钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土(RC)梁采用钢板加固后的承载性能,设计制作5片试验梁,采用电化学腐蚀方法对其进行腐蚀。其中3片梁采用梁底粘贴钢板的方法进行抗弯加固,1片梁采用粘贴钢板和U形箍的方法进行抗弯抗剪组合加固,通过抗弯试验研究加固梁的承载力、破坏模式、荷载～跨中挠度曲线,采用Abaqus软件对试验梁进行有限元分析。结果表明:2种加固方式均能显著提高锈蚀RC梁的承载力和刚度,组合加固时效果更好;抗弯加固试验梁的破坏模式为斜拉脆性破坏,抗弯抗剪组合加固试验梁的破坏模式为支座处混凝土压碎破坏。     

钢板加固锈蚀RC梁刚度及其挠度计算方法研究

针对现有规范中对于钢筋混凝土结构刚度计算公式没有考虑锈蚀这一因素,该文改进了规范公式,提出了钢板加固锈蚀梁刚度计算的方法,进而推导出挠度计算公式。制作了9片钢板加固锈蚀梁,通过静载试验结果,验证了计算方法的正确性,同时通过分析不同锈蚀率、不同钢板厚度对于挠度值的影响,进而探究两因素对于刚度的影响。试验和理论分析结果表明:锈蚀率对于刚度的降低是有限的,当钢板厚度达到6 mm,锈蚀率达到30%后,挠度变化将减小,同时,锈蚀率的大小对于刚度的影响比钢板厚度大。     

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能，设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000 kN梁柱加载系统，应变采集使用静态应变分析系统，挠度采用机电百分表测量。试验过程中，观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定，推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式，并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明：与未加固的对比梁相比，锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%，极限抗弯承载力提高约1倍；钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响，加固范围越大刚度提升越显著；加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力，避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式；对比螺杆间距15 cm与30 cm试验梁的结果发现，只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小，但对裂缝开展有一定的影响，螺杆间距越密其裂缝开展明显变小；随着加固钢板面积增大，抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁，推导了极限抗弯承载力计算公式，利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度研究

钢筋与混凝土之间的粘结力退化是引起锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度退化的主要因素。研究发现光圆钢筋与混凝土的粘结机理和螺纹钢筋与混凝土的粘结机理有本质区别。在给出不同锈层厚度以及荷载等级下钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果的基础上,分析了37根钢筋混凝土矩形梁的抗弯刚度受锈层厚度影响的差异。详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁的制备过程、电化学加速锈蚀试验的设计依据、以及锈蚀梁静载试验方案。在对锈蚀钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)计算结果的对比分析基础上,给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁随锈层厚度变化的刚度退化系数计算建议公式,进而提出了公路混凝土桥梁中锈蚀受弯构件抗弯刚度计算的建议方法,可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据。     

自密实砼增大截面加固钢筋砼T梁试验研究

考虑加固厚度与持荷工况两种因素,设计8片钢筋砼简支T梁,对其挠度及承载力进行分析,并建立加固前后抗弯承载力计算模型,探究自密实砼增大截面加固后的性能。结果表明,持荷大小对跨中截面变形的影响较小,加固厚度100mm的不持荷试验梁的刚度比加固厚度60mm的大,而持荷加固后,加固厚度越大,试验梁刚度越小;自密实砼增大截面加固后的承载力约为加固前承载力的2倍,加固厚度对承载力的影响较小;抗弯承载力计算公式的计算结果与试验值吻合较好。     

持续荷载与氯离子共同作用下RC梁抗弯试验研究

开展了超载和氯离子侵蚀共同作用下RC梁的抗弯破坏试验,研究了荷载等级对RC梁钢筋锈蚀率、挠度以及剩余承载力的影响.首先,进行无氯离子侵蚀作用梁的抗弯极限承载能力试验,并基于规范对挠度的规定确定了RC梁超载状态与正常使用荷载状态之间的界限.在此基础上,采用电化学的方法实现钢筋的加速锈蚀,并进行了正常使用荷载状态及两级超载作用下RC梁受氯离子侵蚀后的抗弯试验.结果表明,超载对钢筋的腐蚀,挠度的增长有放大作用,对承载力的减小有着明显的影响.实际工程中的结构绝大多数都是承受荷载与腐蚀的共同作用,在对结构进行耐久性评估时,应同时考虑以上两种因素.     

