斜腹杆体外预应力索结构理论分析与试验研究

论文摘要

在加固的同时,能够完成新旧结构协同工作问题是预应力加固技术的最大优势。体外预应力是后张预应力体系的一个重要分支,因其施工简便、节省材料、方便检修等诸多优点,近些年来发展迅速,已被广泛应用于建筑结构以及桥梁结构的加固领域。体外预应力筋与被加固构件之间可以相互滑动,两者的受力变形不协调,体外力筋受力后的应变与相应截面混凝土的应变并不相等,构件的承载力计算不适用于平截面假定。正常使用荷载下的体外预应力筋的应力增量计算问题,采用不同的分析方法与理论假定时,计算结果差异明显。索始用于桥梁结构,索在桥梁结构中的变形特点在于索的长度变形小,桥面结构的变形大,索的长度变形可以忽略不计。所以,现有索理论中就有“索长不变”的基本假定。在房屋结构中,体外预应力索结构的变形特点在于索长变形大,原有刚性结构的变形小,索长变形不能忽略。即原有索理论中“索长不变”的基本假定不能适用于体外预应力索结构的分析与计算。本文基于传统体外预应力加固技术,提出了斜腹杆索结构体外预应力加固技术；以简支梁的加固为研究对象,对加固后组合结构体系的参量做了基本假定,建立了索结构理论模型并进行了推导,得到了组合结构中索变形增量的计算式和索张力的计算式。在索结构计算中改变了索长不变的假定,分析了索变形、张力与荷载的关系,并对正常使用状态下体外预应力索的应力增量进行了简要分析。结果表明：索结构形状曲线为椭圆的一部分；索的最大水平张力位于跨中处,锚固点的水平力最小,该受力特点既能充分发挥索抗拉能力强的优势,又能减小索的水平分力对梁的不利影响；在沿索长的径向均布荷载作用下,索的长度增量与跨中挠度增量呈非线性关系,迭代计算时其精度与载荷步距大小有关,步距越小精度越高,反之则低。以普通弹簧模拟预应力索,按斜腹杆数量、载荷步距及垂跨比的不同对索施加斜向均布荷载,进行了7组试验,测试索的长度、最大垂度值和最大张力等特征值,研究了索的变形规律。试验结果表明,在其他条件不变的情况下：1)腹杆数越多,试验测试结果与理论分析结果越接近；2)迭代荷载步距越小,计算结果越准确；3)垂跨比越大,索的最大张力值越小。斜腹杆体外预应力索加固技术发挥了传统加固技术的长处,不仅可以加固水平构件,也可以加固竖向构件,应用范围更加广泛,实际工程应用更加简便。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 现有结构的加固方法
• 1.2.1 增大截面加固法
• 1.2.2 外包钢加固法
• 1.2.3 预应力加固法
• 1.2.4 改变结构传力体系加固法
• 1.2.5 外部粘贴加固法
• 1.3 体外预应力加固技术的研究状况
• 1.3.1 体外预应力加固的原理与特点
• 1.3.2 体外预应力加固技术研究状况
• 1.4 体外预应力筋国内外研究现状
• 1.5 本论文的研究目的和主要研究内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 主要研究内容
• 第2章 课题研究的理论依据
• 2.1 引言
• 2.2 斜腹杆体外预应力索结构的构造特点
• 2.3 理论模型的建立
• 2.3.1 理论模型分析
• 2.3.2 基本假定
• 2.3.3 体外预应力索的非线性分析
• 第3章 斜腹杆体外预应力索内力分析
• 3.1 引言
• 3.2 基本假定
• 3.3 计算原理
• 3.3.1 计算简图
• 3.3.2 荷载分解
• 3.4 预应力索的曲线方程
• 0作用下的初始状态'>3.5 体外预应力索在Q₀作用下的初始状态
• 3.5.1 体外预应力索的曲线方程
• 3.5.2 体外预应力索的张力
• 3.5.3 体外预应力索的索长
• 3.6 体外预应力索的索长增量与跨中挠度增量关系
• Q后的索长增量与跨中挠度增量'>3.7 体外预应力索施加荷载增量Δ_Q后的索长增量与跨中挠度增量
• 3.8 体外预应力索的应力增量简要分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 索受力性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 弹簧弹性系数的标定
• 4.2.3 试验方案
• 4.2.4 测点设计
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 腹杆数对索设计参数的影响
• 4.3.2 迭代荷载步距对索设计参数的影响
• 4.3.3 初始垂跨比对索设计参数的影响
• 4.3.4 公式计算框图
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 一、结论
• 二、展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录