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动荷载作用下预应力混凝土的研究综述

摘要:采用预应力混凝土是改善结构使用性能、节约钢材和能源、满足建筑空

间要求、提高综合经济效益的重要措施。本文主要是对预应力混凝土框架在动荷

载作用下的的性能的探讨,并进而展望预应力混凝土新的应用前景。

关键词:预应力混凝土；框架；动荷载；地震

引言

刚构桥是世界上最广泛使用的一种高速公路桥梁。这种结构跟其他结构相比

非常经济。一般来说，这种桥型，可减少主梁的高度和减少上部结构的材料。在

地震地区的调查，预应力混凝土框架桥梁对循环荷载的反应是非常重要的。不幸

的是，过去大部分对预应力混凝土桥梁研究工作专注于非弹性静态作用下。另一

方面，人们普遍知道，预应力混凝土表现出比钢筋混凝土更加的脆。为了在抗耐

结构中使用预应力混凝土并通过预应力使结构更加经济，最重要的是了解各种结

构构件所表现出韧性的方式。对在不同一个部分的应力状态，混凝土可能也需要

表现出大的延性和耗能性。所以研究预应力混凝土在动荷载作用下的性能非常重

要。

1预应力混凝土结构在动荷载作用下的案例

淮北市某车间有2层地下室，地下1层有有粘结和无粘结预应力混凝土现浇板

厚。肋宽1.2m，楼梁间距8m，混凝土强度等C40。使用过程中发现楼盖平面

位置中部附近有1条南北方向的直裂缝，因此全面检查大梁的裂缝情况。2根典型

的大梁裂缝有以下特征：①2根梁侧面共有裂缝28条,梁跨中附近裂缝数量较多，

一般有4～8条，裂缝大多数从楼板底部延伸至梁底以上70～100mm处，个别梁与

板的裂缝连通；③裂缝中间宽，两端细，基本与梁底垂直；④发现裂缝后连续

观测1周，裂缝数量增加.

2预应力混凝土动荷载作用下的试验

在地震地区的调查，预应力混凝土框架桥梁对循环荷载反应是非常重要并且

非常有意义。但是过去的试验都是在静态荷载作用下的模拟。为了在抗耐结构中

使用并且通过预应力使结构更加经济。有些实验研究已经报告过受反复荷载作用

下的钢筋混凝土结构所表现的性能。但预应力混凝土结构的数据测试很有限，尤

其是在反复循环荷载作用下的记录。由于地震的能量通过非弹性受弯构件耗散较

好，在严重的地震带中，动荷载的作用表现的更加强烈。

要应用反复加载预应力混凝土框架结构的实用抗震设计测试数据，有必要研

究各种循环载荷作用下影响。W.L.MOandR.H.Han从预应力混凝土框架结构

的八个小规模上加入一系列循环荷载进行试验。

W.L.MOandR.H.Han在混凝土框架结构上反复加载预应力抗震设计设计

的作用力，研究各种循环载荷作用下对预应力混凝土的影响。绘制出了在各种荷

载作用下的应力—应变曲线。研究得到主要曲线预应力混凝土框架结构（应力应

变关系）。在低周反复荷载下和单调荷载下试样的迟滞循环曲线相似。反复循环

的负载过程对预应力混凝土框架结构性能的影响很重要，因为实验迟滞回圈按规

定载荷流程相当密切。三种故障模式被确定，即在梁的弯曲破坏，在梁弯曲破坏

后柱的剪切破坏，柱中的剪切破坏。有效预应力降低时延性和耗能增加。当武田

规则用在迟滞循环，消耗的能量估计过高。实验结果表明武田的规则中没有考虑

收缩效应的意义重大。因此，武田规则还需要进行修改，考虑收缩效应，从而改

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进预应力混凝土框架结构动力响应分析的准确性。

3预应力混凝土动荷载作用下的设计

3.1预应力混凝土梁在各阶段的内力变化情况

设计人员应注意在使用荷载作用下预应力混凝土梁截面各阶段的应力变化

和梁裂缝开展的情况，下面以预应力简支梁的跨中截面为例加以简要说明。

第一阶段：加载至混凝土上边由拉变压，下边压应力减小到零，钢筋拉应力

略有增加，构件反拱减小，略有挠度。

第二阶段：加载至裂缝即将出现，混凝土上边压应力增加，构件挠度增加。

第三阶段：加载至破坏，截面下部裂缝开展，构件挠度剧增，预应力钢筋拉

应力增加到极限拉应力，非预应力钢筋拉应力增加到屈服应力点,混凝土上面压

应力增加到最大压应力。

第四阶段：在破坏前，卸去荷载，裂缝将闭合，混凝土重新受压。

由上述可知，预应力混凝土梁在各个阶段的内力变化情况与普通混凝土梁有

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