预应力型钢混凝土框架试验研究和设计理论

基于两榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力试验,对其破坏形态、裂缝的开展与分布、刚度变化、弯矩调幅等特征进行研究.试验结果表明:预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏,框架梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布,位移延性比大于3,弯矩调幅值为30%左右,弯矩调幅值高于普通预应力混凝土结构.最后分析了次内力产生的本质,提出考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验数据较吻合.本文计算理论反映了现代预应力设计理论的新思想,为《预应力混凝土结构设计规范》的编制提供依据.     

考虑约束效应的型钢混凝土梁抗弯承载力计算分析

针对强度叠加法在计算型钢混凝土梁抗弯承载力时过于保守的实际情况,将约束混凝土理论应用于型钢混凝土抗弯承载力的计算中,以考虑型钢及箍筋对混凝土的有效约束作用,并将混凝土划分为约束区与非约束区混凝土.详细介绍了箍筋位置梁横截面约束混凝土面积计算方法,分析了梁中箍筋间距的影响,同时将型钢与箍筋对混凝土的有效约束应力转化为混凝土的约束强度,得到了梁截面中约束区混凝土面积及强度的计算方法.在此基础上,对强度叠加法进行了修正,建立了最大叠加强度的型钢混凝土梁抗弯承载力计算方法.与21个试验值对比分析表明,该计算公式与试验值符合良好.     

端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯承载力试验

为改善普通钢筋混凝土梁自重大、易开裂、承载力低等缺点，在混凝土中常加入钢纤维，端钩型钢纤维，作为常见的一种高性能钢纤维得到广泛关注，国内外学者针对端钩型钢纤维混凝土的基本力学性能开展了较多研究，而对端钩型钢纤维混凝土受弯构件的正截面受力性能有待深入研究。为研究端钩型钢纤维混凝土简支梁受弯性能，制作了四根端钩型钢纤维混凝土梁及一根普通混凝土梁，对其进行受弯性能试验，根据试验得到的破坏形态、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线，分析端钩型钢纤维体积掺量对试件受弯承载力及破坏形态的影响。研究结果表明：端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程类似，均经历了弹性、开裂、带裂缝工作、破坏四个阶段；端钩型钢纤维混凝土简支梁与一般混凝土简支梁受弯过程均基本符合“平截面假定”；端钩型钢纤维限制了裂缝的产生和发展，使得纤维混凝土梁变形能力增强；与一般混凝土梁相比，端钩型钢纤维混凝土梁抗裂性及极限承载力得到提高，且构件承载力与钢纤维体积掺量基本呈现正相关；基于试验数据，对现行规范中开裂弯矩及极限承载力计算公式进行优化，开裂弯矩方面考虑对截面抵抗矩塑性影响系数进行修正，极限承载力方面引入纤维混凝土正截面承载力影响系数ζ，经修正计算值可较好吻合试验值。     

大尺度预应力型钢-混凝土梁承载力性能模拟

目的研究大尺度预应力型钢-混凝土梁构件受力性能,进一步扩展大尺度预应力型钢-混凝土梁构件工程应用范围.方法通过对已有试验的预应力型钢-混凝土梁建模分析,验证建模分析可靠性.设计7根大尺度预应力型钢-混凝土梁构件,考虑到型钢翼缘对混凝土的约束效应的影响,将混凝土分为"核心"区与"非核心"区,采用不同的本构关系模型,以综合配筋率β、型钢含钢量α、混凝土强度等级为参数变量,分析加载过程中预应力型钢-混凝土梁的力学特性.结果综合配筋率为1. 34%的梁构件比综合配筋率为1. 04%的梁构件承载力提高19. 3%;型钢含钢量为2. 36%梁构件相比为1. 93%梁构件承载力提高11. 3%;混凝土强度等级的改变对大尺度预应力型钢-混凝土梁承载力影响不大.结论预应力型钢-混凝土梁构件建模分析中,采用考虑核心约束作用的新型建模分析方法,模拟结果更为精确,为工程实践提供依据的同时,也为大尺度预应力型钢-混凝土梁更广泛的技术应用提供设计参考.     