锈蚀变形钢筋混凝土受弯构件的受力性能试验研究

针对钢筋锈蚀对受弯构件受力性能的影响展开系统的试验研究,共进行了24根试件的试验,采用电化学锈蚀方法对试件钢筋进行快速锈蚀,研究了钢筋直径、钢筋锈蚀率等影响因素对受弯构件性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀削弱了钢筋与混凝土之间的粘结,降低了构件的抗弯刚度,刚度的减小幅度随锈蚀率的增大而提高;同时也影响了截面的变形协调,致使受弯构件的承载能力降低;锈蚀率相近的构件承载力退化基本相当,锈蚀试件的屈服挠度显著大于未锈蚀构件,但混凝土边缘压应变与未锈蚀试件基本相当,表明钢筋本身削弱的影响略大于粘结退化的影响。     

底面外贴钢筋加固混凝土梁抗弯性能试验研究

通过1根控制试验梁与5根加固梁的静力试验,对底面外贴钢筋加固混凝土梁的抗弯性能进行试验研究.讨论加固试验梁在不同加固技术参数下(增补钢筋面积、锚栓布置与数量)的裂缝开展、刚度变化和承载力提高等情况,并分析各参数因素对试验梁加固的影响规律.试验结果表明:底面外贴钢筋加固试验梁经加固后其开裂荷载、刚度和抗弯承载力均显著提高;从跨中截面的混凝土应变规律可知,正截面应变符合平截面假定.提出外贴钢筋加固混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,由该公式计算的正截面承载力计算值与试验值吻合良好.     

碳纤维布加固RC梁受弯性能参数分析

建立了碳纤维布加固RC梁的ANSYS模型,选择合适的单元材料(碳纤维布选择Shell41单元,砼选择Solid65单元,钢筋选择Link8单元),选取6个可能对碳纤维布加固钢筋砼梁抗弯性能影响较大的参数,得出了试验梁的荷载挠度曲线和极限承载能力计算值,研究了这些参数变化对加固梁承载力、刚度的影响。     

钢筋混凝土桥梁粘钢加固试验研究

结合川西大桥和福建省部分桥梁加固项目,对钢筋混凝土梁采用不同厚度、不同强度等级的钢板加固正截面受弯破坏性试验,分析研究了粘钢加固梁的破坏特征、承载能力和抗裂性.试验结果表明:采用压力注胶法粘贴钢板能够大幅度提高梁构件的抗弯承载力;采用钢板加固时,要特别注意避免发生剥离脆性破坏;梁底粘贴钢板可有效约束保护层混凝土,抑制裂缝的发展,并提高加固梁的刚度.     

孔道压浆质量对预应力砼梁的影响研究

基于孔道压浆密实度的分级标准和实际工程调查结果,分析了预应力钢筋锈蚀后的力学性能,推导了预应力钢筋锈蚀后砼梁的抗弯承载能力计算式,并分析了预应力钢筋与砼的整体性降低对砼梁抗弯性能的影响;利用有限元软件ANSYS模拟不同压浆质量下的预应力砼梁,计算了结构频率和在外力作用下跨中截面的应变和挠度,结果表明提高孔道压浆质量能提高预应力砼梁的刚度,梁的受力也更合理。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁正截面抗弯承载力计算方法

结合48片钢筋混凝土梁的抗弯试验数据,探讨了不同锈蚀率的钢筋混凝土矩形梁极限抗弯承载力的变化规律,对平截面假定进行了验证,并给出了在平截面假定不成立的前提下,受弯梁处于极限状态时跨中截面处钢筋应变和钢筋对应处混凝土应变的关系.通过构造新的几何条件给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁受压区高度随锈蚀率变化的计算公式,进而推导出锈蚀钢筋混凝土正截面抗弯承载力计算公式,并通过试验数据进行验证.结果表明:钢筋锈蚀状态下,钢筋和混凝土的应变不再符合平截面假定;提出的抗弯承栽力计算公式计算结果准确可靠,可用于指导工程实践.     

