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关键词： 预制   预应力混凝土   框架   抗震   DRAIN-2DX  

摘要： 装配式预制混凝土结构除了有预制拼装结构体系的施工速度快、工期短、环境污染小、质量有保证、耐久性能高等优势外,还有以下几个突出特点:1)易于实现大跨度预应力混凝土框架结构的梁铰机制;2)易于评估地震对结构造成的损伤;3)恢复性能好,残余变形小,易于修复。因此装配式预制预应力混凝土框架具有广阔的发展应用前景,但国内对其抗震能力和设计方法的研究并不多。 本文主要研究预制预应力混凝土框架结构的抗震能力。通过试验与理论分析,对结构连接的受力性能、破坏形式以及在地震作用下的滞回性质、延性、耗能能力和恢复特性等进行研究,以全面了解构件的抗震性能和结构的抗震能力,为此类框架结构抗震分析和设计方法研究提供试验和理论基础。 本文在广泛阅读国内外文献的基础上,完成了两种连接形式共四榀装配式预应力混凝土框架梁柱中节点的低周反复试验,并通过理论分析建立了节点和框架的计算模型,对其抗震性能进行了较为深入的研究,主要内容如下: (1)对预制预应力混凝土框架和整浇预应力混凝土框架的抗震能力进行比对,提出将框架进行装配施工的优点,并对预应力筋有粘结和部分区段无粘结两种装配形式的框架中节点抗剪机制进行理论分析; (2)完成了有粘结和部分无粘结共四榀预制预应力混凝土框架中节点的低周反复加载试验,并对试验结果处理,分析了部分无粘结框架节点的破坏机制和抗震性能。 (3)利用Drain-2DX(1993)计算程序,根据两种形式节点的受力机制,建立有粘结和部分无粘结预制预应力混凝土框架中节点的计算分析模型,肯定了模型的可靠性后,对按理论所建的分析模型进行了参数分析,研究各个不同的参数对预制框架节点抗震性能的影响。 (4)利用Drain-2DX程序,对一榀部分无粘结预制预应力混凝土框架结构进行弹塑性静力(Pushover)分析,评估整体框架的抗震能力。 通过试验和理论分析可得,采用由后张预应力筋拼装的预制预应力混凝土框架结构,由于其自身结构成形受力特点,易于实现梁铰机制。在节点区附近采用无粘结预应力筋对节点的保护有利,节点的剪力传递机制为斜压杆机制,节点核心区在整个试验过程基本维持在准弹性范围内,核心区最大裂缝宽度很小,卸载之后能完全闭合。构件在发生较大层间位移角后残余变形仍很小。经过合理设计的部分无粘结预制预应力混凝土框架结构,能够满足抗震设防的要求,且能保证卸载后具有较强的恢复性能。结构在设防烈度地震作用下能够保持准弹性状态,卸载后变形几乎可以完全恢复;顶点位移达到罕遇地震作用下目标位移时,只有底层柱底出现塑性铰,无粘结预应力筋都没有达到屈服强度,能够达到结构设计的目的。

关键词： 预应力混凝土空心板   后张法   结构性能   预应力损失   原型试验  

摘要： 预应力混凝土空心板的使用在国外出现于20世纪30年代,目前已达到了一个相当高的水平。当前,我国由于随着经济的不断发展,高层建筑大量兴起,很多大型民用建筑如商场、写字楼、工业厂房等楼面都需要大跨、重载的楼板结构,因此传统的预制板由于适合跨度小、混凝土强度低等一些缺点,已无法满足不断发展的需要,如不改进原有预制构件的材料性能,将很快被淘汰,而且由于商品混凝土的飞速发展、混凝土泵送技术的推广及无粘结预应力技术的发展更加速了预制构件的萎缩。本文经过对现状的分析,设计了一系列后张法施工的大跨度高强预应力混凝土空心板,并且为了验证所设计板的结构性能,进行了3块板的原型试验,主要工作如下: 1.首先进行了一系列新型的后张法施工的大跨度高强度预应力混凝土空心板的设计。 2.为了验证通过优化设计选取的采用C60高强混凝土和高均匀延伸率低松弛高强钢绞线和高强钢丝的预应力空心板的结构性能,进行了三块不同跨度、不同配筋的预应力混凝土空心板的原型试验。 3.结合原型试验测试成果对试验板的结构性能进行了全面分析。主要通过静载破坏试验量测试验板的极限承载能力、开裂情况、变形情况等。试验之后,经试验数据和理论分析综合得出结论,这种板不论其板型、配筋、承载力还是构件刚度等方面均优于我国的传统空心板,并且采用后张法施工,容易满足现场需要。 本文所提出的设计方法和设计思路具有一定的实用意义,为高效预应力高强混凝土空心板在结构工程中的应用提供了充分的、可靠的科学研究依据,并为今后这方面进一步的研究提供了一定的经验。并且由于后张法大跨度高强度预应力混凝土空心板在工民建中尚无研究先例,因此,作者认为,本课题具有一定的开拓意义和推广应用价值。

