無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架受力性能試驗(yàn)及理論研究

預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土（PSRC）構(gòu)件兼具普通預(yù)應(yīng)力混凝土（PC）以及型鋼混凝土（SRC）構(gòu)件的特點(diǎn)，在大跨、重載結(jié)構(gòu)中具有顯著優(yōu)勢(shì)。而采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的無粘結(jié)PSRC構(gòu)件更是較好地克服了傳統(tǒng)有粘結(jié)PSRC構(gòu)件施工復(fù)雜、預(yù)應(yīng)力損失大等缺點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用前景。然而，目前對(duì)無粘結(jié)PSRC結(jié)構(gòu)或構(gòu)件力學(xué)性能以及設(shè)計(jì)方法的研究較為缺乏。為了更好地應(yīng)用和推廣無粘結(jié)PSRC構(gòu)件，本課題展開了系列試驗(yàn)和理論研究。完成了三項(xiàng)主要工作：1）完成了6榀無粘結(jié)和1榀有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架的單調(diào)及反復(fù)加載試驗(yàn)；2）利用ABAQUS以及OpenSEES等軟件進(jìn)行了數(shù)值仿真研究；3）在試驗(yàn)及數(shù)值研究的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了補(bǔ)充和完善。試驗(yàn)結(jié)果表明：達(dá)到峰值荷載時(shí)，無粘結(jié)PSRC框架梁中型鋼的受壓翼緣并未屈服，與相關(guān)規(guī)范假設(shè)不同；無粘結(jié)筋的極限應(yīng)力增量實(shí)測結(jié)果遠(yuǎn)高于相關(guān)規(guī)范的預(yù)測結(jié)果；峰值后各試件仍具有良好的承載能力，峰值后承載力的大小保持在70%~90%峰值荷載；該結(jié)構(gòu)形式具有優(yōu)良的抗震性能，耗能能力強(qiáng)，變形恢復(fù)性能好，可用于強(qiáng)地震區(qū)域的建筑中。模擬無粘結(jié)筋與混凝土間的接觸關(guān)系時(shí)，ABAQUS模型中利用了“Coupling”命令，而OpenSEES模型中則利用了零長單元（Zero-length element）。兩處理方法均實(shí)現(xiàn)了無粘結(jié)筋與混凝土間的自由滑動(dòng)，且經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證效果較好。結(jié)合試驗(yàn)及有限元結(jié)果，建立了包含綜合配筋指標(biāo)以及跨高比這兩個(gè)參數(shù)的無粘結(jié)筋極限應(yīng)力增量的計(jì)算公式。利用本項(xiàng)目以及搜集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)有的PSRC受彎構(gòu)件截面受彎承載力以及短期剛度的計(jì)算方法進(jìn)行了深入的對(duì)比研究，通過相關(guān)的優(yōu)化和修正，提高了已有方法的精度和適用性。建立了短期最大裂縫寬度的計(jì)算方法，該方法在平均意義上具有較高精度，但離散程度偏大?？傮w而言，本項(xiàng)目相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值模擬方法可為后來的研究人員提供豐富的參考。另外，基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)所提出的設(shè)計(jì)計(jì)算方法及修正建議，更具統(tǒng)計(jì)意義，可指導(dǎo)該類構(gòu)件的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目研究成果在大跨、重載結(jié)構(gòu)中具有較大的應(yīng)用前景。 2100433B

現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系是當(dāng)今大型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)中最重要的結(jié)構(gòu)體系之一。初步研究表明，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土（UPSRC）結(jié)構(gòu)具有施工簡便和優(yōu)良的受力與抗震性能等特點(diǎn)，系統(tǒng)地開展UPSRC結(jié)構(gòu)研究具有重大社會(huì)效益和工程應(yīng)用價(jià)值。本課題是在有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土（BPSRC）結(jié)構(gòu)和無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土（UPC）結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，擬通過考慮型鋼用量、綜合配筋指標(biāo)、預(yù)應(yīng)力度、梁柱線剛度比等多種因素的影響，對(duì)UPSRC框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向靜載與低周反復(fù)荷載試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬分析；研究UPSRC結(jié)構(gòu)無粘結(jié)筋應(yīng)力增量規(guī)律和準(zhǔn)確的無粘結(jié)筋接觸模擬方法；建立完整的UPSRC框架結(jié)構(gòu)承載力、剛度、撓度及裂縫寬度計(jì)算理論；研究UPSRC框架結(jié)構(gòu)的滯回曲線和恢復(fù)力模型；系統(tǒng)地展開對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架受力性能的研究。

通過高溫混凝土試件和預(yù)應(yīng)力束試件在火災(zāi)高溫下的試驗(yàn)，研究了其力學(xué)性能和熱工性能，建立了高強(qiáng)混凝土在火災(zāi)高溫下的抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系、彈性模量的計(jì)算模型，以及熱膨脹和高溫瞬時(shí)徐變的計(jì)算模型，以及熱膨脹和高溫瞬時(shí)徐變的計(jì)算模型，建立了預(yù)應(yīng)力束在火災(zāi)高溫下的屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、彈性模量等的計(jì)算模型。通過無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架的火災(zāi)試驗(yàn)研究，了解了其火災(zāi)反應(yīng)及預(yù)應(yīng)力特性對(duì)結(jié)構(gòu)抗火性能的影響，積累了大量火災(zāi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，根據(jù)非線性溫度場計(jì)算理論，建立了混凝土結(jié)構(gòu)溫度場分析的理論模型。并對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架在火災(zāi)后的工作性能進(jìn)行了評(píng)估與鑒定研究，提出了混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的評(píng)估與鑒定方法，為火災(zāi)后預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的鑒定與加固修復(fù)提供理論依據(jù)。 2100433B

前言

第一章　緒論

第二章　改進(jìn)綜合內(nèi)力法計(jì)算現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

第三章　預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算

第四章　預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土簡支梁試驗(yàn)研究

第五章　預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)　　受力與抗震性能對(duì)比試驗(yàn)研究

第六章　預(yù)應(yīng)力和非預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土框架在低周反復(fù)荷載作用下的滯回性能理論分析

第七章　型鋼混凝土疊層空腹桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)模型受力與抗震性能試驗(yàn)研究

第八章　大跨度預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土疊層空腹桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)模型豎向加載及擬動(dòng)力抗震性能試驗(yàn)研究

第九章　大跨度疊層空腹桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)特點(diǎn)及工程應(yīng)用

第十章　大跨度預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土疊層空腹桁架轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)現(xiàn)場實(shí)測

第十一章　預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)及設(shè)計(jì)建議

參考文獻(xiàn)