预应力型钢混泥土框架试验研究和设计理论
2017-01-03
预应力型钢混凝土结构是在预应力混凝土结构中配置轧制或焊接型钢的组合结构，它结合了预应力结构与型钢混凝土结构的优点.国内外已对型钢混凝土结构作了一些研究 ［1-5］，而对预应力型钢混凝土结构仅作了少量的研究.文献 ［6-9］通过预应力型钢混凝土简支梁、连续梁的竖向静力实验，对预应力型钢混凝土结构的承载力、裂缝分布与开展及变形发展情况进行了初步研究，实验表明在型钢混凝土梁中施加预应力，能够提高结构构件承载力，较好地改善型钢混凝土梁的抗裂性能，抑制裂缝开展和增加构件的刚度.实际工程大多数为有侧向约束的超静定结构如框架结构等，目前还没有关于约束影响下预应力型钢混凝土框架的实验研究与理论分析.
本文研究有约束的预应力型钢混凝土结构的受力性能特征和设计计算理论，基于两榀大尺度后张有粘结预应力全型钢混凝土框架的静力试验，系统地研究和分析了预应力型钢混凝土框架梁的破坏形态、弯矩调幅、抗裂性能、裂缝分布和变形规律，进而分析次内力产生的本质，提出了考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式，计算结果与试验数据吻合较好.本文作为在编国家行业标准《预应力混凝土设计规范》的在研项目，所提计算理论反映了现代预应力设计理论的思想，为规范中“预应力型钢混凝土结构”一章的编制提供依据.1 预应力型钢混凝土框架试验研究及
现象分析1.1 试验框架概况
为增加试验结果的可信度,试验采用大比例的试验构件, 主要考察框架梁控制截面纵向受力筋改变时结构的各项特征.框架柱中线长度为8.2 m, 构件配置足够的箍筋以防止剪切破坏， XGKJ1纵筋采用6Ф18(HRB400)；XGKJ2纵筋采用6Ф22 (HRB400)，内置型钢钢材型号为Q235，梁中型钢为Ι290×100×8×10,柱型钢为Ι280×120×8×14，连接螺栓M20为8.8级摩擦性高强螺栓.柱内型钢上下翼缘、梁端型钢上翼缘设两排Ф19@200栓钉. 裂缝宽度理论计算值与试验值的比值为1.08±0.10，说明理论公式具有较高的精度，可用于计算正常使用阶段预应力型钢混凝土框架梁的最大裂缝宽度.4 结 论
1)预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏.结构中型钢和预应力的存在，抑制了裂缝的开展，受力筋屈服前，使构件在荷载增加的情况下出现了裂缝发展的“停滞”现象，这种现象使框架梁达到开裂荷载后，不因混凝土的开裂而在荷载挠度曲线上出现明显的转折点.
2) 试验构件梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布，位移延性比大于3，弯矩调幅值为30%左右，弯矩调幅值比普通后张有粘结预应力混凝土结构框架结构提高10%左右，实际设计中可以对预应力型钢混凝土框架梁端进行适当的弯矩调幅设计.
3)约束及其分布是产生次内力的本质，在侧向约束较大的预应力超静定结构中，次轴力产生的不利影响不能忽略，所以在预应力型钢混凝土结构计算理论中，不仅要考虑次弯矩，还要考虑次轴力.
4)本文提出考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式，结果与试验数据较吻合.反映了现代预应力设计理论的思想，为在编预应力混凝土设计规范中“预应力型钢混凝土结构”一章的编制提供依据.
5)本文框架由于框架柱的侧向约束较小，故次轴力的影响不明显，但是预应力型钢混凝土结构一般应用于大跨、超长结构中，如果不考虑次轴力的影响，可能会导致结构的不安全.参考文献
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