拉压杆模型在预应力连续梁桥局部分析中的应用

在预应力深梁拉压杆模型的基础上,根据结构局部分析原理,研究提出了预应力连续梁局部等效转化成预应力深梁的局部拉压杆模型分析方法。利用此方法对某预应力连续梁桥局部梁段建立拉压杆模型,验算配筋和强度。结果表明:利用文中提出的方法建立拉压杆模型用于预应力连续梁桥局部分析是合理有效的。     

固化期间缓黏结预应力梁力学性能试验

为了探明固化期间缓黏结预应力混凝土梁的力学性能,制作了4根缓黏结预应力混凝土梁,每根梁直线布置3根缓黏结预应力钢筋,进行试验梁的抗弯承载力测试。通过邵氏硬度计测得试验梁缓黏结剂的硬度,用以反映缓凝材料在加载试验时的固化性质;然后把试验梁分4批进行三分点两点同步单调静力加载试验;最后通过监测梁挠度、关键截面混凝土的应变变化、预应力钢筋张拉端和锚固端的压力变化、裂缝分布等指标,明确缓黏结预应力钢筋与混凝土之间的传力机理以及混凝土梁的抗弯承载能力。结果表明:缓黏结剂的固化度对预应力混凝土梁的开裂荷载影响较小,对最大承载力影响较大,利用现有的预应力混凝土计算理论计算得到的开裂荷载与试验结果吻合较好,但最大承载力的理论计算结果相对保守;随着缓黏结剂逐渐固化,预应力混凝土梁的极限承载力随之增加,当缓黏结剂的邵氏硬度(D型)达到80时,缓黏结预应力钢筋与混凝土具有良好的共同工作状态,梁纯弯段部分的裂缝开展均匀,数量较多,其承载力及延性也最大。     

活性粉末混凝土预应力叠合梁抗剪强度

将活性粉末混凝土运用于无粘结预应力混凝土叠合梁，梁中未配任何形式的箍筋。通过分析影响活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁抗剪强度的诸多因素，结合试验结果，选取其中最为关键的几个因素，如活性粉末混凝土与后浇混凝土的抗拉强度、截面尺寸、纵向受拉钢筋的配筋率以及有效预应力等，建立了比较符合活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁抗剪强度试验结果的两个公式，并将之与其他现行公式的计算结果进行了对比。结果表明，我国现有公式在计算活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁的抗剪承载力时是偏于保守的。     

无腹筋GFRP筋混凝土梁抗剪性能试验

对一组无腹筋玻璃纤维增强塑料(Fiber Glass-reinforced Plastics,GFRP)筋混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究,所有试验梁均为三分点加载,将6根试验梁按有效配筋率分为3组,每组包括1根钢筋混凝土梁和1根GFRP筋混凝土梁,且所有试验梁均为斜拉破坏;分析了试验梁的荷载-挠度关系、裂缝开展及抗剪承载力,并将各FRP筋设计规范或指南的抗剪承载力预测值与试验结果进行对比。结果表明:有效配筋率相同的钢筋混凝土梁和GFRP筋混凝土梁具有相近的抗剪承载力;修正的CAN/CSA-S6-06抗剪承载力预测结果与试验结果符合度最高,而ACI 440.1R-06的预测结果过于保守;建议的FRP筋混凝土梁抗剪承载力公式提高了承载力预测精度。     

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）基于应力扰动区（D区）刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。     

弯矩和剪力组合作用下混凝土梁截面抗剪计算理论研究

为准确计算钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁在弯矩和剪力组合作用下的截面抗剪承载力，进行钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁截面抗剪计算理论研究。根据混凝土梁抗剪破坏特征，考虑混凝土、纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋以及预应力筋对梁抗剪性能的影响，提出一种基于楔形截面的抗剪计算模型，并对抗剪承载力的上限值和下限值进行分析。开展轻型T梁计算和足尺模型静载试验，并进行对比验证。结果表明：楔形截面抗剪计算模型解释了混凝土梁纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋的抗剪承载力贡献，并为抗剪承载力的设计提供了实用的公式；该模型的抗剪上限值为最小腹板厚度提供了理论解释，即纵向钢筋、竖向箍筋均存在一个充分配筋率下的腹板厚度；通过实例计算和足尺模型静载试验，楔形截面抗剪计算模型和计算方法相对于传统方法更为准确和合理，具有更好的理论基础。     

高强钢绞线网加固RC梁抗剪剥离承载力计算

为研究高强钢绞线网加固的RC梁抗剪剥离承载力,对9根抗剪加固梁进行试验测试,并进行数值分析,研究了加固方式、原梁配箍率、混凝土强度、剪跨比、钢绞线用量、二次受力等因素对剥离破坏承载力的影响,并建立了抗剪加固剥离承载力计算公式.研究结果表明:持载加固构件的剥离承载力不一定低于完整加固构件,但持载程度增加,剥离承载力降低;随混凝土强度和原梁配箍率提高,剥离承载力提高,但提高幅度有限;不同加固方式的加固构件,其剥离承载力均随钢绞线直径的增大而提高,且提高幅度逐渐降低;随剪跨比增大,剥离承载力降低;所建抗剪加固剥离承载力公式计算值与试验值之比的平均值为1.006,计算结果与试验结果符合良好,公式可用于快速评估抗剪加固梁剥离承载力.     

