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原文传递混凝土薄壁箱梁受力性能的试验研究与分析

论文题名：	混凝土薄壁箱梁受力性能的试验研究与分析
关键词：	抗弯性能;体外预应力;混凝土薄壁箱梁;剪力滞效应;翼缘宽度等效计算系数
摘要：	本文对混凝土薄壁箱梁进行了一系列的试验研究与分析，包括普通钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯性能、体外预应力混凝土薄壁箱梁抗弯性能以及配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁受扭性能的试验研究与分析，解决了混凝土薄壁箱梁抗弯和抗扭计算中的若干问题。主要研究成果如下： (1)通过一系列普通钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯性能的试验研究，包括均布荷载或集中荷载作用下伸臂梁、连续梁和简支梁弹性阶段受力性能的试验研究以及在集中荷载作用下简支梁破坏阶段受力性能的试验研究，证实了混凝土薄壁箱梁抗弯存在剪力滞现象，同时截面腹板处应变沿高度分布基本符合平截面假定。通过弹性阶段受力性能试验研究得到的翼缘等效宽度计算系数试验值，与JTGD62-2004规范值比较发现：伸臂箱梁根部、连续箱梁中间支座和跨中截面，规范值偏安全；而简支箱梁跨中截面试验值与规范值吻合较好。简支箱梁破坏性试验研究结果揭示了跨中截面受压翼缘等效宽度计算系数全过程变化规律，证实了普通钢筋混凝土薄壁箱梁具有良好的抗弯性能和延性。 (2)结合混凝土薄壁箱梁的特点，选用合适的单元模型和材料本构关系，利用ANSYS大型有限元分析程序，对普通钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯性能全过程试验进行了模拟分析，分析结果与试验结果吻合良好，并探究了引起简支箱梁跨中截面受压翼缘等效宽度计算系数变化的主要原因，关键在于截面相对受压高度ξ和受压翼缘最大应变εc的不同。在此基础上进行了大量参数分析，并给出了简支混凝土薄壁箱梁在弹性工作状态下和承载力极限状态下跨中截面翼缘宽度等效计算系数的计算公式。 (3)应用混凝土简支薄壁箱梁跨中截面翼缘等效宽度计算系数分析结果，进行了试验简支箱梁等效后的工字型截面梁全过程分析，分析结果与试验结果吻合良好。同时，结合混凝土薄壁箱梁抗弯承载力极限状态下的特点—以受拉区钢筋应变达到0.01为标志，推导得出了混凝土薄壁箱梁抗弯极限承载力计算公式和设计公式。混凝土薄壁箱梁在正常使用极限状态下裂缝和挠度验算，可以不考虑其翼缘等效宽度计算系数，直接按现行规范相关公式验算。 (4)通过体外预应力混凝土薄壁箱梁全过程试验研究与分析，证实了其体外预应力损失可以按JTGD62-2004规范中后张法相关公式计算，其实测结果与计算结果基本吻合；试验揭示了体外预应力筋应力增量主要取决于构件的整体变形和体外预应力筋偏心距的大小，并推导得出了混凝土开裂前和开裂后的体外预应力筋应力增量计算公式；体外预应力筋极限应力增量实测值与加拿大A23.3-94规范计算值吻合较好，按我国JGJ/T92-93规程计算偏于安全。 (5)通过体外预应力混凝土薄壁箱梁全过程试验研究与分析，证实了体外预应力混凝土薄壁箱梁抗弯存在剪力滞现象，同时截面腹板处应变沿高度分布基本符合平截面假定，其受压翼缘等效宽度计算系数规律与普通钢筋混凝土薄壁箱梁规律相似。体外预应力箱梁中体外预应力作用关键是延长了构件的弹性工作范围，延缓了构件在混凝土开裂后其受压翼缘等效宽度计算系数下降的速度，但体外预应力作用基本不影响构件在弹性工作状态下和承载力极限状态下受压翼缘等效宽度计算系数，普通钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯极限承载力计算公式和设计公式同样适用于体外预应力混凝土薄壁箱梁。 (6)体外预应力混凝土箱梁在正常使用极限状态下，挠度验算时应考虑体外预应力筋在截面刚度中的贡献，按一般预应力混凝土受弯构件现行规范挠度验算公式验算；裂缝验算时，体外预应力筋作用应视为体外荷载，按一般钢筋混凝土受弯构件现行规范裂缝验算公式验算。和普通混凝土薄壁箱梁抗弯性能比较，体外预应力混凝土薄壁箱梁具有良好的抗裂性能，能更好地发挥高强混凝土作用。 (7)通过配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱梁纯扭受力性能全过程试验研究，证实了混凝土薄壁箱形构件具有良好的抗扭性能；同时，钢纤维的掺入能提高构件的开裂扭矩。 (8)采用空间软化桁架理论，结合钢纤维高强混凝土本构关系及软化方程，编制了空间软化桁架模型分析程序(SSTMAP)，在考虑钢纤维高强混凝土抗拉强度作用时，能较好地模拟试件的荷载-变形全过程，并能够较精确地得到构件开裂扭矩和极限扭矩。在此基础上进行了大量的参数分析，提出了配筋钢纤维高强混凝土箱形截面纯扭构件的开裂扭矩、极限扭矩、最大扭矩和最小扭矩计算公式。
作者：	祝明桥
专业：	结构工程
导师：	方志
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文