火灾后预应力混凝土连续板力学性能试验与分析

完成了7块火灾后两跨无黏结预应力混凝土单向连续板受力性能试验.基于试验结果,拟合出火灾后预应力混凝土连续板中无黏结筋剩余应力、极限应力的计算公式,提出了火灾后预应力混凝土连续板正截面承载力计算公式.根据火灾下温度场分布沿板厚方向将截面分条带,引入火灾后钢筋、混凝土本构关系,基于截面轴力、弯矩平衡,获得了火灾下预应力混凝土板任意截面的弯矩-曲率关系全曲线.基于支座变形协调方程,可用割线刚度法对支座反力进行迭代求解,计算板在外荷载(曲率荷载)与支座反力共同作用下的弯矩、挠度和支座位移,进而对截面曲率积分可求得连续板的变形.试验结果表明:初始有效应力越高、受火时间越长,火灾后连续板预应力钢丝应力损失越严重;保护层厚度越小、受火时间越长、荷载水平越大,火灾后板跨中截面承载力降低幅度越大;受火时间越长、荷载水平越大,板中支座截面承载力降低幅度越大.     

双撑杆横张智能预应力梁设计参数数值分析

运用ANSYS软件计算分析了双撑杆横张智能预应力简支梁中智能伸缩杆的布置方式、预应力索的截面面积以及智能伸缩杆的顶升方式这3个因素对系统消耗的能量、智能伸缩杆的杆力和智能伸缩杆的伸长量这3个性能评价指标的影响.分析结果表明:智能伸缩杆的初始杆长越长,性能指标越好;智能伸缩杆应对称布置在梁跨度的1/4和3/4附近;预应力筋的截面抗拉刚度越大,性能指标越好;不同顶升方式之间,智能伸缩杆耗能的差别很小,可采用同步顶升.     

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.     

钢材强度对预应力撑杆钢柱承载能力影响研究

在普通钢柱中引入撑杆和预应力索可以明显提升结构的承载性能.运用有限元软件ABAQUS,对双层预应力撑杆柱进行了屈曲分析,对比在不同撑杆长度和拉索直径下,钢材强度对双层预应力撑杆柱稳定承载性能的影响.研究结果表明:结构的屈曲模态决定了钢材强度与结构承载性能之间的关系,结构发生对称屈曲时,提升钢材强度对结构稳定承载力并没有显著影响;当结构发生反对称屈曲时,钢材强度的提升使得结构承载性能明显增强.     

弦支剪式可展桥参数化分析及优化设计

剪式可展桥能够快速搭建灾后应急通道，提高救援效率.针对剪式机构刚度差、材料利用率低等特点，结合弦支体系提出了一种新型的应急用弦支剪式可展桥梁结构.为研究其结构的承载性能，采用Karamba3D建立有限元模型，在移动荷载作用下对撑杆长度、撑杆数目、剪叉杆截面、初始预应力幅值、剪叉角度等影响因素进行了参数化分析，并利用Galapagos模块以结构最低质量为优化目标对弦支剪式可展桥进行优化设计.结果表明:增大撑杆长度、撑杆数目和初始预应力能够有效减少剪式机构应力和挠度；增大剪叉角度使剪式机构应力和挠度增大，而增大剪叉杆截面厚度会减少剪式机构应力，但会增大其挠度；剪式机构依然以受弯为主；优化使结构质量减少38.89%，且优化后弦支剪式可展桥的应力和挠度大约是其对应剪式可展桥的0.25倍和0.2倍，验证了弦支剪式可展桥的优越性.     

活性粉末混凝土(RPC)预应力叠合梁受弯性能研究

为研究活性粉末混凝土(RPC)材料的结构性能,设计了三根活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁,对其受弯性能进行了研究,得到了关于截面应变分布、钢绞线应力增量、中点挠度等有效的试验数据以及试验梁的裂缝分布和破坏特征．试验结果表明,RPC叠合梁的截面应变符合平截面假定;裂缝分布仍然具有明显的纯无粘结预应力梁的裂缝分布特征;荷载-挠度曲线为两直线段形状,且有效预应力越大,试验梁延性越差,破坏时挠度越小,荷载-预应力增量曲线形状与荷载-挠度曲线形状相似,呈两直线段．文中还建立了试验梁的开裂弯矩和刚度计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好．     

隐式单索夹持式玻璃幕墙承载性能的试验

为研究预应力、玻璃刚度、耐候胶及套管对隐式单索夹持式玻璃幕墙承载性能的影响,进行了试验研究。并在各级预应力以及安装玻璃后施加平面外荷载的条件下研究体系的承载性能,同时进行测试来比较打胶及设置套管前后的承载性能差异。此外,还获取了预应力、玻璃刚度及荷载条件下体系的自振频率。试验结果表明:平面外荷载越大,增加钢索预应力对降低体系变形的作用越小;玻璃自重对体系的自振频率影响远大于刚度的影响;耐候胶及套管对承载性能的影响较小。     

