无粘结预应力混凝土梁受剪性能非线性分析及试验研究

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从20世纪20年代无粘结预应力混凝土结构这一概念由德国工程师R.Farber明确提出以来,无粘结预应力混凝土的应用已有了80年的历史。然而其抗剪机理一直没有完全弄清楚。究其原因主要有以下两个方面:一是影响抗剪的因素众多;二是研究者们从不同的角度出发,给出了各种不同的理论公式。但这些理论公式各有偏颇,难以统一.因此,各国规范大多还是根据试验数据回归出一个具有一定保证率的经验公式作为设计标准。随着预应力混凝土结构的广泛应用,其抗剪承载力研究已经成了结构设计中迫切需要解答的问题之一。故本文主要对无粘结预应力混凝土梁抗剪性能进行了试验及理论研究。   (1)总结当前抗剪研究现状,本文专门设计了一批试验梁。主要试验参数选取一些影响抗剪性能的主要因素:如曲线预应力筋的弯起角度,而固定一些研究得很透彻的因素:如剪跨比、尺寸效应等。主要观测了各影响因素对梁抗剪承载力的贡献,以及裂缝的开展模式、破坏形态等。从而初步了解无粘结预应力混凝土梁的抗剪性能。   (2)基于试验,以有限元理论为基础,运用现行发展最为成熟的有限元程序ANSYS建立了适用于无粘结预应力混凝土梁非线性全过程分析的有限元模型。利用所建模型对试验梁的受剪性能进行模拟。通过数值模拟结果与试验结果的对比分析,验证此模型用于分析无粘结预应力混凝土梁受剪过程的可靠性,从而为研究试验中未考虑的抗剪影响因素,如分布纵筋率、混凝土强度等作准备.   (3)基于前面所建立的无粘结预应力混凝土梁有限元模型,首先对试验中未能考虑的其他抗剪影响因素如纵向分布筋、混凝土强度等,进行了深入分析。从而从各个角度更深入地了解到了预应力混凝土梁的抗剪机理。然后,基于无粘结预应力混凝土梁的试验研究、数值模拟及影响因素分析,结合其它相关文献试验数据,对无粘结预应力混凝土梁抗剪承载力进行统计回归分析,提出了考虑各影响因素的无粘结预应力混凝土梁抗剪承载力回归公式。   (4)基于变角桁架—拱模型,推导了无粘结预应力混凝土梁的理论抗剪承载力公式。并将试验实测值与理论计算值及GB 50010-2002规范、美国ACI 318-05规范、美国AASHTO公路桥涵设计规范的抗剪承载力公式计算值进行对比分析,计算结果表明,推导公式简明且不失精确性。
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