GFRP—钢混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能研究

为了研究GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能,以混凝土碳化深度到达钢筋表面为标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析6组不同配筋布置的GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性。推导GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板适筋破坏的正截面受弯承载力计算公式,利用推导的受弯承载力计算公式对7组具有相同整体配筋率、不同GFRP筋与钢筋面积比的混合配筋板的抗弯承载力进行计算。研究结果表明:GFRP筋与钢筋合理混合布置,可较大程度地提高混凝土结构的耐久性和抗弯承载力。将钢筋布置于远离迎风面、角区的中间位置时,构件耐久寿命比传统的截面单一钢筋配筋方式延长1.19倍,耐久性达到最佳效果;随GFRP筋与钢筋面积比的增加,构件抗弯承载力提高的百分比最大可达到52.7%,且抗弯承载力随面积比的增加而增大。     

长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能,分别研究水分、温度以及酸碱环境等多种因素长期作用下,GFRP筋与钢筋抗拉强度、有效受拉面积以及同混凝土黏结性能方面的变化。基于构件腐蚀后老化GFRP筋、锈蚀钢筋同混凝土协同工作关系发生的变化,通过构造新的几何条件,推导腐蚀GFRP-钢混合配筋混凝土构件正截面抗弯承载力的计算公式,利用推导的公式分析不同GFRP筋老化率及钢筋锈蚀率对构件抗弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP-钢混合配筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋与钢筋在抗拉强度、有效受拉面积以及黏结性能方面都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率、钢筋锈蚀率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当GFRP筋老化率达到27%时,钢筋锈蚀率达到35%,构件抗弯承载力也相应损失21.46%。     

GFRP筋与混凝土黏结性能拉拔试验研究

基于135个GFRP筋和20个钢筋拉拔试件的黏结试验,对GFRP筋与混凝土黏结性能进行全面研究.结果表明:试件破坏形态与锚固长度、混凝土保护层厚度及钢套管黏结强度具有密切关系,在同等条件下,钢筋与纤维筋黏结力比例系数为1.2～1.5,建议纤维筋最小锚固长度取为20倍纤维筋直径,这对于纤维筋发生断裂破坏而非拔出破坏,具有可靠的保证率.最后,确定纤维筋与混凝土的黏结刚度后取值范围为0.604 7～1.915 7 MPa/mm,为相关纤维筋数值模拟试验提供最基本的分析参数.     

GFRP筋混凝土T型梁正截面抗弯承载力研究

为研究GFRP筋T型截面梁的承载力和设计方法,以现有GFRP筋矩形截面梁、钢筋混凝土T型截面梁的理论为参照,推导GFRP筋混凝土T型截面梁承载力的计算公式。与钢筋混凝土梁的计算方法不同,GFRP筋混凝土梁是以平衡配筋率作为判断破坏模式及进行后续计算的关键。应用该公式,通过若干组计算,对3种不同截面情况下,GFRP筋混凝土T型梁与钢筋混凝土T型梁的承载力,进行交叉对比。上述计算公式表明,由于GFRP筋弹性模量较低,因此平衡配筋率较小,用于钢筋混凝土梁的截面,通常并不符合GFRP筋处于平衡破坏配筋范围的要求,以致无法满足承载力。这一点与计算结果是一致的,从侧面验证了该公式的正确性。     

部分预应力混凝土结构开裂后的钢筋应力增量计算

混合配筋的部分预应力混凝土结构，由于两种钢筋与混凝土粘结性能存在差异，故其开裂后两种钢筋应力增量会有不同的分配关系，文章介绍结构开裂后钢筋应力增量的计算方法，算例证明计算值与试验值吻合较好。     

钢筋混凝土板应力计算的迭代方法

研究目的:异形板或受力复杂的混凝土板的配筋问题一直困扰着工程设计人员,而配筋不合理又是产生裂缝影响结构正常工作的一个主要原因.在采用允许应力法进行钢筋混凝土板设计时,配筋问题实际上可归结为给定外力条件下的应力计算问题,为解决这个问题提出了一种通用算法.研究结论:该算法的要点是在2个主弯矩方向上分别建立平衡方程,并采用迭代法求解非线性方程组,计算钢筋和混凝土应力.大量计算实例证明了该算法的迭代过程收敛快,结果准确,并能很好的模拟板在受力中的一些特殊行为.该计算方法在实际设计中,可计算出各荷载工况作用下所需主筋和辅筋的理论面积,进而得到钢筋面积包络图用于实际配筋.     

