全面考虑次内力的预应力型钢混凝土结构设计理论研究

预应力型钢混凝土结构作为一种新的现代预应力结构，能够适应现代建筑向大跨度大悬挑、超高层及高耸建筑发展的趋势。对型钢混凝土结构施加预应力，可以扩大材料的弹性范围，更加充分利用高强材料，提高结构极限承载力，增强型钢混凝土梁的刚度。本课题以有侧向约束影响的预应力型钢混凝土结构体系为研究对象，研究考虑复杂约束以及型钢和混凝土粘结滑移影响下的预应力型钢混凝土结构受力特征，用约束系数的观点来建立结构体系约束对梁柱的简化次内力计算方法，建立基于全面考虑次内力的预应力型钢混凝土结构的设计理论，为工程实践提供理论指导。充实课题组主编的国家行业标准《预应力混凝土结构设计规范》。

预应力型钢混凝土（PSRC）结构是在型钢混凝土结构中布置并张拉预应力筋的一种新型组合结构，兼具钢结构、混凝土结构和预应力结构的多重优点，适合用于大跨、重载结构。由于对其认识仍存在不足，许多方面还需研究。本课题主要完成了以下研究内容：（1）完成了两榀大尺寸（跨长8.2m，高1.855m）PSRC框架的竖向单调加载试验，结果表明：框架梁发生延性破坏，屈服前，平均应变的平截面假定符合较好。型钢受拉翼缘屈服后，平截面假定不再成立。最后框架梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布。位移延性比大于3，弯矩调幅值为30%左右。提出了考虑次弯矩、次轴力的PSRC梁的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式，并对试件做了有限元模拟和参数分析，计算结果与实验数据较吻合。同时给出考虑框架作用的预应力型钢混凝土框架梁的构造和施工建议。还对无粘结PSRC梁做了相应数值模拟和分析。（2）对 1 榀仅柱中内置型钢和 1 榀梁柱均内置型钢的大尺寸PSRC框架进行了竖向低周反复荷载试验。结果表明，梁内有型钢的试件性能更好。PSRC框架梁的向下位移延性系数达 4.77。提出了恢复力模型。与预应力混凝土（PC）相比，PSRC除恢复性较差之外，其余性能均优于PC。试件的考虑粘结滑移的有限元模拟与试验结果吻合较好。进而，用经试验标定的有限元模型进行了PSRC框架在水平、竖向地震动下的动力时程参数分析，评价了其抗倒塌能力。（3）进行了考虑次内力影响的PC框架实际施工过程研究。（4）进行了实际PC工程的收缩徐变效应测试分析，并做了PSRC收缩徐变效应的理论分析，导出了由收缩徐变引起的预应力损失及截面应力重分布的计算公式。（5）进行了4批考虑法向压力的型钢与混凝土间粘结滑移性能试验，包括有无栓钉、单调与反复加载等不同情况，发现了动力粘滑现象，提出了相应的各种情况下的粘结滑移本构模型。（6）提出了非线性阶段次弯矩的新概念，进行了10根梁的试验，做了180个试件的数值模拟试验，研究了PC连续梁次弯矩演化及弯矩调幅，提出了无粘结PC连续梁的弯矩调幅公式。本课题所提计算理论反映了现代预应力设计理论的新思想，使相关设计更合理，具有应用前景，可为相关设计规范的编制提供依据。