体外预应力混凝土梁的分析方法研究

体外预应力技术在已有结构的加固和新建工程的构造中都得到广泛的应用.除了端部锚固区外,体外预应力混凝土梁跨内单一截面的体外筋和周围混凝土之间无应变协调关系,因此在分析体外预应力混凝土梁时须考虑结构整体变形.文中建立了基于大变形非线性有限元理论的体外梁的分析模型,能够较好地预测一根梁从开始加载直到失效整个过程的非线性结构响应.在条带法基础上利用传统的平面非线性梁单元导出有限元公式,将体外筋的作用等效成梁单元的节点荷载,从而简化了分析过程.通过对体外试验梁的分析与对比验证了此模型的可靠性.     

大偏心体外预应力节段梁的非线性分析

预应力梁的体外筋等效为其作用在梁上的等效荷载,并由荷载作用前后锚具和转向座的不同位移计算出体外筋的变形和力,进而对体外预应力梁进行非线性分析．基于此通用方法,文中用3种方法分析大偏心体外预应力节段梁．(1)假设节段梁为通长的现浇梁,忽略节段单元内的普通钢筋,只考虑通长的预应力筋．(2)假设节段梁为通长的现浇梁,同时假设普通钢筋也是通长的．(3)在节缝处加设一个节缝单元,其长度与钢筋的最小锚固长度有关．在节缝单元中,只考虑穿过其中的预应力筋;而对于节段单元,还考虑其中的普通配筋．试验和理论计算表明,大偏心体外预应力现浇梁和节段梁的受力性能相近,且主要取决于体外筋．可用方法(1)分析大偏心体外预应力节段梁．     

体外预应力混凝土简支梁的非线性数值分析

采用合理的基本假定,以分层法建立截面内力平衡方程,并推导了考虑摩擦平衡的体外预应力筋应力增量的计算方法。以此理论为基础编制了体外预应力混凝土梁非线性全过程受力分析程序,并用此程序对一些试验梁进行分析。结果表明,计算结果和实测结果吻合良好,该程序能够对体外预应力混凝土梁进行较精确的非线性全过程受力分析。     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

基于挠度的体外与体内无粘结预应力筋应力增量

研究了体外预应力以及体内无粘结预应力梁力筋变形与跨中挠度的关系,提出了一种基于挠度的预应力筋应力增量计算的新方法.首先建立了体外预应力梁和体内无粘结预应力梁的变形相容方程,推导了用跨中挠度表达的力筋应力增量计算公式,提出了适用于体内外预应力筋应力增量的统一计算公式,能够计算正常使用和承载能力极限状态下预应力筋的应力.最后运用该公式计算了国内外大量试验梁(包括6根体外预应力梁和22根体内无粘结预应力梁),计算出应力增量与试验结果之比的均值在0.99～1.02之间,标准差为0.1左右.表明该式计算值与试验实测吻合良好,公式形式简单,能够反映结构的受力机理.     

体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究

为研究体外预应力CFRP筋混凝土结构的正截面抗弯特性,研制了CFRP后张预应力筋夹片式锚具,对1片体外CFRP筋直线布置体外预应力混凝土梁和2片体外CFRP筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验结果表明:体外预应力CFRP筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处;跨中设一转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁的开裂荷载和极限承载力均比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要大,而跨中极限挠度则比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要小.在跨中设置转向块,可有效提高体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载能力.按所推导的体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载力理论公式,计算值与试验实测值吻合良好.     

体外预应力加固曲线梁试验

目的研究体外预应力加固对曲线梁构件的裂缝开展、挠度变化、钢筋应力变化等的影响,分析当设置不同的转向块形式时对曲线梁桥力学性能的改变.方法以沈阳市某曲线桥梁作为研究对象,共制作3根缩尺钢筋混凝土曲线箱梁,进行了不同转向形式的加固,通过静载试验分析荷载作用下不同梁的挠度、应力变化及裂缝开展情况,并将理论分析值与试验值进行比较.结果体外预应力可以有效提高曲线梁的承载能力,抑制裂缝的发展和梁的变形;设置多个转向块单转向块的加固梁能更好地改善曲线梁的受力,提高承载能力.体外预应力能有效降低梁的下挠,改善梁的变形.在试验过程中,同一片梁,在相同荷载作用下,加固侧梁的变形明显变小.体外应力能有效地抑制裂缝开展,使裂缝部分闭合.在试验过程中,同一片梁,在相同荷载作用下,加固侧的梁的裂缝明显变小.不同的体外预应力布筋形式对闭合裂缝的效果也有明显差异.结论多转向块的加固形式对于对闭合裂缝,抑制裂缝开展有明显作用.曲线梁采用多转向块加固能改善梁的受力性能,较单转向块加固梁受力更加合理,承载能力更高.     

