不同压浆饱满度预应力混凝土简支梁的弯曲性能研究

摘要

预应力混凝土结构具有结构轻型化、跨越能力强、可延迟混凝土开裂等无可比拟的优点。自上世纪20年代应用以来，已在各个工程领域取得了辉煌的成就，尤其在桥梁结构和大跨房屋结构中受到青睐。然而，在实际预应力施工中，由于封锚不严、孔道堵塞、压浆料干缩等原因造成了预应力孔道压浆不密实，从而影响预应力筋与周围混凝土之间的粘结力和协调变形，同时也会造成预应力筋锈蚀老化，使得预应力混凝土结构受力性能发生改变。因此，针对孔道压浆饱满度问题，掌握孔道压浆饱满度对预应力混凝土结构受力性能的影响规律就显得非常有必要。 本文根据孔道压浆饱满度的分级标准，制作金属和塑料两种材质波纹管不同压浆饱满度预应力混凝土梁各 4根，并分别对其进行了两点集中荷载作用下的抗弯性能试验，分析了孔道成型材料和孔道压浆饱满度对后张预应力混凝土简支梁抗弯性能的影响规律，并对理论计算方法进行了修正。为了更进一步对理论与试验结果进行分析，运用有限元软件分别建立各试验梁全尺寸模型进行计算分析，并与试验结果进行对比。此外，还采用有限元方法分别分析了匀速移动荷载作用下金属和塑料两种材质波纹管不同压浆饱满度预应力混凝土梁的动力响应规律。具体内容如下： （1）以孔道成型材料和孔道压浆饱满度为影响因素，对各预应力混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究，探讨了不同工况下试验梁的受力特点和破坏形态，分析了孔道压浆饱满度和孔道成型材料对跨中混凝土和非预应力筋的应变、跨中挠度以及位移延性等的影响规律。结果表明：在承载力和延性方面，当孔道成型材料相同时，随着孔道压浆饱满度的提高，承载力逐渐提高，延性逐渐降低；当孔道成型材料不同时，金属波纹管预应力混凝土梁承载力较塑料波纹管预应力混凝土梁偏高，延性偏低，承载能力提高了 5%左右，位移延性系数降低幅度在 10%以内，随孔道压浆饱满度的提高，位移延性系数降低幅度越来越小。 （2）对试验梁的裂缝开展、跨中挠度和抗弯刚度退化规律进行了分析，引入压浆饱满度系数，依据现行规范中的平均裂缝间距理论计算公式，通过试验数据线性回归得到不同压浆饱满度预应力混凝土梁的平均裂缝间距计算公式；基于等效惯性矩法对预应力混凝土梁的刚度和跨中挠度计算方法进行了修正，实现了不同压浆饱满度预应力混凝土梁的刚度和挠度计算方法的协调统一。 （3）考虑孔道成型材料和孔道压浆饱满度的影响，运用有限元方法对各梁抗弯性能试验全过程进行了非线性分析，有限元分析计算结果与试验结果比较吻合，验证了有限元模型的准确性及试验结论的普遍性。 （4）在匀速移动荷载作用下，运用有限元方法分析了金属和塑料两种材质波纹管不同压浆饱满度预应力混凝土梁的动力响应规律，结果表明：提高后张预应力混凝土梁的孔道压浆饱满度可减少梁的动挠度值，延迟混凝土开裂，有利于梁的受力。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

1.4 技术路线

第2章 预应力混凝土简支梁的试验方法

2.1 概述

2.2 试验梁的设计方案

2.3 试验梁张拉力与压浆饱满度控制

2.4 本章小结

第3章 预应力混凝土简支梁抗弯性能的试验研究

3.1 概述

3.2 试验梁受力特点与破坏形态

3.3 试验梁应变及挠度分析

3.4 试验梁抗裂性及承载力分析

3.5 试验梁裂缝开展规律及计算公式修正

3.6 试验梁短期抗弯刚度的退化规律

3.7 试验梁抗弯刚度及挠度计算公式修正

3.8 本章小结

第4章 预应力混凝土简支梁抗弯性能的数值仿真研究

4.1 概述

4.2 预应力混凝土梁非线性有限元模型的建立

4.3 预应力混凝土梁非线性有限元分析方法

4.4 计算结果及结果分析

4.5 本章小结

第5章 移动荷载作用下预应力混凝土简支梁的动力响应研究

5.1 概述

5.2 预应力混凝土梁的振动分析有限元方法

5.3 预应力混凝土梁频率分析

5.4 移动常量集中荷载作用下预应力梁的竖向动力响应

5.5 移动简谐荷载作用下预应力梁的竖向动力响应

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参与的科研项目