考虑滑移效应的体外预应力钢-混凝土组合梁自振频率分析

为了研究滑移与体外预应力对钢-混凝土组合简支梁自振频率的影响,提出了适用组合梁自振频率计算的静力折减刚度法和动力刚度修正系数法.以一根跨径为5 m的钢-混凝土组合简支试验梁为研究对象,分别采用静力折减刚度法、动力刚度修正系数法及换算截面法计算梁的自振频率,并将计算值与试验实测值进行对比.结果表明,采用动力刚度修正系数法计算得到的体外预应力组合梁的自振频率更接近于实测值,采用静力折减刚度法和换算截面法计算得到的梁的自振频率与实测值之间存在较大误差.当体外预应力值为100 k N时,换算截面法和静力折减刚度法与实测值的误差分别为19.3%和7.9%,动力刚度修正系数法误差则仅为2.9%.     

预应力梁固有频率的试验研究

进行了5根预应力梁的动力试验,结果表明:预应力梁的固有频率随预应力的增加而增加,这与经典的轴力作用下各向同性材料梁的理论分析结果完全相反.为此,将预应力梁视为各向同性材料梁,采用IstOpt软件对试验数据进行拟合,得到梁频率计算时的刚度修正公式,并将频率计算结果与试验结果及相关文献上的三个修正公式的计算结果进行了对比分析,结果表明:提出的计算公式用于梁的一阶频率计算时,计算值与实测值误差较小,而且能较好地反映频率随预应力的变化趋势,比已有的修正公式更适用;计算梁的二阶频率时误差稍大,也具有一定的适用性;进行梁的三阶及以上频率的计算时存在较大误差,有待进一步的研究.     

体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率的影响分析

为了研究体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,推导了波形钢腹板箱梁在体外预应力作用下的自振频率计算公式.以5.2 m缩尺波形钢腹板试验梁为对象,利用有限元软件ANSYS建立了预应力波形钢腹板箱梁的模型,对其进行了模态分析.通过对试验梁模态试验的自振频率测试数据与理论计算值以及有限元分析数据进行对比,证明了理论公式推导的正确性,论证了有限元模型的适用性.采用理论计算和有限元数值计算相结合的方法,研究了体外预应力钢束拉力、锚固位置以及截面积对波形钢腹板自振频率的影响.研究结果表明:三者对波形钢腹板箱梁自振频率的影响均较小,在实际工程中可以忽略体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响.     

直线形体外预应力混凝土简支梁自振频率分析

对体外预应力混凝土结构固有频率的分析和计算是研究其动力性能的基础。本文进行了1根直线性体外预应力混凝土简支梁的动力试验,测得了试验梁在张拉阶段的频率变化。为了和试验结果进行对比,本文推导了直线性体外预应力混凝土梁的频率计算公式,对试验梁的自振频率进行了计算,计算结果与试验结果在梁频率的变化趋势及数值上均有较大的出入,最后分析了造成这种误差的原因。     

弹性阶段波形钢腹板组合梁体外预应力增量

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,开展了体外预应力波形钢腹板组合梁的抗弯承载力试验,结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑"剪切变形"和"二次效应"的影响,推导了弹性阶段适用于波形钢腹板组合梁在两点对称荷载作用下的体外预应力筋应力增量的计算公式,研究了各参数对体外预应力筋应力增量的影响规律。研究表明:公式计算结果与试验结果吻合较好;在弹性阶段,"二次效应"对体外预应力筋应力增量的影响为0.2%,可以忽略不计;体外预应力筋应力增量随混凝土弹性模量的增加而线性减小,随梁高的增加而线性增加;波形钢腹板厚度与梁高的比值对体外预应力筋应力增量的影响可以忽略。     

预应力钢结构自振特性研究

采用求解考虑几何非线性的结构特征方程的方法对预应力态和承载态的单自由度预应力钢结构进行自振特性分析,通过与非线性瞬态分析结果比较,验证了该方法的正确性,明确了结构自振频率与结构切线刚度的关系.在此基础上,对索桁架和张弦梁结构的自振特性进行了研究,结果表明:预拉力和外荷载引起的预应力钢结构切线刚度的改变将影响结构的自振特性,预应力通常增大结构刚度和自振频率,而外荷载可能增大或减小结构刚度和自振频率.因此,进行预应力钢结构自振特性分析应同时考虑预应力和外荷载的影响,然而对张弦梁这类结构由于预拉力和外荷载对结构切线刚度的影响相互抵消,可直接采用线性自振频率进行结构抗震设计.     

