配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁受弯性能研究

摘要

500MPa钢筋是我国冶金行业新研制开发的高强钢筋。利用500MPa钢筋作为混凝土受弯构件的纵向受力钢筋，可以提高构件的受弯承载力，或者在相同受弯承载力的情况下减少钢筋用量，从而取得较好的社会经济效益。但是我国现行GB50010-2002《混凝土结构设计规范》的最大裂缝宽度和刚度计算公式是基于过往配HPB235、HRB335普通钢筋的混凝土受弯构件试验数据建立的。对配400MPa、500MPa高强钢筋的混凝土受弯构件而言，由于其使用状态下的钢筋应力较以往配普通钢筋的混凝土受弯构件要高，因此，现行规范公式是否适用于配高强钢筋的混凝土受弯构件还值得商榷。近年来国内虽已有研究单位对此进行了相应研究，但并不充分，特别是针对配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁的受弯性能，还需做进一步研究。为此，本文主要做了以下几个方面的工作：
　　 (1)通过16个未配横向箍筋的拉拔试件，进行带肋钢筋和钢绞线(束)的粘结性能试验。比较单根带肋钢筋和单根钢绞线的粘结性能，得到两者的相对粘结特性系数。阐述钢绞线的粘结力传递过程。通过分析钢绞线束的粘结破坏形态及其机理，从而认为钢绞线束可等效成直径较大的单根钢绞线，并提出配钢绞线束的拉拔试件粘结长度建议取值。
　　 (2)进行8根配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁和2根配500MPa钢筋混凝土梁的受弯试验，得到了试验梁的开裂弯矩、受弯承载力、不同位置处的裂缝宽度以及挠度等试验数据。
　　 (3)比较各试验梁在纯弯段范围内的裂缝分布，根据试验中获取的裂缝形态资料，进而得到侧面裂缝沿梁高的发展变化规律。基于不同位置处的裂缝宽度统计分析，得到各位置处的短期裂缝宽度扩大系数。通过不同位置处的裂缝宽度试验结果，比较各位置处的裂缝宽度，并收集整理过往相关试验数据，提出不同位置处裂缝宽度之间的转换关系。
　　 (4)从计算方法、考虑的参数及计算精度三个方面，比较中美欧规范的裂缝宽度计算模式。基于规范比较结果，并收集整理过往相关试验数据，修正了GB50010-2002规范中的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算公式。
　　 (5)基于过往文献研究的基本思路，详细推导了后张有粘结预应力筋的拉应变滞后系数。提出考虑后张有粘结预应力筋两个特点(即钢绞线束可等效成直径较大的单根钢绞线和拉应变滞后现象)的裂缝宽度计算公式，并在系数上与修正的钢筋混凝土梁相应公式相衔接，从而得到了钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁相统一的裂缝宽度计算公式。
　　 (6)从计算方法、表达形式及计算精度三个方面，比较中美欧规范的刚度计算模式。在规范比较的基础上，根据本文试验结果及收集整理的过往相关试验数据，并结合推导的后张有粘结预应力筋拉应变滞后系数，提出考虑后张有粘结预应力筋特点的钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁相统一的刚度计算公式。

目录

文摘

英文文摘

第1章 引言

1.1 选题背景

1.1.1 高强钢筋亟需推广应用

1.1.2 推广应用高强钢筋存在的问题

1.2 文献综述

1.2.1 配高强钢筋非预应力混凝土梁受弯性能研究

1.2.2 配高强钢筋预应力混凝土梁受弯性能研究

1.2.3 先张法预应力钢绞线粘结性能研究

1.2.4 后张法预应力钢绞线粘结性能研究

1.3 问题的提出

1.4 本文选题目的与研究内容

第2章 带肋钢筋和钢绞线(束)粘结性能试验

2.1 试验设计

2.2 试验装置

2.3 粘结应力-滑移曲线

2.4 钢绞线粘结力传递过程

2.4.1 与混凝土接触的钢绞线

2.4.2 波纹管中的钢绞线

2.5 破坏形态与机理分析

2.5.1 配单根带肋钢筋试件

2.5.2 配单根钢绞线试件

2.5.3 配3根钢绞线试件

2.5.4 配6根钢绞线试件

2.6 相对粘结特性系数

2.7 配钢绞线束拉拔试件粘结长度取值

2.8 小结

第3章 配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁受弯试验

3.1 试验设计

3.2 试验梁制作

3.3 加载方式

3.3.1 加载装置

3.3.2 加载制度

3.4 量测内容

3.4.1 纵向受拉钢筋应变

3.4.2 混凝土应变

3.4.3 短期裂缝

3.4.4 短期挠度

3.5 材性试验结果

3.6 试验过程与现象

3.7 平截面假定

3.8 预应力损失与有效预应力

3.9 开裂弯矩与受弯承载力

3.9.1 开裂弯矩

3.9.2 弯矩-纵向受拉非预应力筋平均应变曲线

3.9.3 受弯承载力

3.10 裂缝形态分析

3.10.1 纯弯段范围内裂缝分布比较

3.10.2 侧面裂缝沿梁高的发展变化规律

3.11 平均裂缝间距与裂缝宽度

3.11.1 各位置处裂缝宽度统计分析

3.11.2 不同位置处裂缝宽度比较

3.11.3 不同位置处裂缝宽度转换关系

3.12 跨中挠度

3.13 小结

第4章 混凝土梁裂缝宽度计算统一公式

4.1 中美欧规范裂缝宽度计算模式比较

4.1.1 概述

4.1.2 各规范裂缝宽度计算方法

4.1.3 各规范裂缝宽度公式考虑的参数

4.1.4 各规范裂缝宽度公式计算精度

4.2 钢筋混凝土梁裂缝宽度计算公式修正

4.2.1 平均裂缝间距

4.2.2 平均裂缝宽度

4.2.3 最大裂缝宽度

4.3 后张有粘结预应力混凝土梁裂缝宽度计算公式修正

4.3.1 后张有粘结预应力筋拉应变滞后系数推导

4.3.2 考虑后张有粘结预应力筋特点的裂缝宽度计算公式

4.4 混凝土梁裂缝宽度计算统一公式

4.5 小结

第5章 混凝土梁刚度计算统一公式

5.1 中美欧规范刚度计算模式比较

5.1.1 概述

5.1.2 各规范刚度计算方法

5.1.3 各规范刚度公式表达形式

5.1.4 各规范刚度公式计算精度

5.2 混凝土梁刚度计算统一公式

5.2.1 概述

5.2.2 过往对混凝土梁刚度计算统一公式的研究

5.2.3 考虑后张有粘结预应力筋特点的刚度计算统一公式

5.3 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

附录A 各试验梁裂缝宽度原始实测值

附录B 收集整理的裂缝宽度和挠度试验数据基本情况

个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果