高温下1770级φP5钢丝蠕变及应力松弛性能试验研究

鉴于高温下预应力钢丝蠕变、应力松弛及温度膨胀性能是影响预应力结构抗火性能的重要因素,以1770级低松弛预应力钢丝为对象开展了研究工作。完成了25个钢丝试件的高温蠕变试验,得到钢丝高温蠕变应变与时间的关系曲线,建立起钢丝高温蠕变应变计算公式,揭示出蠕变应变随温度升高、应力水平增长及蠕变时间延长而增大的规律;提出考虑高温蠕变影响的钢丝持久极限强度计算公式,揭示了高温下钢丝持久强度与高温下极限强度的差值随温度升高而增大的规律。完成了26个钢丝试件的高温下应力松弛试验,得到高温下钢丝应力松弛与时间的关系曲线,建立高温下钢丝应力松弛的计算公式,揭示了钢丝初应力越大,所受温度越高,松弛时间越长,应力松弛值越大的规律。完成1个钢丝试件的高温下温度膨胀试验,得到钢丝膨胀应变随温度升高而增长的规律,初步提出钢丝高温膨胀应变计算公式。     

高温下及高温后1770级ф~P5低松弛预应力钢丝力学性能试验研究

鉴于预应力钢丝高温下及高温后的力学性能是开展预应力结构抗火设计及进行火灾后预应力结构损伤评估与修复的重要依据,对16个1770级P5低松弛预应力钢丝试件进行了高温下拉伸试验,14个钢丝试件进行了高温后拉伸试验。试验表明,随着温度升高,高温下钢丝应力-应变关系曲线形状趋于平缓,钢丝的强度、弹性模量等力学指标不断退化;对于高温后钢丝,温度历程低于300℃时,钢丝力学性能变化不明显;高于300℃时,随温度历程的升高,钢丝应力-应变关系曲线逐渐软化,钢丝各项力学指标逐渐退化。应用粘弹性力学理论,得到了去除加载速率影响的高温下钢丝应力-应变关系曲线,得到了钢丝各项力学指标在高温下及高温后的退化规律,建立了高温下及高温后的钢丝应力-应变曲线方程。为开展预应力结构抗火性能分析及火灾后损伤评估提供了基础性素材。     

预应力高强钢丝松弛性能研究

本文报道了在不同初始应力下预应力高强钢丝的松弛试验及考虑预应力混凝土构件中收缩徐变影响的变长度松弛试验结果,长期松弛试验已达12年,给出了长期松弛值的推算方法及预应力混凝土构件中考虑收缩徐变影响的钢丝松弛分析方法,从而为预应力混凝土结构的长期性能分析提供了依据.     

高温下1860级钢绞线钢丝力学性能试验研究

钢绞线高温力学性能是研究预应力结构抗火性能及受火灾后结构损伤鉴定与评估的基础,本文从同一根钢绞线边丝中截取16根钢丝试件进行高温下拉伸试验,得到高温下钢丝试件拉伸的力-位移曲线、应力-应变关系曲线以及屈服强度、极限强度、比例极限、弹性模量与试验温度的关系。试验结果表明,高温下钢绞线钢丝的应力-应变关系曲线随温度升高趋于平缓,力学性能指标随温度升高不断退化。本文试验结果可以为研究预应力结构抗火性能的计算与分析提供参考。     

高温作用下1860级预应力钢绞线蠕变性能试验研究

预应力钢绞线高温下蠕变性能是进行预应力钢结构抗火性能研究必须考虑的重要因素。以1860级低松弛预应力钢绞线为对象,开展高温下蠕变研究。以温度和应力水平为参数,进行了12根钢绞线高温下的蠕变试验。试验时先升温至设定温度,恒温30 min后开始张拉至预定应力水平。试验过程中保持应力和温度恒定,测定蠕变随时间的变化规律。结果表明,钢绞线承受蠕变的能力与温度及应力水平的组合有关。应力和温度均较高时,蠕变很快从平稳发展阶段发展为突然破坏阶段。温度越高,钢绞线能抵抗的蠕变应力水平越低;应力水平越高,能经受的蠕变温度越低。通过拟合试验结果,得到钢绞线高温蠕变与时间关系计算式。对蠕变试验尚未断裂的钢绞线的中丝在温度恢复到常温后进行抗拉强度试验,结果表明,蠕变应变对温度恢复到常温下钢绞线试件的抗拉强度影响较小。     

