缓粘结部分预应力混凝土梁受力性能试验研究

论文摘要

预应力混凝土结构作为一种性能优良的结构形式被广泛用于工程结构中,但传统施工工艺浇注的预应力混凝土结构都存在着各自无法克服的缺点。传统无粘结预应力混凝土结构后期易造成预应力筋和锚具的疲劳等缺点；传统有粘结预应力混凝土结构需要预留孔道、穿束、压浆等繁琐而复杂的施工程序问题,且施工质量难以保证。随着超效缓凝剂的研制成功,缓粘结预应力体系应运而生。缓粘结预应力混凝土是近二十年出现的一种新型预应力体系,目前国内外对缓粘结预应力混凝土的研究十分有限。为进一步了解研究缓粘结预应力混凝土构件的受力性能和使用性能,结合湖南省建设厅科技计划项目“缓粘结预应力混凝土的受力性能及应用研究”（2006468-28）,本文通过手工方式制作了缓粘结预应力筋,对3根缓粘结部分预应力混凝土T形梁进行了受力性能的试验研究和理论分析,并将缓粘结部分预应力混凝土梁与传统施工工艺浇注的部分预应力混凝土梁的受力性能进行了对比分析。试验采用3分点加载方式,进行了从混凝土开裂、裂缝开展直至梁受弯破坏的全过程试验,测试了梁的开裂荷载、裂缝闭合荷载、梁截面应变分布、梁的变形发展规律、裂缝的出现发展和分布规律以及梁的极限承载力；并对试验数据和结果进行了分析研究。本文主要的结论和创新成果如下：1.对3根缓粘结部分预应力混凝土梁内缓粘结预应力筋进行了试验研究,得到了缓粘结预应力筋的偏差影响系数κ、摩擦系数μ和静摩阻力。2.通过试验梁挠度发展规律、裂缝发展和分布规律等对比分析,表明缓粘结部分预应力混凝土梁的受力性能与传统有粘结部分预应力混凝土梁极为相近。3.由缓粘结部分预应力混凝土梁抗裂性能和裂缝闭合性能的试验研究,得到了缓粘结部分预应力混凝土梁的开裂弯矩和裂缝闭合弯矩,且缓粘结部分预应力混凝土梁裂缝闭合应力比传统预应力混凝土梁大。4.提出了缓粘结部分预应力混凝土梁受弯极限承载力、短期刚度和最大裂缝宽度计算公式,通过对比分析,理论计算结果与试验结果非常吻合,所以本文提出的计算公式可以为工程设计提供理论参考依据。5.采用Abaqus有限元软件对缓粘结部分预应力混凝土梁进行了数值分析和研究,得到了挠度、开裂弯矩和极限承载力等,且数值分析结果与试验结果吻合较好,这就进一步证明了分析理论的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和缓粘结预应力混凝土的提出
• 1.2 缓粘结预应力混凝土国内外研究现状
• 1.2.1 缓凝砂浆的研究现状
• 1.2.2 缓粘结预应力筋的研究现状
• 1.2.3 缓粘结预应力筋的应用现状
• 1.2.4 缓粘结预应力混凝土结构的研究现状
• 1.3 缓粘结预应力技术的应用前景及存在的问题
• 1.3.1 缓粘结预应力技术的应用前景
• 1.3.2 缓粘结预应力技术存在的问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 试验设计及试验梁制作
• 2.1 试验概况
• 2.2 试验选用材料
• 2.2.1 混凝土
• 2.2.2 缓凝砂浆
• 2.2.3 缓粘结预应力筋及普通钢筋
• 2.3 缓粘结预应力混凝土的施工
• 2.3.1 缓粘结预应力筋的施工
• 2.3.2 施工中应注意的问题
• 2.3.3 缓粘结预应力混凝土梁的施工
• 2.4 测点布置
• 2.4.1 应变测点布置
• 2.4.2 位移及倾角测点布置
• 2.4.3 裂缝
• 2.5 本章小结
• 3 缓粘结部分预应力混凝土梁试验研究
• 3.1 试验加载概述
• 3.2 试验结果分析
• 3.2.1 预应力张拉阶段
• 3.2.2 加载过程
• 3.2.3 试验梁的破坏形式
• 3.2.4 试验梁的裂缝分布
• 3.2.5 试验梁荷载—挠度曲线
• 3.2.6 试验梁截面应变分布
• 3.2.7 试验梁荷载—预应力筋应变关系
• 3.2.8 试验梁荷载—非预应力筋应变关系
• 3.2.9 试验梁荷载—曲率关系
• 3.3 试验梁延性性能
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 延性指标
• 3.3.3 耗能比例系数
• 3.4 两种施工工艺试验结果的比较与归纳
• 3.5 本章小结
• 4 缓粘结部分预应力混凝土梁裂缝性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验梁抗裂性能试验研究
• 4.2.1 试验概况
• 4.2.2 试验结果分析
• 4.3 试验梁裂缝闭合性能试验研究
• 4.3.1 试验概况
• 4.3.2 试验结果分析
• 4.4 弯曲裂缝产生与闭合的机理分析
• 4.5 裂缝宽度分析计算
• 4.5.1 裂缝宽度的影响因素
• 4.5.2 纵向受拉钢筋应力分析
• 4.5.3 裂缝宽度的计算公式
• 4.6 本章小结
• 5 缓粘结部分预应力混凝土梁承载力及刚度的试验研究
• 5.1 缓粘结部分预应力混凝土梁正截面受弯承载力试验研究
• 5.1.1 试验分析
• 5.1.2 试验梁正截面破坏状态分析
• 5.1.3 基本假设
• 5.1.4 受弯承载力计算
• 5.1.5 相对界限受压区高度计算
• 5.2 缓粘结部分预应力混凝土梁短期刚度试验研究
• 5.2.1 刚度计算分析
• 5.2.2 开裂刚度折减系数及刚度计算终点的试验研究
• 5.2.3 短期刚度计算公式
• 5.2.4 短期挠度计算校核
• 5.3 本章小结
• 6 缓粘结部分预应力混凝土梁非线性有限元分析及设计
• 6.1 引言
• 6.2 缓粘结部分预应力混凝土梁材料的本构关系
• 6.2.1 混凝土的本构关系
• 6.2.2 钢筋的本构关系
• 6.3 缓粘结部分预应力混凝土梁有限元模型的建立
• 6.3.1 有限元模型所用材料参数的处理
• 6.3.2 有限元模型关键点
• 6.4 缓粘结部分预应力混凝土梁计算结果及对比分析
• 6.5 缓粘结部分预应力混凝土梁设计
• 6.5.1 预应力损失计算
• 6.5.2 受弯承载力计算
• 6.5.3 短期刚度计算
• 6.5.4 裂缝宽度计算
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的主要学术成果
• 致谢