桥梁施工混凝土裂缝的控制与修补

混凝土裂缝产生的原因比较复杂,可以分为两类:一是在荷载的作用下,桥梁某个部位产生裂缝,这种情况比较少见,也是不允许出现的;二是由于变形荷载产生裂缝,这在桥梁混凝土施工中较为普遍.后者又主要包括气温、水泥水化引起温差使混凝土变形,地基的不均匀下沉混凝土开裂变形,预应力梁施工中的预应力筋放张,不均匀受力使混凝土开裂变形等均属变形荷载作用.     

体外预应力混凝土简支梁全过程分析

该文在分析体外预应力钢筋与混凝土主梁变形的基础上，通过截面内力平衡方程和变形协调关系，对体外预应力混凝土梁进行了从加载到破坏的全过程分析，得到了极限状态下体外筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。利用该文介绍的计算方法，可以考虑不同的荷载形式、不同的截面形式及不同的普通钢筋用量等因素对主梁极限状态的影响，并能得到中间过程及破坏阶段混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的应变和应力。通过该文理论得到的计算结果得到了试验的验证。     

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。     

后张法施工张拉应力损失的应对措施

桥梁的梁板采用后张法工艺进行施工时,常常会出现按设计的应力去张拉时预应力筋实际伸长值远远达不到设计的伸长值的情况,对梁板后张施工产生了一定的影响,质量控制水平受到制约。为了解决此问题,特对梁板后张施工进行了跟踪、记录、分析,以期找到解决张拉应力损失问题。该文结合后张法梁板张拉实际施工对产生应力损失的原因进行了分析,提出了具有针对性的解决方案,促进梁板施工质量口至水平。     

基于抗裂要求的楼面梁预应力筋数量及其影响因素探讨

在房屋建筑结构的楼面预应力梁设计中,一般需要先行估算预应力筋的数量,传统的基于经验的估算方法往往误差较大.对满足各级抗裂要求所需的预应力筋数量进行了研究.首先列出3种抗裂等级所对应的预应力筋数量的表达公式,引入合理假定后,得到预应力梁跨中和支座处所需预应力筋数量的简化计算公式.之后对预应力筋数量的各种影响因素(梁截面形状、梁跨度、梁截面宽度、抗裂等级、板厚、预应力筋位置等)分别进行了讨论,得出了预应力筋数量与各因素的关系曲线,再将各因素对预应力筋数量的影响程度进行了比较,为结构设计人员在初步设计阶段估算预应力筋数量提供了一种较为准确的依据.     

大直径高强预应力筋混凝土梁承载能力数值分析

目的研究大直径高强钢绞线预应力混凝土梁受力性能,进一步扩展大直径高强预应力筋在实际工程中的应用范围.方法以直径为17.8 mm的1860级钢绞线作为预应力筋,普通钢筋作为非预应力筋,设计制作了6根大直径高强钢绞线预应力混凝土简支梁.试验梁进行三分点加载试验,基于相关试验数据和数值分析方法,对大直径高强钢绞线预应力混凝土梁进行受弯承载力非线性研究,探讨预应力筋配筋率、非预应力配筋率、预应力筋强度指标和混凝土强度等级等参数对模拟梁构件承载力影响规律.结果预应力筋配筋率的提高即能够明显改善预应力混凝土梁构件变形性能,又能提高梁构件承载能力;混凝土强度等级与非预应力配筋率是影响梁构件受弯承载力的重要因素.结论通过对大直径高强预应力筋混凝土梁构件的参数分析,为工程实践提供依据的同时,也为其更广泛的技术应用提供设计参考.     

无粘结预应力筋的极限应力

基于等效变形区长度提出了极限状态下混凝土梁跨中挠度的简化计算方法,继而根据梁的跨中挠度推导了体内和体外无粘结预应力筋极限应力增量的通用计算公式.以受力钢筋的配筋率、预应力筋布置形式、预应力度、跨高比、荷载形式等为参数,对无粘结预应力混凝土梁的受力性能进行了参数分析,依据分析结果,提出了以综合配筋指标和预应力度为参数的等效变形区长度的计算公式.结果表明 :所提出的无粘结预应力筋极限应力增量的计算方法及公式具有较好的适用性;多种荷载形式作用时的等效变形区长度,可取为各种荷载单独作用时等效变形区长度的加权平均值,权值为各类荷载产生的跨中弯矩.     

