CN114062151A - 预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法包括:混凝土框架的仿制,将仿制混凝土框架安装在试验位置；在弹性阶段中，对框架梁进行预应力张拉测试；对框架梁1进行塑性阶段的压力测试；对框架梁进行持续加载，当载荷达到Q时，框架柱和框架梁交叉节点处产生竖向变形、开裂或塑性变形，得到塑性阶段次弯矩M次p＝(N1*⊿F*H)/(⊿N)；得到实际混凝土框架梁塑性阶段次弯矩M塑’，根据测量仿制混凝土框架在弹性阶段次弯矩M次0和塑性阶段次弯矩M次p，得到比值k2＝M次0/M次p，实际混凝土框架梁弹性阶段的次弯矩M次0’由规范规定的公式进行计算，实际混凝土框架在塑性阶段的次弯矩M塑’＝M次0’/k2。

Description

预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法
技术领域
本发明涉及预应力混凝土测量技术领域，特别涉及一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩测量方法。
背景技术
预应力可以控制混凝土结构裂缝，被广泛应用在各类混凝土结构中，混凝土框架结构是建筑结构中最常用的结构，也是一种超静定结构，预应力会产生次弯矩，次弯矩是结构设计中必须考虑的因素，也是预应力混凝土框架结构使用过程中性能评价的重点。
目前，预应力次弯矩是靠弹性阶段的计算分析得到，设计按弹性次弯矩进行考虑，而在塑性阶段，由于损伤导致结构的次弯矩产生变化，继续采用弹性阶段的次弯矩会直接影响结构设计及评价准确性。
次弯矩可以通过理论计算或试验的方法得到。然而，现有的理论计算方法无法准确计算塑性阶段结构的次弯矩；现有试验技术主要针对结构的荷载弯矩及次弯矩组成的总弯矩进行测量，在预应力混凝土框架梁试验中，由于结构的荷载弯矩与次弯矩相互耦合，不易区分，目前尚未看到针对于预应力混凝土框架梁次弯矩的有效测量方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于增量法预应力混凝土结构次弯矩试验测量方法,使仿制混凝土框架梁预应力值由初始值N1变为N2，得到结构预应力增量⊿N＝N2-N1；同时，测量柱底剪力变化值⊿F＝F2-F1，从而得到塑性阶段次弯矩。
为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，它包括以下步骤：
(Ⅰ)、混凝土框架的仿制
根据实际混凝土框架的结构与实际混凝土框架梁的材料，对实际混凝土框架进行仿制，实际混凝土框架与仿制混凝土框架的比例为k1,k1＝1:1～3:1,仿制混凝土框架由一根框架梁和两根框架柱组成，上述框架梁的两端与框架柱垂直相连，框架柱相互对称，预应力筋被埋伏在框架梁内，并穿过框架梁的两端，预应力筋与框架梁中心线的偏心距离为e；
(Ⅱ)、将仿制混凝土框架安装在试验位置
将两根框架柱的底部装有滚动铰支座，并且将两根框架柱竖向放置在地面上，在两根框架柱外侧的地面上分别对称地固定有一固定座，在相近的固定座和框架柱底部之间分别装有一个拉压传感器，在预应力筋外侧两端分别装有一个拉伸传感器，在其中一个拉伸传感器外侧装有锚具，在另一个拉伸传感器外侧装有千斤顶；
其中：
(Ⅲ)、在弹性阶段中，对框架梁进行预应力张拉测试
通过千斤顶对预应力筋进行张拉，千斤顶对预应力筋施加的预张拉力为(0.65～0.70)*Nb*Ap,Nb为预应力筋强度标准值，Ap为预应力筋的横截面积，然后读取拉伸传感器的预应力值Ny和拉压传感器的读数Fy，根据上述的测试数据，进行弹性阶段次弯矩计算，框架柱和框架梁交叉节点的弯矩是框架梁的次弯矩，框架梁的次弯矩M次0＝Fy*H，其中H为框架柱的高度，框架梁的主弯矩M主0＝Ny*e；
(Ⅳ)、对框架梁1进行塑性阶段的压力测试
对框架梁1进行持续加载，当载荷达到Q时，框架柱和框架梁交叉节点处产生竖向变形、开裂或塑性变形，读取拉伸传感器的读数N1，拉压传感器的读数F1，在保持框架梁荷载Q不变下，增加3％～5％的千斤顶对预应力筋预张拉力后，读取拉伸传感器的读数N2，拉压传感器的读数F2；得到预应力增量⊿N＝N2-N1，柱底剪力增量⊿F＝F2-F1；由于次弯矩完全由预应力而引起，次弯矩随着预应力的变化呈现线形变化，即M次p/(⊿M)＝N1/(⊿N)，⊿M＝⊿F*H，进而得到混凝土框架在上述步骤(Ⅲ)预应力时，塑性阶段的次弯矩M次p＝(N1*⊿F*H)/(⊿N)；