关键词： 部分预应力混凝土高耸结构   刚度系数   应力比预应力度   环形截面  

摘要： 对于部分预应力混凝土高耸结构,截面刚度系数与预应力水平、外荷载及截面配筋率等很多因素有关。由于高耸结构在外荷载作用下处于压(拉)弯状态,因此本文基于应力比定义预应力度,以应力比预应力度替代规范中的弯矩开裂系数,建立了环形截面刚度系数和预应力度的关系。通过实例计算结果,分析了刚度系数随预应力度的变化趋势。对于高塔结构,当λ大于0.4小于0.8时,刚度系数和预应力度可拟合为三次曲线关系;λ大于0.8时,塔身在正常使用极限状态下不会出现开裂;当预应力度λ小于0.4时,结构刚度系数提高不显著。为部分预应力高耸结构的设计提供了参考。

关键词： 预应力混凝土   连续箱梁   拓宽   受力性能   拼接构造   混凝土收缩徐变   基础不均匀沉降差  

摘要： 针对高速公路扩建工程中急需解决的预应力混凝土连续箱梁拓宽技术及新旧箱梁之间相互影响的问题,本文依托沪宁高速公路扩建工程中的陆慕大桥为背景,对预应力混凝土连续箱梁桥拓宽后新旧箱梁结构的受力性能及拼接构造形式的影响进行了系统的分析研究。本文研究内容包括对拓宽后箱梁桥进行混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降差、温度变化以及车辆活载作用影响效应的分项计算,同时针对刚接拼接与铰接拼接两种不同拼接构造形式的性能差异进行对比研究。 研究结果表明,预应力混凝土连续箱梁拼接拓宽后,在车辆活载及温度作用下,原有旧箱梁梁体的受力状况比拼接前的独立结构得到改善。混凝土收缩、徐变、基础不均匀沉降差、温度变化以及车辆活载各分项作用对拓宽后箱梁梁体及拼接部位翼缘板纵、横向的受力都有影响,其中基础不均匀沉降差对箱梁结构横向的影响效果最明显。拓宽后的连续箱梁需要特别注意梁体底板及拼接翼缘板根部在中跨跨中截面和支点截面的混凝土纵、横向拉应力计算。 预应力混凝土连续箱梁拼接部位的两种拼接构造形式即刚性拼接和铰接拼接相比,刚性拼接构造形式会造成拼接部位及翼缘板横向拉应力的增大,平均增长程度为15%20%。

关键词： 预应力混凝土   空间节点   看台结构   抗震性能   抗剪承载力   施工监控   低周反复荷载试验   ANSYS   Bragg光栅   子结构法  