铝合金筋混凝土在地铁工程中的应用探索

对于含有腐蚀性介质的地下环境中的地铁工程,钢筋混凝土结构容易因钢筋锈蚀而造成耐久性和安全性降低。从防止受力钢筋锈蚀的角度出发,探索将铝合金筋应用于地铁工程混凝土结构的可行性;基于现行《混凝土结构设计规范》及铝合金材料的力学性能特点,推导铝合金筋混凝土梁正截面受弯承载力计算表达式,并通过现有9根铝合金筋混凝土梁受弯试验数据对表达式进行验证;基于现有研究成果对铝合金筋混凝土梁裂缝宽度的计算进行探索;从耐腐蚀性和经济性角度,对比普通钢筋混凝土梁及铝合金筋混凝土梁的使用寿命和工程造价,给出铝合金筋和普通钢筋混合使用的研究思路,为铝合金筋混凝土在地铁工程设计中的研究及应用提供了一定的方向和参考。     

基于纤维梁单元的盾构隧道钢筋砼管片配筋优化研究

盾构隧道钢筋混凝土管片配筋计算中一般采用统一的结构等效刚度进行内力计算,忽略了钢筋分布对结构刚度的影响,配筋结果多偏于保守。本文对隧道管片配筋优化技术展开研究,利用有限元方法建立了可描述钢筋与混凝土共同作用的结构力学模型(即纤维梁单元),通过对截面刚度进行积分,获得衬砌结构精确的弯曲刚度值。此外,在基于同济曙光三维数值平台而开发的盾构隧道管片结构计算与配筋软件中嵌入纤维梁单元模型,在管片配筋校核计算时对不同项目进行验算,进而对钢筋分布进行调整,使管片中混凝土与钢筋材料受力协调一致,实现对配筋方案的优化。研究所得的优化方案在符合受力机理以及满足设计要求的同时,很大程度节省了盾构隧道的钢筋用量。     

基于纤维梁单元的盾构隧道管片配筋优化技术

研究目的:盾构隧道钢筋混凝土管片配筋计算中一般采用统一的结构等效刚度进行内力计算,由于忽略钢筋分布对结构刚度的影响,配筋结果多偏于保守。本文对隧道管片配筋优化技术展开研究,以期在确保隧道结构安全的情况下减少钢筋用量,达到节约成本的目的。研究结论:(1)利用有限元方法建立了可描述钢筋与混凝土共同作用的结构力学模型(即纤维梁单元),通过将管片截面划分成微小单元,对截面刚度进行积分,获得了衬砌结构精确的弯曲刚度值;(2)在基于同济曙光三维数值平台而开发的盾构隧道管片结构计算与配筋软件中嵌入纤维梁单元模型,从而在管片配筋校核计算时对不同项目进行验算,进而对钢筋分布进行调整,使管片中混凝土与钢筋材料受力协调一致,实现对配筋方案的优化;(3)选用某地铁盾构隧道作为算例,考虑管片在施工期和运营期不同的受力特征,在初步配筋基础上比选优化得到最优配筋方案,所得优化方案在符合受力机理以及满足设计要求的同时,很大程度上节省了钢筋用量;(4)本研究成果可为盾构隧道管片配筋设计的优化提供参考。     

混凝土柱纵向配筋极限

由美国混凝土协会颁发的现行建筑规范有这样的条文：限制钢筋混凝土柱的纵向配筋量，这与筋量的下限及上限均不是从理论上推导的结果，理论上限可以根据柱内钢筋密排布置的限制来计算确定；也可根据混凝土的抗理解极限来确定，理论下限可以通过混凝土有效受拉区的钢筋换算面积来推导，以控制混凝土的开裂，也可以根据使用荷载作用下混凝土的收缩和徐变与钢筋控制应力的关系来推导。     

冻融循环作用下GF RP筋黏结性能试验研究

基于12个拉拔试件的黏结试验,研究冻融循环作用对GFRP筋与混凝土之间黏结性能的影响。拉拔试验主要包括1组未冻融的GFRP筋对比试验和3组冻融循环次数分别为50次,100次和150次的GFRP筋。试验结果表明：黏结应力随着冻融循环次数的增加而降低,但影响作用较小,故GFRP筋在冻融循环作用下与混凝土黏结性能良好。     

基于碳化环境下地铁车站混凝土性能评估与寿命预测

通过对现场同条件养护试块力学性能、碳化性能和抗氯离子渗透性能的测试,评价车站混凝土结构在碳化环境下的耐久性能,并对车站顶板、底板和侧墙混凝土结构进行了使用寿命预测.结果表明:现场同条件养护试块的抗压强度和抗渗透性能满足设计要求,电通量值处于较低水平;不同配合比的混凝土抗碳化性能有一定差别,随着龄期的增长混凝土的碳化速度系数呈逐渐降低的趋势;碳化环境下地铁工程车站混凝土能满足100年的设计使用寿命.     

高原地热隧道混凝土衬砌施工技术研究

新建拉萨—日喀则铁路的隧道工程存在高温围岩和高温裂隙水的异常地热现象.异常地热现象致使隧道混凝土衬砌的工作性能、物理力学和耐久性能劣化,影响隧道结构安全和使用寿命.分析混凝土原料及主要性能,以及高温环境中混凝土物理力学和耐久性能发展趋势和劣化机理.针对高原地热隧道混凝土衬砌施工技术进行系列试验研究,测试高温环境下隧道初期支护喷射混凝土和二次衬砌高性能混凝土的性能指标,提出混凝土掺加高温稳定剂是解决高原地热隧道混凝土衬砌施工技术有效措施等结论.     

