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原文传递折线先张预应力混凝土梁锚固和疲劳受力性能研究

论文题名：	折线先张预应力混凝土梁锚固和疲劳受力性能研究
关键词：	预应力混凝土;折线配筋先张法;预应力损失;锚固性能;疲劳受力性能
摘要：	折线配筋先张法预应力混凝土梁是一种新型的预应力混凝土梁,近年来在我国公路和铁路桥梁中已开始应用。折线配筋先张法预应力混凝土梁中预应力筋的线形可随外荷载弯矩的分布变化,能够用于较大跨度的桥梁,克服了传统采用直线形布筋的先张预应力混凝土梁不能适用较大跨度的缺点;此外折线先张预应力混凝土梁省去了预留孔道、穿筋、灌浆等工序,避免了后张法预应力混凝土梁孔道灌浆不实的缺点,钢绞线能与混凝土有效粘结,因而能够防止后张预应力混凝土梁因孔道灌浆不实、预应力筋与混凝土粘结不好引起的预应力筋锈蚀、开裂等病害,提高了混凝土桥梁的耐久性;在构件数量较多、工作环境较差的公路、铁路桥梁工程中,尤其是在跨海大桥、高寒地区的桥梁中应用具有明显的经济效益和社会效益。　　为了在高速公路建设中推广应用折线配筋先张法预应力混凝土梁,河南省交通部门组织有关教学和科研单位进行了“折线配筋先张法预应力混凝土梁工程应用成套技术研究”的课题。由于折线先张预应力混凝土梁中预应力筋的拉应力和混凝土的预压应力均是通过预应力筋与混凝土之间粘结应力的传递而建立的,且预应力梁承受重复荷载作用,因此钢绞线的粘结锚固性能显得十分重要。此外折线先张预应力混凝土梁中钢绞线在弯起器处发生弯折,对于钢绞线弯折的先张预应力混凝土梁的疲劳受力性能也须进一步研究。本文在该课题前期研究成果的基础上,进一步开展“折线先张预应力混凝土梁锚固和疲劳受力性能研究”,为在高速公路桥梁工程中推广应用折线先张预应力混凝土梁,并编制“折线先张预应力混凝土梁设计施工规程”提供依据。论文的主要工作有:1.钢绞线拔出锚固受力性能试验研究　　钢绞线是由多股细直径高强钢丝扭绞形成的,其外形与带肋钢筋或光面钢筋有明显不同。通过11组钢绞线粘结锚固拔出试件的试验,分析了钢绞线在静力荷载作用下的粘结滑移特点、锚固强度、锚固破坏形态,以及影响钢绞线粘结强度的因素,建立了钢绞线粘结强度的计算公式,并验证了现行规范中钢绞线锚固长度的计算或规定的合理性。　　 2.钢绞线疲劳锚固受力性能试验研究　　设计制作了4根先张法预应力钢绞线梁式锚固试件,进行了锚固试验梁在不同上限弯矩和下限弯矩作用下钢绞线疲劳锚固性能的试验,以及疲劳后的终静载试验;分析了钢绞线在疲劳荷载作用下以及疲劳后终静载试验过程中钢绞线的应力、滑移性能、粘结强度和疲劳锚固承载力,指出由拔出试验得到粘结强度计算公式既能保证钢绞线在疲劳荷载作用下的锚固承载力又可保证在规定的拉应力下滑移不过大,按桥梁规范或混凝土规范计算的钢绞线预应力传递长度可满足疲劳锚固承载力的要求,规定的锚固长度有较大的安全储备,并可控制钢绞线的滑移,为折线先张预应力混凝土梁钢绞线的锚固设计提供了依据。　　 3.折线先张预应力混凝土梁疲劳受力性能试验研究　　设计制作了2根跨度为7.5m的矩形截面折线形钢绞线先张法预应力混凝土梁,对施工阶段钢绞线和混凝土的应力进行了分析,验证了折线先张预应力混凝土梁钢绞线预应力损失的计算方法;进行了试验梁在不同上限弯矩和下限弯矩作用下的疲劳受力性能试验和疲劳后的终静载试验,分析了折线先张预应力混凝土梁在疲劳荷载作用下以及疲劳后终静载时钢绞线和混凝土应力(应变)的特点,以及疲劳后的受力特点;指出折线先张预应力混凝土梁具有良好的疲劳受力性能,得出了混凝土应变、钢绞线和非预应力筋应力幅随疲劳荷载循环次数变化的关系,为工程应用的疲劳性能分析提供了依据。　　 4.折线先张预应力混凝土梁静力和疲劳受力性能数值分析　　利用试验研究得到的混凝土应变、钢绞线和非预应力钢筋应力幅随荷载循环次数变化的关系式,基于混凝土构件的正截面理论,推导了折线先张预应力混凝土梁在静力和疲劳荷载作用下受力性能分析的公式;编制了数值分析程序对折线先张预应力混凝土梁疲劳受力过程中的钢绞线和非预应力钢筋的应力、混凝土应变,以及疲劳后的受力性能进行分析,数值分析结果与试验结果符合良好,验证了本文建立的预应力混凝土梁静力和疲劳受力性能数值分析方法的可行性。　　 5.疲劳荷载作用下钢绞线和非预应力筋的应力分析　　综合钢绞线疲劳锚固受力性能试验和折线先张预应力混凝土梁疲劳受力性能试中对钢绞线和非预应力筋应力(应变)的量测结果,对疲劳荷载作用下钢绞线和非预应力筋的最小应力、最大应力、应力幅以及疲劳应力比等的变化特点进行了进一步分析;指出在疲劳荷载作用下钢绞线和非预应力筋的最小应力变化很小,而最大应力则随荷载循环次数的增加而增大,与循环次数的对数成线性关系,疲劳应力幅随荷载循环次数的增大主要是由最大应力的增大引起的;混凝土压应变的增大是使钢绞线和非预应力筋的最大应力随着循环次数增大的重要原因,受拉区混凝土开裂以及裂缝的发展也是最大应力随循环次数增大的原因之一,可供进一步研究参考。
作者：	张慧鹏
专业：	结构工程
导师：	刘立新
授予学位：	博士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文