体外预应力加固混凝土梁体外筋应力增量研究

摘要

体外预应力是后张预应力体系的一个重要分支，已越来越广泛地应用于桥梁工程和建筑结构以及结构加固。 本文首先重点介绍了体外筋应力增量的研究现状以及与本文结构计算有关的利用等效荷载法计算体外预应力超静定结构次弯矩的计算方法。 利用条带法对体外预应力混凝土简支梁体外筋应力增量进行了从加载到梁体破坏的全过程非线性分析，编制了以增量荷载为基础的计算机程序，程序计算结果与试验结果大体接近。 应力增量和二次效应是体外预应力结构设计中两个关键因素，同时也是两个难点问题。国内外对体外预应力的研究大都集中在简支梁，而对超静定梁的研究很少。因此有必要对体外预应力超静定梁进行深入的研究。本文依托广西自然基金项目“体外预应力加固框架梁试验研究”，精心设计制作了14根体外预应力混凝土梁，包括6根简支梁、4根两跨连续梁和4根单跨框架梁，并对它们进行了静载试验。试验中量测了梁的位移、混凝土的应变以及体外筋的应力增量等关键数据，详细记录了在各级荷载作用下裂缝的产生和发展情况，并对试验结果进行了分析。 试验结果表明，当荷载较小时，体外筋的应力增量与荷载近似成直线关系，当试件重新开裂一定时期后，这种直线关系才发生明显的改变，应力增量的增长速率越来越快于荷载增长的速率。各试件体外筋的极限应力增量存在很大的差别，最大的为762MPa，最小的为325MPa。将试验梁体外筋的应力增量与梁跨中挠度的对应关系绘在图上发现，二者之间近似成直线关系。 通过对应力增量与挠度变化内在规律的分析，建立起了与梁挠度有关的体外预应力筋应力增量分析模型，推导出了应力增量随挠度变化的简要计算公式，该公式与试验结果相比，精度大体接近，与按非线性理论计算方法相比，计算工作量大大减小，更有利于实际工程的应用。 本文的试验结果可为无粘结预应力混凝土现有规范体外筋极限应力f<,ps>计算式的修正提供参考依据。

目录

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第1章绪论

1.1体外预应力在国内外的发展和现状

1.1.1体外预应力在新桥建设中的应用

1.1.2体外预应力在旧桥加固中的应用

1.1.3体外预应力在房屋建筑中的应用

1.2体外预应力结构的优缺点

1.3体外筋应力增量在国内外的研究现状

1.4本文主要的研究内容和所作的工作

第2章体外预应力结构的基本理论

2.1预应力混凝土概念

2.2等效荷载和荷载平衡法

2.3超静定结构的次内力

2.3.1次内力的产生

2.3.2用等效荷载法计算超静定结构的次内力

2.4线性变换和吻合索

2.5体外预应力损失计算

2.6体外预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算

2.6.1体外预应力混凝土受弯构件正截面承载力计算的特点

2.6.2基本假设

2.6.3塑性铰区长度

2.7本章小结

第3章体外预应力混凝土简支梁体外筋应力增量全过程非线性数值分析

3.1基本假定

3.2混凝土和钢材的本构关系

3.2.1混凝土的应力-应变关系

3.2.2普通钢筋的应力-应变关系

3.2.3预应力钢筋的应力-应变关系

3.3截面的相容关系及平衡方程

3.3.1截面应力-应变关系

3.3.2截面平衡方程

3.4体外预应力钢筋的应力增量

3.5平衡方程的数值解法

3.6本章小结

第4章体外预应力加固梁试验

4.1试验目的

4.2试件设计

4.3试验材料与试验设备

4.4测点布置和加载方案

4.4.1测点布置

4.4.2加载方案

4.5预应力的施加

4.6数据采集

4.7试验中存在的主要问题

4.8本章小结

第5章试验结果及分析

5.1部分试验结果汇总

5.2体外筋应力增量随荷载增长变化规律

5.2.1试验结果

5.2.2试验结果分析

5.3体外筋应力增量与跨中挠度的关系

5.3.1试验结果

5.3.2试验结果分析

5.4本章小结

第6章基于结构变形的体外筋应力增量的简化计算公式推导

6.1分析模型的建立

6.2挠度△的计算

6.2.1正常使用阶段挠度△的计算

6.2.2承载能力极限条件下挠度△的计算

6.3简化计算公式推导

6.4本章小结

第7章结论及展望

7.1结论

7.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

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