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原文传递一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法

专利名称：	一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法
摘要：	本发明公开了一种模拟混凝土应力状态的模型及试验方法，属于混凝土结构模拟试验领域。该模型通过预应力螺纹钢筋的偏心布置产生偏心张拉预应力的方法使模型的湿接缝界面产生相应的应力分布，采用凸字形截面使得压应力更容易集中在腹板顶面，而拉应力更容易集中在翼缘板底面，从而能够利用小体积的模型产生大数值的拉压应力比，模拟各种大型桥梁、建筑的拉压应力状态。可以通过调整模型截面的尺寸、预应力张拉力及预应力螺纹钢筋相对于中性轴截面的位置可以精准控制模型截面应力分布的方式及应力大小，进而模拟实际预制拼装桥梁湿接缝施工阶段的拉压应力状态。可用于预制混凝土湿接缝刚度、强度及受力机理的研究。
专利类型：	发明专利
申请人：	华中科技大学
发明人：	曾敏;朱爱珠;田知典;胡方杰
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T17:00:00+0805
申请号：	CN201911421065.2
公开号：	CN111024480A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	尚威;李智
分类号：	G01N1/36;G01N1/28;G01N3/00;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N1;G01N3;G01N1/36;G01N1/28;G01N3/00;G01N3/06
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，包括第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)、UHPC湿接缝段(3)、预应力螺纹钢筋(10)、固定铰支座(7)、滑动铰支座(8)和纵向钢筋(9)； UHPC湿接缝段(3)位于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)之间；第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的截面相同，均为凸字形，截面下部宽度较宽的部分为翼缘板，截面上部宽度较窄的部分为腹板；多个纵向钢筋(9)沿第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的轴向布置于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的翼缘板内，纵向钢筋(9)两端分别锚固于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)外端部，以将第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)连接；预应力螺纹钢筋(10)沿第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)的轴向布置于腹板内，且位于凸字形截面中心偏上的位置；预应力螺纹钢筋(10)两端分别锚固于第一混凝土预制段(1)和第二混凝土预制段(2)外端部；第一混凝土预制段(1)的外端部固定于固定铰支座(7)上，第二混凝土预制段(2)的外端部固定于滑动铰支座(8)上。 2.如权利要求1所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，预应力螺纹钢筋(10)的位置根据截面的中性轴位置确定。 3.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离；当截面中性轴位于腹板-翼缘板分界线时： σmin＝-nσmax (3) 则需在模型两端施加一个到中性轴距离为m的偏心压力F，从而得到截面最大压应力与最大拉应力之比；其中，I1是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(1)～式(4)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(1)代入式(4)求解m，得到预应力螺纹钢筋(10)的位置，最后通过式(5)和式(6)得到具体的预应力筋张拉力值F。 4.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；当截面的中性轴位于腹板内时： σmin＝-nσmax (10) 其中，I2是截面的中性轴位于腹板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(7)～式(11)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(7)代入式(11)得到预应力张拉位置m，最后通过式(12)和式(13)得到具体的预应力筋张拉力值F。。 5.如权利要求2所述的一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，设翼缘板宽度为b1，翼缘板厚度为h1，腹板厚度为b2，腹板高度为h2，湿接缝界面最大压应力σmin为最大拉应力σmax的n倍，m为预应力筋到中性轴的截面垂直距离，t为中性轴到腹板-翼缘板交界面的截面垂直距离；当截面中性轴位于翼缘板内时： σmin＝-nσmax (17) 其中，I3是截面的中性轴位于翼缘板内时截面相对中性轴的惯性矩，F是通过预应力螺纹钢筋(10)在模型两端施加的到中性轴距离为m的偏心压力；将实际工程中的施工阶段湿接缝截面的最大拉压应力值作为σmax和σmin的值，按照式(14)～式(18)选定截面尺寸b1、b2、h1、h2，再将式(14)代入式(18)得到预应力张拉位置m，最后通过式(19)和式(20)得到具体的预应力筋张拉力值F。 6.一种模拟混凝土应力状态的模型，其特征在于，将权利要求1～5任意一项所述的模型中的第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)、UHPC湿接缝段(3)替换为一个整体的混凝土预制段。 7.一种模拟混凝土应力状态的试验方法，其特征在于，采用权利要求1～6任意一项所述的模型进行应力状态模拟试验。 8.如权利要求7所述的一种模拟混凝土应力状态的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)的设计尺寸架立模板并布置纵向钢筋(9)及预应力管道，第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)之间预留湿接缝UHPC的空隙；步骤二：浇筑根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)并充分振捣，然后养护成型；步骤三：将根据第一混凝土预制段(1)、第二混凝土预制段(2)的接缝界面进行凿毛，然后使用早强UHPC混凝土浇筑UHPC湿接缝段(3)并振捣；步骤四：待UHPC湿接缝段(3)养护成型后拆模，然后将模型两端分别放置于固定铰支座(7)和滑动铰支座(8)上；步骤五：将预应力螺纹钢筋(9)穿过预留的预应力管道，其中一端作为固定端锚固，另一端作为张拉端进行张拉，张拉到指定荷载时再进行锚固，然后在预留的预应力管道内灌浆；步骤六：在模型表面靠近湿接缝界面的预设位置粘贴混凝土应变片并布置位移计，然后按照预定时间对模型的应变和挠度进行持续采集。
所属类别：	发明专利