HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能研究HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能研究HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能研究HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受力性能研究HRB500級(jí)鋼筋是我國冶金行業(yè)自主研究開發(fā)的適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高強(qiáng)鋼筋,其各種性能指標(biāo)均符合我國混凝土用鋼的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋(GB14991998),其各種性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國外工業(yè)化先進(jìn)發(fā)達(dá)國家同強(qiáng)度級(jí)別鋼筋的水平。HRB500級(jí)鋼筋取代HRB335以及HRB400級(jí)鋼筋,具有良好的社會(huì)效

2、益和經(jīng)濟(jì)效益。折線配筋先張法施工工藝具有直線配筋先張及曲線配筋后張等工藝無可比擬的優(yōu)點(diǎn),在工程中大量推廣應(yīng)用可以帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“HRB500級(jí)鋼筋混凝土構(gòu)件受力性能的研究”(NO.50578148)及河南省交通廳資助項(xiàng)目“折線配筋預(yù)應(yīng)力混凝土先張梁成套技術(shù)研究”(NO.201XP338),以配HRB500級(jí)鋼筋的折線先張部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁和曲線配筋后張有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁作為研究對(duì)象,主要做了以下幾個(gè)方面的工作: 1.設(shè)計(jì)了10根部分預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁(6根先張法、4根后張法),研究的主要參數(shù)有:混凝土強(qiáng)度、非預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度、非預(yù)應(yīng)力鋼筋配筋

3、率、預(yù)應(yīng)力強(qiáng)度比、預(yù)應(yīng)力筋的布置形式及張拉方法等。對(duì)試驗(yàn)梁在制作過程中的各項(xiàng)應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測,提出折線配筋先張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁在轉(zhuǎn)向裝置處的摩擦損失及其它預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法的建議,重點(diǎn)分析了折線配筋先張法施工的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁在施工階段的受力性能,為推廣應(yīng)用折線配筋先張法施工工藝提供了依據(jù)。 2.完成了7根簡支梁(4根先張法、3根后張法)在靜力荷載作用下受力性能的試驗(yàn),研究了試驗(yàn)梁在各受力階段的特點(diǎn),分析了HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力梁的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài),分析了試驗(yàn)梁從加載開始到破壞全過程混凝土、非預(yù)應(yīng)力筋和鋼絞線的應(yīng)變與荷載的關(guān)系,以及試驗(yàn)梁的裂縫和撓度開展及發(fā)展的規(guī)律,匯總了主要的試驗(yàn)結(jié)果

4、,為后面相應(yīng)的試驗(yàn)分析提供了可靠數(shù)據(jù)。 3.以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析了配HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁在靜力荷載作用下的承載力、抗裂性、裂縫寬度、剛度和變形的特點(diǎn),提出了相應(yīng)的計(jì)算方法,明確了HRB500級(jí)鋼筋用于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值,探討了配HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的延性特點(diǎn)及影響延性的因素,同時(shí)提出了配HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁及折線配筋先張法施工的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)方法,為將HRB500級(jí)鋼筋列入我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范奠定基礎(chǔ),為大力推廣應(yīng)用折線配筋先張法施工的部分預(yù)應(yīng)力梁提供依據(jù)。 4.利用ANSYS大型有限元分析軟件對(duì)配HRB500級(jí)鋼筋部

5、分預(yù)應(yīng)力混凝土梁在靜力荷載作用下受力全過程進(jìn)行非線性分析,通過對(duì)比計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了所采用的ANSYS數(shù)值模型參數(shù)是合理可行的,計(jì)算精度可以滿足要求,對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行的從開裂到構(gòu)件破壞的全過程非線性有限元分析與試驗(yàn)結(jié)果符合良好,可作為進(jìn)一步深入研究的分析方法。 5.完成了3根簡支梁(2根先張法、1根后張法)的疲勞受力性能試驗(yàn),討論了疲勞受力性能試驗(yàn)的試驗(yàn)方法及疲勞加載制度,揭示了折線配筋先張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁的疲勞破壞類型及破壞特征,分析了疲勞荷載作用下非預(yù)應(yīng)力鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力變化規(guī)律及非預(yù)應(yīng)力鋼筋的疲勞強(qiáng)度,并對(duì)HRB500級(jí)鋼筋的疲勞性能進(jìn)行了評(píng)價(jià),然后討論了試驗(yàn)梁

6、在疲勞荷載作用下的裂縫、撓度變化規(guī)律及計(jì)算方法,初步提出了疲勞加載后的剩余承載力計(jì)算方法及HRB500級(jí)鋼筋的疲勞應(yīng)力幅限值,為將HRB500級(jí)鋼筋列入我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范提供試驗(yàn)數(shù)據(jù),證明了折線配筋先張法可以應(yīng)用到承受重復(fù)荷載作用的構(gòu)件中,具有足夠的安全度。 摘要5-7Abstract7-16第一章 緒論16-42 1.1 項(xiàng)目研究的背景和意義16-19 1.2 國內(nèi)外鋼筋和混凝土應(yīng)用概況19-21 1.3 HRB500級(jí)鋼筋的特點(diǎn)及研究概況21-28 1. 3.1 HRB500級(jí)鋼筋的特點(diǎn)及其力學(xué)性能21-24 1. 3.2 目前國內(nèi)已開展的HRB500級(jí)鋼筋的研究概述24-27 1.

