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横向预应力混凝土梁的抗剪性能及预应力损失研究

刘灿  
【摘要】: 梁式转换层在工程应用中经常会碰到截面过大的问题,这主要是因为转换梁受到的剪力较大,截面尺寸常常由抗剪承载力控制。如果能找到一种方法,有效地提高梁的抗剪承载力且便于施工,则有可能明显减小转换梁的截面尺寸。为此,本文采用10.9级高强螺栓作为横向预应力钢筋,对横向预应力混凝土梁进行了较系统的研究,以考察横向预应力混凝土梁在转换层结构中的应用前景。 本文主要围绕横向预应力混凝土梁的抗剪性能和采用10.9级高强螺栓作为横向预应力筋时的预应力损失情况进行了试验研究和有限元分析,主要研究内容如下: 1、对4根横向预应力混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁进行了对比试验,考虑的参数包括:横向预应力水平、横向预应力筋直径、横向预应力筋间距。研究了各参数对横向预应力混凝土梁的抗剪承载力、斜截面抗裂能力、变形能力的影响。 2、在上述试验研究的基础上,对五根试验梁进行了非线性有限元分析,与试验结果对照验证了有限元模型的正确性。在此基础上,分别对不同的混凝土强度、剪跨比、配箍率、横向预应力水平、横向预应力筋直径和间距以及钢垫板尺寸等因素对横向预应力混凝土梁抗剪承载力的影响进行了详细的参数分析,并提出了横向预应力混凝土梁抗剪承载力的建议计算公式。 3、对2个阶梯型试件(采用了24根10.9级高强螺栓作为横向预应力钢筋)的预应力损失情况进行了试验研究,观测期30天。考虑的参数包括:横向预应力筋长度、横向预应力筋间距。考察了横向预应力混凝土梁的各项预应力损失(孔道摩擦引起的预应力损失、钢垫板变形螺栓回缩和接缝压缩引起的预应力损失、混凝土弹性压缩引起的预应力损失、横向预应力筋应力松弛引起的预应力损失和混凝土收缩徐变引起的预应力损失)情况,提出了采用10.9级高强螺栓作为横向预应力钢筋时各项预应力损失的计算方法。 4、根据前面阶梯型试件的测试数据,计算了高强螺栓的扭矩系数。通过在高强螺栓上粘贴应变花,测得了高强螺栓的实际应力分布,据此,对高强螺栓预拉力计算公式中的剪应力影响系数进行了改进。并提出了保证施工质量的建议措施。 5、对采用外置横向预应力技术加固已有构件的可行性进行了初步探讨。为保证外置横向预应力混凝土梁的加固效果,确保横向预应力能有效施加到混凝土梁上,设计了顶(底)板+侧板+肋板的钢垫板组合方式。通过有限元计算分析,确定了组合钢垫板的优化截面尺寸。最后,还对横向预应力筋的张拉工艺改进进行了探索。


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