部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁抗彎性能研究.pdf

1、采用超高強混凝土材料，同時應(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)力鋼骨超高強混凝土梁。該型式的組合梁利用了超高強混凝土抗壓強度高、耐久性優(yōu)異和可有效控制截面等特點，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

2、能力。因此，部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強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，僅有我國對預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)開展了一定的研究，取得了一些成果。但對于部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土結(jié)構(gòu)的研究文獻(xiàn)報道較少。本文采用試驗研究、理論分析與數(shù)值模擬計算相結(jié)合的方法，對部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強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)力超高強混凝土梁靜力荷載

3、下的抗彎性能試驗。研究了預(yù)應(yīng)力筋高度和預(yù)應(yīng)力筋配筋率對試件受彎性能的影響。試驗結(jié)果驗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)計規(guī)范中的抗彎計算理論，給出了部分預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的正截面抗彎承載力計算公式。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范中的裂縫寬度計算理論，通過引入預(yù)應(yīng)力筋高度對等效直徑的影響系數(shù)k1和對構(gòu)件特征系數(shù)αcr的修正，給出了部分預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的最大裂縫寬度計算公式。
　　(2)進(jìn)行了20根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁靜力荷載

4、下的抗彎性能試驗。研究了試件的破壞形態(tài)、荷載-撓度曲線、跨中截面應(yīng)變和裂縫開展模式，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)力筋配筋率等試驗因素對試件承載力、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)計計算理論，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)力鋼骨超高強混凝土梁的正截面抗彎承載力計算公式，并對兩種計算方法的適用性進(jìn)行了對比分析。采用分階段剛度

5、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)力鋼骨超高強混凝土梁各階段的截面剛度計算公式，進(jìn)而采用結(jié)構(gòu)力學(xué)計算方法給出了試件的跨中撓度計算公式。引入了預(yù)應(yīng)力筋、鋼骨下翼緣和腹板位置對等效直徑的影響系數(shù)k1、k2和k3，給出了部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁的最大裂縫寬度計算公式。通過與部分預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的試驗結(jié)果對比，分析了內(nèi)置鋼骨對試件的承載力、彎曲延性、能量消耗和裂縫開展模式的影響。
　　(3)提出了綜合配筋指數(shù)的

6、計算公式，采用綜合配筋指數(shù)對18根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁和4根部分預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁的抗彎受力性能進(jìn)行分析。采用數(shù)理統(tǒng)計的方法，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)所受彎矩等級的預(yù)測公式。
　　(4)結(jié)合試驗結(jié)果，采用ANSYS有限元分析軟件對部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁的抗彎性能進(jìn)行數(shù)值仿真分析。分析階段為從開始加載到試件達(dá)到承載力極限狀態(tài)，數(shù)值分析結(jié)

7、果與試驗結(jié)果基本一致，驗證了ANSYS有限元模型的正確性。
　　(5)進(jìn)行了4根部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁和1根部分預(yù)應(yīng)力超高強混凝土梁疲勞荷載下的抗彎性能試驗。分析了試驗梁的荷載-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。分別給出了試件剛度降低系數(shù)、最大裂縫寬度變化和非預(yù)應(yīng)力受拉縱筋的應(yīng)力幅值比與疲勞次數(shù)的關(guān)系曲線。上述曲線可用于預(yù)測部分預(yù)應(yīng)力鋼骨超高強混凝土梁的疲勞