钢与高强混凝土预应力组合梁力学性能研究

论文摘要

随着预应力技术在混凝土结构和钢结构中的应用与发展,预应力技术在钢与混凝土组合梁中也逐步得到应用。在钢与混凝土组合梁的钢梁中施加预应力,目的是扩大材料的弹性范围,提高构件承载能力和稳定性,节约材料,降低工程造价,增加结构的疲劳抗力,减小结构变形。在钢与混凝土组合梁负弯矩区的混凝土板中施加预应力不仅充分发挥了钢材与混凝土的性能,而且还能延迟负弯矩区混凝土裂缝的出现,阻止混凝土板裂缝的发展,增加组合梁的刚度,有效降低应力幅,增强组合梁的疲劳寿命。近年来,钢与混凝土预应力组合梁不断发展,对其工作性能的研究日益受到国内外工程界普遍的关注和重视,许多专家学者对钢与混凝土预应力组合梁工作性能进行了研究,但对钢与高强混凝土预应力组合梁工作性能研究在国内外尚未见到有关报道。本项目是首次将试验研究、理论分析及数值计算模拟相结合的方法,用于研究钢与高强混凝土预应力组合梁的力学行为,即：钢与高强混凝土预应力组合梁的试验研究。通过钢与高强混凝土预应力组合梁的试验,分别研究了在钢梁下翼缘施加预应力承受正弯矩和在钢梁上翼缘、混凝土板中施加预应力承受负弯矩组合梁的工作机理、破坏形态,分析了预应力组合梁的变形、滑移、预应力钢筋增量及混凝土和钢梁应变分布等；钢与高强混凝土预应力组合梁的受力性能研究。详细地分析了承受正弯矩和负弯矩钢与高强混凝土预应力简支组合梁在各个受力阶段的应力状态,分别建立了其弹性极限承载力、塑性极限承载力计算公式；综合分析钢与高强混凝土预应力组合梁结构特点与受力特性,利用弹性理论建立了预应力组合梁交界面相对滑移及滑移效应影响下的变形计算公式；利用能量原理和变形协调条件,分别建立了承受正弯矩简支组合梁和连续组合梁中预应力钢筋内力增量计算公式；在分析传统预应力组合梁施加预应力方法的基础上,提出了利用横张法对钢与混凝土组合梁施工预应力的方法,给出了该方法的控制应力计算公式,利用几何变形关系,分析各受力阶段受力性能,建立其相应的弹性极限承载力和塑性极限承载力计算公式；在分析FRP加固混凝土钢结构技术的基础上,提出了利用FRP增强钢与混凝土预应力组合梁施工方法,分析各受力阶段受力性能,建立其相应的弹性极限承载力和塑性极限承载力计算公式；利用合成法开发钢与高强混凝土预应力组合梁及FRP布预应力组合梁的非线性全过程分析程序。并对预应力组合梁和FRP布预应力组合梁进行全过程受力分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢与混凝土预应力组合梁研究意义
• 1.2 国外应用与研究
• 1.2.1 国外应用
• 1.2.2 国外研究
• 1.3 国内应用与研究
• 1.3.1 国内应用
• 1.3.2 国内研究
• 1.4 预应力组合梁研究存在的问题
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 小结
• 第二章 预应力组合梁试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 试件参数
• 2.1.2 测试内容与测量方法
• 2.2 试验结果分析
• 2.2.1 组合梁变形分析
• 2.2.2 预应力钢筋受力分析
• 2.2.3 滑移分布
• 2.2.4 延性分析
• 2.3 小结
• 第三章 预应力组合梁受力性能分析
• 3.1 预应力组合梁施工方法与形式
• 3.1.1 预应力组合梁施工方法
• 3.1.2 预应力组合梁形式
• 3.2 预应力钢筋配筋设计
• 3.3 简支组合梁预应力钢筋内力增量计算
• 3.4 组合梁截面特征
• 3.4.1 中和轴位于钢梁腹板内
• 3.4.2 中和轴位于混凝土板内
• 3.5 承受正弯矩预应力简支组合梁受力分析
• 3.5.1 弹性受力分析
• 3.5.2 弹性极限承载力计算
• 3.5.3 塑性极限承载力计算
• 3.6 承受负弯矩简支组合梁受力分析
• 3.6.1 弹性受力分析
• 3.6.2 弹性极限承载力计算
• 3.6.3 塑性极限承载力计算
• 3.7 预应力连续组合梁受力分析
• 3.7.1 预应力筋内力增量计算
• 3.7.2 弹性极限承载力计算
• 3.7.3 塑性极限承载力计算
• 3.8 预应力加固简支组合梁受力分析
• 3.8.1 弹性受力分析
• 3.8.2 极限承载力计算
• 3.9 小结
• 第四章 FRP增强预应力组合梁受力性能分析
• 4.1 材料性能
• 4.1.1 FRP种类
• 4.1.2 FRP性能
• 4.2 施工工艺
• 4.3 弹性分析
• 4.3.1 施加预应力阶段和施工阶段
• 4.3.2 使用阶段
• 4.4 弹性极限承载力计算
• 4.5 塑性极限承载力计算
• 4.6 小结
• 第五章 横张预应力组合梁设计方法与受力分析
• 5.1 横张预应力组合梁施工方法
• 5.1.1 施工工艺
• 5.1.2 横张预应力组合梁特点
• 5.2 预应力钢筋增量计算
• 5.3 横张预应力组合梁承载力计算
• 5.3.1 几何变形法
• 5.3.2 等效荷载法
• 5.4 小结
• 第六章 预应力组合梁滑移与变形计算
• 6.1 预应力组合梁滑移计算公式
• 6.1.1 滑移微分方程
• 6.1.2 不同荷载下滑移值
• 6.2 预应力组合梁变形计算公式
• 6.2.1 完全交互作用下的变形计算
• 6.2.2 滑移效应影响下的变形计算
• 6.2.3 初始变形计算
• 6.3 计算结果与试验结果对比
• 6.4 小结
• 第七章 预应力组合梁非线性分析
• 7.1 预应力组合梁计算分析
• 7.1.1 材料本构模型
• 7.1.2 全过程非线性分析模型
• 7.1.3 计算结果与试验结果的比较
• 7.2 FRP布预应力组合梁计算分析
• 7.2.1 施工方法及材料本构模型
• 7.2.2 全过程非线性分析模型
• 7.2.3 算例分析
• 7.3 预应力组合梁延性分析
• 7.3.1 延性的概念
• 7.3.2 延性指标
• 7.3.3 延性分析
• 7.4 小结
• 第八章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介