文荟赠阅 | 预应力技术文献精选

   1.浙江大学建筑工程学院

   2.同济大学土木工程学院

   3.中冶建筑研究总院有限公司

摘要：预应力结构作为桥隧结构的主要构件常服役于高湿或变湿环境，为了研究预应力梁在不同环境湿度下的长期变形发展及长期预应力损失，本文基于日本东京大学耐久性试验室的DuCOM-COM3有限元计算工具对不同环境湿度下的预应力混凝土结构进行了有限元分析，并与试验结果进行对比，结果表明：混凝土梁的预应力损失受到环境湿度的影响，环境湿度增大有利于减小构件的长期变形从而减缓预应力结构的预应力损失与长期挠度。这表明基于多尺度微观孔隙结构的材料本构可以考虑孔隙结构的微观变形，通过计算混凝土材料内部的微观行为和水分传输可以得到混凝土结构的力学性能。通过对比试验与计算证明了混凝土结构的多场多尺度分析能分析变化的环境对预应力混凝土结构的长期性能的影响。通过水-热-力学耦合的多场多尺度分析机理，模拟环境湿度为40%、60%以及80%情况下的预应力混凝土梁的预应力损失与长期挠度情况。得出环境湿度大小与收缩、徐变以及长期变形、预应力损失情况之间的关系。

图14 饱和度与长期变形的相互作用(梁左侧为对称截面，时间为加载后第30天)

    1.同济大学土木工程学院

    2.中冶南方工程技术有限公司

摘要：为了预测混凝土的非线性徐变,需要建立合理的混凝土细观有限元模型。从混凝土非线性徐变的计算方法和原理出发,采用ABAQUS有限元分析软件并通过二次开发构建了考虑骨料、砂浆基质及界面过渡区的细观三相混凝土数值模型。研究提出了“骨料放缩法”以在二相有限元模型中生成均匀的界面过渡区,并用于后续建立三相模型。在考虑线性徐变的基础上引入损伤引起的应变增量,可有效模拟非线性徐变效应。细观三相混凝土数值模型成功模拟了混凝土的复杂细观结构,并通过递推公式计算了混凝土徐变,对混凝土在持荷后应变变化的模拟效果良好。最后通过已有混凝土圆柱体和棱柱体试件的徐变试验数据验证了模型的准确性。

图6 混凝土三相细观模型

   中国建筑设计研究院有限公司

摘要：霞田文体园体育场位于福建省泉州市德化县，其结构由下部的钢筋混凝土框架看台和上部的单层索网组成。单层索网采用马鞍形双曲面形态，沿看台前后方向设置向下凹的承重索，沿看台左右方向设置向上凸的抗风索，承重索与抗风索通过索夹相互连接，并通过索夹的抗滑移能力确保承重索和抗风索在相交位置不产生滑移。上部单层索网采用刚性和柔性混合边界约束形式。刚性边界为看台上方支承于钢斜柱顶的梁端落地的钢拱，柔性边界由看台前方支承在钢桅杆上的环索和看台两侧支承于钢桅杆和基础上的边索组成。承重索和抗风索采用投影面正交正放布置，投影方向间距约7 m。由于单层索网属于全柔性结构体系，在施加预应力之前，结构刚度为零且不能承担任何荷载。因此，在索网计算分析之前必须根据建筑预期的形状对索网进行找形分析。通过索网找形确定索网形态和初始应力状态，施加了初始应力状态的索网拥有承担外荷载的能力。在索网完成找形分析后，即可对索网根据不同的荷载和作用工况进行静力计算、多遇地震弹性计算、罕遇地震弹塑性计算。通过建筑与结构的多轮优化与计算，确定了柔性索网的边界条件和三维形态；利用力密度法和扩展力密度法的基本原理，编制了用于复杂索网找形的基本程序，并在项目实践中取得良好的效果；采用三维有限元分析和抗滑移试验对关键节点进行了承载力和变形校核。综合以上分析，结果表明本项目单层索网的结构选型基本合理，设计成果满足现行国家规范要求。

图3 不同方案对比

    1.南京交通职业技术学院

    2.南京林业大学土木工程学院

    3.中冶建筑研究总院有限公司

    4.贵州大学空间结构研究中心

摘要：传统自复位混凝土框架的刚度和耗能能力不易满足结构的大震需求，使结构在地震过程中的层间位移角过大。且为满足结构的完全复位，需对预应力筋进行高张拉，进一步降低了结构的耗能比β。本文提出的坡面摩擦低预应力自复位混凝土(SF-SCPC)框架结构，将低预应力和高耗能比β引入到自复位混凝土框架中，允许结构出现一定的残余位移，从而实现结构在大震下的高耗能。以某8度设防地区的钢筋混凝土结构为原型，分别设计了低预应力坡面摩擦半自复位混凝土(SF-PSCPC)框架、带平面摩擦耗能器的半自复位混凝土(PF-PSCPC)框架和带坡面摩擦耗能器的完全自复位混凝土(SF-CSCPC)框架。对结构进行中震、大震和特大震下的非线性动力时程分析，研究了耗能器形式与初始预应力等参数对层间位移角、残余层间位移角和梁柱损伤等结构抗震性能指标的影响。结果表明：在预应力自复位混凝土框架中充分结合坡面摩擦耗能机制和低预应力复位机制可有效降低结构的层间位移角，减少主体构件的损伤；SF-PSCPC框架中的节点滞回曲线面积明显大于PF-PSCPC框架和SF-CSCPC框架，表现出较高的耗能能力；SF-PSCPC结构在大震下虽有一定的残余位移，但均小于结构经济可修的限值。

