缓粘结预应力试验及非线性分析方法研究

论文摘要

缓粘结预应力体系通过特种缓凝材料将无粘结和有粘结两种预应力体系相结合,扬长避短,发挥各自优势,是后张法预应力体系的一场革命。按缓凝材料的不同,缓粘结预应力体系分为砂浆型和涂料型两种。本文系统地评述了已有的国内外研究者对缓粘结预应力混凝土结构和无粘结预应力混凝土结构试验和分析的研究成果,针对砂浆型缓粘结预应力混凝土结构进行了超效缓凝砂浆物理力学特性、张拉摩阻力、结构构件静力特性和非线性分析方法等方面的研究。在超效缓凝砂浆物理力学特性研究方面:将超效缓凝砂浆按配比分为A、B、C三种,通过试验研究了低温区(5℃～7℃)、中温区(16℃～22℃)和高温区(≥35℃)条件下超效缓凝砂浆的流变性和塑性指数、抗压强度、劈拉强度、弹性模量等主要物理力学特性随龄期的变化规律,另外通过电化学分析和将钢筋埋于缓粘砂浆中的长期观察试验,得出了缓凝砂浆对预应力筋无锈蚀的结论。在张拉摩阻力研究方面:用光圆钢筋和螺纹钢筋制作成的缓粘结预应力筋进行了不同龄期下的拉拔试验。对于光圆钢筋,给出了30d前拉拔摩阻力基本保持稳定,单位静摩阻力在3.0～4.5 N/cm~2之间,单位滑动摩阻力在1.77～3.5 N/cm~2之间,龄期大于30d后,拉拔摩阻力急剧增大,龄期大于60d后,摩阻力达到145 N/cm~2;对于螺纹钢筋,给出了30d前拉拔单位静摩阻力在2.47～4.5 N/cm~2之间,龄期大于30d后,拉拔摩阻力急剧增大的结果;通过两种缓粘结预应力筋拉拔摩阻力的结果对比,得出了光圆钢筋单位面积的拉拔摩阻力与螺纹钢筋的单位面积拉拔摩阻力基本相等,拉拔摩阻力与钢筋表面的形状关系不大的结论,为缓粘结预应力混凝土这一新型的后张法预应力体系在设计中张拉摩阻力计算提供了依据。在结构构件静力特性研究方面:通过16个缓粘结、2个无粘结、2个有粘结共计20个后张法预应力混凝土受弯构件的试验研究,从开裂弯矩、极限弯矩、裂缝形式和荷载—挠度曲线等各个方面,把缓粘结预应力构件与传统的后张法(有粘结、无粘结)预应力构件进行了对比分析,得出了缓粘结预应力构件在张拉四个月后,其工作性能接近有粘结预应力构件的结论,为今后缓粘结预应力体系设计提供了依据。在非线性分析方法研究方面:首先将后张法预应力钢筋混凝土梁视为由预应力筋和钢筋混凝土梁组成的存在粘结滑移的组合梁,提出了适合于无粘结、缓粘结和有粘结三种后张法预应力混凝土梁的非线性分析模型,其次通过预应力筋与钢筋混凝土之间的粘结—滑移本构关系,推导出了预应力筋张拉力表达的后张法预应力钢筋混凝土梁非线性微分方程,给出了后张法预应力钢筋混凝土梁在均布荷载、双集中荷载和单集中荷载三种荷载形式下的非线性解析解和截面协同工作系数理论表达式,建立了后张法预应力混凝土梁的实用非线性分析方法并对影响截面协同工作系数的若干因素进行了讨论,另外利用本文建立的以挠度表达的后张法预应力混凝土梁平衡微分方程齐次解作为单元形函数,给出了预应力筋、混凝土和粘结刚度三位一体的后张法预应力混凝土梁单元刚度矩阵和等效节点荷载,建立了后张法预应力混凝土结构非线性有限元分析模型,为更好地对由后张法(无粘结、缓粘结、有粘结)预应力混凝土梁组成的复杂结构进行非线性分析提供了有力的工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 缓粘结预应力混凝土结构施工工艺
• 1.2.1 采用塑料布包裹缓凝砂浆的缓粘结筋预应力结构的施工技术
• 1.2.2 采用塑料波纹管内充缓凝环氧树脂涂料的缓粘结筋预应力结构的施工技术
• 1.3 缓粘结预应力混凝土的研究现状
• 1.3.1 缓凝材料及缓粘结筋制作工艺研究
• 1.3.2 张拉摩阻力研究
• 1.3.3 缓粘结预应力混凝土构件设计计算方法研究
• 1.3.4 缓粘结预应力混凝土结构受力机理和计算理论的研究
• 1.4 本文的研究内容及技术线路
• 1.5 主要创新点
• 第二章 超效缓凝砂浆的物理力学性能研究
• 2.1 超效缓凝砂浆简介
• 2.2 缓凝砂浆流变性和塑性指数
• 2.2.1 缓凝砂浆在动态下的流变特性
• 2.2.2 缓凝砂浆在静态下的塑性指数
