预应力活性粉末混凝土简支梁优化设计研究

活性粉末混凝土RPC(Reactive PowderConcrete)是一种具有超高强度、高韧性、高耐久性的新型水泥基复合材料.这里首先提出了RPC的计算原则,然后以强度和挠度为约束条件、以造价为目标函数,采用枚举法对预应力RPC简支梁进行了优化设计.在编制程序进行计算的基础上,使用多项式曲线拟合方法,得到了预应力RPC简支梁的跨度-造价曲线、跨度-梁高曲线和跨度-预应力钢绞线用量曲线.并且给出了以跨度为变量的造价、梁高、预应力钢绞线用量的简化公式,在此基础上进行了RPC梁的跨度优化,推荐了合理的跨度取值范围.计算结果表明,对于跨度为30～60m的简支梁,进行优化后的造价降低最高可达29.3%.     

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．     

浅谈后张法预应力T梁的张拉工艺控制

通过对东溪大桥后张法简支T梁张拉工艺控制的具体介绍,结合VM张拉锚固体系在后张法预应力T梁的应用,提出了钢绞线＂先穿法＂和提前装锚等加快工程进度的方法,并总结出后张法预应力T梁张拉施工的四项控制纲要：即张拉方法及应力控制、张拉机具控制、张拉材料控制和张拉过程控制。     

无粘结预应力RPC简支梁受弯性能分析

活性粉末混凝土是一种新型超高性能混凝土材料,为了详细评估非预应力筋配筋率、预应力筋配筋率、混凝土强度、非预应力筋屈服强度等对预应力混凝土梁的受弯性能的影响,建立了上述各种参数影响下的无粘结预应力砒,C简支梁的有限元模型。通过对比分析研究得出随着非预应力筋配筋率和无粘结预应力钢绞线配筋率的提高,跨中极限弯矩增大,跨中极限挠度和钢绞线应力增量降低;随着非预应力筋的屈服强度、混凝土轴心抗压强度的提高,跨中极限弯矩和挠度也缓慢增大,力筋应力增量相应增加。为实际工程预应力RPC结构的优化设计提供参考数据。     

基于RPC梁的准分布式光纤光栅传感器性能分析

目的研究内嵌预压式封装的准分布式光纤光栅(FBG)传感器在活性粉末混凝土(RPC)梁中的监测问题及评估其性能.方法以无粘结预应力RPC试验梁为载体,将5个FBG传感器串联并内嵌封装于梁内部钢绞线和钢筋中,构成准分布式传感网络,实现结构整体多点监测;对封装有准分布式FBG传感器的钢绞线进行重复张拉试验,观察传感器监测情况;对分别施加不同预应力的三根RPC梁进行两点集中加载试验,分析传感器对梁的监测情况.结果准分布式FBG传感器响应灵敏,应变-中心波长变化值拟合线基本重合,应变灵敏度与理论值非常接近,应变监测量程均能达到7 500×10~(-6)以上,可与钢绞线很好的协同变形;同一筋材各测点处FBG传感器的应变发展趋势基本一致,荷载-应变曲线图出现两处明显拐点,对应混凝土梁第一条裂缝出现和钢筋屈服时刻,与理论相符;FBG传感器监测稳定,与同测点位置的电阻应变片数据基本相同,且信号更加稳定.结论多点准分布式FBG传感器对RPC梁监测精准,稳定性好,该监测方法为预应力结构的分布式监测提供了新思路.     

公路早期部分预应力混凝土T梁腐蚀疲劳性能试验分析

我国早期建造、处于腐蚀环境的在役公路预应力混凝土T梁桥面临严峻的腐蚀疲劳问题.为探讨此类桥梁的腐蚀疲劳性能，基于上世纪80年代公路部分预应力混凝土T梁标准图设计试验模型，开展特定钢绞线锈蚀率(设计锈蚀率为10%)下不同疲劳荷载幅值的部分预应力混凝土T梁模型的弯曲疲劳试验，获得模型梁在循环荷载作用下的跨中挠度、梁底纵向钢筋和受压区混凝土应变、竖向裂缝宽度等的发展规律及疲劳寿命.试验结果表明：在钢绞线腐蚀较为严重时，模型梁的弯曲疲劳破坏特征为受腐蚀钢绞线发生无征兆的断丝破坏，且受压区混凝土未出现被压碎现象，破坏模式为脆性破坏；在钢绞线锈蚀率基本相同时，模型梁的受弯性能随着疲劳荷载幅值的增大而显著下降，且其疲劳寿命也随着疲劳荷载幅值的增大而急剧下降.基于应力-寿命(S-N)理论，提出钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命预测公式，可用于初步评估钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命.     

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.     