点支式玻璃幕墙单层索网体系承载性能试验研究

为了研究索预应力和玻璃刚度对索网幕墙承载性能的影响,参考北京新保利大厦二期工程,进行了1 ∶ 10比例的点支式玻璃幕墙单层索网模型试验.试验中分三级对索网进行预应力施加,在各级预应力下以及安装玻璃后施加水平荷载研究索网的承载性能,并和有限元计算结果进行对比.试验结果表明:水平荷载越大,增加索网预应力对降低索网变形的作用相对越小;考虑玻璃刚度减小了索网变形和索内力,对索网幕墙的承载性能有所贡献.     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为了揭示在不同预应力等级下碳纤维布对混凝土梁力学性能的影响,解决碳纤维布拉伸不均匀等问题,本文采用自主发明的拉伸设备进行钢筋混凝土梁抗弯性能试验,对预应力碳纤维布、普通碳纤维布及不同预应力水平碳纤维布的屈服荷载、极限荷载、钢筋应变、挠度等进行比较,并采用有限元模拟进行分析。研究表明,使用预应力碳纤维布加固混凝土梁能够有效提高工作性能,施加预应力越大,效果越明显。     

预应力连续钢-混组合梁抗火性能

为研究预应力连续钢-混组合梁在火灾高温下的耐火性能,以通用有限元程序ABAQUS为平台,提出了模拟预应力连续钢-混组合梁火灾高温下非线性全过程受力行为的有限元模型。通过分析组合梁跨中挠度、拉索张力以及跨中与中间支座处弯矩随温度变化的规律,研究了荷载比、预应力比、拉索相对截面面积、跨高比4个参数对预应力连续钢-混组合梁抗火性能的影响。结果表明:荷载比对预应力连续钢-混组合梁的抗火性能有负面影响,荷载比越大,升温初期阶段拉索张力随温度升高而降低的速率越慢,且临界温度越低,达到临界状态时的挠度也越小,预应力比的影响主要在火灾升温的初始阶段,在这一阶段,预应力比越大,挠度增长越慢;随着温度进一步升高,不同预应力比条件下挠度-温度曲线接近重合;具有不同拉索截面面积的预应力连续组合梁,其跨中弯矩随着温度升高先降低,在150℃时达到最低值,之后随着温度升高弯矩不断增大;中间支座处负弯矩升温初期先增大,达到峰值后,随温度升高而逐渐降低;临界状态下预应力连续钢-混组合梁中间支座弯矩逐渐减小;具有不同跨高比的预应力连续钢-混组合梁,在荷载比相同时,其临界温度相差较小,挠度值接近;对于跨高比大于10的预应力连续钢-混组合梁,可以忽略跨高比对其抗火性能的影响。     

垂直腹杆体外预应力索受力性能试验

以普通弹簧模拟预应力索,按撑杆数、载荷步距及垂跨比的不同对索施加竖向荷载,进行7组试验,测试索的长度、最大垂度值和最大张力等特征值,研究索的变形规律.试验表明,在其他条件不变的情况下,腹杆数越多,试验测试结果与理论分析结果越接近;迭代荷载步距越小,计算结果越准确;垂跨比越大,索的最大张力值越小.     

桩承式路堤承载特性颗粒流细观模拟

采用离散元法软件PFC2D,建立了桩承式路堤承载特性颗粒流试验模型.分析了路堤荷载下填土颗粒间接触力、应力和竖向位移等的分布规律以及桩土应力比的变化规律,并研究了桩间距、桩帽宽度、颗粒间内摩擦角和颗粒形状等因素对桩承式路堤承载特性的影响.结果表明:填土颗粒中土拱结构主要存在于桩顶1倍桩净间距高度范围内;桩帽宽度越大,桩间距越小,桩土应力比越大但土拱结构稳定性越弱;填土颗粒表面越粗糙,内摩擦角越大,桩土应力比越大且土拱结构稳定性越强;随着路堤荷载的增加,填土颗粒中土拱结构呈现出形成-破坏-再形成的变化规律.     

大跨度 Kiewitt 型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m 跨度 K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响.结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同.     