含GFRP筋地下连续墙钢筋笼加工、吊装施工技术

GFRP筋(玻璃纤维筋)具有质量轻、抗拉强度高、静剪切力很高但动剪切力较低的特点,其越来越多地被用在城市地铁围护结构盾构机穿越位置以替代普通钢筋,在盾构机穿越时可以直接切削围护墙掘进,从而避免了事前切断钢筋与凿除洞门的工作,减少施工风险。但由于GFRP筋的材质和普通钢筋的材质完全不同,因此复合材质钢筋笼的加工、吊装技术尤为重要。     

基于等寿命设计理念的CRTSⅢ型板式无砟轨道配筋优化

针对非预应力轨道板在CRTSⅢ型板式无砟轨道上的适应性开展研究,将组成复合道床板的普通钢筋混凝土轨道板与自密实混凝土层考虑为等寿命的结构层,基于极限状态法对复合道床板进行配筋设计。考虑列车荷载、温度荷载和基础变形的共同作用,确定自密实混凝土层配筋,轨道板配筋时还需考虑其在制造、运输和施工时的受力状态。计算结果表明:自密实混凝土层纵向钢筋由耐久性要求确定,横向钢筋按照最小配筋率进行配筋即可满足要求;理论计算得到的轨道板下层纵、横向钢筋还需根据构造要求进行相应调整;与现有普通钢筋混凝土轨道板对比,优化后的轨道板配筋节约18.4%,复合道床板整体配筋节约4.4%。研究结果可为普通钢筋混凝土CRTSⅢ型板式无砟轨道技术在温暖地区推广使用提供理论支撑。     

复合锚固技术在混凝土轨枕中的应用

采用分离式有限元模型,分别对复合锚固混凝土轨枕和普通混凝土轨枕中的纵向主筋与混凝土之间的相对粘结滑移进行了分析,揭示出这两种轨枕的钢筋滑移规律以及纵向主筋应力沿轨枕长度分布的不同,通过对比分析得出复合锚固结构在抑制钢筋滑移,缩短预应力筋锚固长度方面有显著作用,增强了轨枕的抗疲劳性能.     

基于无砟轨道板纤维金属复合筋与混凝土黏结锚固性能试验研究

在无砟轨道板内配置纤维金属复合筋不但具有可靠的承载力,而且可以有效解决钢筋网片绝缘问题;为对比分析纤维金属复合筋和HRB500钢筋与混凝土的黏结性能,选用直径均为8 mm的玄武岩纤维金属复合筋、玻璃纤维金属复合筋和HRB500钢筋,分别埋入混凝土立方体试块中进行拉拔试验,对比研究混凝土与纤维金属复合筋的黏结性能。试验结果表明:与HRB500钢筋相比,两种纤维金属复合筋均具有相似黏结滑移特征曲线;两种纤维金属复合筋锚固拉伸极限荷载和最大黏结力均比HRB500筋较大,其与混凝土黏结性能要优于HRB500筋;建议在纤维金属复合筋黏结强度和锚固长度计算公式中黏结应力系数K取25.0(偏保守)。     

两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析

以我国目前普通铁路既有线上32 m跨度全预应力混凝土简支T梁为工程背景,通过12片1/6预应力混凝土模型梁非腐蚀环境和腐蚀环境下疲劳试验,对预应力混凝土梁疲劳破坏形态进行研究,对其破坏机理进行分析,结果表明非腐蚀环境下,恒、活载跨中弯矩在0.45Mu时为配筋合适的预应力混凝土梁疲劳破坏时的临界荷载点(Mu为跨中静载极限弯矩,临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过该临界点后,需要适时加固;腐蚀环境下,梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),疲劳损伤程度随锈蚀率增大而增大,锈蚀率越大疲劳寿命越短;锈蚀率7%为腐蚀疲劳破坏的临界点(临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过腐蚀临界点以后,需要对预应力混凝土梁进行加固。两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析结果表明,预应力混凝土梁中非预应力筋虽然对静载承载力贡献不大,但是对疲劳抗裂作用明显,设计中应保证非预应力钢筋配置充足,包括充足的细密的箍筋、侧面纵向补充钢筋和梁底纵向抗裂钢筋、锚下螺旋钢筋等非预应力筋,以便分散裂缝宽度,提高疲劳破坏时的延性。     

圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能,对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验,探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明:(1)对于CFT柱,柱破坏时核心高强混凝土表现出明显的脆性,柱的极限受压承载力提高,变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载力,柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分,加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明显的促进作用,加强肋可提高约束效果,柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大,对核心混凝土的约束效果越好。     

钢-混凝土组合梁耐久性初步研究

针对钢-混凝土组合结构,对其耐久性影响因素综合考虑,包括环境、材料、构件和结构四个层次;总结了部分钢-混凝土组合结构耐久性的研究成果,包括环境作用、混凝土碳化、氯离子在混凝土中的扩散、酸雨对钢-混凝土组合结构的腐蚀、钢筋锈蚀、钢梁和混凝土板二者连接界面的侵蚀、构件性能退化规律和结构耐久性的评估;并阐述了提高钢-混凝土组合结构耐久性的方法。