关键词：
先张法
大直径钢绞线
超高性能混凝土
传递长度
抗剪性能
桁架-拱理论
摘要：
与普通混凝土构件相比,先张法预应力混凝土构件截面小、自重轻、质量好、材料省,并能扩大结构的装配化程度,可充分发挥高强度钢筋和高性能混凝土的材料性能优势,提高构件的抗裂性和耐久性。随着大直径钢绞线和超高性能混凝土等高强材料的使用,先张法预应力混凝土结构的研究需要补充完善。本文将试验研究、理论分析和数值模拟相结合,对大直径钢绞线先张法预应力超高性能混凝土梁开展了预应力传递长度和抗剪性能的专项研究。主要工作如下:(1)开展了先张法预应力传递长度的试验研究工作。采用大直径钢绞线和超高性能混凝土设计制作了4个先张法预应力混凝土梁试件,同时采用普通混凝土制作了1个先张法预应力混凝土梁以作对比,测量钢绞线放张前后与钢绞线在同一水平面上的混凝土表面应变,研究箍筋间距、混凝土强度和测量时间等参数对传递长度的影响。结果表明:随着配箍率和混凝土强度的提高,预应力传递长度值均有明显下降的趋势;传递长度随着放张后测量时间的延长有增大趋势,但趋势渐缓,在21天已达到基本稳定。(2)完成了大直径钢绞线先张法预应力超高性能混凝土梁的抗剪试验研究工作。在剪跨比2.5的情况下,对4个先张法预应力超高性能混凝土梁试件进行了两点对称集中静力加载试验,加载过程中测量记录构件的整体变形(挠度、曲率、裂缝发展、相对滑移等)和局部应变(混凝土、钢绞线、纵筋、箍筋等),研究箍筋间距对试件极限承载力和破坏模式的影响。试验结果表明:在剪跨比为2.5时,先张法预应力超高性能混凝土梁未发生粘结破坏,其破坏模式为具备一定延性的剪切破坏,实际承载力比计算承载力大50%左右,并且试件承载力在达到极限荷载后急剧下降8%左右,但并未完全失效,说明先张法大直径钢绞线预应力超高性能混凝土梁具有较高的承载力和良好的延性。(3)基于上述试验研究,结合先张法预应力超高性能混凝土结构的特点,对桁架-拱理论的部分参数进行分析改进,推导出了抗剪承载力的实用计算公式,并将理论计算结果与试验结果进行比较分析,表明改进后的桁架-拱模型对试验梁的抗剪承载力预测结果良好,可为实际工程设计和施工提供参考。(4)基于上述试验实测结果,采用ABAQUS对4个先张法预应力超高性能混凝土梁试件的放张及加载全过程进行仿真模拟,其中,混凝土采用塑性损伤模型,钢绞线与混凝土之间的界面采用粘结接触模拟,且预应力采用初始应力法施加,有限元计算结果和试验结果吻合良好,能够作为试验研究的有力补充。以上研究结果可为大直径钢绞线先张法预应力UHPC梁的工程应用提供参考。
