部分預應力鋼骨超高強混凝土梁抗彎性能研究.pdf

1、采用超高強混凝土材料，同時應用鋼骨混凝土和部分預應力技術形成了一種新型的組合梁——部分預應力鋼骨超高強混凝土梁。該型式的組合梁利用了超高強混凝土抗壓強度高、耐久性優(yōu)異和可有效控制截面等特點，提高梁的配筋率、承載能力、耐久性和減輕自重;利用部分預應力技術提高了梁正常使用極限狀態(tài)下的抗裂性能，并且部分預應力技術相比全預應力技術更加有利于梁的延性性能;利用內置鋼骨改善了超高強脆性破壞導致極限承載力狀態(tài)后承載力驟降的現象，改善梁的延性性能和耗能

2、能力。因此，部分預應力鋼骨超高強混凝土梁非常適用于大跨重載橋梁和超高層建筑結構轉換梁。
　　目前，僅有我國對預應力鋼骨混凝土結構已經開展了一定的研究，取得了一些成果。但對于部分預應力鋼骨超高強混凝土結構的研究文獻報道較少。本文采用試驗研究、理論分析與數值模擬計算相結合的方法，對部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的靜力荷載和疲勞作用下的抗彎性能進行了研究。本文所做的主要工作如下:
　　(1)進行了4根部分預應力超高強混凝土梁靜力荷載

3、下的抗彎性能試驗。研究了預應力筋高度和預應力筋配筋率對試件受彎性能的影響。試驗結果驗證了試件平截面假定的成立，依據現行混凝土結構設計規(guī)范中的抗彎計算理論，給出了部分預應力超高強混凝土梁的正截面抗彎承載力計算公式。依據現行規(guī)范中的裂縫寬度計算理論，通過引入預應力筋高度對等效直徑的影響系數k1和對構件特征系數αcr的修正，給出了部分預應力超高強混凝土梁的最大裂縫寬度計算公式。
　　(2)進行了20根部分預應力鋼骨超高強混凝土梁靜力荷載

4、下的抗彎性能試驗。研究了試件的破壞形態(tài)、荷載-撓度曲線、跨中截面應變和裂縫開展模式，系統(tǒng)分析了預應力筋張拉控制應力、非預應力受拉鋼筋配筋率、鋼骨偏心率、鋼骨含鋼率、預應力筋高度和預應力筋配筋率等試驗因素對試件承載力、抗彎剛度和彎曲延性的影響規(guī)律。依據現行的兩種鋼骨混凝土結構設計計算理論，分別給出了基于截面變形協(xié)同分析法和疊加法的部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的正截面抗彎承載力計算公式，并對兩種計算方法的適用性進行了對比分析。采用分階段剛度

5、疊加法并考慮了核心約束混凝土的剛度貢獻，提出了部分預應力鋼骨超高強混凝土梁各階段的截面剛度計算公式，進而采用結構力學計算方法給出了試件的跨中撓度計算公式。引入了預應力筋、鋼骨下翼緣和腹板位置對等效直徑的影響系數k1、k2和k3，給出了部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的最大裂縫寬度計算公式。通過與部分預應力超高強混凝土梁的試驗結果對比，分析了內置鋼骨對試件的承載力、彎曲延性、能量消耗和裂縫開展模式的影響。
　　(3)提出了綜合配筋指數的

6、計算公式，采用綜合配筋指數對18根部分預應力鋼骨超高強混凝土梁和4根部分預應力超高強混凝土梁的抗彎受力性能進行分析。采用數理統(tǒng)計的方法，擬合出了綜合配筋指數作為單一變量的部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的極限承載力、位移延性系數和正常使用極限狀態(tài)所受彎矩等級的預測公式。
　　(4)結合試驗結果，采用ANSYS有限元分析軟件對部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的抗彎性能進行數值仿真分析。分析階段為從開始加載到試件達到承載力極限狀態(tài)，數值分析結

7、果與試驗結果基本一致，驗證了ANSYS有限元模型的正確性。
　　(5)進行了4根部分預應力鋼骨超高強混凝土梁和1根部分預應力超高強混凝土梁疲勞荷載下的抗彎性能試驗。分析了試驗梁的荷載-撓度曲線變化規(guī)律、抗彎剛度的退化規(guī)律、裂縫寬度擴展規(guī)律和非預應力受拉鋼筋的拉應變隨疲勞次數的變化規(guī)律。分別給出了試件剛度降低系數、最大裂縫寬度變化和非預應力受拉縱筋的應力幅值比與疲勞次數的關系曲線。上述曲線可用于預測部分預應力鋼骨超高強混凝土梁的疲勞