[发明专利]内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法，其中内置H型钢预应力混凝土梁包括混凝土及H型钢，H型钢包括上翼缘板、下翼缘板、腹板；上翼缘板上表面设有第一压电陶瓷片，下翼缘板下表面设有第二压电陶瓷片；上翼缘板上方的混凝土内设有第一压电智能骨料，下翼缘板下方的混凝土内设有第二压电智能骨料，压电陶瓷片和压电智能骨料均与数据传输线一端相连，数据传输线的另一端穿出混凝土；混凝土为工程纤维增强水泥基复合材料。本发明韧性好，抗压、抗拉强度高，抗剪承载能力高，耐腐蚀性和耐火性能强，抗震性能好，疲劳使用寿命长；梁滑移监测装置结构简单，成本低廉，使用方便快捷，可靠性和灵敏度高。

技术领域

本发明特别涉及一种内置H型钢预应力混凝土梁及制备方法和梁滑移监测装置及方法。

背景技术

型钢混凝土组合结构是在已配有一定横向箍筋及纵向架立钢筋的混凝土构件中配置型钢，以减小构件截面尺寸，增大构件刚度与承载力的一种组合结构形式。在混凝土梁体的内置H型钢上翼缘板、下翼缘之间合理布置并张拉预应力筋，产生预定量值的等效荷载，使得梁截面实际受到的净荷载效应明显减小的新型梁称为内置H型钢预应力混凝土梁。

内置H型钢预应力混凝土梁融合了型钢混凝土结构与预应力混凝土结构的优点：内置H型钢能保证型钢混凝土结构具有良好的延性和耗能能力；对型钢混凝土梁施加预应力后，可提高型钢混凝土梁的截面承载力、降低结构高度，使建筑净空要求更易满足，同时也可控制型钢混凝土梁的挠度和裂缝宽度。

因此，内置H型钢预应力混凝土梁能非常有效地适应现代建筑超高性能、集约化的发展趋势，满足现代结构对大跨度及抗震性能等的要求。另外，内置H型钢预应力混凝土组合梁中钢结构的刚度、强度及其结构形式可改善组合梁的施工条件、节约施工成本和加快施工进度，在地震区的高层建筑、大跨度桥梁工程、地下建筑和海洋工程等领域得到了广泛的应用。

内置H型钢预应力混凝土梁中，H型钢与混凝土之间存在以下三种粘结力:

(1)混凝土中水泥凝胶体与H型钢表面的化学胶着力或粘结力；

(2)H型钢与混凝土接触面上的摩阻力；

(3)H型钢表面粗糙不平的机械咬合作用。

上述3种粘结作用使得H型钢与混凝土连接面上能实现应力传递，从而在H型钢与混凝土中建立起结构承载所需的工作应力使H型钢与混凝土结为整体而共同工作。

与钢筋混凝土结构相比，内置H型钢预应力混凝土梁的显著区别之一是：H型钢与混凝土之间的粘结作用远远小于钢筋(尤其是变形钢筋)与混凝土之间的粘结作用。国内外的试验研究表明:H型钢与混凝土之间的粘结作用只相当于光圆钢筋与混凝土之间粘结作用的45％。对于设置足够数量剪切连接件的实腹式H型钢预应力混凝土梁，从开始加载直到梁破坏，其整体工作基本都能得到保证；对于未设置剪切连接件的H型钢预应力混凝土梁，在荷载约达到其极限荷载的80％以后，H型钢与混凝土之间会产生较大的相对滑移，二者变形不能协调一致，且在梁端处H型钢上翼缘板与混凝土之间的滑移程度最大，在跨中位置处，下翼缘板滑移表现较明显，最大滑移量位于弯剪区距离支座一小段距离位置，临近梁支座一段距离的滑移量变化比较均匀平缓，并且这段区域的滑移量占整梁跨滑移量的比重最大。

内置H型钢预应力混凝土梁的结构、H型钢与混凝土之间的粘结滑移是影响内置H型钢预应力混凝土梁的受力性能、破坏形态、承载能力、裂缝、变形以及耐久性的主要因素。

现有内置H型钢预应力混凝土梁结构中，梁体都是使用普通混凝土浇筑，而传统的普通混凝土具有材料脆性大，抗压、抗拉强度低、抗剪承载力低，开裂后裂缝宽度难以控制等缺陷，力学性能差。