摘要： 本文对预应力混凝土空间节点的抗震性能进行了较为深入、系统的试验研究和理论分析，并对上海旗忠网球中心预应力混凝土看台结构进行了施工全过程监控。主要研究工作包括： (1)通过4个预应力混凝土空间节点的低周反复荷载试验，对上海旗忠网球中心空间节点的安全性进行评判，并对预应力混凝土空间节点的破坏形态、特征荷载、恢复力模型、剪切角延性、刚度退化、耗能能力等进行了较为系统的研究，主要分析了空间加载、环梁和环向预应力的约束等因素对预应力混凝土空间节点抗震性能的影响。研究表明：上海旗忠网球中心预应力混凝土空间节点具有较高的安全储备，且具有较好的延性和耗能能力。 (2)开展了RC梁、PC梁以及预应力混凝土空间节点在低周反复荷载作用下的全过程有限元计算，结果表明：ANSYS有限元计算值与试验结果基本吻合。 (3)基于空间斜压杆和空间桁架模型，在试验研究、有限元参数计算和理论分析的基础上，得出了预应力混凝土空间节点受剪承载力计算公式，公式考虑了加载角度、预应力、轴压比、梁柱斜交以及空间节点两主轴方向梁不等高等因素对节点承载力的影响。 (4)采用Bragg光栅光纤应变传感器、振弦式智能钢筋应力计和混凝土应变计等先进的仪器，对上海旗忠网球中心预应力混凝土看台结构在混凝土浇注、预应力张拉、钢结构屋盖吊装和滑移等施工工况下的各控制截面混凝土、钢筋和预应力筋的应力以及结构的变形进行了监测。研究表明：结构基本处于弹性工作状态，在整个施工过程中结构控制截面的应力及结构的变形均处于安全的变化范围之内。 (5)采用ANSYS结构分析软件，基于子结构有限单元法对上海旗忠网球中心施工全过程进行了有限元分析，计算值与实测结果吻合较好。 本文的研究成果已在上海旗忠网球中心工程中得到实施与应用。该工程已于05年10月建成并顺利地举办了2005上海网球大师杯赛，使用效果良好。

关键词： 世构体系   键槽   U形钢筋   抗震性能   节点   粘结锚固  

摘要： 世构体系(Scope)技术是我国从法国引进的一种预制预应力混凝土装配整体式框架结构体系,这种技术符合“建筑产业化”的要求。它除了叠合结构共有的施工速度快、工期短、环境污染小、质量有保证以及经济性好的优势之外,还有着便于采用先张预应力技术,减小构件截面以及节点施工简单方便,且用钢量较低的突出特点。 本文在广泛阅读国内外有关文献的基础上,完成了三个不同键槽长度的世构体系梁柱中节点的低周反复试验,并尝试进行了现浇对比试件的有限元分析,在以上工作的基础上,对于世构体系的节点受力、抗震性能情况以及有关的构造问题进行了较为深入的研究,主要内容如下: (1)完成了三个不同键槽长度的世构体系中节点的低周反复加载试验,对试验的现象进行了分析,对试验的数据进行了处理,分析了不同键槽长度的世构体系节点的滞回曲线、节点延性、耗能能力和刚度强度退化等情况,对世构体系的抗震性能得出了一个大致的评价。 (2)利用通用分析软件ANSYS,考虑钢筋与混凝土之间粘结滑移的影响,建立了现浇对比试件的计算分析模型,并对对比试件进行了低周反复试验的全过程仿真分析,并在此基础上对于开裂荷载、屈服荷载、屈服位移、滞回曲线形状等与试验构件进行了对比,对其中的差异以及造成差异的原因进行了初步分析。 (3)结合前面的工作,对节点的受力机制、破坏类型、失效方式、节点中钢筋粘结滑移情况以及塑性铰长度等进行了进一步的分析和探讨。 (4)文章的最后根据本次试验以及相关分析的情况,对于世构体系的节点设计施工给出了一定的建议。 通过以上的工作可得:世构体系的节点配筋设计可以参照现行的混凝土结构设计规范进行;经过良好的设计施工,世构体系节点抗震性能完全能够满足预期的要求;三个试验试件的节点核心区在整个试验过程中基本维持在弹性范围内,柱段及节点区没有出现较大裂缝,实现了“强柱弱梁”的设计目标,主要的地震能量消耗通过梁铰完成;目前采用的键槽长度能够满足抗震的需要。