考虑主塔刚度影响的三塔自锚式悬索桥竖弯频率计算公式

为方便计算多塔自锚式悬索桥的竖向自振频率,基于最简单的多塔自锚式悬索桥形式——三塔自锚式悬索桥,考虑主塔刚度对振动频率的影响,应用Rayleigh法,推导了1阶反对称和正对称竖弯振动频率计算公式,并提出主塔刚度影响系数的表达式。公式的精确性采用缩尺模型的模态测试结果和实际桥梁的数值分析结果进行验证。研究结果表明:主塔刚度对于三塔自锚式悬索桥的竖弯刚度影响较大,进行频率计算时不可忽略;影响程度可以通过给出的主塔刚度影响系数计算公式进行计算;公式计算结果与模态识别结果和数值分析结果的误差率均在3%以内,表明给出的公式具有较高的计算精度。     

横隔板对简支Ⅱ形梁自振基频的影响分析

针对铁路提速后预应力混凝土简支Ⅱ形梁横向刚度不足的问题,以某40m预应力混凝土简支Ⅱ形梁为研究对象,系统分析了横隔板的位置、数量和厚度对梁体自振基频的影响。研究结果表明：横隔板的位置、数量对梁体的竖向自振频率影响不大,但不同横隔板布置方式对梁体的横向自振频率影响较为显著,梁端横隔板比跨中横隔板对梁体的横向自振频率影响更显著;随着横隔板厚度的增加,横向自振频率增加而竖向自振频率减小。利用分析结果,本文计算分析了不同横隔板的加固组合方式,确定了两侧梁端各3块横隔板加厚至0.7m为该桥横向刚度的最优加固方案。     

基于摄动法的体外预应力梁基频分析

进行了5根体外预应力全预应力梁的试验,探讨了利用摄动法原理进行体外预应力梁弯曲振动问题的求解.通过理论分析,建立求解体外预应力简支梁的自振频率的微分方程,以普通钢筋砼简支梁的自振频率为基准,利用摄动法原理将其转化为线性方程来求解,简化了计算过程,并将计算结果与有限元分析及试验结果进行了对比分析,结果表明:利用摄动法原理进行体外预应力全预应力梁动力性能的分析是简便可行的.     

波形钢腹板连续箱梁的结构参数对其自振影响分析

为了分析波形钢腹板连续箱梁桥的结构参数对其自振的影响,以郑州市陇海路高架常庄水库桥为依托,利用ANSYS软件建立3跨精细有限元模型,分析预应力、波形钢腹板的波折角度、单板宽度、腹板厚度等结构参数,以及横隔板数量对连续体系波形钢腹板组合箱梁自振特性的影响.分析表明:预应力张拉产生"应力软化"效应引起结构总刚度降低,结构的频率降低;另一方面,体外束预应力使得混凝土处于复杂应力状态,通过弹性模量修正,自振频率会随着预应力束张拉力的增大而增大,可与试验结果吻合;振动频率随波折角度的增大表现为先增大后减小,然后会出现小幅度增长;振动频率随着水平板宽的增加表现为先增大后减小;竖向振动频率、纵向振动以及扭转频率均随着腹板厚度的增加而增大,横向振动频率随着腹板厚度的增加而减小;增加横隔板数量能明显提高箱梁的扭转振动频率,但扭转频率的增长速率随着横隔板数量的增加逐渐降低.     

无粘结预应力双向板变形计算方法研究

通过6块无粘结预应力双向板试验,研究了影响双向板变形的主要因素;结构形式、预应力筋配筋率,将边梁对简支板跨中最大挠度的影响转化为荷载与支座条件系数来考虑;对两个方面的预应力筋和非预应力筋对简支板跨中最大挠度的影响,用换算配筋率（αpρ）参数来反映,建立了无粘结预应力简支板短期刚度和变形计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

无粘结部分预应力砼受弯构件短期刚度

通过20根无粘结部分预应力砼梁(板)的试验,分析了影响无粘结部分预应力砼矩形截面受弯构件短期刚度的主要因素,根据试验结果,采用线性回归方法,得出了实用的短期刚度计算公式,经31根梁(板)59个试验值的验算,符合良好。     