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。     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验研究

为研究体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁的抗弯性能,以剪跨比、张拉控制应力及预应力度为试验参数,进行了4根体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验.基于试验结果,明确了梁的受力破坏特征,推导了梁的开裂弯矩、极限弯矩计算公式并以试验结果验证了其适用性.结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁,均发生少筋特征的脆性断裂破坏,增大张拉控制应力可提高全预应力梁的开裂荷载,但不改变其破坏形态;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较预应力度为1.0的全预应力梁分别提高88.7％和18.1％,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏.钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置.     

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式.研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏.     

CFRP板加固钢梁界面应力的理论与试验研究

在碳纤维增强复合材料(CFRP)板加固钢梁中,CFRP板端部的应力集中往往会导致板的剥离破坏.文中首先对CFRP板加固钢梁的界面应力进行了研究,推导了外荷载作用下CFRP板加固钢梁的界面应力计算公式;然后,通过改变CFRP板的长度、厚度以及加载方式,探讨了静载作用下8个试件的承载力及刚度变化.理论分析及试验结果表明:(1)试件的主要破坏模式是CFRP板的剥离破坏;(2)增加板长能减小加固梁的界面应力集中,但不能提高梁的截面承载力和刚度;增加板厚虽然增加了界面应力集中,却能进一步提高梁的截面承载力和刚度;(3)由界面应力的理论计算公式求出的各个试件发生剥离破坏时的最大界面应力基本一致.     

混凝土自锚式悬索桥超宽加劲梁施工过程受力分析

【目的】研究混凝土自锚式悬索桥超宽加劲梁在施工过程中的应力分布规律,为超宽加劲梁的设计与施工提供一定的理论依据。【方法】采用剪力柔性梁格法,通过Midas/Civil建立空间有限元梁格模型,对自锚式悬索桥加劲梁受力性能进行分析。【结果】在施工过程中,加劲梁横截面各腹板处顶、底板中纵向应力的分布存在较大的不均匀性,预应力张拉工况中,加劲梁外侧边腹板处压应力最大; 体系转化工况中,中腹板处压应力增量最大。体系转换过程中加劲梁顶、底板的应力变化规律不同,顶板中的压应力值在体系转换完成后达到最大,底板最大压应力值则出现在体系转换过程中。施加二期恒载,对吊索进行被动张拉,能够有效地减少主动张拉吊索过程产生的顶、底板应力差值。【结论】主缆轴力与预应力作用是造成加劲梁内应力分布不均的主要原因,通过调整预应力钢束的数量及位置,能够使加劲梁内应力分布更均匀。     

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.     

弯剪共同作用下的RPC梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验,考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异,基于修正压力场理论,对开裂混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正,将弯矩效应叠加至纯剪作用建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并根据弯剪复合作用采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序,对RPC简支梁进行受剪强度分析,并将试验结果与计算结果进行对比分析,研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。     

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。     

预制RPC柱降低大跨PC刚构桥跨中长期下挠分析

为解决大跨PC刚构桥跨中长期过度下挠的问题,提出了在刚构桥负弯矩区箱梁底板、跨中顶板加入预制RPC(活性粉末混凝土)柱形成局部RPC-NC(普通混凝土)复合截面的方法.对RPC-NC复合截面柱进行有限元分析,探讨了RPC对减小复合截面柱收缩徐变效应的作用以及RPC与NC间应力重分布规律,同时分析了剪力键受力性能.提出预制RPC柱应用于实桥的设计方案,并通过有限元对比分析加入预制RPC柱对全桥应力、跨中下挠等的影响.结果表明,加入预制RPC柱能明显降低负弯矩区结构转角和RPC附近NC的压应力,使结构成桥后的跨中长期下挠减小53.9%.     

温度效应下的板桁结合钢桥局部分析

板桁结合结构钢桥在日照作用下,因桥面板和主桁升温速度不同而存在较大的温差,这种温差的存在对桥面板与桁架连接部位以及横梁与桁架连接的部位造成不利的影响。以重庆市东水门长江大桥为工程实例,运用有限元分析软件Midas FEA对实桥建立三个节段有限元模型,采用板单元,温度荷载加为单元温度,对局部温差作用进行了分析。结果表明:桥面板应力主要影响位置在横梁的两侧0.3 m内,其应力符号相反;温差19℃时,引起板应力最大2.9 MPa,横梁剪应力在22.8 MPa波动;温差30℃时,应力5.35 MPa,剪应力高达32.52 MPa。根据结构钢材考虑的温差,可知本工程设计的结构在目前考虑的温差效应是安全的,在施工拼装的过程中,应严格控制局部温差。     

冲击力作用下梁内应力波的初步实验研究

本文就集中冲击力作用下的聚碳酸酯简支梁模型,研究了梁内的应力波传播问题。文中推导了梁内一维应变平面波的波速公式,并与用多火花式动态光弹系统拍出的一组等色线图的结果进行了比较,二者基本吻合。又由逐渐趋于稳定的应力条纹图得出梁的最大冲击应力并做了相应的讨论。