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关键词： 连续梁   预应力混凝土结构   施工分析  

摘要： 交通畅通是促进社会经济发展的基本条件,也是体现民众生活品质的重要指标,受地面交通压力以及地形地势等 原因的影响,加之部分新建线路与既有线形成交叉,因此公路桥梁建设项目越来越多,在该类建设项目中,连续梁桥是极 为常见的桥梁形式,同时桥体基本上都是预应力混凝土结构,为了给此类公路桥梁工程建设提供一些参考资料,笔者结合 施工实践,针对预应力管道安装等各个连续梁预应力混凝土结构施工环节的具体实施进行综合分析阐述。

关键词： 体育场   预应力   混凝土   结构设计  

摘要： 北京工人体育场为高标准建设的大型专业体育场,在结构中使用了大跨缓粘结预应力混凝土结构和超长无粘结预应力混凝土结构。针对北京工人体育场的结构特点,首先对与地铁接驳区域、场馆区域大跨混凝土梁受力进行了研究,使用缓粘结预应力技术解决结构挠度与混凝土裂缝控制等问题;然后重点对环形超长混凝土结构的温度应力进行了数值模拟分析,使用无粘结预应力筋对混凝土结构施加预压应力,抵消温度荷载变化引起的结构应力,从而保证超长环形混凝土结构不出现服役期结构损伤破坏。作为一个典型的体育场馆,北京工人体育场项目预应力混凝土结构设计与施工方法可对超长环形混凝土结构温度应力控制设计起到重要的参考作用。

关键词： 预应力   张拉控制应力   预应力损失  

摘要： 文中主要介绍了合肥闽商国贸中心五星级酒店宴会厅大跨预应力结构设计,酒店位于国贸中心3^(#)裙房,裙房地上6层,地下2层,结构体系采用框架结构,结构平面布置较为规则,但由于建筑功能要求,在裙房2层设置了大型宴会厅,通过结构抽柱,形成大空间布局,结构跨度达27m,结构设计采用有黏结后张法预应力技术,文中重点阐述了大跨度预应力结构设计要点和注意事项。

关键词： 预应力混凝土结构   应力腐蚀   腐蚀疲劳   早期损伤演化  

摘要： 对应力影响下预应力筋腐蚀性能的相关研究进行了综述,从腐蚀现象和腐蚀效应两方面总结了相关研究的成果。腐蚀现象的研究关注腐蚀起始和点蚀形成、点蚀演化和裂纹成核、裂纹扩展和金属断裂的整个发展过程。预应力筋中的应力影响钝化膜的形成和破坏,进而影响点蚀敏感性。因点蚀演化在蚀坑处形成微裂纹是应力腐蚀开裂的典型特征,分析裂纹扩展模式和断口形貌可以确定该断裂模式。腐蚀效应的研究重点关注有应力历史的腐蚀预应力筋的力学性能退化,研究表明强度和延性均有不同程度的降低,关于应力水平/应力幅对性能退化的影响规律仍需进一步研究。

关键词： 预应力混凝土结构   张拉顺序   有限元分析   施工工况   内力结果   分析对比  

摘要： 预应力混凝土结构在铁路站房结构中大量应用,跨度大、承载力高的承轨层、高架层等诸多梁构件常采用预应力混凝土结构。混凝土梁预应力不同张拉顺序会对结构内力产生一定影响。本文以重庆西站站房预应力结构为工程背景,通过有限元软件考虑混凝土徐变、收缩等因素影响,基于预应力框架结构模型进行不同工况下预应力张拉顺序研究,综合对比分析支座反力、节点位移、板及梁内力结果,提出最优施工(顺序)方案。分析结果可为相关预应力混凝土结构设计和施工提供指导。