超载下预应力CFRP布加固腐蚀钢梁抗弯性能试验

为研究预应力CFRP布加固腐蚀钢梁静载、超载的抗弯性能,进行了7根钢梁的抗弯试验,研究了加固梁在静载及超载下的破坏形态、承载力和刚度.结果表明,加固钢梁可以提高钢梁的承载力与刚度,预应力的存在,可以显著提高CFRP布的利用率;腐蚀程度影响钢梁的刚度与极限承载力,腐蚀程度增加1倍,钢梁的承载力降低50%左右.超载次数增加,钢材发生时效硬化,钢梁刚度可提高13%左右,但承载力有所降低;超载下,预应力的施加可提高钢梁的延性.建立了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

为揭示有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪性能,通过11根预应力超高强混凝土梁和4根预应力普通混凝土梁受剪性能试验,对比分析了不同参数对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、承载能力和钢筋应变的影响.结果表明:预应力超高强混凝土梁的破坏形态与预应力普通混凝土梁相似,且预应力超高强混凝土梁具有更好的刚度、承载能力和剪切延性.增大剪跨比和箍筋间距均可降低极限承载力,另外,当预应力度大于0.34时,提高预应力度对极限承载力才有积极贡献.建立了有腹筋预应力超高强混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.此外,利用现行规范(GB 50010-2010)计算有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力的计算结果离散性较大,计算结果不稳定.     

预应力CFRP加固混凝土梁的试验研究

为了揭示预应力碳纤维布加固混凝土构件的效果,分别采用普通碳纤维布和预应力碳纤维布对4根钢筋混凝土梁进行抗弯性能试验研究。试验分析了预应力碳纤维布加固混凝土梁的屈服荷载、极限荷载、抗弯刚度等性能指标,并分别比较了预应力碳纤维布与普通碳纤维布、不同预应力水平碳纤维布的破坏形态及加固效果。试验结果表明,采用预应力碳纤维布加固混凝土梁可以充分发挥碳纤维布的高强性能,预应力碳纤维布加固的混凝土梁要比普通碳纤维布加固混凝土梁的承载力、刚度等性能指标都有明显提高,而且预应力水平越大,提高的效果越明显。     

单层预应力撑杆柱的预应力研究

预应力撑杆柱可以提升普通受压钢柱的承载能力,而拉索初始应力是影响预应力撑杆钢柱稳定性能的重要因素.以设置斜向撑杆的预应力撑杆钢柱为研究对象,重点研究其初始预应力的确定方法,基于理论推导建立了其初始预应力的计算公式.此外,根据所建立的初始预应力计算公式,讨论了屈曲荷载与初始预应力的关系以及拉索刚度、撑杆刚度和撑杆倾角对初始预应力的影响.研究还表明:过大的初始预应力反而会降低这类结构的屈曲荷载.     

装配式混凝土简支斜梁桥基频实用计算公式

以一座典型装配式混凝土简支梁桥为工程背景,采用数值分析方法开展斜交角、跨径、桥面宽度和横向扭转刚度对斜梁桥基频的影响分析.结果表明:随着斜交角增长,桥梁前三阶竖向振型对应频率增大;随斜梁桥跨径增大,结构整体竖向刚度降低,基频明显减小,减小速率趋缓;受斜梁桥弯扭耦合力学特征影响,基频随截面抗扭刚度增加显著提高.依据各关键参数对斜梁桥基频的影响分析结果,在现行规范桥梁基频估算公式的基础上,提出考虑截面抗扭刚度和斜交角的混凝土简支斜梁桥基频估算改进公式.通过多座实桥试验数据验证改进公式的精度和适用性.     

预应力FRP加固RC梁端部界面应力有限元分析

已有的计算预应力碳纤维加固混凝土梁界面应力公式都是基于弹性理论得到的,忽略了端部的应力奇异现象.采用ANSYS软件,对预应力碳纤维加固混凝土梁进行有限元分析.利用升温法对碳纤维片材施加初始预应力,重点研究了端部粘结界面应力分布以及初始预应力对界面应力值的影响.研究结果表明,初始预应力对界面应力最大值有较大影响.     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

预应力碳纤维布加固混凝土梁预应力长期损失的增量微分法

为深入了解预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失,采用随时间变化的换算弹性模量方法,建立了考虑混凝土收缩徐变、胶层徐变及钢筋混凝土梁与碳纤维布界面滑移的预应力长期损失增量微分模型,得到了给定边界条件和荷载形式下的预应力长期损失闭合解。为验证该方法的有效性,对相关学者的试验梁进行了长期预应力损失的计算。计算结果表明,所建立的微分增量模型可以用来预测预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的预应力长期损失。