锈蚀RC梁加固抗剪试验研究

开展4根加固梁和4根对比梁的静载破坏试验,分析U形箍筋加固梁在固定剪跨比、不同箍筋锈蚀率情况下的受剪性能。结果表明,U形箍筋抗剪加固RC梁对承载力的提升效果较好,开裂荷载和极限荷载平均提高幅度分别为16%和27%左右;随锈蚀率的增大,梁内箍筋和加固箍筋参与抗剪和屈服的时间提前;加固梁的梁内箍筋应变发展速度均小于对比梁;U形箍筋加固可有效限制梁斜裂缝的发展和延伸,提高梁的最大挠度,优化梁的刚度和延性。     

锈蚀对Q550E高性能钢梁抗弯承载力影响的试验研究

为研究Q550E高性能钢结构锈蚀后的力学性能，制作7片锈蚀H形高性能钢梁，利用通电加速腐蚀的方法对钢梁进行锈蚀，通过抗弯性能试验，分析锈蚀对高性能钢梁的应变、挠度、承载力以及刚度退化等的影响。试验研究表明：锈蚀显著降低了高性能H形钢梁的承载力，锈蚀率每增加1%其屈服荷载与极限荷载大约减少11 kN；随着锈蚀率的增加，钢梁延性系数均呈下降趋势；钢梁的锈蚀降低了梁的实际屈服强度，使局部屈曲提前发生；试件在达到极限荷载前应变基本符合平截面假定，表明锈蚀基本上不改变高性能钢结构的应变分布；在弹性阶段的钢梁抗弯刚度将会发生退化，其退化速度与锈蚀率呈线性关系。     

服役桥梁构件随机场参数估计及估计方法比较分析

为了估计服役钢筋混凝土结构材料性能和结构尺寸参数的波动系数,以3片服役36 a的RC梁为研究对象,首先对样本梁的保护层厚度和混凝土抗压强度进行了测量,运用普通Kriging法对实测结果进行了空间插值以获取更多的有效数据。其次,采用自相关函数(ACF)法和半变异函数(SVF)法对保护层厚度和混凝土抗压强度的波动系数进行了估计。然后,基于246根锈蚀钢筋不同位置的点蚀系数实测值,得到钢筋锈蚀不均匀系数的波动性质,且基于一维随机场理论对梁进行离散,根据不同估计方法得到的相关系数将随机变量转化为空间相关变量,得到各个离散单元的参数值,进而得到各离散梁单元和整梁的抗弯承载能力。最后,结合锈蚀梁的理论弯矩值与承载力试验结果,对上述两种估计方法进行了比较分析。结果表明:由SVF法得到的混凝土抗压强度和保护层厚度的波动系数均值分别为2. 242和2. 467,均大于由ACF法得到的对应值,且混凝土抗压强度的波动范围随着波动系数值的增加而减小;同一锈蚀钢筋表面蚀坑之间的分布并未存在很强的相关性;基于SVF法估计得到的理论弯矩值较基于ACF法估计得到的对应值与试验结果更为接近,且前者的平均相对误差为6. 52%,比后者的对应值低33. 19%,说明与ACF法相比,SVF法更能精确估计参数的波动性质。     

