预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法技术

本发明专利技术属于土木建筑与交通运输业桥梁工程技术领域。预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定预应力轻质超高性能混凝土梁的基本参数；2)确定轻质超高性能混凝土的性能、测试钢筋力学性能；3)开展预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯试验，获得预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式；4)将相应数据代入预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式中，确定预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力。本发明专利技术的方法，解决了现有规范抗弯承载力公式不适用于预应力轻质超高性能混凝土梁的难题，为LUHPC新材料在桥梁工程中的应用提供了理论和试验依据。试验依据。试验依据。

【技术实现步骤摘要】
预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法


[0001]本专利技术属于土木建筑与交通运输业桥梁工程
，具体涉及一种预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力确定方法。

技术介绍

[0002]混凝土桥梁结构的自重荷载占整个设计荷载比重很大，混凝土桥梁的轻质化是桥梁工程的研究热点。本课题组制备了一种预应力轻质超高性能混凝土(或称轻质超高性能混凝土，Lightweight Ultra
‑
High Performance Concrete，简称LUHPC)，它的基本力学性能为：抗压强度大于100MPa，劈裂强度大于10MPa，弹性模量大于3.7
×
104MPa，表观密度小于2100kg/m3。但LUHPC作为一种新材料，其构件抗弯性能尚不是针对轻质超高性能混凝土，不能直接应用于预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯性能计算。因此，本专利技术的预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力确定方法，解决了现有规范抗弯承载力公式不适用于预应力轻质超高性能混凝土梁的难题，为LUHPC新材料的工程应用提供了理论和试验依据。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，该方法可确定预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定预应力轻质超高性能混凝土梁的基本参数；
[0005]2)确定轻质超高性能混凝土的性能、测试钢筋力学性能；3)开展预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯试验，获得预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式；根据承载力极限状态下截面应变分布规律，提出合理的截面应力简化图示，得到预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力计算公式；4)将相应数据代入预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式中，确定预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力。
[0006]上述预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下具体步骤：
[0007](1)确定(测试)预应力轻质超高性能混凝土梁的基本参数，包括正截面的截面宽度b、正截面的截面高度h、受压钢筋到受压上缘的距离a
′
s
、非预应力受拉钢筋到受压上缘的距离h0、预应力筋到受压上缘的距离h1；
[0008](2)确定轻质超高性能混凝土的性能、测试钢筋力学性能：确定(测试)轻质超高性能混凝土的轴心抗压强度f
cu
和抗拉强度f
tu
，混凝土的抗拉作用对抗弯的贡献为kf
tu
b(h0‑
x
n
)(3h0+x
n
)/6，k为均匀分布应力折减系数，k取0.3；b为正截面的截面宽度，h0为非预应力受拉钢筋到受压上缘距离，x
n
为受压区高度，f
tu
为轻质超高性能混凝土(LUHPC)的抗拉强度；测试钢筋力学性能，包括非预应力受拉钢筋的屈服强度f
y
、受压钢筋的屈服强度f
′
y
、预应力钢筋的屈服强度f
py
，非预应力受拉钢筋截面面积A
s
；受压钢筋截面面积A
s
′
；预应力钢
筋截面面积A
p
，非预应力受拉钢筋对抗弯贡献为f
y
A
s
(h0‑
x
n
/3)，受压钢筋对抗弯贡献为f
′
y
A
′
s
(x
n
/3
‑
a
′
s
)，预应力钢筋对抗弯贡献为f
py
A
p
(h1‑
x
n
/3)；
[0009](3)开展预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯试验，获得预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式：预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力由以下四部分组成：非预应力受拉钢筋对抗弯贡献为f
y
A
s
(h0‑
x
n
/3)、受压钢筋对抗弯贡献为f
′
y
A
′
s
(x
n
/3
‑
a
′
s
)、预应力钢筋对抗弯贡献为f
py
A
p
(h1‑
x
n
/3)、混凝土的抗拉作用贡献为kf
tu
b(h0‑
x
n
)(3h0+x
n