基于极限状态钢管混凝土墩柱轴压承载力计算

为了探求钢管混凝土墩柱轴压承载力的新计算方法,基于极限状态下钢管和混凝土的受力特点,通过对国内外354个钢管混凝土轴压短柱试验数据的回归分析,得出了适用于普通钢管混凝土墩柱和钢管高强混凝土墩柱的侧压系数k值,给出了一个新的计算公式。该公式得到的普通钢管混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.969,均方差为0.101,钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算值与试验值之比的平均值为0.971,均方差为0.116,可见计算结果与试验结果吻合良好,且略偏于保守。同时给出了轴压长柱的稳定承载力计算公式,对108个试件的数据分析表明:计算结果与试验结果总体上吻合良好。     

带竖向接缝的混凝土箱梁桥抗剪性能试验研究

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究交界面粗糙度和普通钢筋配筋率对抗剪性能的影响。结果表明:各模型梁的裂缝发展过程基本相似,破坏形态均为弯剪破坏;带竖向接缝梁的抗裂性能比整体浇筑梁差,但各梁的抗剪承载力相差不大;带竖向接缝梁的刚度低于整体浇筑梁的刚度;增加接缝处混凝土交界面粗糙度和普通钢筋配筋率可以提高带竖向接缝梁的抗裂性能和刚度。     

顶部和底部荷载共同作用下深梁的拉压杆模型

介绍了深梁分别在顶部荷载、底部荷载和顶底部荷载共同作用下的拉压杆模型,给出了拉压杆模型迭代法的推导过程.通过比较深梁在233个顶部荷载、6个底部荷载和12个顶底部荷载组合作用下拉压杆推算值,可以看出无论何种荷载条件,拉压杆模型推算的深梁极限抗剪强度值都相一致.更重要的是,建议的分析方法不仅合理,而且破坏准则简单明了.由于模型能表明桁架最薄弱的连接部位,因此它也可推广到设计部门,结构工程师能据此修改设计,并控制破坏荷载.     

UHPC梁受剪性能试验与抗剪承载力计算方法

为研究超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）薄腹梁受剪性能和抗剪承载力计算方法,设计制作11片模型梁开展荷载试验,试验参数包括纤维率、纤维种类、配箍率、剪跨比和混凝土强度。分析了试验梁破坏形态、裂缝开展过程和主要因素对梁体受力响应影响规律。试验结果表明：UHPC梁的受力过程分为弯曲开裂前弹性阶段、"桥联作用"失效前和"桥联作用"失效后3个阶段。UHPC梁剪切破坏具备一定延性且有明显征兆,为半延性-半脆性破坏。由于纤维"桥联作用",UHPC梁剪切开裂后呈多条剪切裂缝同时开展现象,破坏过程伴随着纤维持续从基体里拔出的"滋滋声"。此外,配置适量箍筋可使梁体破坏模式从脆性剪切破坏向更具延性的弯曲破坏转变。基于Rankine破坏准则,推导出剪压区混凝土简化强度准则;考虑T形截面翼缘的影响,提出腹板抗剪有效宽度计算方法;通过极限平衡法,得到考虑翼缘影响的混凝土抗剪贡献计算式。基于分项叠加思想,建立考虑混凝土、箍筋和纤维抗剪贡献的UHPC梁抗剪承载力理论计算式。该公式形式简单,物理意义明确,可以考虑纤维率、剪跨比和梁体尺寸等影响因素。用试验结果对提出的计算式进行验证,得到抗剪承载力理论计算值和试验值比值均值为0.94,标准差为0.17,计算结果表明提出的计算式可以较好地预测UHPC梁的抗剪承载力。     

预应力TRM加固混凝土梁最优预应力计算方法

为了扩大纤维织物网增强水泥聚合物砂浆加固技术(TRM)在钢筋混凝土梁加固上的应用范围,深入研究预应力TRM的力学机理,探索纤维预应力的合理取值范围,提高加固设计计算精度。基于预应力TRM加固混凝土梁模型试验与非线性损伤数值试验交互验证,对比分析了原结构和加固结构承载全过程力学机理,在参数影响规律研究的基础上,建立了分析模型,提出了计算方法,得到以下结论：预应力TRM可以有效改善被加固梁截面的受力状态,提高纤维材料强度的利用率;随着纤维预应力的增大,被加固梁承载力存在一个极值点,此极值点对应的纤维预应力即为最优预应力。最优预应力率并非定值,它随纤维加固量的增大而增大,随混凝土强度的增大而减小,初始荷载对其影响可以忽略。以受拉钢筋屈服、受压混凝土压溃、TRM达到设计强度,即3种材料强度均得到发挥,为最优破坏模式,给出的预应力TRM加固混凝土梁正截面承载力的计算方法及其参数优化后的简化计算公式,并进行了精确性验证,可直接应用于设计计算。研究揭示了TRM加固混凝土梁最优预应力的力学机理,提出了可直接应用预应力TRM加固混凝土梁的计算分析方法。     