南宁膨胀土三轴压缩应力松弛特性试验研究

采用土体三轴流变仪,对南宁膨胀土在不同恒应变分级加载条件下的三轴应力松弛特性开展试验研究,探讨在不同恒应变水平下南宁膨胀土的应力松弛特征和松弛模量等变化规律。根据应力-应变等时曲线特征,研究南宁膨胀土在三轴压缩条件下的应力松弛特性。通过对试验结果的分析,建立可描述南宁膨胀土非线性应力松弛特性的经验模型。模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了经验模型的可靠性。     

不同应力水平下预应力钢丝的温度变形

通过对4种常用的预应力钢丝在高温下的试验,研究了4种预应力钢丝在不同应力水平下,在20~800℃范围内的变形性能,并分析了热应变产生的主要因素,给出了相应的计算公式.     

高温后1860级钢绞线力学性能试验研究

钢绞线高温力学性能是研究预应力结构抗火性能及受火灾后结构损伤鉴定与评估的基础。从同一根钢绞线边丝中截取16根钢丝试件进行高温后拉伸试验,得到高温后钢丝试件拉伸的应力-应变关系曲线以及屈服强度、极限强度、比例极限、弹性模量与试验温度的关系。试验结果表明,高温后钢绞线钢丝的力学性能指标在温度低于300℃时变化不明显,高于300℃时力学性能指标逐渐退化。试验结果可以为研究预应力结构受火灾后的损伤鉴定与评估提供参考。     

高温时高强混凝土瞬态热应变的试验研究

本文通过对36个混凝土棱柱体试件(100mm×100mm×300mm)高温变形试验,研究了高温时高强混凝土(C60,C80)自由膨胀应变、恒定压应力下的温度应变和瞬态热应变的变化规律,并与普通强度混凝土(C30)高温变形性能进行了比较。结果表明,高强混凝土在恒定应力下的温度变形与普通强度混凝土有较大的不同,而且混凝土的温度应变与初始应力水平和温度值等密切相关。通过分析建立了高强混凝土自由膨胀应变和瞬态热应变的计算公式,计算结果与试验曲线吻合较好。     

预应力筋/索非线性疲劳-松弛应力理论模型与计算方法

针对预应力筋/索在疲劳荷载作用下应力松弛放大和加速的现象,根据疲劳-松弛应力曲线的发展特征,提出考虑服役荷载影响的非线性损伤因子函数,结合黏弹性本构下固体三参数模型静态松弛应力的解析解,建立动态荷载影响下的非线性疲劳-松弛应力理论模型,进行基于理论模型的疲劳荷载加载特征影响因素分析,提出疲劳-松弛应力模型的工程简化计算方法,并开展1860级高强钢丝疲劳-松弛验证试验。结果表明,非线性疲劳-松弛应力理论模型与试验实测的松弛应力曲线一致性较好,加载波形和加载幅值对应力松弛率的影响较小,而加载频率对应力松弛率的影响较大,疲劳-应力松弛的工程化计算方法可包络试验测试结果,且表达式与参数较简洁,便于工程应用。为预应力结构服役性能设计提供理论依据与技术支撑。     

高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系

通过纤维纳米混凝土棱柱体试件在25～800℃高温中的单轴受压试验,研究了温度、钢纤维体积率、纳米二氧化硅和纳米碳酸钙掺量对纤维纳米混凝土高温中轴压性能的影响。结果表明,随温度升高,纤维纳米混凝土峰值应力和初始弹性模量显著降低,峰值应变明显增大;随钢纤维体积率增大,高温中纤维纳米混凝土峰值应力和峰值应变不断提高,初始弹性模量有所下降;随纳米材料掺量增加,高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量均呈增大的趋势,纳米二氧化硅的效果好于纳米碳酸钙。在分析试验结果的基础上,提出了考虑温度、纤维和纳米材料影响的高温中纤维纳米混凝土峰值应力、峰值应变和初始弹性模量的计算公式以及高温中纤维纳米混凝土单轴受压应力-应变关系式。     

高温结构钢温度-应力耦合本构关系和梁单元的切线刚度方程

钢结构在高温下的强度和变形性能随温度和应力的耦合作用而变化。采用ECCS建议热膨胀系数、屈服强度和弹性模量确定双线性应力-应变曲线方程。高温下结构钢的变形分为瞬态应力变形、瞬态热应变和短期高温蠕变。在此基础上建立了温度—应力耦合本构关系及高温下的钢结构梁单元切线刚度方程,为钢结构的高温(抗火)分析提供合理的依据。     

