配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁受弯性能研究

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500MPa钢筋是我国冶金行业新研制开发的高强钢筋。利用500MPa钢筋作为混凝土受弯构件的纵向受力钢筋,可以提高构件的受弯承载力,或者在相同受弯承载力的情况下减少钢筋用量,从而取得较好的社会经济效益。但是我国现行GB50010-2002《混凝土结构设计规范》的最大裂缝宽度和刚度计算公式是基于过往配HPB235、HRB335普通钢筋的混凝土受弯构件试验数据建立的。对配400MPa、500MPa高强钢筋的混凝土受弯构件而言,由于其使用状态下的钢筋应力较以往配普通钢筋的混凝土受弯构件要高,因此,现行规范公式是否适用于配高强钢筋的混凝土受弯构件还值得商榷。近年来国内虽已有研究单位对此进行了相应研究,但并不充分,特别是针对配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁的受弯性能,还需做进一步研究。为此,本文主要做了以下几个方面的工作:   (1)通过16个未配横向箍筋的拉拔试件,进行带肋钢筋和钢绞线(束)的粘结性能试验。比较单根带肋钢筋和单根钢绞线的粘结性能,得到两者的相对粘结特性系数。阐述钢绞线的粘结力传递过程。通过分析钢绞线束的粘结破坏形态及其机理,从而认为钢绞线束可等效成直径较大的单根钢绞线,并提出配钢绞线束的拉拔试件粘结长度建议取值。   (2)进行8根配500MPa钢筋后张有粘结预应力混凝土梁和2根配500MPa钢筋混凝土梁的受弯试验,得到了试验梁的开裂弯矩、受弯承载力、不同位置处的裂缝宽度以及挠度等试验数据。   (3)比较各试验梁在纯弯段范围内的裂缝分布,根据试验中获取的裂缝形态资料,进而得到侧面裂缝沿梁高的发展变化规律。基于不同位置处的裂缝宽度统计分析,得到各位置处的短期裂缝宽度扩大系数。通过不同位置处的裂缝宽度试验结果,比较各位置处的裂缝宽度,并收集整理过往相关试验数据,提出不同位置处裂缝宽度之间的转换关系。   (4)从计算方法、考虑的参数及计算精度三个方面,比较中美欧规范的裂缝宽度计算模式。基于规范比较结果,并收集整理过往相关试验数据,修正了GB50010-2002规范中的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算公式。   (5)基于过往文献研究的基本思路,详细推导了后张有粘结预应力筋的拉应变滞后系数。提出考虑后张有粘结预应力筋两个特点(即钢绞线束可等效成直径较大的单根钢绞线和拉应变滞后现象)的裂缝宽度计算公式,并在系数上与修正的钢筋混凝土梁相应公式相衔接,从而得到了钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁相统一的裂缝宽度计算公式。   (6)从计算方法、表达形式及计算精度三个方面,比较中美欧规范的刚度计算模式。在规范比较的基础上,根据本文试验结果及收集整理的过往相关试验数据,并结合推导的后张有粘结预应力筋拉应变滞后系数,提出考虑后张有粘结预应力筋特点的钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁相统一的刚度计算公式。
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