)/6；其中力平衡方程(1)中，轻质超高性能混凝土(LUHPC)受压区压力采用三角形应力图式，见图2；弯矩平衡方程(2)中，非预应力受拉钢筋合力、受压钢筋合力、预应力钢筋合力和LUHPC抗拉作用力均对三角形受压区合力点取矩，则得到预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式如下：
[0010][0011][0012]式中：M
u
为预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力；f
y
为非预应力受拉钢筋的屈服强度；f
′
y
为受压钢筋的屈服强度、f
py
为预应力钢筋的屈服强度；f
tu
为轻质超高性能混凝土(LUHPC)的抗拉强度；f
cu
表示轻质超高性能混凝土(LUHPC)的极限抗压强度；k为均匀分布应力折减系数；A
s
为非预应力受拉钢筋截面面积；A
s
′
为受压钢筋截面面积；A
p
为预应力钢筋截面面积；a
′
s
为受压钢筋到受压上缘的距离；h0为非预应力受拉钢筋到受压上缘的距离；h1为预应力筋到受压上缘的距离；x
n
为受压区高度；b为混凝土梁正截面的截面宽度；
[0013]在公式(1)、(2)中，只有k、x
n
和M
u
为未知量，根据实测的极限的承载力M
u
，拟合得到k为0.3，预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力计算值与试验值比较吻合；
[0014]由此得到，预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式如下：
[0015][0016][0017](4)将非预应力受拉钢筋屈的服强度f
y
、受压钢筋的屈服强度f
′
y
、预应力钢筋的屈服强度f
py
、LUHPC抗拉强度f
tu
、轻质超高性能混凝土(LUHPC)的抗压强度f
cu
、非预应力受拉钢筋截面面积A
s
、受压钢筋截面面积A
s
′
、预应力钢筋截面面积A
p
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下步骤：1)确定预应力轻质超高性能混凝土梁的基本参数；2)确定轻质超高性能混凝土的性能、测试钢筋力学性能；3)开展预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯试验，获得预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式；4)将相应数据代入预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式中，确定预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力。2.根据权利要求1所述的预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力确定方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)确定预应力轻质超高性能混凝土梁的基本参数；(2)确定轻质超高性能混凝土的性能、测试钢筋力学性能；(3)开展预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯试验，获得预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式：预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力由以下四部分组成：非预应力受拉钢筋对抗弯贡献为f
y
A
s
(h0‑
x
n
/3)、受压钢筋对抗弯贡献为f
′
y
A
′
s
(x
n
/3
‑
a
′
s
)、预应力钢筋对抗弯贡献为f
py
A
p
(h1‑
x
n
/3)、混凝土的抗拉作用贡献为kf
tu
b(h0‑
x
n
)(3h0+x
n
)/6；其中力平衡方程(1)中，轻质超高性能混凝土(LUHPC)受压区压力采用三角形应力图式；弯矩平衡方程(2)中，非预应力受拉钢筋合力、受压钢筋合力、预应力钢筋合力和LUHPC抗拉作用力均对三角形受压区合力点取矩，则得到预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式如下：公式如下：式中：M
u
为预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力；f
y
为非预应力受拉钢筋的屈服强度；f
′
y
为受压钢筋的屈服强度、f
py
为预应力钢筋的屈服强度；f
tu
为轻质超高性能混凝土(LUHPC)的抗拉强度；f
cu
表示轻质超高性能混凝土(LUHPC)的极限抗压强度；k为均匀分布应力折减系数；A
s
为非预应力受拉钢筋截面面积；A
s
′
为受压钢筋截面面积；A
p
为预应力钢筋截面面积；a
′
s
为受压钢筋到受压上缘的距离；h0为非预应力受拉钢筋到受压上缘的距离；h1为预应力筋到受压上缘的距离；x
n
为受压区高度；b为混凝土梁正截面的截面宽度；在公式(1)、(2)中，只有k、x
n
和M
u
为未知量，根据实测的极限的承载力M
u
，拟合得到k为0.3，预应力轻质超高性能混凝土梁的抗弯承载力计算值与试验值比较吻合；由此得到，预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式如下：由此得到，预应力轻质超高性能混凝土梁抗弯承载力计算公式如下：(4)将非预应力受拉钢筋屈的服强度f
y
、受压钢筋的屈服强度f
′
y
、预应力钢筋的屈服强度f
py
、LUHPC抗拉强度f
tu
、轻质超高性能混凝土(LUHPC)的抗压强度f
cu
、非预应力受拉钢筋截面面积A
s
、受压钢筋截面面积A
s
′
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘沐宇，张强，卢志芳，邱儆，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：