(Ⅴ)、得到实际混凝土框架梁塑性阶段的次弯矩M塑’
根据上述测量仿制混凝土框架在弹性阶段的次弯矩M次0和塑性阶段的次弯矩M次p，得到它们的比值k2＝M次0/M次p，实际混凝土框架梁弹性阶段的次弯矩M次0’由规范规定的公式进行计算，实际混凝土框架在塑性阶段的次弯矩M塑’＝M次0’/k2。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述仿制混凝土框架梁的横截面与实际混凝土框架梁的横截面的形状相似，仿制混凝土框架梁的横截面面积与实际混凝土框架梁的横截面面积之比为1/k2；所述仿制混凝土框架柱的横截面与实际混凝土框架柱的横截面的形状相似，仿制混凝土框架柱的横截面面积与实际混凝土框架柱的横截面面积之比为1/k2；所述仿制混凝土预应力筋的横截面与实际混凝土预应力筋的横截面的形状相似，仿制混凝土预应力筋的横截面面积与实际混凝土预应力筋的横截面面积之比为1/k2。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述滚动铰支座4安装在两根框架柱的底部中心位置处。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述载荷Q是施加在框架梁1中央位置处的力。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述载荷Q是施加在框架梁1中央位置区域的力。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述预应力筋3为钢绞线。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其中：所述H为仿制混凝土框架的框架柱2底部与框架梁1中心线之间的距离。
本发明根据仿制混凝土框架，提供了一种预应力混凝土框架结构塑性阶段次弯矩的试验测量方法，其测量结果可为实际混凝土框架的实际预应力混凝土结构极限承载力、刚度、裂缝的精细化设计和既有结构服役形态评价的提供依据。
仿制构件材料、配筋等参数应按照《混凝土结构试验方法标准》GB/TT50152-2012中第7章第7.2节试验方案进行设计，满足相似比要求。
本发明的一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法具有以下优点：
1.本发明首次可实现预应力混凝土框架梁次弯矩的有效测量，解决了一直以来困扰工程界的技术难题。
2.本发明可通过缩小比例进行预应力混凝土框架梁次弯矩的测量，显著降低测量成本，缩短测量周期。
3.本发明可实现构件开裂至破坏等任意弹塑性阶段预应力混凝土框架梁次弯矩的测量，为结构的设计与评估提供参考依据。
4.在既有建筑结构评估当中，可采用本发明确定结构的次弯矩。由于是通过试验测量，在得到原结构精确次弯矩数值的基础上，避免了原结构的损伤。
附图说明
图1为用本发明的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法来测量仿制混凝土框架梁及实验用的工具。
在图1中，标号1为框架梁；标号2为框架柱；标号3为预应力筋；标号4为滚动铰支座；标号5为固定座；标号6为拉压传感器；标号7为拉伸传感器；标号8为千斤顶；标号9为锚具。
具体实施方式
如图1所示，本发明预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法包括以下步骤：
(Ⅰ)、混凝土框架的仿制
