部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁抗彎性能研究

1、部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁抗彎性能研究采用超高強(qiáng)混凝土材料, 同時(shí)應(yīng)用鋼骨混凝土和部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)形成了一種新型的組合梁部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁。 該型式的組合梁利用了超高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度高、耐久性優(yōu)異和可有效控制截面等特點(diǎn) , 提高梁的配筋率、承載能力、 耐久性和減輕自重； 利用部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)提高了梁正常使用極限狀態(tài)下的抗裂性能, 并且部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)相比全預(yù)應(yīng)力技術(shù)更加有利于梁的延性性能；利用內(nèi)置鋼骨改善了超高強(qiáng)脆性破壞導(dǎo)致極限承載力狀態(tài)后承載力驟降的現(xiàn)象,改善梁的延性性能和耗能能力。因此 , 部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁非常適用于大跨重載橋梁和超高層建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁。 目前 , 僅有我國(guó)

2、對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)展了一定的研究,取得了一些成果。但對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的研究文獻(xiàn)報(bào)道較少。 本文采用試驗(yàn)研究、理論分析與數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方法, 對(duì)部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁的靜力荷載和疲勞作用下的抗彎性能進(jìn)行了研究。本文所做的主要工作如下： (1) 進(jìn)行了 4 根部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁靜力荷載下的抗彎性能試驗(yàn)。 研究了預(yù)應(yīng)力筋高度和預(yù)應(yīng)力筋配筋率對(duì)試件受彎性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了試件平截面假定的成立 , 依據(jù)現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的抗彎計(jì)算理論, 給出了部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的正截面抗彎承載力計(jì)算公式。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中的裂縫寬度計(jì)算理論, 通過(guò)引入預(yù)應(yīng)力筋

3、高度對(duì)等效直徑的影響系數(shù) k1 和對(duì)構(gòu)件特征系數(shù)acr 的修正 , 給出了部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的最大 裂縫寬度計(jì)算公式。進(jìn)行了 20 根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁靜力荷載下的抗彎性能試驗(yàn)。研究了試件的破壞形態(tài)、荷載一撓度曲線、跨中截面應(yīng)變和裂縫開(kāi)展模式,系統(tǒng)分析了預(yù)應(yīng)力筋張拉控制應(yīng)力、 非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋配筋率、 鋼骨偏心率、 鋼骨含鋼率、 預(yù)應(yīng)力筋高度和預(yù)應(yīng)力筋配筋率等試驗(yàn)因素對(duì)試件承載力、 抗彎剛度和彎曲延性的影響規(guī)律。依據(jù)現(xiàn)行的兩種鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論, 分別給出了基于截面變形協(xié)同分析法和疊加法的部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁的正截面抗彎承載力計(jì)算公式 , 并對(duì)兩種計(jì)算方法的適用

4、性進(jìn)行了對(duì)比分析。采用分階段剛度疊加法并考慮了核心約束混凝土的剛度貢獻(xiàn), 提出了部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁各階段的截面剛度計(jì)算公式, 進(jìn)而采用結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算方法給出了試件的跨中撓度計(jì)算公式。引入了預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨下翼緣和腹板位置對(duì)等效直徑的影響系數(shù)k11、 k2和 k3, 給出了部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁的最大裂縫寬度計(jì)算公式。 通過(guò)與部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比 , 分析了內(nèi)置鋼骨對(duì)試件的承載力、彎曲延性、能量消耗和裂縫開(kāi)展模式的影響。提出了綜合配筋指數(shù)的計(jì)算公式 , 采用綜合配筋指數(shù)對(duì)18 根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁和 4 根部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁的抗彎受力性能進(jìn)行分析。采

5、用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法, 擬合出了綜合配筋指數(shù)作為單一變量的部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁的極限承載力、 位移延性系數(shù)和正常使用極限狀態(tài)所受彎矩等級(jí)的預(yù)測(cè)公式。(4)結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果,采用ANSYST限元分析軟件對(duì)部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行數(shù)值仿真分析。 分析階段為從開(kāi)始加載到試件達(dá)到承載力極限狀態(tài),數(shù)值分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致,驗(yàn)證了 ANSYST限元模型的正確性。(5) 進(jìn)行了 4 根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強(qiáng)混凝土梁和 1 根部分預(yù)應(yīng)力超高強(qiáng)混凝土梁疲勞荷載下的抗彎性能試驗(yàn)。分析了試驗(yàn)梁的荷載- 撓度曲線變化規(guī)律、抗彎剛度的退化規(guī)律、 裂縫寬度擴(kuò)展規(guī)律和非預(yù)應(yīng)力受拉鋼筋的拉應(yīng)變隨疲勞次數(shù)的變化規(guī)律。