7、3.3 HRB500級(jí)鋼筋工程應(yīng)用尚待解決的問題27-28 1.4 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及發(fā)展概況28-36 1. 4.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的原理及特點(diǎn)28-29 1. 4.2 國內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況29-31 1. 4.3 預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝及其發(fā)展31-32 1. 4.4 折線先張預(yù)應(yīng)力張拉施工工藝及其發(fā)展32-35 1. 4.5 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的非預(yù)應(yīng)力鋼筋的作用35-36 1.5 本文的主要研究內(nèi)容36-38 參考文獻(xiàn) 38-42第二章 部分預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁的設(shè)計(jì)制作和監(jiān)測42-61 2.1 前言42 2.2 試驗(yàn)梁的設(shè)計(jì)42-44 2. 2.1 試驗(yàn)梁所用材料42-43 2.

8、2.2 試驗(yàn)梁的參數(shù)43-44 2.3 試驗(yàn)梁的施工制作44-49 2. 3.1 折線配筋先張法部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的制作要點(diǎn)45-48 2. 3.2 后張法部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的制作要點(diǎn)48-49 2.4 鋼絞線和混凝土應(yīng)變(應(yīng)力)的監(jiān)測49-53 2. 4.1 鋼絞線應(yīng)變(應(yīng)力)的量測49-51 2. 4.2 折線配筋先張預(yù)應(yīng)力梁51-52 2. 4.3 曲線配筋后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁52-53 2.5 預(yù)應(yīng)力損失分析53-57 2. 5.1 預(yù)應(yīng)力損失的定義及計(jì)算方法53-54 2. 5.2 折線鋼絞線在轉(zhuǎn)向裝置處摩擦損失的試驗(yàn)54-55 2. 5.3 預(yù)應(yīng)力損失實(shí)測值與計(jì)算值的比較55-57

9、2. 5.4 HRB500級(jí)非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力及混凝土的有效預(yù)應(yīng)力值57 2.6 本章小結(jié)57-58 參考文獻(xiàn) 58-61第三章 部分預(yù)應(yīng)力梁在靜力荷載作用下的受力性能的試驗(yàn)研究61-80 3.1 前言61 3.2 試驗(yàn)方案和量測方法61-64 3. 2.1 試驗(yàn)梁加載方案61-62 3. 2.2 測點(diǎn)布置及量測方法62-64 3.3 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受力特點(diǎn)和破壞形態(tài)64-67 3.4 混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼絞線、HRB500級(jí)非預(yù)應(yīng)力鋼筋和箍筋的應(yīng)變67-74 3. 4.1 混凝土應(yīng)變67-70 3. 4.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)變70-71 3. 4.3 HRB500級(jí)非預(yù)應(yīng)力

10、鋼筋的應(yīng)變71-72 3. 4.4 HRB500級(jí)箍筋的應(yīng)變72-74 3.5 裂縫開展及發(fā)展規(guī)律74-78 3.6 試驗(yàn)梁基本試驗(yàn)結(jié)果78 3.7 本章小結(jié)78-79 參考文獻(xiàn) 79-80第四章 部分預(yù)應(yīng)力梁在靜力荷載作用下的受力性能分析80-126 4.1 前言80 4.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析方法80-92 4. 2.1 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)分析方法概述80-81 4. 2.2 預(yù)應(yīng)力引起的等效彎矩計(jì)算81-85 4. 2.3 混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力計(jì)算85-88 4. 2.4 跨中反拱值計(jì)算88-89 4. 2.5 抗裂性分析89-90 4. 2.6 承載力分析90-92 4.3 HRB500

11、級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁承載力分析92-95 4. 3.1 正截面受彎承載力92-94 4. 3.2 斜截面受剪承載力94-95 4.4 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁抗裂性能分析95-98 4. 4.1 正截面抗裂性能95-96 4. 4.2 斜截面抗裂性能96-98 4.5 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁裂縫分析98-103 4. 5.1 裂縫間距99-100 4. 5.2 縱向受拉鋼筋等效應(yīng)力_(sk)的計(jì)算100-101 4. 5.3 平均裂縫寬度及最大裂縫寬度計(jì)算公式101-102 4. 5.4 裂縫寬度實(shí)測值與計(jì)算值的比較102-103 4.6 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)