竖向地震作用下PSRC框架梁延性性能及有限元分析

通过1榀梁柱均含型钢的预应力型钢混凝土框架竖向低周反复荷载试验,研究预应力型钢混凝土(PSRC)框架梁在竖向地震作用下的破坏形态、滞回特征、延性性能及耗能能力.结果表明:PSRC框架梁发生"三铰"的梁铰破坏机制,滞回曲线饱满,具有良好的延性和抗震耗能能力.利用ABAQUS软件对试验试件进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上对该结构进行参数分析,研究混凝土强度、含钢率、预应力强度比及换算配筋率对P-Δ骨架曲线和延性性能的影响.结果表明:增大混凝土强度、预应力强度比、换算配筋率,框架梁承载力增加,但延性降低;随着含钢率的增加,框架梁承载力及延性均增大.通过位移延性系数分析,本文建议含钢率范围为4%~8%,预应力强度比λ不宜大于0.6,换算配筋率不宜大于3.6%.提出竖向地震作用下位移延性系数的计算方法,可供工程设计时参考.     

锈蚀钢筋混凝土梁的受弯分析模型

以锈损率较低的钢筋混凝土简支梁为对象,在平截面假定基础上,提出考虑钢筋、混凝土材料性能劣化和几何尺寸变化的受弯承载力计算公式;采用换算截面法计算锈蚀钢筋混凝土梁的等效刚度,给出考虑锈蚀钢筋、混凝土二者间黏结性能退化的有效刚度计算公式,建议锈蚀钢筋混凝土简支梁在集中荷载作用下跨中挠度的计算方法,并通过39根锈蚀钢筋混凝土梁的试验数据对建议受弯分析模型验证。研究结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.100,方差为0.041,二者吻合较好;多数锈蚀试件按受弯分析模型计算得到的荷载-跨中挠度曲线与试验曲线吻合较好,变化趋势相当,建议受弯分析模型可为锈蚀钢筋混凝土梁的全过程受力分析提供参考。     

二次受力下钢筋RPC外包型钢梁的受弯性能

为探究新型材料对钢结构性能的增强效果,通过外包钢筋活性粉末混凝土（RPC）对受荷状态下的型钢梁进行加固并分析其受弯性能。通过二次受力下的抗弯试验,分析了钢筋RPC外包型钢梁的破坏过程和初始荷载、RPC强度、型钢强度对梁抗弯承载力的影响,并对试验结果进行了有限元模拟验证。结果表明：在不同参数影响下,外包钢筋RPC增强后的型钢梁与纯钢梁相比抗弯承载力提高17~2倍,破坏过程表现出良好的延性;受力过程中型钢与RPC界面未发生黏结破坏,两者能够共同工作;钢筋RPC外包型钢梁的极限承载力随初始荷载的增大而减小,随RPC强度和型钢强度增大而增大。根据试验结果,提出了二次受力下钢筋RPC外包型钢梁受弯承载力计算公式以及RPC强度折减公式,试验值、计算值和模拟值三者吻合良好。     

预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅试验研究

为研究预应力型钢混凝土框架梁的内力重分布及弯矩调幅规律,完成了2榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力实验.结果表明:预应力型钢混凝土框架梁能够实现内力重分布,梁端截面荷载曲率曲线近似为线性.采用有限元分析软件对试验框架进行了仿真模拟,并对试验框架梁型钢截面尺寸、相对受压区高度的参数进行分析.基于试验及有限元分析结果,提出了预应力型钢混凝土框架梁端塑性铰长度计算公式,并给出了以梁端控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值与张拉引起的次弯矩之和为调幅对象、以相对受压区高度和塑性转角为自变量的调幅系数计算公式.     

型钢连接节点装配式混凝土梁力学性能研究

目的提出一种新型型钢节点连接方法,研究该节点对装配式混凝土梁力学性能的影响.方法设计制作4根试验梁,完成试验梁两点加载试验,分析型钢连接节点位置对试验梁承载力、挠度、钢筋及混凝土应力变化的影响;在试验基础上,利用ABAQUS软件建立了型钢连接节点装配式混凝土梁有限元模型,并验证了模型的准确性.结果型钢连接节点装配式混凝土梁的承载力随着节点连接部位距支座距离的增加而逐渐降低,当型钢连接位置距梁端距离超过310 mm时,承载力降低约10%;试验梁达到极限承载力时,纵筋和型钢均未屈服,且纵筋应变随着型钢连接位置距支座距离的增加而减小.结论型钢节点连接装配式梁的受弯、受剪性能良好;工程设计中,型钢连接位置距梁端距离不宜超过310 mm,即l_c/h0.89.     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

预应力碳纤维片材在结构加固中的应用研究——以其对钢筋混凝土梁力学性能的增强为例

文章通过大型商业有限元软件 ANSYS/Civil 对预应力碳纤维片材增强钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了数值模拟,分析了普通 RC 梁、碳纤维布增强 RC 梁、预应力碳纤维布增强 RC梁的抗弯承载力、受力钢筋应力历程、RC 梁挠度历程等力学性能.结果表明,粘贴预应力碳纤维布能够更好的改善钢筋混凝土梁的受力,提高增强 RC 梁的承载能力     