反复荷载作用下的预应力混凝土梁变形

为了分析反复荷载对预应力混凝土梁变形性能的影响,对6片预应力混凝土模型梁进行了低频反复加载试验,在模拟实桥活载效应的荷载作用下,研究了不同预应力度的预应力混凝土梁变形性能和钢束有效预应力变化特征。结果表明,在反复荷载作用下,预应力混凝土模型梁残余挠度和荷载挠度（弹性挠度）较常量荷载下的对应值均有所增大,其中荷载挠度增大系数为1.05~1.10;反复荷载作用对预应力筋长期损失有较明显的影响,且预应力梁的残余挠度与预应力钢筋的残余变形有着密切关系。     

轴心受压预应力斜撑杆钢柱承载能力研究

预应力撑杆钢柱具有承载性能好、稳定性强、用料节省等优点,在现代钢结构工程中得到了越来越广泛的应用.以轴心受压的斜撑杆预应力钢柱为研究对象,通过ABAQUS软件进行线性与非线性屈曲分析,研究了撑杆长度、拉索直径、斜撑杆与水平方向倾角、初始缺陷、支座约束条件等多种因素对这类预应力撑杆柱承载能力的影响.研究表明,撑杆长度、拉索直径、斜撑杆倾角均会影响预应力斜撑杆钢柱的承载能力;缺陷敏感性和预应力敏感度分析还表明,预应力斜撑杆钢柱是一类缺陷敏感型构件,过大地增大初始拉索预应力并不会显著提高其承载能力.     

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.     

冷弯型钢檩条屋面增设光伏板的下撑式檩条结构加固受力性能分析及改造方案

轻钢厂房屋面檩条在加铺光伏板后进行荷载验算时通常会出现承载能力不足的问题,对此提出了一种下撑式檩条结构对原有檩条进行加固改造。为研究加固后下撑式檩条结构的受力性能以及提出符合经济性原则的改造加固方案,利用ANSYS建立了下撑式檩条的有限元模型,并采用控制变量法研究了撑杆长度、撑杆截面、拉条截面和撑杆间距对下撑式檩条结构受力性能的影响。结果表明：撑杆长度是整体结构受力的主要影响因素,撑杆长度增加,檩条及撑杆应力均会大幅减小,拉条应力则呈先增大后减小趋势;拉条截面变化对整体结构受力影响较小,随拉条截面直径增加,檩条及撑杆应力曲线保持平缓下降,拉条应力则更为敏感,曲线下降斜率较大;撑杆截面与撑杆间距对整体结构受力影响程度较低。最终,提出了满足改造用钢量最小的改造加固方案,且针对部分常见截面、跨度及设计荷载的屋面檩条,给出了对应的改造方案推荐表以便实际工程快速选用。     

矩形开槽钢管混凝土柱的受压承载性能

为分析环向钢管对核心混凝土受压承载性能的提高效果,对15个矩形开槽钢管混凝土柱进行轴压试验,研究倒角半径和钢管厚度对其受压性能的影响.基于圆形箍筋约束混凝土的极限应力计算模型,引入考虑截面形状的承载力折减系数,提出了矩形开槽钢管混凝土柱极限应力计算模型.结果表明,矩形开槽钢管约束混凝土柱的受压性能与钢管厚度及倒角半径密切相关,且钢管的开槽构造能够有效地避免钢管的纵向屈服.倒角半径越小,钢管约束效果越差,应力-应变曲线在屈服后会出现下降段,且钢管厚度越小,峰值后荷载下降越快.倒角半径越大,约束效率越高,应力-应变曲线在屈服后较平缓或出现上升段,但钢管厚度较大时,其环向约束效果下降,极限应力提高幅度也明显下降.     

不同预应力度RPC工字梁抗剪性能试验研究

为研究不同预应力度RPC工字梁的抗剪性能,通过4根RPC工字梁的受剪试验,分析不同预应力度下试验梁的破坏形态、荷载—挠度以及荷载—预应力增量曲线的关系,研究不同预应力度对RPC工字梁的抗剪性能的影响。结果表明,预应力度从0增加到0.31、0.44和0.6,试验梁开裂荷载分别提高38.78%、58.86%和115.35%,抗剪承载力分别提高5.68%、13.11%和41.18%;预应力增量越大,梁破坏时的挠度越大;梁开裂前,预应力的增加使其刚度有所提升,但对开裂后梁的刚度影响甚微。最后通过对预应力RPC梁抗剪承载力的影响因素分析,提出RPC梁抗剪承载力建议公式,以为同类研究提供参考。     

大跨度Kiewitt型弦支穹顶结构的自振特性分析

弦支穹顶结构是由单层球面网壳和下部张拉体系组合而成的一种新型的空间结构体系,以120m跨度K8型弦支穹顶结构为例,采用分块兰索斯(Lanczos)法对其自振特性进行了分析,分析时考虑拉索预应力、撑杆高度、结构跨度和荷载等4个因素对结构自振频率的影响。结果表明:当拉索预应力增大到一定程度,再增加预应力对结构的自振频率影响有限;结构自振频率随着撑杆高度的增加而增大;小跨度弦支穹顶与单层网壳自振模态相当接近,但大跨度弦支穹顶与同等跨度下的单层网壳自振模态明显不同。