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HRB500级钢筋部分预应力混凝土梁受力性能研究

于秋波  
【摘要】: HRB500级钢筋是我国冶金行业自主研究开发的适用于钢筋混凝土结构的高强钢筋,其各种性能指标均符合我国混凝土用钢的产品标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499—1998),其各种性能指标均达到或超过国外工业化先进发达国家同强度级别钢筋的水平。HRB500级钢筋取代HRB335以及HRB400级钢筋,具有良好的社会效益和经济效益。折线配筋先张法施工工艺具有直线配筋先张及曲线配筋后张等工艺无可比拟的优点,在工程中大量推广应用可以带来良好的社会效益和经济效益。本文结合国家自然科学基金资助项目“HRB500级钢筋混凝土构件受力性能的研究”(NO.50578148)及河南省交通厅资助项目“折线配筋预应力混凝土先张梁成套技术研究”(NO.2005P338),以配HRB500级钢筋的折线先张部分预应力混凝土梁和曲线配筋后张有粘结部分预应力混凝土梁作为研究对象,主要做了以下几个方面的工作: 1.设计了10根部分预应力混凝土简支梁(6根先张法、4根后张法),研究的主要参数有:混凝土强度、非预应力钢筋强度、非预应力钢筋配筋率、预应力强度比、预应力筋的布置形式及张拉方法等。对试验梁在制作过程中的各项应力进行监测,提出折线配筋先张法预应力混凝土梁在转向装置处的摩擦损失及其它预应力损失计算方法的建议,重点分析了折线配筋先张法施工的部分预应力混凝土梁在施工阶段的受力性能,为推广应用折线配筋先张法施工工艺提供了依据。 2.完成了7根简支梁(4根先张法、3根后张法)在静力荷载作用下受力性能的试验,研究了试验梁在各受力阶段的特点,分析了HRB500级钢筋部分预应力梁的受力特点和破坏形态,分析了试验梁从加载开始到破坏全过程混凝土、非预应力筋和钢绞线的应变与荷载的关系,以及试验梁的裂缝和挠度开展及发展的规律,汇总了主要的试验结果,为后面相应的试验分析提供了可靠数据。 3.以试验数据为基础,分析了配HRB500级钢筋部分预应力混凝土梁在静力荷载作用下的承载力、抗裂性、裂缝宽度、刚度和变形的特点,提出了相应的计算方法,明确了HRB500级钢筋用于预应力混凝土结构中的设计强度取值,探讨了配HRB500级钢筋部分预应力混凝土梁的延性特点及影响延性的因素,同时提出了配HRB500级钢筋部分预应力混凝土梁及折线配筋先张法施工的部分预应力混凝土梁的设计方法,为将HRB500级钢筋列入我国混凝土结构设计规范奠定基础,为大力推广应用折线配筋先张法施工的部分预应力梁提供依据。 4.利用ANSYS大型有限元分析软件对配HRB500级钢筋部分预应力混凝土梁在静力荷载作用下受力全过程进行非线性分析,通过对比计算结果与试验结果,验证了所采用的ANSYS数值模型参数是合理可行的,计算精度可以满足要求,对预应力钢筋混凝土结构进行的从开裂到构件破坏的全过程非线性有限元分析与试验结果符合良好,可作为进一步深入研究的分析方法。 5.完成了3根简支梁(2根先张法、1根后张法)的疲劳受力性能试验,讨论了疲劳受力性能试验的试验方法及疲劳加载制度,揭示了折线配筋先张法预应力混凝土梁的疲劳破坏类型及破坏特征,分析了疲劳荷载作用下非预应力钢筋和预应力钢绞线的应力变化规律及非预应力钢筋的疲劳强度,并对HRB500级钢筋的疲劳性能进行了评价,然后讨论了试验梁在疲劳荷载作用下的裂缝、挠度变化规律及计算方法,初步提出了疲劳加载后的剩余承载力计算方法及HRB500级钢筋的疲劳应力幅限值,为将HRB500级钢筋列入我国混凝土结构设计规范提供试验数据,证明了折线配筋先张法可以应用到承受重复荷载作用的构件中,具有足够的安全度。


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