关键词： 预制   预应力混凝土框架   中节点   抗震性能  

摘要： 预制混凝土结构是实现建筑工业化的重要结构体系之一,具有良好的发展前景。本文所研究的采用后张预应力筋将梁柱构件连接起来的预制预应力混凝土框架结构不仅具有预制混凝土的各种优点,而且与现浇大跨度预应力混凝土框架结构相比具有易实现梁铰机制、恢复性能好、耐久性能好、有效保护节点、地震损失易评估等优势。因此针对这种结构体系的抗震设计研究对推广使用预制预应力混凝土结构有重要的应用价值。本文所做工作主要针对有粘结预制预应力混凝土框架结构体系,主要探讨内容如下: (1)对有粘结预制预应力混凝土框架结构中节点抗震性能进行了试验研究,介绍了试验的目的、试件设计、加载情况,对试验现象和对滞回曲线、刚度退化、延性、耗能能力等主要试验结果进行了分析。通过试验结果分析得出这种体系具有的特点为:耗能与普通钢筋混凝土结构相比较差,但残余变形小,具有良好的延性,破坏集中在梁端处的梁柱连接和牛腿处,梁、柱构件和节点核心区破坏轻微。 (2)楼层位移角由梁柱连接处转角、梁弹性变形、柱弹性变形及节点区弹性变形四个部分组成,本文分析了这四个组份的计算,着重对梁柱连接处截面弯矩-转角关系进行了全过程理论数值分析,得到了中节点楼层剪力与楼层位移角的理论计算结果,并与试验结果进行了对比,验证了数值计算的准确性。通过计算各组份对楼层位移角的贡献,说明了楼层位移角较大时,梁柱连接处转角是引起位移角的主要变形组成部分。 (3)总结了影响节点抗裂因素和已有的计算公式,对比分析了有粘结预制预应力混凝土框架结构和部分无粘结预制预应力混凝土框架结构的中节点剪力传力机理,从抗裂度角度出发推导了抗裂验算公式,此公式与已有的应用于现浇结构的计算公式基本一致。通过试验结果对比分析,验证了公式的准确性。探讨了有粘结和无粘结预制预应力节点的抗剪机理。参照已有抗剪设计方法,给出了两种节点核心区抗剪的设计建议。 (4)针对有粘结有粘结预制预应力混凝土框架结构梁端的配筋和抗裂特点,探讨了梁端支座处的抗弯承载力和抗裂弯矩的计算,通过对梁柱连接处弯矩转角关系的数值分析,给出了梁端允许出现裂缝时的抗裂验算公式。对缺口梁和牛腿的受剪和压力摩擦作用提供的抗剪承载力进行了分析,说明了满足一定跨高比条件下由压力摩擦作用提供的抗剪承载力就能够满足梁端抗剪承载力要求。通过受力分析和参照国外有关设计规范,简单介绍了该结构体系中缺口梁和暗牛腿的设计思路。 (5)对结构体系整体设计中的若干问题进行了初步探讨,得到了相关问题一些有益的建议。利用已有的关于有粘结预制预应力混凝土框架结构抗震设计的研究成果,在附录中给出了一个探讨性的设计算例。

关键词： 预应力混凝土梁   腐蚀   硫酸钠   性能  

摘要： 预应力混凝土结构主要运用在跨度大、重量大、抗裂要求高的结构上。由于其使用的混凝土的强度等级高，并且所施加的预应力可以防止或延缓混凝土的开裂，或可以把裂缝宽度限制在无害的程度，一般来说，预应力混凝土结构的耐久性优于普通钢筋混凝土结构。但是在外界环境存在有害物质的情况下，混凝土常常与外界有害物质发生复杂多变的化学反应，使得混凝土胀裂剥落，造成预应力锈蚀，最终导致结构性能劣化。由于预应力结构的重要性高，一旦遭到腐蚀破坏，造成的危害性相当大，因此急需在预应力混凝土结构受到腐蚀后的各项工作性能有什么变化，如何防止或者是减缓预应力混凝土结构遭到腐蚀破坏等方面加强研究。 硫酸盐腐蚀是影响预应力混凝土结构耐久性的重要因素之一，它也是影响因素最复杂、危害性最大的一种腐蚀。一般对硫酸盐腐蚀的研究分为材料层次和结构层次两个方面。材料方面上，很多人做了大量的研究。可是从结构层次上进行的研究很少，鉴于该领域研究的不足，本课题结合国家自然科学基金项目“现代预应力结构耐久性数值试验研究与理论分析”(50478089)，用纯度为99.9％的分析纯硫酸钠粉木配置成3％、5％和10％三种浓度的硫酸钠溶液，将制好的预应力混凝土梁进行腐蚀，腐蚀一段时间后，取出构件，进行抗弯承载力试验，分析构件的混凝土抗压强度、动弹性模量、开裂荷载、极限荷载等性能的变化，得出腐蚀早期对预应力混凝土结构性能的影响，为硫酸盐腐蚀对预应力混凝土结构耐久性影响的工作的深入展开做出了前期的研究工作。本文重点探讨了以下内容： (1)验证预应力混凝土结构受硫酸盐腐蚀的机理。 (2)对受硫酸钠溶液腐蚀的预应力混凝土构件腐蚀前后的抗压强度，抗弯强度，动弹性模量等指标进行评定。 (3)对硫酸钠溶液腐蚀后预应力混凝土结构的荷载—挠度曲线、开裂荷载、极限承载力及腐蚀前后的承载力变化等各项指标进行测定，得出腐蚀对预应力混凝土结构的开裂荷载和承载力等性能的影响规律。 (4)腐蚀溶液的浓度对预应力混凝土构件承载力和耐久性的影响规律。 研究结果表明腐蚀短时间后，构件的混凝土强度变大，动弹性模量有所提高，开裂荷载提高，极限承载力变化趋势不大。浓度高的溶液比浓度低的溶液腐蚀效果明显。