考虑预应力筋拉应变滞后的混凝土梁刚度统一

根据裂缝间钢筋平均应变符合平截面假定,分别考虑预应力筋与非预应力筋处于相同和不同水平位置处,详细推导了裂缝截面处后张有黏结预应力筋的拉应变滞后系数.结合前期完成的刚度计算规范比较结果,借鉴精度较好的刚度计算模式,并通过大量挠度试验数据,提出了考虑预应力筋拉应变滞后特点的混凝土梁刚度计算公式.结果表明:不论对钢筋混凝土梁,还是对各类预应力混凝土梁,该刚度公式计算值与实测值均符合较好,从而将钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的刚度公式统一起来;特别是对后张有黏结和无黏结预应力混凝土梁,相比现行混凝土结构设计规范刚度公式,该刚度公式计算精度更高,可为规范修订提供参考.     

某师范学校艺术楼预应力梁施工

本文结合具体实际工程从预应力梁施工顺序、预应力梁模板支架、普通钢筋施工、波纹管的安装、预应力筋张拉、孔道灌浆及端部封裹等方面分别进行阐述．保证此工程预应力梁施工质量。     

带预应力筋的平面梁几何非线性精细化分析

针对已有的平面梁单元几何非线性研究文献没有考虑预应力荷载及预应力筋对梁单元刚度贡献的问题,基于共旋坐标法和场一致性原则导出了带预应力筋的平面梁几何非线性分析算法,并进行了算例对比分析。研究结果表明:采用带预应力筋的平面梁非线性算法得到的计算结果与ANSYS程序基于三维单元得到的解吻合良好,且计算量显著减少;对曲线预应力筋及预应力荷载的非保守性等特点也很容易考虑;由于该算法中有限元分析格式与不考虑预应力筋梁单元完全一致,故很方便用于对已有桥梁几何非线性分析程序进行改造,该算法适用于预应力混凝土斜拉桥等大跨桥梁的几何非线性精细化分析。     

桥梁体外预应力加固技术研究

桥梁体外预应力现已被越来越广泛的用在建筑领域和桥梁工程中,它易于更换和检测、快速高效、施工方便等特点,在桥梁加固工程中更具优势.桥梁体外预应力不仅能限制和减少结构的裂缝及变形,提高结构的刚度和承载力,改善结构的受力状态,同时施工操作对桥梁运营干扰较小,具有良好的经济效益.首先分析了体外预应力的组成,以及桥梁体外预应力加固技术的作用机理,接着分析了桥梁体外预应力加固技术的优势,最后阐述了体外预应力加固常用方法.     

V形近似为均匀峡谷场地的体外PC桥梁多点地震分析

针对某座跨越V形峡谷场地的体外预应力桥梁,利用波函数解析解模拟得到了均匀介质V形场地地下多点地震动激励,对体外预应力体系在该激励下的结构响应进行了分析.首先,利用模型转化技术建立了4种桥梁模型,分别探究了纤维梁单元、实体单元,桩-土相互作用和人工黏弹性边界等对体系响应的影响.其次,基于均匀介质假定的V形峡谷场地解析解,引入地下多点地震动模拟方法得到了V形峡谷场地地下多点地震动并将其作为结构输入,着重探究了V形场地地震输入和水平场地地震输入对体系地震响应的影响差异.计算结果表明:V形峡谷场地激励同水平场地激励相比对结构具有更强的空间差动作用,从而引发更大的差动内力,体外预应力体系从屈服到破坏退出工作的持续时间明显缩短;桩-土相互作用对体外预应力筋的地震响应影响显著,体外筋发生屈服和破坏的时间均大幅度提前.     

AFRP筋混凝土梁受弯承载能力试验研究与理论分析

进行了7根配置芳纶纤维(AFRP)筋或钢绞线的有粘结简支梁受弯承载能力试验,分析了构件的开裂荷载与极限承载能力,考察了平截面假定及AFRP筋灌浆效果.试验研究与理论分析表明:有粘结AFRP筋梁的受载全过程可分为从加载到混凝土开裂,再到非预应力筋屈服,最终达到极限承载力这3个阶段;AFRP筋梁在破坏前的截面转角和变形很大,有明显预兆;AFRP筋梁在开裂前的力学性能与传统混凝土梁没有差别,但其第一类破坏形式(适筋破坏)的极限承载能力计算方法与传统混凝土梁不同.根据截面受力平衡条件和平截面假定推导了该破坏形式的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好.