关键词： 预应力混凝土结构   时变效应   混凝土收缩、徐变   时变预应力损失   中值龄期有效模量   混凝土粘弹性徐变模型   精细化计算  

摘要： 预应力混凝土桥梁是中跨和大跨混凝土桥梁最常用的结构形式。预应力混凝土桥梁在服役过程中存在明显的时变效应,包括混凝土应力、预应力筋应力、桥梁挠度等随时间的变化,这些时变效应是由混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛引起的,其中混凝土徐变是主要影响因素。混凝土徐变是混凝土材料的固有特性,混凝土徐变和时变预应力损失是桥梁结构设计中一个比较传统的问题,但由于混凝土徐变问题的复杂性,以及混凝土收缩和预应力筋松弛的存在和相互影响,至今对混凝土徐变和时变预应力损失计算的研究仍不够完善,特别是随着计算机技术和数值计算方法的发展,对桥梁结构进行精细化设计的要求越来越高,从而也提出了对预应力混凝土桥梁时变效应进行更深入研究的要求。本文考虑普通钢筋的影响,对预应力混凝土桥梁的时变效应进行了进一步的研究。本文研究内容和结论主要如下: (1)提出了基于积分中值定理的混凝土松弛函数和中值龄期有效模量。基于徐变叠加原理和积分中值定理,建立了混凝土松弛函数、中值龄期有效模量和中值龄期系数的计算公式;鉴于中值龄期有效模量对中值龄期系数变化不敏感的特点,对中值龄期系数的计算公式进行简化,给出了用于中值龄期有效模量计算的简化中值龄期系数计算公式。分析表明,中值龄期系数计算公式计算的松弛函数和中值龄期有效模量计算公式计算的结果与基于混凝土叠加原理通过数值递推计算的结果有很好的一致性;基于简化的中值龄期系数计算公式计算的中值龄期有效模量也与基于混凝土叠加原理通过数值递推计算的结果有很好的一致性。 (2)建立了预应力混凝土构件时变预应力损失的一般计算方法。考虑预应力构件中的全部普通钢筋和全部预应力筋,按照静力平衡条件、几何协调条件和材料本构关系(混凝土采用中值龄期有效模量)建立截面分析方程,推导得到时变预应力损失的计算公式,对公式进行简化,得到计算时变预应力损失的简化计算公式。分析结果表明,时变预应力损失的简化计算公式较原计算公式大为简化,但仍能具有较好的计算精度;普通钢筋与预应力筋配筋率的比值及普通钢筋的位置决定了普通钢筋对预应力混凝土结构时变预应力损失的影响,普通钢筋配筋率与预应力筋配筋率的比值较大时,普通钢筋对时变预应力损失的影响较大。当忽略构件中的普通钢筋且只考虑一组预应力筋时,普通钢筋的影响和不同预应力筋间的相互影响消失。本文提出的一般计算公式可简化为欧洲规范EN1992-1-1:2004中的时变预应力损失计算公式,因此可认为欧洲规范EN1992-1-1:2004中的时变预应力损失计算公式是本文公式的特例。 (3)提出了简支转连续后张预应力混凝土梁内力和挠度的精细化计算方法。将后张简支变连续预应力混凝土梁从构件制作、施工至设计使用年限全过程划分成多个阶段,考虑桥梁各阶段混凝土收缩、徐变和预应力筋松弛的耦合作用和受力特征,基于本文提出的混凝土徐变分析的中值龄期有效模量,建立了后张预应力混凝土梁的截面分析方程,分析得到梁曲率的精细化计算公式;基于结构力学的力法,进一步建立了后张简支变连续后预应力桥梁内力和挠度计算的方程,分析得到桥梁简支变连续后的内力和挠度。整个分析过程考虑了梁内普通钢筋的影响和不同位置预应力筋的相互影响。 (4)扩展了混凝土粘弹性徐变模型并给出模型参数的确定方法。对传统的基于粘弹性理论的混凝土老化Kelvin链徐变模型和老化Maxwell链松弛模型(本文称为半老化链模型)进行扩展,将模型中的延迟时间也取为加载龄期的函数(本文称为全老化链模型),给出确定徐变柔量函数和松弛函数中弹性模量和延迟时间与加载时间关系的数值方法。利用全老化链模型建立了适用于大型复杂结构有限元时变效应分析的增量混凝土应力-应变关系。分析表明,在精度相同的条件下,本文全老化Kelvin链徐变模型(或全老化Maxwell链松弛模型)需要的级数项数比半老化Kelvin链徐变模型(或半老化Maxwell链松弛模型)的级数项数少;在链模型级数项相同的条件下,采用全老化Kelvin链模型计算的徐变应变比采用半老化Kelvin链模型计算的徐变应变精度要高,采用全老化Maxwell链模型计算的应力比采用半老化Maxwell链模型计算的应力精度要高。将基于全老化链模型的增量应力-应变关系用于大型复杂结构的有限元分析,可以减少计算工作量。最后通过对ABAQUS有限元分析软件进行二次开发,以一个跨度为250m的预应力混凝土现浇箱型桥梁为例说明了本文模型的应用。

