况 ;提出了组合梁扭转的近似上下限分析方法 ,其中 ,前者计算简单 ,适用于设计 ,而后者较为繁琐 ,可作为前者的一个校验标准 ;最后 ,通过例题将这

预制混凝土框架结构的研究

预制混凝土技术是实现建筑工业化的一种生产方式。通过对国内外有关预制混凝土框架结构的研究发展现状进行综述,重点介绍几种预制混凝土框架结构体系和节点连接方式。

预应力管桩设计中的若干问题讨论

基于预应力管桩的特点,探讨了预应力管桩的设计方法,研究了设计中计算公式及参数的选用,讨论了计算值与试桩值的吻合问题,并进行了工程实例分析。结果表明,预应力管桩具有设计简洁、施工快速、质量可靠等突出优势。

有腹筋混凝土梁的剪切刚度分析模型

钢筋混凝土梁的挠度计算通常不计入剪切变形的贡献,然而对于斜向开裂的有腹筋混凝土梁,斜裂缝会显著降低梁体的有效剪切刚度,导致剪切变形值显著增大,因此在验算评估时应予以考虑.为评价钢筋混凝土梁斜向开裂后的有效剪切刚度,首先,基于变角桁架模型推导了钢筋混凝土梁在箍筋屈服状态下的有效剪切刚度;与弹性剪切刚度比较发现,剪切刚度退化系数的主要影响因素为材料弹模比、配箍率和斜压杆倾角.其次,基于试验剪切变形曲线表现出的刚度退化规律,提出了可用于不同开裂程度下剪切刚度计算的恒定切线刚度退化模式,并采用开裂后的剪力增量作为反映开裂程度的定量指标.最后,根据最小能量原理得到了剪切刚度退化中两个关键参数:斜压杆倾角和剪切刚度退化系数的解析公式.通过2根薄腹混凝土梁剪切变形试验以及收集的15个受剪梁段的剪切变形数据对模型有效性进行了验证,验证结果表明:有腹筋混凝土梁剪切刚度分析模型能较为准确地预测箍筋屈服状态的剪切刚度,并能反映不同开裂程度下的剪切刚度退化规律.

四种预应力FRP筋材锚固体系的试验研究

开发出安全、经济、实用的锚固体系是应用预应力FRP结构的前提条件。通过对我国现有张拉设备的套筒灌胶式、粘砂夹片式、带胶挤压式及带粘结护套的夹片式等四种FRP筋材锚固体系的试验研究,结果表明:粘结套筒长度大于200 mm时,套筒灌胶式锚固体系即可取得理想的锚固效果;粘砂夹片式和挤压式FRP筋材锚固体系的锚固性能不够稳定;带粘结护套的夹片式FRP筋锚固体系对表面经过处理的FRP筋材可取得较好的锚固效果。

新型外包钢-高强混凝土组合梁的试验研究

针对普通混凝土组合梁在理论及工程应用上存的问题,首先提出了新型外包钢-高强混凝土组合梁,进行了8根足尺简支梁的试验研究,考虑的主要参数有截面几何特性、混凝土强度、跨高比等,分析了外包钢-高强混凝土组合梁试件荷载-位移曲线,荷载-应变关系和应变沿截面高度的分布,认为外包钢-高强混凝土组合梁具有较优越的力学性能和良好的工程应用前景。与一般的组合梁比较,其抗弯承载能力更高,延性好,施工方便,耐久性更高,整体经济效益优良,适用于跨度较大的结构。采用三维实体模型,对外包钢-高强混凝土组合梁进行非线性有限元分析,程序计算结果与试验结果比较吻合。