具有体外预应力索的快速施工群钉式钢-混组合小箱梁自振特性分析

为了明确体外预应力索对快速施工钢-混组合小箱梁自振频率的影响,基于铁木辛柯梁理论和组合梁相对滑移对典型梁段及群钉的变形与受力进行了分析,同时,引入平面内梁体预应力变化量与振动位移之间的关系,运用达朗贝尔原理导出其平衡方程组,针对3种典型的体外预应力束布置型式给出快速施工钢-混组合小箱梁动力特性分析的解析公式,并将所提出方法的理论值与有限元数值分析进行了比较。在此基础上,详细分析了预应力筋布置位置(偏心距)、预应力筋初始应力大小、钢梁与混凝土板间抗剪连接刚度等参数对结构动力性能的影响。研究结果表明:所提出的方法及公式在分析体外预应力快速施工组合梁的动力特性方面具有较高的精度,其最大误差不超过2%;同时,在不考虑预应力对组合梁相对滑移影响的情况下,体外预应力筋初始应力的大小及抗剪连接刚度对结构本身的动力特性影响很小,最大不超过1%,可忽略不计;而预应力索布置的偏心距对结构自振频率影响相对较大,尤其是在低阶其频率约增加4%。因此,在实际工程中,使用体外预应力快速施工钢-混组合小箱梁或者采用体外预应力进行加固维修时,除应满足静力设计要求外,必须考虑偏心距对结构动力特性的影响。     

预制空心板实际预应力状态的研究

针对施工中预制梁（板）实际上拱值比理论上拱值偏底较多的现象,对一片20m预应力空心板进行了静载试验。根据试验结果以及混凝土强度理论以确定理论开裂荷载,在此基础上进行实际预应力推算和上拱值计算,并按设计规范讨论了空心板正截面的抗裂能力。     

基于受压区分区破坏机制的有腹筋RC梁受剪承载力公式

由于钢筋混凝土(RC)梁传力机理的复杂性和剪切破坏模式的多样性,现有受剪承载力公式的计算精度随受剪参数的变化呈现出明显的波动性,限制了其适用范围。以混凝土受压区的分区破坏机制为基础,从防止纵向钢筋提前屈服的角度建议受压区高度的修正公式,由此得到同时兼容低强和高强混凝土梁的混凝土剪切贡献表达式。通过斜裂缝倾角的转动规律分析混凝土与箍筋协同工作机制发挥的不同阶段,并据此建议箍筋项的剪切贡献计算原则。建立基于受压区分区的有腹筋RC梁受剪承载力公式。该公式以分项的形式直接体现剪压区、斜拉区和箍筋三部分的剪切贡献,能够反映混凝土强度、配箍率、纵筋率、剪跨比以及尺寸效应等主要受剪参数的影响规律。最后,基于剪切试验数据库对所提公式和当前主流公式进行验证,并对各公式的预测精度和参数敏感性进行对比评价。研究结果表明:所提出的受压区分区破坏机制能够较好地反映剪切破坏模式随剪跨比变化的演变规律;建议的受剪承载力公式具有较高的精确性和稳定性,对受剪参数的大范围变化不敏感,且对高强、大尺寸试件具有更好的适用性。     

任意截面无粘结预应力混凝土梁的极限非线性分析

在材料非线性应力-应变关系基础上,提出了确定任意截面无粘结预应力混凝土梁抗弯强度以及计算无粘结预应力筋极限应力的通用方法。利用修正的RODRIGUEZ截面模型进行截面强度分析,按截面顶点把截面划分为若干个梯形单元,通过对梯形单元积分求出混凝土内力。将极限状态下无粘结预应力梁等效塑性区长度与破坏截面中性轴高度之比看作一常数,通过对引自7个不同文献的140片无粘结预应力试验梁的非线性回归分析,认为这个常数取为9.78较为合理。计算结果与试验值吻合较好。     

碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁设计计算方法

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗剪加固设计理论,针对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的要求,建立了基于Schnerch有效应变模型的抗剪加固梁斜截面受剪承载力计算方法,设计参数包括混凝土强度等级、斜截面内箍筋配筋率、碳纤维布加固率、粘贴形式及碳纤维布粘贴角度等。计算值与试验值的对比结果表明,所提抗剪加固计算公式具有较强的实用性和较高的可靠性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗剪加固设计。     

体外预应力桥梁锚固块构造分析及拉压杆模型法配筋研究

采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。     

无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究

给出了无粘结预应力混凝土梁强度和受力性能的分析结果。建立了适用于无粘结预应力混凝土梁非线性全过程分析的有限元简化模型,利用该模型探讨了跨高比、有效预应力和加载方式这3种参数对无粘结预应力混凝土梁弯曲性能以及无粘结预应力筋极限应力的影响。分析结果表明,跨高比对无粘结预应力筋极限应力无明显影响,增大无粘结预应力筋的有效预应力能显著提高梁的开裂和极限荷载,加载方式对梁的受力性能有着非常重要的影响。