12、應(yīng)力混凝土梁撓度分析103-109 4. 6.1 反拱計(jì)算分析103-104 4. 6.2 影響配有 HRB500鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的反拱因素分析104-105 4. 6.3 試驗(yàn)梁在使用階段短期荷載作用下的撓度分析105-108 4. 6.4 試驗(yàn)梁在加載過程中撓度的實(shí)測結(jié)果和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析108-109 4.7 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的延性分析109-115 4. 7.1 延性的一般概念109-111 4. 7.2 試驗(yàn)梁的位移延性及曲率延性111-114 4. 7.3 試驗(yàn)梁的耗能系數(shù)114-115 4.8 HRB500級(jí)鋼筋部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁的設(shè)計(jì)方法建議115

13、-118 4. 8.1 HRB500級(jí)鋼筋用作非預(yù)應(yīng)力筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值115 4. 8.2 預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算115 4. 8.3 混凝土有效預(yù)壓應(yīng)力計(jì)算115-116 4. 8.4 混凝土應(yīng)力計(jì)算116 4. 8.5 正截面受彎和斜截面受剪承載力計(jì)算116-117 4. 8.6 正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算及裂縫寬度計(jì)算117 4. 8.7 撓度及剛度計(jì)算117 4. 8.8 施工階段應(yīng)力驗(yàn)算117-118 4.9 配HRB500級(jí)鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件最小配筋率的建議118-121 4.9.1 最小配筋率的確定原則118 4.9.2 我國各設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)部分預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件最小配筋率的規(guī)定118-1

14、20 4.9.3 配有HRB500鋼筋的部分預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的最小配筋率的建議120-121 4.10 本章小結(jié)121-122 參考文獻(xiàn) 122-126第五章 部分預(yù)應(yīng)力梁在靜力荷載作用下的有限元分析126-156 5.1 前言126-127 5.2 預(yù)應(yīng)力混凝土梁非線性有限元分析模型127-135 5. 2.1 基本假定127-128 5. 2.2 有限元單元類型128-130 5. 2.3 材料本構(gòu)關(guān)系模型130-134 5. 2.4 混凝土裂縫數(shù)學(xué)模型134-135 5.3 預(yù)應(yīng)力混凝土梁非線性有限元分析方法135-138 5. 3.1 模型及單元網(wǎng)格劃分135-136 5. 3.2

15、 邊界條件及加載136-137 5. 3.3 有限元方程求解137-138 5. 3.4 非線性有限元計(jì)算收斂標(biāo)準(zhǔn)138 5.4 非線性有限元分析結(jié)果138-153 5. 4.1 施加預(yù)應(yīng)力后的應(yīng)力狀態(tài)139-143 5. 4.2 外荷載作用后的荷載一撓度曲線143-145 5. 4.3 外荷載作用后的混凝土預(yù)應(yīng)力鋼絞線及非預(yù)應(yīng)力鋼筋荷載應(yīng)變曲線145-150 5. 4.4 開裂荷載和極限荷載150-151 5. 4.5 裂縫形態(tài)151-153 5.5 本章小結(jié)153-154 參考文獻(xiàn) 154-156第六章 部分預(yù)應(yīng)力梁在等幅疲勞荷載作用下受力性能的試驗(yàn)研究156-187 6.1 前言156-

16、157 6.2 試驗(yàn)方法和疲勞加載制度157-161 6. 2.1 試驗(yàn)梁的設(shè)計(jì)157 6. 2.2 試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)157-158 6. 2.3 測點(diǎn)布置及量測方法158-159 6. 2.4 疲勞荷載值的選取159-160 6. 2.5 等幅疲勞試驗(yàn)加載制度160-161 6.3 疲勞荷載作用下的試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果161-163 6.4 疲勞受力性能分析163-175 6. 4.1 疲勞破壞的特點(diǎn)163-164 6. 4.2 跨中截面混凝土應(yīng)變的分布164-165 6. 4.3 疲勞荷載作用下梁受壓區(qū)高度的變化規(guī)律165 6. 4.4 疲勞荷載作用下梁受壓區(qū)混凝土應(yīng)變的變化規(guī)律165-166

17、6. 4.5 疲勞荷載作用下 HRB500級(jí)非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)變的變化規(guī)律166-168 6. 4.6 疲勞荷載作用下預(yù)應(yīng)力鋼絞線應(yīng)變的變化規(guī)律168-169 6. 4.7 疲勞荷載作用下的撓度169-172 6. 4.8 疲勞荷載作用下的剛度退化172-173 6. 4.9 疲勞荷載作用下的裂縫173-175 6.5 試驗(yàn)梁的疲勞強(qiáng)度分析175-179 6. 5.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線和非預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力的計(jì)算175-177 6. 5.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算177 6. 5.3 非預(yù)應(yīng)力鋼筋的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算177-178 6. 5.4 非預(yù)應(yīng)力鋼筋 HRB500級(jí)鋼筋的疲勞應(yīng)力幅的探討178-179 6.6 疲勞加載后預(yù)應(yīng)力混凝土梁的受力性能179-183 6. 6.1 疲勞加載后預(yù)應(yīng)力混凝土梁在靜力荷載作用下的破壞特征179 6. 6.2 疲勞加載后靜荷載作用下平截面假定的適用性驗(yàn)證179-180 6. 6.3 疲勞加載后靜荷載作用