• 2.3 缓凝砂浆的强度性能
• 2.3.1 试验材料及方案设计
• 2.3.2 试验结果及分析
• 2.3.3 小结
• 2.4 缓凝砂浆对钢筋是否锈蚀问题
• 2.4.1 铁（钢）的电化学腐蚀
• -离子对钢筋锈蚀的影响'>2.4.2 Cl^-离子对钢筋锈蚀的影响
• 2.4.3 PH值对钢筋锈蚀影响
• 2.4.4 钢筋锈蚀快速测定基本原理
• 2.4.5 阳极极化电位—时间曲线测定方法
• 2.4.6 钢筋埋于缓凝材料中长期观察的情况
• 2.5 缓凝砂浆的劈拉强度
• 2.5.1 劈拉强度试验方法
• 2.5.2 缓凝砂浆劈拉强度试验结果
• 2.6 缓凝砂浆的弹性模量
• 2.6.1 弹性模量的测定方法
• 2.6.2 缓凝材料弹性模量的测试结果
• 2.7 缓凝砂浆的缓凝机理
• 2.8 本章小结
• 第三章 缓粘结预应力张拉摩阻试验研究
• 3.1 概述
• 3.2 模型设计
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 模型尺寸
• 3.2.3 缓粘结筋制作
• 3.3 试验方案
• 3.3.1 光圆钢筋
• 3.3.2 螺纹钢筋
• 3.4 试件制作
• 3.5 试验结果与分析
• 3.5.1 光面钢筋试验结果与分析
• 3.5.2 螺纹钢筋试验结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 缓粘结预应力混凝土结构构件试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 模型设计
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 材料强度指标
• 4.2.3 模型尺寸
• 4.2.4 用料表
• 4.2.5 缓凝砂浆包裹方式
• 4.3 试验方案
• 4.4 试件制作
• 4.5 仪器布置
• 4.5.1 张拉预应力筋仪表布置
• 4.5.2 加载仪表布置
• 4.6 预应力筋张拉
• 4.7 试件支座、安装及加载
• 4.8 试验结果
• 4.8.1 张拉摩阻力
• 4.8.2 构件破坏特征、极限承载能力和开裂弯矩
• 4.8.3 实测荷载—挠度（p-f）曲线
• 4.8.4 裂缝情况
• 4.8.5 缓凝砂浆与原混凝土结合情况
• 4.9 试验结果分析
• 4.9.1 张拉摩阻力
• 4.9.2 破坏特征、开裂弯矩、极限弯矩
• 4.9.3 实测荷载—挠度（p-f）曲线
• 4.9.4 裂缝形式
• 4.9.5 缓凝砂浆与原混凝土结合情况
• 4.10 本章小结
• 第五章 后张法预应力梁实用非线性分析方法研究
• 5.1 概述
• 5.2 基本假定
• 5.3 后张法预应力钢筋混凝土梁协同工作微分方程
• 5.4 微分方程求解
• 5.4.1 均布荷载简支梁
• 5.4.2 双集中荷载对称布置的简支梁
• 5.4.3 单集中荷载作用的简支梁
• 5.5 截面协同工作系数
• 5.5.1 均布荷载
• 5.5.2 双对称集中荷载
• 5.5.3 单集中荷载
• b几个因素的讨论'>5.6 影响协同工作系数k_b几个因素的讨论
• b的影响'>5.6.1 均布荷载作用不同截面位置对k_b的影响
• b的影响'>5.6.2 双对称集中荷载作用不同位置对k_b的影响
• b的影响'>5.6.3 单个集中荷载作用不同位置对k_b的影响
• b的影响'>5.6.4 不同荷载形式对k_b的影响
• 5.7 截面应力分析及变形计算方法
• 5.7.1 计算方法
• 5.7.2 试验验证
• 5.8 本章小结
• 第六章 后张法预应力混凝土结构有限元分析模型
• 6.1 概述
• 6.2 以挠度表达的后张法预应力梁平衡微分方程
• 6.3 几个重要的关系式
• 6.4 组合梁单元刚度矩阵
• 6.5 单元荷载移置
• 6.6 方程求解及内力计算
• 6.7 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读学位期间公开发表的论文、专著及成果
• 致谢