根据实际混凝土框架的结构与实际混凝土框架梁的材料，对实际混凝土框架进行仿制，实际混凝土框架与仿制混凝土框架的比例为k1,k1＝1:1～3:1,仿制混凝土框架由一根框架梁1和两根框架柱2组成，上述框架梁1的两端与框架柱2垂直相连，框架柱2相互对称，预应力筋3被埋伏在框架梁1内，并穿过框架梁1的两端，预应力筋3为钢绞线，预应力筋3与框架梁1中心线的偏心距离为e；即仿制混凝土框架梁1的长度L与实际混凝土框架梁的长度之比为1/k，仿制混凝土框架梁1的偏心距离e与实际混凝土框架梁的偏心距离之比为1/k，仿制混凝土框架柱2的高度与实际混凝土框架柱的高度之比为1/k。仿制混凝土框架梁1的横截面与实际混凝土框架梁的横截面的形状相似，仿制混凝土框架梁1的横截面面积与实际混凝土框架梁的横截面面积之比为1/k2；仿制混凝土框架柱2的横截面与实际混凝土框架柱的横截面的形状相似，仿制混凝土框架柱2的横截面面积与实际混凝土框架柱的横截面面积之比为1/k2；所述仿制混凝土预应力筋3的横截面与实际混凝土预应力筋的横截面的形状相似，仿制混凝土预应力筋3的横截面面积与实际混凝土预应力筋的横截面面积之比为1/k2，由于缩尺比例较小,实际混凝土框架其它材料参数与其相应的仿制混凝土框架的参数可保持不变，亦可按照《混凝土结构试验方法标准》GB/TT50152-2012中第7章第7.2节试验方案进行设计；
(Ⅱ)、将仿制混凝土框架安装在试验位置
将两根框架柱2的底部装有滚动铰支座4，滚动铰支座4安装在两根框架柱2的底部中心位置处，并且将两根框架柱2竖向放置在地面上，在两根框架柱2外侧的地面上分别对称地固定有一固定座5，在相近的固定座5和框架柱2底部之间分别装有一个拉压传感器6，在预应力筋3外侧两端分别装有一个拉伸传感器7，在其中一个拉伸传感器7外侧装有锚具9，在另一个拉伸传感器7外侧装有千斤顶8；
(Ⅲ)、在弹性阶段中，对框架梁1进行预应力张拉测试
通过千斤顶8对预应力筋3进行张拉，千斤顶8对预应力筋3施加的预张拉力为0.65～0.70*Nb*Ap,Nb为预应力筋(3)强度标准值，Ap为预应力筋3的横截面积，然后读取拉伸传感器7的预应力值Ny和拉压传感器6的读数Fy，根据上述的测试数据，进行弹性阶段次弯矩计算，框架柱2和框架梁1交叉节点的弯矩是框架梁1的次弯矩，框架梁1的次弯矩M次0＝Fy*H，其中H为框架柱2的高度，即H为仿制混凝土框架的框架柱2底部与框架梁1中心线之间的距离，框架梁1的主弯矩M主0＝Ny*e；
(Ⅳ)、对框架梁1进行塑性阶段的压力测试
对框架梁1进行持续加载，载荷Q是施加在框架梁1中央位置处或中央位置区域的力，当载荷达到Q时，框架柱2和框架梁1交叉节点处产生竖向变形、开裂或塑性变形，读取拉伸传感器7的读数N1，拉压传感器6的读数F1，在保持框架梁1荷载Q不变下，增加3％～5％的千斤顶8对预应力筋3预张拉力后，读取拉伸传感器7的读数N2，拉压传感器6的读数F2；得到预应力增量⊿N＝N2-N1，柱底剪力增量⊿F＝F2-F1；由于次弯矩完全由预应力而引起，次弯矩随着预应力的变化呈现线形变化，即M次p/(⊿M)＝N1/(⊿N)，⊿M＝⊿F*H，进而得到混凝土框架在上述步骤(Ⅲ)预应力时，塑性阶段的次弯矩M次p＝(N1*⊿F*H)/(⊿N)；
(Ⅴ)、得到实际混凝土框架梁塑性阶段的次弯矩M塑’
根据上述测量仿制混凝土框架在弹性阶段的次弯矩M次0和塑性阶段的次弯矩M次p，得到它们的比值k2＝M次0/M次p，实际混凝土框架梁弹性阶段的次弯矩M次0’由规范规定的公式进行计算(参见中华人民共和国行业标准《预应力混凝土结构设计规范》JGJ369-2016(主编单位：同济大学，中华人民共和国住房和城乡建设部发布)中“附录A常用线型布筋形式下预应力混凝土框架的约束次内力计算公式”中的相关规定进行计算)，实际混凝土框架在塑性阶段的次弯矩M塑’＝M次0’/k2。
以上所述实施例仅仅是对本发明优选实施方法进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通技术人员对本发明技术方案做出各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定保护范围内。

Claims (7)

1.一种预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，它包括以下步骤：
(Ⅰ)、混凝土框架的仿制