基于单层纤维失效准则的FRP型材-混凝土组合梁极限承载力计算与试验

为研究FRP型材-混凝土组合的梁失效模式与承载能力,提出了一种基于单层纤维失效准则的组合梁极限承载力计算方法.首先,分析了FRP材料特性、铺设方式、界面连接等对组合梁结构性能的影响,揭示了FRP型材-混凝土组合梁失效模式多样性的规律.然后,基于FRP型材失效和混凝土桥面板失效,将各类破坏模式归纳为2类.最后,采用细观力学方法,建立了各单层纤维所承受的应力计算公式.针对3片FRP型材-混凝土组合梁,进行了单调荷载作用下的破坏性试验.试验结果表明,承载能力计算结果与试验结果吻合较好.所提方法可较为准确地判定组合梁失效模式,简化了FRP型材-混凝土组合梁的计算复杂度,适用于由FRP纤维破坏引起的结构失效.

部分无黏结复合筋混凝土梁变形能力研究

钢-连续纤维复合筋(SFCB)由内芯钢筋和外侧复合材料(FRP)组成,具有高耐久、可控的屈服后二次刚度等优点。由于FRP的极限延伸率较低,SFCB混凝土构件的极限状态往往由FRP断裂应变控制。为了提高SFCB混凝土梁的变形能力,针对变化无黏结长度的SFCB混凝土梁进行了试验研究,结合数字图像相关技术(DIC)测量了构件表面位移场,研究了无黏结长度对SFCB混凝土梁变形能力、承载能力的影响。结果表明:随着无黏结长度增大,SFCB混凝土梁的裂缝高度、宽度和间距逐渐增加,受压区混凝土将更早被压溃;SFCB混凝土梁的屈服后刚度与开裂后刚度的比值比较稳定,约为22%;跨中设置无黏结段后,跨中混凝土表面平均应变依然符合平截面假定;适当设置无黏结段有利于降低受拉筋材应变,提升SFCB混凝土梁的抗弯承载能力和变形能力。

基于形状记忆合金材料的智能预应力桥梁系统研究

采用智能材料——形状记忆合金(SMA)筋作体外预应力筋,通过通电激励诱发其发生相变,从而输出力来抵抗由于活载引起的挠度,以实现桥梁结构的微挠度,满足当前轨道交通快速发展对桥梁动挠度的要求。文章介绍了这种智能预应力桥梁系统研究,同时,给出了简单实用的控制算法,并将其应用于智能预应力桥梁系统(OPBS)中。此外,对存在的问题及系统的进一步完善也提出一点思考。

外包钢-砼组合梁纯扭作用下抗扭刚度的实验及数值模拟

为了研究新型外包钢-砼T形截面组合梁在纯扭作用下的变形性能,设计了5根不同配箍率的的足尺悬臂组合梁。通过对5根悬臂梁的抗扭性能的实验研究,得到了组合梁的扭矩-扭率关系曲线。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析,得到了混凝土与外包钢在极限阶段的应力云图。根据实验以及有限元结果分析了组合梁在整个加载过程中扭转刚度的变化。基于现行砼结构设计规范,提出了组合梁从开裂到极限阶段抗扭刚度的计算公式,可供组合梁受扭设计参考。把有限元模型和公式的计算结果与实验结果进行比较,三者吻合较好。

基于BIM的高铁连续梁施工应力监控方案设计及应用

为保障预应力混凝土连续梁桥施工阶段的结构安全,解决现有施工监控技术的不足,以新建连徐铁路跨沂河西大堤(40+72+40)m预应力混凝土连续梁桥为工程依托,借助BIM技术,开展预应力连续梁桥施工应力监控设计及应用研究;根据施工图纸,建立桥梁与监测设备的BIM模型;通过监测方案的设计与实施,分析BIM技术在仪器安装、线缆排布、监测数据与模型关联、监测数据自动预警等方面的优势。研究结果及工程实践表明:三维BIM模型可直观展示监测仪器布设,辅助决策线缆排布,通过二次开发将应力监测数据与传感器模型关联,可以实现应力监测数据的阈值预警,提升施工监控的效率;监测数据表明桥梁施工期间梁体应力满足设计要求,施工过程安全可靠。