关键词： 预应力混凝土斜拉桁架桥   结构特性   设计参数  

摘要： 预应力混凝土斜拉桁架桥是近二十年来得到较大发展的一种新兴桥型,它由连续梁桥演变而来,兼具斜拉桥和桁架桥的结构特性,具有自重轻、刚度大,受力明确以及材料利用率高的优点。但目前该桥型尚未得到大范围推广,主要原因在于结构特性还未得到深入研究,设计方法尚不完善。 本文以实际工程三峡库区秭归县卡子湾大桥为背景,以湖北省交通厅科研立项课题“预应力混凝土斜拉桁架结构关键技术研究”为依托,通过建立分析空间有限元模型,旨在研究斜拉桁架桥在各种工况下的结构静、动力特性,确定设计中关键性参数的合理取值,并从以上分析研究中总结出斜拉桁架桥基本的结构特性与合理的设计方法。 通过本文的分析研究,得出以下主要结论:一般情况下,上弦杆和拉腹杆受拉,下弦杆和压腹杆受压;边跨支点附近位置一两个节段内上弦杆、下弦杆受力与一般情况刚好相反;主墩墩顶位置最长的“拉腹杆”实际表现为受压杆件;杆件中应力值的大小与杆件在顺桥向的位置直接相关:越靠近主墩墩顶位置,上弦杆和拉腹杆中拉应力越大,下弦杆和压腹杆中压应力越大;所有杆件应力主要由轴力产生,弯矩产生应力相对很小;桁架杆件应力和竖向位移受自重和预应力影响最大,其他荷载影响相对较小,水平位移受温差荷载影响最大,其他荷载影响相对较小;一般情况下,上弦杆与下弦杆的夹角值取15°左右时结构设计较为合理。 本文分析研究所得结论对今后预应力混凝土斜拉桁架桥结构特性的进一步研究和优化设计具有一定的借鉴作用。

关键词： 预应力混凝土   框架   约束刚度   有限元分析   附加内力   约束损失  

摘要： 随着预应力技术在大跨度结构和高层建筑结构中的广泛应用,预应力的有效建立和建立预应力过程中产生的附加内力问题有待深入研究。当前关于预应力混凝土结构的内力计算方法是基于预应力混凝土连续梁结构的工作原理建立起来的,但对于周边支承构件有约束刚度的框架、平板-柱等结构,采用现行设计方法则不能安全准确地计算其内力变化,达不到预期的设计效果,将给工程带来安全隐患。 首先本文以支承构件有一定约束刚度的预应力混凝土梁板结构为研究对象,分析了梁、板相互影响时的受力机理,并运用有限元数值模拟计算方法全面分析了随着梁板约束刚度比的变化,梁、板中预应力有效量的分布和变化规律,得到了梁对预应力楼板建立预压应力的影响因素和具体结论。 其次,对竖向支承构件有一定约束刚度的预应力混凝土板柱结构分析了板、柱相互影响时的应力分布,并全面分析了随着板柱约束刚度比的变化,楼板中预应力有效值的分布和变化情况,总结了柱对预应力楼板建立预压应力的影响因素。 最后文中还以常用的等跨、层高相等的较为规则的多层预应力框架为研究对象,分析了框架梁受到柱的约束作用时的受力机理,并以有限元计算方法在单跨、多跨同跨度和多层框架结构整体协同工作这几种情况下,柱对框架梁预应力有效量的影响分别进行了讨论,并对减小约束影响的措施进行了归纳和总结。