PC钢棒预应力混凝土板正截面承载力试验研究

论文摘要

PC钢棒是近年来我国开发的一种新型中等强度(800MPa和970MPa)钢材。在中等跨度混凝土板中,配置高强预应力钢绞线会造成配筋间距过大,裂缝难以控制等现象,或因配筋率较大使得钢绞线材料性能不能充分发挥;配置普通钢筋会造成钢筋密集不易施工等现象;配置PC钢棒则其强度能够充分发挥,构件延性能够保证,裂缝容易控制。由于PC钢棒抗拉强度、条件屈服强度低于高强预应力钢丝钢绞线,极限拉应变与高强预应力钢丝钢绞线几乎相同,需探讨PC钢棒强化段对PC钢棒预应力混凝土板正截面承载力的影响。因此,本文开展了配置PC钢棒预应力混凝土板正截面承载力试验研究,主要研究内容如下:开展了6根800MPa级7mm直径、6根800MPa级9mm直径、6根970MPa级9mm直径、6根970MPa级7mm直径PC钢棒材性试验,得到了PC钢棒的比例极限强度、条件屈服强度、抗拉强度、伸长率、弹性模量以及受拉应力—应变曲线,并以四次多项式形式给出了PC钢棒应力—应变关系曲线方程。开展了28块计算跨度为3.9m的配置PC钢棒预应力混凝土单向板正截面承载力试验,研究张拉控制应力水平和相对受压区高度对正截面承载力的影响。试件按PC钢棒直径(7mm、9mm)及强度等级(970MPa、800MPa)分为四组,每组7块板中钢筋张拉控制应力为0.4 f ptk、0.5 f ptk、0.6 f ptk、0.7 f ptk四档,相对受压区高度依次为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25五档。测试了预应力混凝土板的开裂荷载、极限荷载,得到了试件从加载到破坏板的荷载—位移全曲线。在配置PC钢棒预应力混凝土板中,由于混凝土压区应变梯度影响,混凝土偏压状态下的抗压强度大于轴心抗压强度;由于张拉控制应力水平和相对受压区高度的影响,PC钢棒在极限状态下实际应力水平不等于条件屈服强度。通过分析,受压区混凝土等效矩形应力图形的混凝土抗压强度与轴心抗压强度的比值α随相对受压区高度的减小而增大,提出了α以相对受压区高度ξ为变量的计算公式。考虑极限状态下PC钢棒应力不等于条件屈服强度,通过理论推导得到和数值拟合分别建立了PC钢棒应力变化系数? p关于相对受压区高度和张拉控制应力水平的计算公式。在此基础上,建立了配置PC钢棒预应力混凝土受弯构件正截面极限承载力计算公式。为PC钢棒预应力混凝土板正截面承载力的计算和设计提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 PC 钢棒的基本力学性能和应用前景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外规范对压区应变梯度影响系数α的相关规定
• 1.2.2 国内外主要规范对预应力筋应力增长系数? p 的规定
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文开展的工作
• 第2章 试验设计与试件制作
• 2.1 试验板的设计
• 2.2 试验板的基本参数
• 2.3 试验板的加载和测试方案
• 2.3.1 试验仪器的布置
• 2.3.2 试验板的加载程序
• 2.4 PC 钢棒预应力混凝土板张拉台座设计
• 2.4.1 预应力混凝土板张拉台座方案
• 2.5 预应力混凝土板的施工制作
• 第3章PC钢棒预应力混凝土板正截面承载力试验
• 3.1 混凝土板的材料性能
• 3.1.1 PC 钢棒材料性能试验
• 3.1.2 PC 钢棒的本构关系拟合
• 3.1.3 混凝土板所用混凝土材料性能
• 3.2 试验现象
• 3.2.1 一般描述
• 3.2.2 所得启示
• 3.3 试验结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 配置PC 钢棒预应力混凝土板正截面承载力设计计算方法
• 4.1 本文研究思路
• 4.1.1 配置PC 钢棒的预应力混凝土板工作的几个阶段
• 4.2 PC 钢棒预应力混凝土板开裂弯矩Mcr
• 4.3 PC 钢棒预应力混凝土板的极限弯矩Mu
• 4.3.1 几项基本假定
• 4.3.2 构件正截面承载力计算的平衡方程
• 4.3.3 受压区混凝土的应力图形简化
• 4.3.4 实测极限荷载下钢筋应力和混凝土等效矩形应力图形抗压强度计算
• 4.3.5 α与其影响因素之间的关系
• 4.3.6 极限状态时PC 钢棒应力变化系数理论推导与数值拟合
• 4.3.7 正截面承载力计算方法
• 4.4 设计建议
• 4.4.1 有粘结预应力混凝土结构中PC 钢棒张拉控制应力取值
• 4.4.2 有粘结预应力混凝土结构中PC 钢棒的极限强度设计值得取值
• 4.4.3 界限相对受压区高度
• 4.4.4 α和? p 的设计取值
• 4.4.5 正截面承载力设计计算方法
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