活性粉末混凝土的弯曲强度和变形特性

通过对活性粉末混凝土(RPC)无配筋梁和有配筋梁的试验,分析了活性粉末混凝土梁的弯曲强度和变形特性.研究发现,钢纤维的加入有效地提高了梁的延性和弯曲刚度,使梁的抗拉应力得到了显著提高.假设梁可承受拉应力且拉应力按矩形分布,给出了RPC受弯构件正截面承载力的计算公式,通过该公式计算出的理论值与试验值符合良好.     

预应力CFRP加固RC梁承载力的神经网络预测

基于人工神经网络的原理,建立多因数智能分析模型,对已有的数据进行反向传播(BP)神经网络的训练.利用训练成熟的神经网络,对承载力进行预测,分析混凝土强度、截面高度、配筋率、配布率,以及预应力度等参数对承载力的影响.结果表明,用训练好的网络模型可以较好地预测预应力碳纤维布(CFRP)加固后钢筋混凝土(RC)梁的受弯承载力,预测精度较高,可以处理模糊的、非线性的问题.此外,混凝土强度、梁截面高度、受拉钢筋配筋率和碳纤维布的配布率的增加,受弯承载力也相应提高,但施加的预应力提高对极限承载力并没有多大帮助,只提高构件的开裂荷载和屈服荷载.     

碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为研究碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁的的抗弯性能,通过外加电流法获得锈蚀钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁整体上随着钢筋锈蚀率的提高,其承载力和抗弯刚度不断降低;锈蚀严重时,会发生脆性破坏;锈蚀混凝土梁粘贴碳纤维布加固可以明显提高其承载力和抗弯刚度;同时随着钢筋锈蚀率的提高,抗弯刚度的增加幅度也不断提高,而承载力的增幅影响不大。在试验及分析结果的基础上,引入锈蚀梁整体刚度退化系数以及考虑到碳纤维布拱作用模式的影响,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。     

钢纤维水泥砂浆加固钢筋混凝土足尺梁抗弯性能

为了使钢纤维水泥砂浆这种新的加固材料能早日在土木工程领域得到应用,对采用此材料加固的梁的抗弯性能进行了试验研究.试验包括1根对比梁和6根用钢纤维水泥砂浆钢筋网加固的试验梁,试验梁采用三面U形加固形式,量测主要项目为试验梁裂缝分布形态,荷载-挠度曲线,钢筋、混凝土及加固砂浆的应变发展规律等.通过改变加固梁的加固配筋率和受力形态,研究了这种加固技术对钢筋混凝土梁的承载力、破坏形态、截面刚度及裂缝分布等的影响.试验结果表明:采用钢纤维水泥砂浆对足尺钢筋混凝土梁进行抗弯加固,能较大幅度地提高钢筋混凝土梁正截面承载力和刚度;钢纤维水泥砂浆中的钢纤维能有效地抑制裂缝的产生,使试件具有良好的抗裂性能.     

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.     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．     

用无机胶粘贴CFRP布加固损伤 RC连续梁受弯性能试验

用无机胶粘贴一层CFRP布对2根损伤配筋混凝土连续梁进行抗弯加固.采用跨中加载的方式来测试加固后梁的抗弯性能,获得加固后梁的抗弯承载力、跨中荷载-位移曲线等试验数据.试验梁出现了纵向受拉钢筋先屈服,然后CFRP布被拉断的破坏模式.基本满足平截面假定.试验结果显示,用无机胶粘贴CFRP布加固损伤配筋混凝土构件是可行的.提出了用无机胶粘贴CFRP布加固受损配筋混凝土连续梁的抗弯承载力计算公式.     

钢骨高强混凝土受弯构件非线性分析

为进一步研究钢骨高强混凝土受弯构件的工作性能,通过基于平截面假定的有限条带法,对其在单调荷载作用下的整个受力过程进行分析,计算得到弯矩与曲率、荷载与变形的关系曲线,以及混凝土强度、含钢率对荷载-变形的影响曲线·研究表明,当外荷载为极限荷载的14%左右时,钢骨高强混凝土构件受拉区混凝土开裂;在相同荷载条件下,钢骨高强混凝土构件的延性比钢骨普通混凝土构件的有所降低;在相同变形条件下,随着含钢率的增加,钢骨高强混凝土受弯构件的承载能力得到显著提高·