预应力高强钢筋高强混凝土简支梁抗裂性能试验研究及有限元分析

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混凝土的抗拉强度低,在较小的拉应力作用下会导致开裂,配置高强钢筋和高强混凝土梁除了验算受弯承载力外,还需进一步验算正常使用状态下抗裂度和裂缝宽度。预应力高强钢筋高强混凝土构件可以充分利用高强度混凝土和高强钢筋,具有抗裂性好,刚度大等优点,应用于大跨度桥梁、高层建筑和特种结构等,能够取得良好的社会经济效益。本文进行了集中荷载下12根HRBF500级高强钢筋高强混凝土预应力简支梁的受弯性能试验,其中6根梁采用C80混凝土、6根采用C100混凝土。观察了构件从裂缝出现至达到极限承载力和极限挠度全过程的试验现象;对预应力损失进行了分析计算;运用有限元软件ADINA对试验的裂缝扩展和分布、钢筋骨架应力、挠度变化等进行了模拟分析;基于名义拉应力法对裂缝的控制进行了分析;对比分析了中美欧混凝土规范最大裂缝宽度计算方法;着重分析了预应力强度比、配筋率等参数对梁的开裂荷载、平均裂缝间距、平均裂缝宽度、最大裂缝宽度的变化特性,并探讨了我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)计算公式对预应力高强钢筋高强混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的适用性。结果表明:预应力损失值约为张拉控制应力的12%15%;ADINA模拟的裂缝扩展和分布、钢筋骨架应力、挠度变化与试验基本一致,荷载-挠度曲线和荷载-钢筋应变与试验值吻合较好;开裂荷载试验值与规范(GB50010-2010)的计算值符合较好;名义拉应力法计算最大裂缝宽度能够满足工程精度,计算结果偏于安全;欧洲规范计算短期最大裂缝宽度精度较高,美国规范精度较差,我国规范精度介于两者之间;规范(GB50010-2010)中计算裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ具有较高的精度,平均裂缝间距、短期最大裂缝宽度计算值大于试验值,平均裂缝宽度计算值略小于试验值,建议计算预应力高强钢筋高强混凝土受弯构件时按修正的公式计算平均裂缝间距lcr、裂缝间混凝土伸长对裂缝宽度影响的系数αc为0.85、适当降低短期裂缝宽度的扩大系数τs,可提高裂缝计算公式的精度。
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