低配筋UHPC中空短柱轴心受压力学性能

为研究低配筋UHPC中空短柱在轴心受压下的极限承载能力及其影响因素，以UHPC材料特性研究为基础，设计并制作18根不同壁厚、不同箍筋间距的低配筋UHPC中空短柱，开展轴心受压破坏试验研究及理论研究。采用控制变量法对比分析宽厚比、箍筋间距对低配筋UHPC中空短柱的极限荷载、破坏形态、轴向和横向变形的影响。研究结果表明：所有UHPC中空短柱在达到极限承载能力的70%之前，力学性能接近线弹性变化，侧向变形较小，在0.5 mm之内；随着变形的增大，试件出现微小裂缝并伴有钢纤维拔出声，细而密的裂缝显著增多，达到极限荷载时，试件均发出爆裂声；当设计宽厚比分别为5.67和3时，无箍筋UHPC空心短柱的极限承载力为理论计算值的70.88%和87.65%；随着箍筋间距加密，极限承载力有所提高，但加密至一定程度后，承载力不再增长，接近材料强度极限值；采用UHPC塑性损伤本构模型对构件进行数值模拟，分析结果与理论计算和试验结果符合较好，按照直接强度计算法得到的中空短柱极限荷载接近试验值，可供UHPC柱设计提供参考。     

预应力CFRP筋混凝土板试验研究

设计了一种以CFRP筋用作预应力筋的新型板结构,对预应力CFRP筋混凝土板实现过程中的关键性问题—CFRP筋锚固系统进行了试验研究,并对预应力CFRP筋混凝土板进行室内抗弯性能试验,系统地分析了预应力CFRP筋混凝土板的开裂荷载、极限荷载、CFRP筋应力状态和破坏形态等,结果表明:受拉区配有普通钢筋的无粘结预应力CFRP筋混凝土板的抗弯受力过程大致可分成3个阶段:加载初期的弹性受力阶段,裂缝出现至拉区普通钢筋屈服的弹塑性阶段,CFRP筋主要承拉的变形快速发展破坏阶段;无粘结预应力CFRP筋混凝土板的破坏形式为CFRP筋的低模量导致的变形快速发展,裂缝延伸,有效受压混凝土面积减小导致的混凝土压碎失效;裂缝形态多为等间距的平行裂缝,裂缝初期发展较慢,在普通钢筋屈服后迅速开展。     

基于受压区分区破坏机制的有腹筋RC梁受剪承载力公式

由于钢筋混凝土(RC)梁传力机理的复杂性和剪切破坏模式的多样性,现有受剪承载力公式的计算精度随受剪参数的变化呈现出明显的波动性,限制了其适用范围。以混凝土受压区的分区破坏机制为基础,从防止纵向钢筋提前屈服的角度建议受压区高度的修正公式,由此得到同时兼容低强和高强混凝土梁的混凝土剪切贡献表达式。通过斜裂缝倾角的转动规律分析混凝土与箍筋协同工作机制发挥的不同阶段,并据此建议箍筋项的剪切贡献计算原则。建立基于受压区分区的有腹筋RC梁受剪承载力公式。该公式以分项的形式直接体现剪压区、斜拉区和箍筋三部分的剪切贡献,能够反映混凝土强度、配箍率、纵筋率、剪跨比以及尺寸效应等主要受剪参数的影响规律。最后,基于剪切试验数据库对所提公式和当前主流公式进行验证,并对各公式的预测精度和参数敏感性进行对比评价。研究结果表明:所提出的受压区分区破坏机制能够较好地反映剪切破坏模式随剪跨比变化的演变规律;建议的受剪承载力公式具有较高的精确性和稳定性,对受剪参数的大范围变化不敏感,且对高强、大尺寸试件具有更好的适用性。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

外贴FRP加固预应力混凝土梁正常使用极限状态研究

对外贴FRP加固预应力混凝土桥梁正常使用极限状态的抗裂和变形性能进行初步研究。在线弹性混凝土本构模型假定的基础上,推导考虑纤维预张应力影响的性能指标计算公式,并分析纤维预张应力对正常使用极限状态性能指标的加固意义。在此基础上,分析线弹性混凝土本构假定的模型误差及性能指标对非线性混凝土本构模型的参数敏感性,进而提出相应的修正计算方法。     

双折线先张预应力高强混凝土Ⅰ型梁抗弯性能足尺模型试验

作为桥梁快速建造中一种高效的装配式新结构，预应力混凝土Ⅰ型梁采用双折线先张法施工的密束预应力体系，具有预应力损失小、预压应力分布均匀、施工安全性好等特点。为检验该新型结构的抗弯性能，建立其正常使用极限状态及承载能力极限状态的抗弯能力设计及评价方法，开展了结构足尺模型的抗弯承载性能全过程加载试验，观察了结构在全截面工作阶段、开裂阶段和破坏阶段的结构形态、变形与受力特征及破坏模式。试验结果表明：在正常使用阶段，梁体工作性能良好，结构达到开裂荷载前，内力增量与荷载呈线性关系，应变分布满足平截面假定，受压区混凝土压应变、主梁挠度、主筋应变及预应力钢绞线内力增量均呈线性变化；继续加载时，结构内力及变形呈现明显的非线性特征，裂缝逐渐增多，应变增长速率加大，模型梁上翼缘应变横向分布差异性增大，呈现一定的剪力滞效应；随着裂缝深度发展，混凝土逐渐退出工作，预应力束不再与混凝土共同受力，直至梁体发生断裂；试验梁的计算破坏荷载与测试值的比例系数为1.08,静力延性系数为2.27,表明双折线先张预应力高强混凝土Ⅰ型梁的抗裂、抗弯承载能力计算模式具有较好的适用性和优异的抗弯静力延性。     