钢板-混凝土组合加固RC梁抗弯承载力计算方法

为研究钢板-混凝土组合加固RC梁抗弯承载力计算方法,对GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》、JTG/T J22—2008《公路桥梁加固设计规范》及另外2种公开文献报道中的计算方法进行比较分析发现,4种方法公式建立思路相通,但实现途径存在差异。基于平截面等假定,根据加固梁的受力破坏特性,明确了3种界限破坏状态,基于3种界限状态下的截面应变分布分析,推导了每种状态下加固钢板和受拉钢筋的应力确定方法,建立了加固梁的抗弯承载力计算公式。利用既有试验给出的20个试件资料,通过将试件抗弯承载力理论值与试验值进行对比分析,研究了4种既有方法和本研究提出方法的计算效果,为保证所用试验结果正常可靠,采用ANSYS18.0建立有限元模型对试验结果进行了计算复核。计算效果的研究结果表明,对于加固梁的抗弯承载力计算,4种既有方法均表现为结果总体偏大,本研究提出的方法虽然计算过程略显繁琐,但结果总体安全;对本研究用于计算分析的试件,《混凝土结构加固设计规范》中的系数Ψ_(sp)和《公路桥梁加固设计规范》中的加固钢板的拉应变ε_(sp)计算均没有体现出应有效能。     

基于分形理论的损伤RC梁裂纹开展研究

锈蚀会导致既有钢筋砼(RC)结构受力性能退化,进而降低其正常使用寿命。文中通过对6片锈蚀RC梁抗弯试验结果的分析,得到了锈蚀梁抗弯性能随锈蚀率变化的规律;依据分形理论,得到了锈蚀RC梁表面开裂过程中的分形特性,探讨了裂缝分维数随腐蚀程度及荷载作用等参数的变化规律,结果表明裂缝分维数随荷载值的增大而增大,极限强度下裂缝分维数随腐蚀程度的增大而减小。     

表层嵌贴CFRP板加固梁有限元分析

利用ANSYS有限元软件模拟加固梁,考虑砼材料的非线性行为,利用生死单元实现不同损伤下的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固作用,通过Combin39单元模拟CFRP板与砼之间的胶层,研究不同参数下加固梁模型开裂、屈服、极限荷载值及跨中挠度,分析RC梁损伤程度、砼强度、粘结长度、槽边距离对加固梁抗弯性能的影响。结果表明,在钢筋屈服之前CFRP加固梁的刚度几乎不受这4个参数的影响,但在钢筋屈服之后CFRP加固梁的刚度随着粘结长度及砼强度的增加而增大,随着损伤程度的增加而降低,满足最小槽边距时对加固梁的刚度影响不大;损伤程度从预加极限荷载值的0提高到70%,加固梁的极限荷载值降低19.7%;CFRP板粘结长度增加38%,加固梁的极限荷载值提高23.7%;砼强度从C30提高到C50,极限荷载值提高28.1%;槽边距从20mm增加至40mm,极限荷载值提高16.9%。     

锈蚀和荷载对钢筋粘结强度的影响

主要以锈蚀程度、预加荷载、保护层厚度、钢筋类型(光圆钢筋和变形钢筋)以及龄期为变量，通过一系列试验，研究分析了锈蚀和荷载对钢筋粘结强度的影响。     

初始损伤及加固对混凝土桥墩静动力性能的影响

基于5个模型试件,通过侧推产生初始损伤,然后粘钢进行加固,研究了初始损伤程度及加固对混凝土桥墩强轴和弱轴方向静动力性能的影响.试验结果显示初始损伤主要分布在墩底一定高度区域内,随着初始损伤程度的增大墩底混凝土主裂缝宽度和钢筋应变快速增大.初始损伤对桥墩抗弯刚度的影响显著,0.5损伤程度下弱轴方向刚度仅有初始刚度的9％;而加固后抗弯刚度得到明显增强,且损伤越重增强的幅度越大.初始损伤也会造成桥墩自振频率的降低,加固后有所提高,加固钢板用量越大桥墩自振频率的增加越明显.