关键词： 预应力混凝土结构   纤维复合材料筋   先张法   夹具锚固性能   受力性能  

摘要： 随着滨海地区的发展，传统的钢筋混凝土结构的耐腐蚀和疲劳性能受到严重的挑战;尤其是在沿海港区，由于特殊的氯离子腐蚀环境，使得结构的可靠性和稳定性受到极大的限制。近年来。新型纤维复合材料筋（简称FRP筋）逐渐出现在人们的视野中，这种FRP材料拥有多种优势（1）自重小;（2）抗拉强度大;（3）抗疲劳能力强;（4）耐腐蚀性能好。凭借上述优点，FRP筋逐渐成为替代传统钢制钢材普通钢筋解决常规结构特殊环境（沿海、化工）下耐久性问题的重要尝试，将FRP筋与预应力技术相结合，利用预拉力提供的刚度与延性，改善筋材本身低弹模导致的混凝土结构易开裂等结构问题，可有效发挥FRP筋材的高强性能。因此，将FRP筋尤其是经济应用前景更高的BFRP筋（玄武岩纤维复材筋）应用于预应力混凝土结构，使其随着科技发展逐渐成为纤维复合材料推广与应用的一个重要方向。　　现阶段，一般工程将预应力张拉方法分为先张法和后张法，两者的主要区别在于是否在混凝土构件凝固后张拉筋材应力。先张法较于后张法，拥有较为简便的工序，生产过程节省材料，制作成本低，对锚固要求低（对时间、空间要求低），且响应如今我国大力推行的建筑装配式与建筑工厂化、预制化的号召。随着对此研究方向的深入了解，当下许多研究学者的研究重点集中在FRP加固体外预应力混凝土构件、后张法FRP筋预应力构件受弯、受拉性能研究，以及FRP材料投入到结构外部加固和补强等方面的研究，对先张法预应力FRP筋构件的夹具种类研究、锚固方式研究、锚固性能分析和先张法预应力结构受力性能等研究较为欠缺。因此，本文开展对先张法预应力FRP筋构件的夹具锚固性能和预应力结构受力性能等试验，目的在于推动新型FRP筋与先张法预应力结合的预制化构件的工程进度发展。　　鉴于此，本文采用先张法对预应力FRP筋混凝土结构的锚固性能和结构力学性能进行了探究，主要研究内容和结论如下：　　（1）提出了一种新型先张法夹具，开展预应力BFRP筋夹具锚固性能研究。对不同种类的FRP筋进行工程适用性选取，主要研究抗拉强度以及松弛率对FRP筋、预应力FRP筋构件产生的影响，并考虑到张拉方式、张拉效率与实际工程经济效益，选出综合性能较优的BFRP筋。针对不同锚固方法进行优劣性分析（夹片型、粘结型和摩擦型），最终根据与BFRP筋和先张法预应力方法适配性选取粘结型夹具，为后续预应力FRP筋夹具研发与锚固性能分析提供参考意见与理论指导。最终试验结果表明新型夹具持力稳定，短期性能较好。　　（2）开展了BFRP筋松弛研究，结果表明筋材应力损失较小，松弛率较低，可投入实际工程使用。使用本课题组创新研制的先张法粘结型夹具进行张拉持荷试验，即对BFRP筋在预应力条件下松弛率分析，根据试验情况与计算情况分析各种预应力损失，结合起来判断高应力幅值下BFRP的松弛率。　　（3）对先张法预应力BFRP筋构件进行了结构性能试验。对先张法预应力BFRP筋构件受力过程、裂纹发展、开裂现象和位移挠度等方面进行了研究分析。试验结果表明：预应力的参与结构工作和施加预应力幅值的增大对BFRP筋构件有如下影响：显著限制构件挠度位移;减缓裂缝的出现和发展;显著提高结构抗弯能力与抗裂能力。但是较低应力幅值，在高应力幅值情况下，受力分析和数值采集存在误差较大的情况。最终提出了预应力BFRP筋受弯构件关键结构参数的分析计算方案、设计方法。　　1）抗裂验算：不同应力幅值的计算开裂荷载和试验开裂荷载基本吻合，可利用普通钢筋混凝土结构的计算方式对先张法预应力BFRP筋受弯构件进行大致评估。静力试验中，各预应力FRP试验梁裂缝宽度随荷载等级的增大，最终曲线近似呈线性增长。　　2）承载力计算：不同应力幅值的计算极限荷载和试验极限荷载基本吻合。预应力对结构极限承载能力影响微乎其微，但能增大构件正常使用时的承载力（一定受力区间以内），对减少构件的弯曲变形、延缓开裂有较好的作用。　　3）挠度变形：根据预应力FRP梁受弯试验，发现预应力的增加显著增加了开裂挠度在总挠度中的比例。在结构构件正常服役情况下，预应力构件能以较小的挠度完成正常承载力需求，提高了结构构件的工作性能。　　（4）对先张法预应力FRP筋构件进行了ABAQUS有限元分析，主要模拟出跨中荷载-挠度曲线、裂缝发展趋势和开裂荷载，对其进行分析预测并与试验值比对。其误差可能的原因是高应力幅值情况下ABAQUS分析数值偏差较大。