有黏结预应力CFRP筋混凝土梁试验及非线性分析

通过6根梁试件的单调加载静力试验,对有黏结预应力CFRP筋混凝土梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力、位移延性以及变形特性等进行了较系统的研究,并利用ANSYS软件对试验梁进行了非线性有限元分析。研究结果表明:有黏结预应力CFRP筋混凝土梁受力性能良好,具有较大的位移延性和变形能力;按配筋率的不同,梁试件的破坏模式分为受拉破坏和受压破坏2种;随着配筋率的增大和张拉控制应力的提高,有黏结预应力CFRP筋混凝土梁的位移延性有所降低;和非预应力配筋为钢筋的梁试件相比,非预应力配筋为玻璃纤维塑料(GFRP)筋的梁试件的位移延性和变形能力稍低;典型试件的有限元计算值和试验值吻合良好。     

梅溪河大桥索塔锚固区三节段有限元分析

对在环向预应力单独作用、承载能力索力单独作用、承载能力极限状态和正常使用极限状态下的梅溪河大桥索塔锚固区上部三节段的有限元模型进行了计算与分析。结果表明,实桥模型齿块、预应力筋孔道及角隅等位置存在应力集中;实桥模型在环向预应力单独作用下与索力单独作用下位移方向相反;模型正常使用极限状态均为全截面偏心受压;齿块作为锚固和传力构件,对缓和斜拉索锚固的应力集中程度作用明显。这些结论对于斜拉桥索塔锚固区的设计和施工具有一定的指导意义。     

环向预应力钢绞线加固RC拱肋力学性能试验

通过RC方柱偏压试验和RC拱肋面内受力全过程试验，对环向预应力钢绞线（LPSW）加固拱桥方法进行研究。对相对偏心距分别为0，0.25，0.5的3类RC方柱进行偏心受压试验，偏心试验表明：RC方柱加固后，预应力钢绞线先于箍筋约束混凝土，有效抑制了混凝土裂缝的纵向开展，预应力钢绞线及箍筋之间具有良好的变形协调性；LPSW加固柱承载力提高了3%～34%，LPSW加固技术适合于小偏心受压结构，偏心距越小，增强效果越明显。在偏压试验基础上，拓展了LPSW加固RC拱肋的模型试验，对LPSW加固模型拱荷载-挠度曲线、截面应变和结构破坏模式等方面进行分析。拱肋试验表明：LPSW拱肋受力过程和破坏模式与RC拱肋相似，分为弹性阶段、裂缝开展阶段和钢筋屈服阶段，最终因出现5个塑性铰形成机构而呈塑性破坏。由于环向预应力钢绞线约束，使RC拱肋提前处于3向受压应力状态，横向膨胀受到约束，避免拱肋出现拉应力，加固拱肋的初裂荷载、钢筋屈服荷载和极限荷载为未加固拱的2倍、1.6倍和1.47倍。基于偏压柱及拱肋试验结果，利用弹塑性失稳理论的等效梁柱法，建立LPSW加固拱肋极限承载力的计算公式，计算值与试验值吻合较好，且偏于安全，可用于评估实际加固拱桥的承载能力。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析。分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系。分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等。计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析.分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系.分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等.计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的.     

考虑结构损伤的CFST拱桥极限承载力分析

为研究大跨度钢管混凝土拱桥在结构受到损伤情况下的极限承载力,以某特大桥为例,假定该桥在营运阶段主拱圈拱脚根部截面受到损伤,借助通用有限元程序ANSYS建立相应的空间有限元模型,研究过程中引入考虑套箍效应的钢管内混凝土本构关系,对该类桥型的拱脚关键部位损伤前后,在3种不同工况下极限承载力进行了对比分析,得出了相应的极限荷载系数、破坏模式以及荷载-位移曲线之间的关系。结果表明：在该类结构极限承载力分析过程中,非线性效应十分明显;关键部位的轻微损伤对该类结构的极限承载力有较为明显的影响,但不影响结构破坏的模式;在结构的极限承载力分析中,必须考虑几何与材料的双重非线性特性的影响。     

