预应力混凝土梁受剪性能研究

摘要

根据对大跨径预应力混凝土箱梁桥的病害调查可知，跨中下挠过大和腹板斜裂缝问题常常是“并发症”。腹板斜裂缝是结构性裂缝，属于受剪基本理论范畴。目前，国内外已有的混凝土受剪性能试验均偏重于承载力研究，对于斜裂缝出现之后的剪切变形影响关注较少，且没有一个统一的理论能够完整地反映混凝土结构的受剪性能。本文从混凝土结构的受剪基本理论入手，同时开展钢筋混凝土和预应力混凝土梁的受剪承载力研究，重点探究斜向开裂后剪切变形对预应力混凝土梁跨中挠度的影响，最后在有限元软件中定量分析了斜裂缝开展对实桥跨中挠度的影响。本文研究主要取得了如下成果:
　　(1)收集了216根钢筋混凝土有腹筋梁剪切试验数据，分析讨论了受剪承载力随着剪跨比、截面有效高度、混凝土抗压强度、纵筋率、配箍特征值等因素变化的基本规律。基于桁架-拱模型，考虑变形协调条件，推导了能够考虑全剪跨比影响的钢筋混凝土梁受剪承载力计算公式。采用统计特征值法、影响因素法对建议方法以及各国设计规范计算结果进行了分析比较，结果表明建议方法预测精度较高。
　　(2)基于桁架-拱模型，分别考虑预应力以及受压翼缘对受剪承载力的提高作用，推导了预应力混凝土有腹筋梁受剪承载力计算公式。收集了118根预应力混凝土有腹筋梁剪切试验数据，分析讨论了受剪承载力随剪跨比、截面有效高度、混凝土抗压强度、纵筋率、配箍特征值以及截面形心处预压应力等因素变化的基本规律。采用统计特征值法、影响因素法对建议方法以及各国设计规范的计算结果进行了分析比较，结果表明建议方法预测精度较高。
　　(3)考虑了斜裂缝间混凝土拉应力影响，推导了预应力混凝土梁有效剪切刚度计算公式。根据项目组以往开展的6根预应力混凝土矩形梁和文献中的4根工字型试验梁的剪切性能试验，验证了建议有效剪切刚度计算方法的适用性，并与规范GB50010-2010计算的弯曲变形进行了比较。在对试验梁各阶段变形比的分析结果表明，对于预应力混凝土薄腹梁，斜向开裂后的剪切变形对挠度的影响不可忽略。此外，分析评估了曲线预应力筋角度、普通钢筋配筋率、剪跨比、跨高比、有效预应力、混凝土抗压强度及配箍率等因素对斜裂缝出现之后的剪切变形的影响。
　　(4)以苏通大桥辅桥预应力混凝土连续刚构为背景，采用有限元分析软件MIDAS/Civil，比较分析了混凝土收缩徐变、预应力损失及斜裂缝开展对大跨箱梁桥跨中挠度的影响。分析结果表明，收缩徐变模式的选取对跨中挠度的影响较大，预应力束中悬臂束的预应力损失对跨中挠度的影响最为明显，而斜裂缝出现之后的剪切变形对跨中挠度的影响不可忽略。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 大跨径预应力混凝土箱梁桥的典型病害

1．2 混凝土受剪基本理论研究现状

1．2．1 受剪承载力研究

1．2．2 剪切变形研究

1．2．3 预应力混凝土梁的受剪性能研究

1．3 本文研究意义、技术路线与主要研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 技术路线

1．3．3 主要研究内容

参考文献

第二章 基于桁架-拱模型的钢筋混凝土有腹筋梁受剪承载力计算

2．1 引言

2．2 钢筋混凝土有腹筋梁剪切试验数据库

2．3 受剪承载力主要影响因素分析

2．3．1 剪跨比λ

2．3．2 截面有效高度h0

2．3．3 混凝土抗压强度fc’

2．3．4 纵向钢筋配筋率ρs

2．3．5 配箍特征值ρvfvy

2．4 受剪承载力设计方法

2．4．1 我国混凝土结构设计方法

2．4．2 国外混凝土结构设计规范

2．5 基于桁架-拱模型的钢筋混凝土有腹筋梁受剪承载力计算

2．5．1 桁架作用

2．5．2 拱作用

2．5．3 基于桁架-拱模型的有腹筋梁受剪承载力计算方法

2．6 受剪承载力计算方法比较

2．6．1 统计特征值

2．6．2 影响因素分析

2．7 本章小结

参考文献

第三章 基于桁架-拱模型的预应力混凝土有腹筋梁受剪承载力计算

3．1 引言

3．2 基于桁架-拱模型的预应力混凝土有腹筋梁受剪承载力计算

3．4．1 考虑预应力作用的桁架-拱模型

3．4．2 预应力混凝土梁斜向开裂荷载

3．4．3 受压翼缘对受剪承载力的影响

3．3 预应力混凝土有腹筋梁剪切试验数据库

3．4 受剪承载力主要影响因素

3．4．1 剪跨比λ

3．4．2 截面有效高度h0

3．4．3 混凝土抗压强度fc’

3．4．4 纵向钢筋配筋率ρl

3．4．5 配箍特征值ρvfvy

3．4．6 截面形心处预压应力fpc

3．5 受剪承载力计算方法比较

3．5．1 统计特征值

3．5．2 影响因素分析

3．6 本章小结

参考文献

第四章 基于桁架-拱模型的预应力混凝土梁有效剪切刚度研究

4．1 引言

4．2 基于桁架-拱模型的预应力混凝土梁有效剪切刚度计算

4．3 基于有效剪切刚度的预应力混凝土梁变形计算方法

4．3．1 弯曲变形计算方法

4．3．2 试验梁荷载-位移曲线计算比较

4．4 基于有效剪切刚度的影响因素分析

4．4．1 曲线预应力筋角度θ

4．4．2 普通钢筋配筋率ρs

4．4．3 剪跨比λ

4．4．4 跨高比l0／h

4．4．5 预应力筋面积Ap

4．4．6 混凝土圆柱体抗压强度fc’

4．4．7 配箍率ρv

4．5 本章小结

参考文献

第五章 大跨径预应力混凝土箱梁桥长期挠度影响因素分析

5．1 引言

5．2 苏通大桥辅桥连续刚构的主要设计参数及计算模型

5．3 混凝土收缩徐变对箱梁桥长期挠度的影响

5．3．1 常用混凝土收缩徐变模式

5．3．2 常用收缩徐变模式的比较及适用范围

5．3．3 收缩徐变模式对箱梁桥跨中长期挠度的影响

5．4 预应力损失对箱梁桥长期挠度的影响

5．4．1 预应力损失的计算模型结果分析

5．4．2 预应力损失对箱梁桥跨中长期挠度的影响

5．5 斜裂缝对箱梁桥跨中挠度的影响

5．5．1 有限元软件中折减剪切刚度的方法

5．5．2 斜裂缝发展程度对跨中挠度的影响

5．5．3 斜裂缝分布位置对跨中挠度的影响

5．5．4 斜裂缝开展与混凝土收缩徐变、预应力损失对跨中挠度的影响比较

5．6 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 主要研究成果

6．2 值得进一步研究的问题

作者攻读硕士学位期间论文发表情况

致谢