图1 SF-SCPC梁柱节点

   同济大学土木工程学院

摘要：持续荷载作用下，纤维增强复合材料(FRP)筋蠕变松弛和混凝土收缩徐变引起的过大的附加变形将影响预应力FRP筋混凝土(FRP-PC)梁的正常使用。通过对FRP-PC梁长期性能及其设计方法的最新研究进展进行综述，归纳了不同FRP筋的蠕变和松弛特性及其预测方法，总结了有关有黏结FRP-PC梁和体外FRP-PC梁的长期性能试验结果，介绍了基于按龄期调整有效模量法(AEMM)或基于积分型徐变表达式的FRP-PC梁变形性能时随有限元分析方法，以及相应的多参数分析结果，分析了FRP-PC梁长期变形的计算理论与简化设计方法。最后，对今后FRP-PC梁长期性能的研究方向进行了展望。

图10基于ABAQUS的CFRP-PC梁时随有限元分析^[63]

刘斌¹  杨家琦¹  刘天桥²  胡黎俐³  冯鹏⁴

   1.中国矿业大学(北京)

   2.北京工业大学

   3.上海交通大学

   4.清华大学

摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质、高强、耐腐蚀的优势，在混凝土结构加固中得到了较为广泛的应用，现已发展出外贴、内嵌、预应力等多种加固方法。然而，由于CFRP及与其黏结的混凝土界面的弹脆性，加固后的混凝土受弯构件常表现为脆性破坏，延性较低。因此，在以往提出的跨中顶撑张拉预应力CFRP板加固方法的基础上，提出了一种高延性预应力CFRP板加固方法，通过改进顶撑装置的属性，在局部设置弹塑性机构，大幅提升加固梁整体的延性。经过有限元分析证实，提出的加固方法可以延缓CFRP板的应变增长并使其始终维持在较高应力水平，在极限承载力降幅不多的情况下，加固梁的极限挠度最大提升了137%,大幅度提高了加固梁的延性，并且为后续新型加固方法的研发提供参考依据。

图18 极限状态下弹塑性机构加固梁的等效塑性应变云

李星宇¹  王晓锋²  赵广军³  王少钦⁴  贾粤²

   1.北京建筑大学土木与交通工程学院

   2.中冶建筑研究总院有限公司

   3.中国建筑科学研究院有限公司

   4.北京建筑大学理学院

摘要：根据预应力混凝土叠合受弯构件受力机理提出了考虑施工阶段与使用阶段两阶段受力的先张法预应力混凝土叠合梁使用阶段钢筋应力计算方法，填补了我国现行规范空白，并修正了规范中预应力混凝土叠合梁使用阶段裂缝宽度计算方法。参考美国ACI 318规范通过名义拉应力控制预应力构件裂缝的有关规定，基于具体工程提出了我国规范体系下先张法预应力混凝土T形叠合梁针对不同裂缝限值的名义拉应力控制建议值。

图1 两阶段受力普通钢筋混凝土叠合梁截面应变应力分析

    1.柳州欧维姆机械股份有限公司

    2.东南大学土木工程学院

摘要：对预应力混凝土节段预制拼装梁接缝直剪受剪承载力进行对比分析研究。通过对接缝直剪破坏的研究进行梳理总结，采用文献中的184个接缝直剪试验数据，对已有接缝承载力预测模型的准确性进行验证，并对不同类型接缝的抗剪强度进行对比。分析结果表明：多键齿接缝直剪承载力小于单键齿接缝，胶接单齿接缝承载力最高，干接多键齿接缝承载力最低，胶接平面接缝介于两者之间。美国节段桥梁规范计算式对干接单键齿接缝预测结果较好，干接多键齿预测结果偏于不安全。通过对比给出了建议的接缝承载力计算模型。接缝直剪承载力和规范最小抗剪截面承载力对比分析结果表明，按中国公路桥梁规范(JTG 3362—2018)设计的结构，截面高度小于5 m时，基本不会出现胶接键齿直剪破坏。

图3 试验结果与规范最小截面计算结果对比

   1.深圳市特区建工科工集团有限公司

   2.中铁建设集团南方工程有限公司

   3.哈尔滨工业大学(深圳)土木工程与环境工程学院

摘要：自复位结构具备良好的耗能和自复位性能，能控制结构地震响应，减小结构残余层间位移角，降低结构损伤。对新型装配式干连接自复位节点性能进行研究，介绍有限元建模过程，同时设置现浇节点进行对比研究。通过有限元模拟，研究节点强度、刚度、应力分布及破坏机理、抗震性能和节点性能影响参数。研究表明：干连接自复位节点初始刚度与现浇节点相当，具有较强的耗能能力和自复位性能，同时节点性能主要受预应力筋初始预拉力和耗能螺栓屈服强度影响。

图12 不同初始预应力节点部件应力云图MPa

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