大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区局部应力分析

以某大跨钢混叠合梁斜拉桥索梁锚固区为研究对象,借助大型有限元程序ANSYS建立索梁锚固区有限元计算模型,采用弹塑性理论对索梁锚固区进行分析,通过逐级加载得到索梁锚固区在不同索力阶段的应力状态,并提出索梁锚固区极限承载力的简化算法,可直接指导设计。计算表明:锚拉板与索导管相连的倒圆弧区域应力集中明显,索梁锚固区极限承载力满足受力要求。正常使用状态下,锚拉板区域的混凝土桥面板上缘易出现拉应力,若开裂易进水将影响锚拉板的耐久性,有必要加强该部位的构造设计。     

GFRP筋混凝土柱抗震性能试验

为了掌握GFRP筋混凝土柱的抗震性能,通过5根全GFRP筋混凝土柱和1根混合配筋混凝土柱的低周反复加载试验,研究了体积配箍率、轴压比对GFRP筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了混凝土柱抗震破坏形态和过程、滞回特性、变形与耗能能力、强度退化和刚度退化等特征。分别采用延性系数和综合性能指标2种延性评价方法评价其抗震性能,并进行对比。将抗弯承载力试验值与加拿大CAN/CSA-S806-12、美国ACI 440.1R-15和中国GB 50608—2010规范计算值进行了对比。在已有研究成果基础上,结合试验得出的骨架曲线进行分析,提出了全FRP筋混凝土柱理论骨架曲线的计算方法。研究结果表明:全GFRP筋混凝土柱最终因混凝土压碎和GFRP纵筋断裂而破坏,混合配筋混凝土柱因混凝土压碎和钢筋纵筋屈服而破坏,所有试件均未发生GFRP箍筋破坏且GFRP箍筋能够在试验过程中一直对混凝土提供有效约束;全GFRP筋混凝土柱的滞回曲线捏缩效应更加明显,且耗能能力稍低于混合配筋混凝土柱;采用传统的延性系数方法评价GFRP筋混凝土柱的抗震性能存在一定的局限性,而综合性能指标可全面反映GFRP筋混凝土柱较高的承载力和变形性能,且综合性能指标随体积配箍率增大、轴压比减小而逐渐增大;3种规范的抗弯承载力计算值均小于试验值,美国ACI 440.1R-15规范计算值安全储备最高。所建立的理论骨架曲线与试验骨架曲线总体上较为吻合。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁受弯性能非线性分析

为研究钢纤维对体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁受弯性能的影响大小,探讨能否凭借RPC中钢纤维的掺入代替普通钢筋的作用,以预应力度为试验参数,进行两根体外配置CFRP预应力筋RPC梁受弯加载试验,明确梁的受力破坏过程特征。试验结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁发生少筋特征的脆性断裂破坏;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较全预应力梁分别提高88.7%和18.1%,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏。钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置。基于试验结果编制非线性分析程序,并据此对部分预应力梁进行了数值参数分析,结果表明:相比体外CFRP预应力普通混凝土梁,采用RPC更能发挥CFRP筋的高强特性;有效预应力及预应力度的改变对体外CFRP预应力RPC梁极限变形的影响显著高于对其承载能力的影响。     

配筋混凝土箱梁非线性受力性能的比拟杆分析

为得到配筋混凝土箱梁非线性状态受力性能的简化分析方法,将用于配筋箱梁线弹性阶段受力性能分析的比拟杆法进行改进,应用于非线性阶段受力分析.采用截面换算原理考虑配筋影响的同时,分别引入钢筋和混凝土的非线性本构模型,通过增量法进行非线性状态受力性能的计算,建立考虑纵向受力筋影响的配筋混凝土箱梁非线性状态受力性能分析的比拟杆法.并通过有限元和实测结果验证该方法的有效性.     

玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的研究

通过GFRP筋混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的破坏试验,对GFRP筋混凝土梁跨中荷载挠度等受力变形规律进行了试验研究.讨论了GFRP筋混凝土梁有限元建模计算的方法,参照普通钢筋混凝土梁的有限元模型,采用线弹性本构关系模型,对不同配筋率的GFRP筋混凝土抗弯性能进行了计算研究.结果表明,GFRP筋混凝土梁的跨中荷载挠度曲线在...     

FRP筋与混凝土粘结性能试验研究

进行了FRP筋与混凝土粘结性能的拉拔试验,试件的破坏形式为FRP筋滑移拔出及FRP筋断裂。试验结果表明,随着FRP筋表面加肋,锚固长度减少,混凝土强度提高,FRP筋与混凝土的平均粘结强度都有了提高。同时,对带肋FRP筋与光圆FRP筋的粘结滑移本构模型进行了分析。     

混凝上倒T形盖梁疲劳过程模拟

引入一类双标量弹性疲劳损伤本构模型,对桥梁工程中常见的倒T形盖梁进行疲劳全过程分析。该模型采用受拉损伤内变量和受压损伤内变量来描述微观受拉和受压损伤机制对混凝土宏观力学性能劣化的影响,并根据有效应力空间的热力学原理确立了疲劳损伤的演化法则。通过将疲劳损伤本构模型与非线性有限元分析方法相结合,可以精细预测混凝土倒T形盖梁在疲劳荷载作用下的非线性行为,尤其是疲劳加载过程中裂缝的产生和扩展过程,为实际工程的疲劳分析和设计提供了依据。