预应力钢筋高温蠕变试验研究及有限元分析应用

通过对高强预应力钢筋进行高温蠕变试验 ,建立了预应力钢筋的高温蠕变和蠕变率力学模型 ,采用该模型对预应力混凝土结构的高温预应力损失及火灾下的结构行为进行了有限元分析 ,通过算例提出预应力钢筋高温蠕变引起的附加预应力损失估算公式。有限元分析表明对火灾下的预应力混凝土结构必须要考虑预应力钢筋的高温蠕变作用。     

Experimental research on the mechanical property of prestressing steel wire during and after heating

The mechanical property of prestressing steel wire during and after heating is the key factor in the design of fire resistance and after-fire damage evaluation of prestressed structures. Tensile experiment of 16 prestressing steel wires (f _ptk = 1770 N/mm², d = 5 mm, low relaxation of stress) at high temperature and tensile experiment of 14 prestressed steel wires after heating are carried out. According to the experiment, the shapes of stress-strain curves of steel wire at high temperature go smooth and the mechanical property indexes of the steel wire such as strength, modulus of elasticity, etc., degenerate continuously as temperature increased. According to the experiment after heating, the mechanical property of steel wire varies little when the highest temperature that the steel wire has ever been heated to is lower than 300°C; while the stress-strain curves of steel wire become more ductile and the mechanical property indexes of the steel wire degenerate gradually when the highest temperature is higher than 300°C. By applying the theory of viscoelastic mechanics, stress-strain curves of steel wire at high temperatures without loading rate influence are obtained. The law of mechanical property indexes of the wire is presented. The mathematical models of the stress-strain relationship of the pre-stressed steel wire are established. All can serve as basic data for the analysis of fire resistance and after-fire damage evaluation of pre-stressed structures. Translated from Journal of Building Structures, 2006, 27(2): 121–128 [译自: 建筑结构学报]     

预应力高强钢丝绳抗弯加固钢筋混凝土梁的理论分析

预应力高强钢丝绳加固是一种新型高效加固方法(简称P-SWR加固技术)。首先对试验用钢丝绳抗拉强度、拉伸极限应变和松弛等力学性能进行试验研究;然后给出预应力高强钢丝绳加固后混凝土梁开裂荷载、最大承载力计算方法;结合预应力高强钢丝绳加固混凝土梁的荷载-挠度关系曲线,分析了预应力度、配筋率、钢丝绳与混凝土黏结性能等各种参数对P-SWR加固梁截面短期刚度的影响,提出了相应的计算公式;基于高强钢丝绳抗弯加固对混凝土梁裂缝平均间距和钢筋应力影响的分析,建议了计算P-SWR加固后混凝土梁最大裂缝宽度的修正规范方法、名义拉应力方法和实用简化方法。建议的各计算方法简单,与相应试验值的比较表明具有较高的精度,可用于P-SWR抗弯加固混凝土结构的理论分析和简化设计。     

Einlagige Rundlitzenseile in Beton: Modellbildung und Anwendungsmöglichkeiten

One‐layered round Strand Ropes in Concrete: Modeling and Possibilities of Application The universal application of unstressed steel ropes as structural reinforcement requires precise knowledge about the bond behaviour. In addition a characterization of the strain behaviour of the concrete steel‐wire ropes is necessary. Extensive experimental tests were conducted. A non‐linear potency function which consists of a bond stress‐slip relation was derived. This one allows describing the bond between steel wire rope and concrete. Furthermore extensive strain tests were carried out. From the experimental results an equation is proposed for the modulus of elasticity of the concrete steel wire ropes. The models make the calculation of anchoring lengths possible and can estimate crack widths. Possible applications can be derived from that. In the present contribution existing and potential applications of embedded round strand ropes are introduced and discussed.     

预应力钢丝钢绞线的高温蠕变性能研究

高温蠕变对火灾下预应力钢结构和预应力混凝土结构的性能有重要影响。针对高温蠕变的特点,比较了预应力钢丝钢绞线的高温蠕变和蠕变率模型,并分析模型中温度和初应力对高温蠕变造成的影响。结果表明,进行火灾下预应力结构的预应力损失计算时,应当考虑高温蠕变的影响,并根据防火需要,计算合理的初预应力值,最终提高结构防火设计的安全性。