无粘结预应力筋极限应力增量研究

论文摘要

无粘结预应力混凝土结构是预应力混凝土结构的重要组成部分。无粘结预应力混凝土已在土木工程中得到大量应用。如何计算无粘结筋在正截面承载能力极限状态下的应力大小,一直是推广无粘结预应力技术过程中的一个十分关键的技术问题。本文首先评析各国规范的无粘结预应力筋极限应力计算公式,并通过与试验梁的试验值比较分析,探讨不同布筋形式下各计算公式对无粘结预应力梁的适用性。本文解决了商用有限元程序难以按常规方法分析无粘结预应力梁的问题。通过商用有限元程序ABAQUS建立了体内无粘结预应力混凝土梁的分析模型。该有限元模型采用混凝土实体单元和体内无粘结预应力筋桁架单元,混凝土梁和预应力筋的节点靠多个刚度足够大的弹簧单元来联结。利用修正的Riks算法对无粘结预应力混凝土梁进行非线性全过程分析。通过对典型试验梁的分析比较验证了该模型的可靠性。对影响无粘结力筋极限应力增量的诸因素,如非预应力筋配筋率、无粘结预应力筋配筋率、跨高比、混凝土轴心抗压强度以及非预应力筋屈服强度等,分别设计了5个系列45根的折线型和曲线型模拟梁,利用本文提出的有限元模型进行了非线性全过程分析。根据各梁预应力筋极限应力增量值和综合配筋指标与跨高比的密切关系,分别提出折线与曲线布筋预应力简支梁的预应力筋极限应力增量的经验回归计算公式,通过对典型试验梁的分析比较验证了本文计算公式的可靠性。分析结果可为无粘结预应力混凝土梁的优化设计以及为我国规范Δσpu计算式的修正提供部分参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 体内无粘结预应力混凝土研究现状
• 1.2.1 体内无粘结预应力混凝土梁试验研究现状
• 1.2.2 体内无粘结预应力混凝土梁理论研究现状
• 1.3 对现有问题的思考
• 1.4 本文开展的工作及主要成果
• 第二章 无粘结预应力筋极限应力规范计算公式的分析
• 2.1 无粘结预应力筋极限应力的力学特性
• 2.2 已有无粘结预应力筋极限应力的规范计算公式的评析
• 2.3 各公式计算结果与试验结果的比较
• 2.3.1 折线布筋形式试验梁
• 2.3.2 曲线布筋形式试验梁
• 2.4 各布筋形式下的各公式的适用性
• 2.5 本章小结
• 第三章 无粘结预应力梁应用有限元程序模拟分析
• 3.1 有限元软件的选择
• 3.1.1 ABAQUS简介
• 3.1.2 ABAQUS功能与模块介绍
• 3.2 体内无粘结预应力梁的有限元模拟
• 3.2.1 有限元模拟方法
• 3.2.2 各构件单元选择
• 3.2.3 混凝土材料本构关系和模型选择
• 3.2.4 钢筋本构关系和参数定义
• 3.2.5 模型的加载与非线性分析求解方法
• 3.3 模拟梁需注意的技术问题
• 3.4 算例
• 3.4.1 折线布筋形式的无粘结预应力混凝土矩形梁极限承载力分析
• 3.4.2 曲线布筋形式的无粘结预应力混凝土矩形梁极限承载力分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 体内无粘结预应力筋极限应力增量计算公式的建立
• 4.1 引言
• 4.2 无粘结预应力模型梁概况
• 4.3 折线布筋形式下无粘结预应力筋应力增量计算公式
• 4.3.1 非预应力筋配筋率的影响
• 4.3.2 无粘结预应力筋配筋率的影响
• 4.3.3 跨高比的影响
• 4.3.4 砼轴心抗压强度
• 4.3.5 非预应力筋屈服强度
• 4.3.6 三分点荷载下无粘结极限应力增量公式的建立
• 4.4 曲线布筋形式下无粘结预应力筋应力增量计算公式
• 4.4.1 非预应力筋配筋率的影响
• 4.4.2 无粘结预应力筋配筋率的影响
• 4.4.3 跨高比的影响
• 4.4.4 砼轴心抗压强度
• 4.4.5 非预应力筋屈服强度
• 4.4.6 三分点荷载下无粘结预应力筋极限应力增量公式的建立
• 4.5 计算结果与试验结果的对比
• 4.5.1 折线布筋形式预应力梁
• 4.5.2 曲线布筋形式预应力梁
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目