根据实际混凝土框架的结构与实际混凝土框架梁的材料，对实际混凝土框架进行仿制，实际混凝土框架与仿制混凝土框架的比例为k1,k1＝1:1～3:1,仿制混凝土框架由一根框架梁(1)和两根框架柱(2)组成，上述框架梁(1)的两端与框架柱(2)垂直相连，框架柱(2)相互对称，预应力筋(3)被埋伏在框架梁(1)内，并穿过框架梁(1)的两端，预应力筋(3)与框架梁(1)中心线的偏心距离为e；
(Ⅱ)、将仿制混凝土框架安装在试验位置
将两根框架柱(2)的底部装有滚动铰支座(4)，并且将两根框架柱(2)竖向放置在地面上，在两根框架柱(2)外侧的地面上分别对称地固定有一固定座(5)，在相近的固定座(5)和框架柱(2)底部之间分别装有一个拉压传感器(6)，在预应力筋(3)外侧两端分别装有一个拉伸传感器(7)，在其中一个拉伸传感器(7)外侧装有锚具(9)，在另一个拉伸传感器(7)外侧装有千斤顶(8)；
其特征在于：
(Ⅲ)、在弹性阶段中，对框架梁(1)进行预应力张拉测试
通过千斤顶(8)对预应力筋(3)进行张拉，千斤顶(8)对预应力筋(3)施加的预张拉力为(0.65～0.70)*Nb*Ap,Nb为预应力筋(3)强度标准值，Ap为预应力筋(3)的横截面积，然后读取拉伸传感器(7)的预应力值Ny和拉压传感器(6)的读数Fy，根据上述的测试数据，进行弹性阶段次弯矩计算，框架柱(2)和框架梁(1)交叉节点的弯矩是框架梁(1)的次弯矩，框架梁(1)的次弯矩M次0＝Fy*H，其中H为框架柱(2)的高度，框架梁(1)的主弯矩M主0＝Ny*e；
(Ⅳ)、对框架梁(1)进行塑性阶段的压力测试
对框架梁(1)进行持续加载，当载荷达到Q时，框架柱(2)和框架梁(1)交叉节点处产生竖向变形、开裂或塑性变形，读取拉伸传感器(7)的读数N1，拉压传感器(6)的读数F1，在保持框架梁(1)荷载Q不变下，增加3％～5％的千斤顶(8)对预应力筋(3)预张拉力后，读取拉伸传感器(7)的读数N2，拉压传感器(6)的读数F2；得到预应力增量⊿N＝N2-N1，柱底剪力增量⊿F＝F2-F1；由于次弯矩完全由预应力而引起，次弯矩随着预应力的变化呈现线形变化，即M次p/(⊿M)＝N1/(⊿N)，⊿M＝⊿F*H，进而得到混凝土框架在上述步骤(Ⅲ)预应力时，塑性阶段的次弯矩M次p＝(N1*⊿F*H)/(⊿N)；
(Ⅴ)、得到实际混凝土框架梁塑性阶段的次弯矩M塑’
根据上述测量仿制混凝土框架在弹性阶段的次弯矩M次0和塑性阶段的次弯矩M次p，得到它们的比值k2＝M次0/M次p，实际混凝土框架梁弹性阶段的次弯矩M次0’由规范规定的公式进行计算，实际混凝土框架在塑性阶段的次弯矩M塑’＝M次0’/k2。
2.如权利要求1所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述仿制混凝土框架梁(1)的横截面与实际混凝土框架梁的横截面的形状相似，仿制混凝土框架梁(1)的横截面面积与实际混凝土框架梁的横截面面积之比为1/k2；所述仿制混凝土框架柱(2)的横截面与实际混凝土框架柱的横截面的形状相似，仿制混凝土框架柱(2)的横截面面积与实际混凝土框架柱的横截面面积之比为1/k2；所述仿制混凝土预应力筋(3)的横截面与实际混凝土预应力筋的横截面的形状相似，仿制混凝土预应力筋(3)的横截面面积与实际混凝土预应力筋的横截面面积之比为1/k2。
3.如权利要求2所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述滚动铰支座(4)安装在两根框架柱(2)的底部中心位置处。
4.如权利要求3所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述载荷Q是施加在框架梁(1)中央位置处的力。
5.如权利要求3所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述载荷Q是施加在框架梁(1)中央位置区域的力。
6.如权利要求4或5所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述预应力筋(3)为钢绞线。
7.如权利要求6所述的预应力混凝土框架梁塑性阶段次弯矩的测量方法，其特征在于：所述H为仿制混凝土框架的框架柱(2)底部与框架梁(1)中心线之间的距离。
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