基于挠度的裂后PC梁预应力钢筋应力研究

摘要

预应力混凝土技术的快速发展为预应力混凝土桥梁的建设提供了理论和技术支撑，近年来我国先后兴建了大批预应力混凝土桥梁。在实际营运中由于早起设计标准低、养护不到位，同时由于缺乏有效的管理而造成的超载等现象使得梁体普遍存在程度不一的开裂等病害。由于裂缝影响，桥梁实际运营中的结构在力学性能上与设计意义上的预应力结构存在明显力学差异，这对于在役桥梁的使用功能和安全性都存在着不利影响。
　　开裂后的梁体，由于裂缝的存在使得整体刚度减小，梁体进入非线性状态，既有的非线性理论其计算模型都是单调加载模型，实际使用条件下的梁体受力均为反复加载。本文通过试验发现在循环加载作用下的梁体非线性有别于单调加载，即现有的非线性理论不能很好的计算循环加载下的梁体非线性。现有的预应力混凝土桥梁裂后非线性研究主要集中在刚度退化、裂缝、预应力损失、剩余承载力方面。预应力钢筋作为预应力混凝土梁的主要受力部件，其应力大小对于桥梁的安全评估有着重要意义，而对于该项研究又很是缺乏。
　　本文以3片试验梁的静力试验数据为研究基础，探索预应力混凝土桥梁开裂后预应力钢筋的应力与荷载之间的关系。同时，利用有限元软件ANSYS对试验梁进行加载分析，提取有限元计算的跨中挠度和跨中段预应力钢筋应力数据与单调加载的试验梁数据进行对比，两者互为验证，得到非线性计算与单调加载结果的一致性；采集预应力混凝土梁不同等级荷载下的裂缝宽度数据，分析裂缝之间的差异性，得到预应力混凝土梁裂后刚度折减模型，为预应力钢筋应力分析奠定基础；根据裂缝统计分布特征得到的刚度折减模型引入预应力钢筋应力增大系数，通过应力增大系数的计算得到基于跨中挠度的预应力钢筋应力增量的计算式；利用试验梁的预应力钢筋应力增量数据对理论分析得到的计算公式进行了验证。最终得到在弯曲裂缝损伤下，以预应力混凝土简支梁损伤刚度分析方法为基础的基于跨中挠度的跨中预应力钢筋应力计算公式，为开裂损伤的预应力混凝土桥梁安全性评估提供重要思路和理论支撑。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2预应力混凝土桥梁及研究方法现状

1.3本文研究的主要内容

第2章 预应力混凝土T梁静力试验

2.1前言

2.2模型梁的设计

2.3试验方案

2.5本章小结

第3章 预应力混凝土梁非线性分析理论

3.1预应力混凝土结构非线性分析方法

3.2材料的本构模型

3.3破坏准则

3.4非线性静力平衡方程的求解方法

3.5收敛准则

3.6本章小结

第4章 预应力钢筋应力分析

4.1有限元数值分析

4.2有限元计算模型与单调加载的一致性

4.3预应力钢筋应力分析

4.4本章小结

第5章 基于实测损伤的梁体刚度折减模型

5.1基于试验数据的裂缝特征统计

5.2开裂后梁体刚度折减模型

5.3裂后预应力钢筋应力计算

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2展望

致谢

参考文献