预应力混凝土梁在冻融循环后预应力损失及受力性能的试验研究

摘要

自然环境中的混凝土结构承受各种各样的环境侵蚀作用,碳化、冻融、腐蚀等等。这些环境作用会使得混凝土构件发生劣化,导致结构的力学性能退化。在我国北方大部地区,冻融是混凝土结构耐久性不佳的一个主要因素。预应力构件在冻融循环作用下会发生预应力损失,从而降低构件的抗裂性能和极限承载力,进而影响预应力混凝土结构的耐久性。因此,研究冻融循环作用下预应力结构的受力性能,对于我国北方地区混凝土结构设计方法的改进,具有十分重大的理论意义和应用价值。
　　 本文结合国家自然科学基金项目,在总结前人研究成果的基础上,选取轴心预应力构件与常见的单侧配置预应力钢筋的混凝土梁作为研究对象。设计制作了6根轴心构件及48根预应力混凝土梁,其中6根轴心构件仅进行冻融试验,不进行破坏试验,预应力梁在冻融后进行静载试验。通过试验研究分析冻融循环作用对于预应力构件预应力损失和受力性能的影响,为预应力混凝土结构的抗冻融耐久性研究提供依据。
　　 本文围绕预应力构件在冻融循环作用下的劣化情况,主要探讨以下内容:
　　 1.对实际工程中常用的轴心预应力构件、预应力梁的抗冻融性能进行试验研究,对轴心构件和不同混凝土强度等级、不同预应力筋配置形式、不同粘结情况的预应力梁在经历冻融循环后的预应力损失进行分析。
　　 2.根据混凝土随着冻融循环弹性模量不断劣化的性质,提出预应力构件随着冻融循环预应力损失的计算方法,并与实测结果进行比较。
　　 3.对冻融后的预应力梁进行静载试验,运用正交试验直观分析的方法,分析混凝土强度、预应力筋线形、粘结情况对于预应力梁抵抗冻融能力的影响程度,并提出预应力梁的优化设计方案。
　　 4.对静载试验结果进行分析,研究冻融后预应力受弯构件的正常使用极限状态的计算方法,并提出曲线配置预应力钢筋的预应力受弯构件开裂后的刚度计算方法。
　　 5.根据混凝土应力-应变曲线随冻融循环上升而趋于扁平的特点,考虑混凝土强度下降、塑性上升,提出冻融循环后预应力梁抗弯极限承载能力的计算方法,并整理得到常用混凝土强度等级在不同冻融循环次数下的系数α1。
　　 研究结果表明,预应力钢筋线形和混凝土强度对于构件抵抗冻融循环的影响较大。采用高强度的混凝土、曲线形的预应力钢筋,并且对孔道灌浆最有利于预应力梁抵抗冻融循环作用。本文提出的计算方法与实际结果吻合较好。