預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布研究.pdf

1、推廣應(yīng)用高強(qiáng)鋼筋是落實國務(wù)院十二五節(jié)能減排方案的重要工作，也是促進(jìn)鋼鐵工業(yè)和建筑業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的重要舉措。隨著近年來我國新一輪國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）和《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》（GB1499.2）相繼引入 HRB400、HRB500和HRB600等鋼筋，以較高強(qiáng)度等級熱軋鋼筋作非預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)的受力性能成為理論研究的重點之一。對此，本文展開了如下工作：
　?。?）無粘結(jié)筋極限

2、應(yīng)力增量的合理取值是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)承載力準(zhǔn)確計算的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)高強(qiáng)熱軋鋼筋作非預(yù)應(yīng)力筋時，在綜合配筋指標(biāo)和預(yù)應(yīng)力度一定的前提下，由于用鋼量的減少，屈服曲率增大，塑性轉(zhuǎn)角減小，將影響無粘結(jié)筋在正常使用階段和承載能力極限狀態(tài)下的應(yīng)力增長。而國內(nèi)外現(xiàn)有無粘結(jié)筋極限應(yīng)力增量公式多是以簡支梁為研究對象建立起來的，且考慮因素過于單一。對此本文應(yīng)用彎矩-曲率非線性分析方法，編制了可用于考察正截面正常使用階段和承載能力極限狀態(tài)下預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁板

3、中無粘結(jié)筋應(yīng)力增長的計算程序。基于模型試驗和仿真試驗分析結(jié)果，建立了考慮非預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo) s、預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo)p、跨高比L/h、加載形式、加載跨數(shù)、非預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度等多參數(shù)影響的無粘結(jié)筋極限應(yīng)力增量計算公式。模型分析結(jié)果表明在綜合配筋指標(biāo)和預(yù)應(yīng)力度一定的情況下，非預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度的提高使得無粘結(jié)筋應(yīng)力增量在正常使用階段和承載能力極限狀態(tài)都呈現(xiàn)新特點。
　　（2）以往對混凝土超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅的研究多以考察控制截面非預(yù)應(yīng)力筋屈服

4、后的截面塑性轉(zhuǎn)動來建立超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅系數(shù)計算公式。而混凝土超靜定結(jié)構(gòu)在控制截面非預(yù)應(yīng)力筋屈服前由于受拉區(qū)混凝土的塑性變形及裂縫的產(chǎn)生和開展也將產(chǎn)生內(nèi)力重分布。針對這一情況，本文首次提出了將預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅分為兩階段考察的思想：其一為從加載到支座控制截面非預(yù)應(yīng)力筋受拉屈服引起的彎矩調(diào)幅幅度b；其二為支座控制截面形成塑性鉸至受壓區(qū)邊緣混凝土被壓碎引起的彎矩調(diào)幅幅度a。以彎矩調(diào)幅系數(shù)為縱坐標(biāo)，以支座控制截面相對塑性轉(zhuǎn)角 p0

5、/h（p為截面塑性轉(zhuǎn)角，h0為截面有效高度）為橫坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系。將國內(nèi)外普通鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)、有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定結(jié)構(gòu)的試驗數(shù)據(jù)置于該坐標(biāo)系中，根據(jù)擬合得到的具有95％保證率的二折線在縱軸上的截距得到了b隨熱軋鋼筋屈服強(qiáng)度的變化規(guī)律，并建立了以相對塑性轉(zhuǎn)角 p0/h為自變量的a函數(shù)表達(dá)式。從而對超靜定結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布從機(jī)理到數(shù)學(xué)表達(dá)，都有一定提升。
　?。?）從工程實用角度出發(fā)通過截面非線性分