ISBN: (纸本)9787112290802

关键词： 预应力混凝土结构   性能评价   有效预应力   高斯混合模型   最小样本量  

摘要： 有效预应力是影响既有预应力混凝土结构服役性能的关键因素,准确评估有效预应力的实时分布特征是科学评价既有结构服役性能的根本前提。然而,由于预应力筋深埋于混凝土中、测量难度大,行之有效的有效预应力原位检测方法近年来才逐步得到推广与应用,关于有效预应力“实测概率统计特征—结构真实分布评价”的研究尚不完善,即使实测出零散的有效预应力数据也无法准确表征结构内有效预应力分布特征。此外,现有评价方法主要从结构设计态出发,依据理论公式对结构有效预应力值进行推定,未考虑有效预应力不均匀性及不确定性的实际分布特征,基于实测数据的结构服役性能评价方法严重缺失,导致评价结果偏差较大,为结构的服役带来安全隐患。因此,本文拟结合预应力结构体系的有效预应力分布规律对结构服役性能针对性评价开展系列研究,主要研究工作如下:(1)考虑预应力损失各影响参数的离散特征,建立了基于实测数据的总体有效预应力分布模型。基于张拉控制应力、摩阻系数等主要影响参数的统计特征,开展典型混凝土构件有效预应力的Monte Carlo数值模拟,探明结构内预应力损失概率分布规律;结合总体预应力损失规律,引入高斯混合模型对实测总体有效预应力概率分布准确表征,借助最大期望算法(EM)对模型解构处理,为后续预应力结构体系研究提供理论依据。(2)结合抽样样本的统计特征,建立了工程化的既有结构总体有效预应力序贯抽样方法。在服从不同分布的总体中随机抽样以模拟不同结构有效预应力实测结果,引入95%保证率条件下的评价特征值对结构服役性能进行定量表征,以“估计置信区间/估计均值”为约束条件,分析在该限定条件下的不同样本量特征值估计精度,建立了最小样本容量计算方法,探明不同预应力分布情况下对应的合理样本数目。(3)结合规范中极限状态设计法,建立了基于承载力评价特征值的构件承载能力推定方法。考虑构件内每根预应力筋对构件承载能力作用的累加效应,定义了承载力评价特征值,提出应用正态分布叠加原理与特征加权法结合提取承载力评价特征值的计算方法。并使用Monte Carlo数值模拟验证了多组模型应用特征加权法计算承载力评价特征值的准确性。(4)以某实际工程为例,验证了最小样本容量理论的有效性与服役性能评价的准确性。以长期服役后的无粘结预应力混凝土板为工程背景,结合最小样本理论,通过临界应力法获取结构有效预应力实测样本,并采用设计复核法与特征值法分别进行结构服役性能评价。结果表明,与现行评价方法相比,特征值法能在保证结构的安全性和可靠性条件下较好地拟合实际情况,可为既有预应力混凝土结构的性能评价和加固设计提供参考依据。

关键词： 道路桥梁工程   预应力混凝土结构   界面剪力   有限元软件ABAQUS  

摘要： 预应力混凝土结构的性能对于道路桥梁工程具有重要的影响。本研究以有黏结预应力混凝土结构为对象,通过理论推导和数值模拟手段,对其力学性能进行研究。建立预应力混凝土结构中钢筋与混凝土界面摩擦作用的力学模型,对结构内部界面剪力进行了推导。在有限元软件ABAQUS中建立数值模型,对结构整体性能进行分析。研究结果表明:钢筋—混凝土界面剪力在端部出现峰值,由端部向内呈现先减小后增大的规律,并且在剪力改变方向的位置轴力出现峰值。预应力施加完成后,拉应力主要由受拉区的混凝土及钢筋来承担。当荷载值不断增大时,混凝土跨中开始出现细观裂缝并逐渐扩展,模型进入弹塑性阶段,拉应力逐渐由混凝土向钢筋传递。直到荷载达到某一极限值,下部受拉钢筋达到抗拉强度,发生屈服。