6、析對以p0/h為自變量的a表達(dá)式進(jìn)行了實用化處理：對于普通混凝土連續(xù)梁，建立了以不同鋼種及支座控制截面相對受壓區(qū)高度等參數(shù)為自變量的a函數(shù)表達(dá)式。對于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，建立了以支座控制截面相對受壓區(qū)高度、預(yù)應(yīng)力筋有效預(yù)應(yīng)力水平pe、預(yù)應(yīng)力度及非預(yù)應(yīng)力筋鋼種等參數(shù)為自變量的a函數(shù)表達(dá)式。對于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，建立了以預(yù)應(yīng)力配筋指標(biāo)p、非預(yù)應(yīng)力筋配筋指標(biāo) s及非預(yù)應(yīng)力筋鋼種等參數(shù)為自變量的a函數(shù)表達(dá)式。
　?。?）以往

7、關(guān)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中無粘結(jié)筋應(yīng)力增量及彎矩調(diào)幅設(shè)計方法的研究主要針對桿系結(jié)構(gòu)。而實際工程中卻存在著大量的預(yù)應(yīng)力混凝土雙向板結(jié)構(gòu)，但國內(nèi)外對此方面的研究卻基本尚屬空白。針對這一情況，采用ABAQUS大型有限元軟件建立了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土四邊支承雙向板及柱支承雙向板的有限元分析模型。對四邊支承預(yù)應(yīng)力混凝土雙向板，考察了非預(yù)應(yīng)力筋鋼種和綜合配筋指標(biāo)對正常使用和承載能力極限狀態(tài)下無粘結(jié)筋應(yīng)力增量以及支座控制截面彎矩調(diào)幅的影響規(guī)律。并根據(jù)雙向板

8、變形特點得到了不同位置處無粘結(jié)筋應(yīng)力增量的分布規(guī)律，最終建立了考慮綜合配筋指標(biāo)、四邊支承條件、預(yù)應(yīng)力筋在板中相對位置及非預(yù)應(yīng)力筋鋼種等參數(shù)影響的兩種極限狀態(tài)下無粘結(jié)筋應(yīng)力增量計算公式；建立了考慮綜合配筋指標(biāo)和非預(yù)應(yīng)力筋鋼種影響的連續(xù)雙向板支座控制截面彎矩調(diào)幅系數(shù)計算表達(dá)式。對柱支承預(yù)應(yīng)力混凝土雙向板將板劃分為柱上板帶和跨中板帶分別考察綜合配筋指標(biāo)和非預(yù)應(yīng)力筋鋼種對無粘結(jié)筋應(yīng)力增量的影響規(guī)律，并對柱上板帶和跨中板帶分別建立了兩種極限狀態(tài)下

9、無粘結(jié)筋應(yīng)力增量計算表達(dá)式。通過等代框架法彈性理論計算結(jié)果與仿真分析結(jié)果的比較得到了綜合配筋指標(biāo)和非預(yù)應(yīng)力筋鋼種對等效板帶支座控制截面的彎矩調(diào)幅系數(shù)的影響規(guī)律。最終建立了考慮綜合配筋指標(biāo)和非預(yù)應(yīng)力筋鋼種等參數(shù)影響的彎矩調(diào)幅系數(shù)計算表達(dá)式，從而彌補(bǔ)了設(shè)計規(guī)范在這方面的空白。
　?。?）根據(jù)有限元模型計算結(jié)果，對預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、四邊支承雙向板和柱支承雙向板進(jìn)行了對比分析。在綜合配筋指標(biāo)和預(yù)應(yīng)力度一定的條件下，隨著非預(yù)應(yīng)力筋屈服的提

10、高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、四邊支承雙向板和柱支承雙向板在正常使用階段和承載能力極限狀態(tài)無粘結(jié)筋應(yīng)力增量都有所增大。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中無粘結(jié)筋極限應(yīng)力增量明顯高于四邊支承雙向板和柱支承雙向板。而邊界條件對雙向板的轉(zhuǎn)動約束程度越高無粘結(jié)筋極限應(yīng)力增量也越小。在綜合配筋指標(biāo)和預(yù)應(yīng)力度不變的條件下隨著非預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度的提高，三類結(jié)構(gòu)支座控制截面總彎矩調(diào)幅系數(shù)都有所減小。無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土柱支承雙向板支座控制截面的彎矩調(diào)幅系數(shù)小于四邊支承雙向板。