FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度可靠度分析

FRP筋因其良好的抗腐蚀性能,可替代钢筋用于强腐蚀环境或有电磁绝缘要求的混凝土结构中,但它属于非金属材料且弹性模量较低,因此,FRP筋混凝土受弯构件将产生较大的裂缝宽度.目前,我国纤维增强复合材料建设工程应用技术规范中其最大裂缝宽度的计算公式是对混凝土设计规范中计算公式的简单套改,区别在于荷载组合形式采用标准组合和最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm,但并未对公式进行可靠性分析,其合理性有待考证.为此,本文选取荷载效应比、配筋率、FRP筋弹性模量、FRP筋直径、截面高度、保护层厚度以及混凝土强度等作为影响因素对FRP筋构件裂缝宽度可靠度水平进行评估,分析这些因素对可靠指标的影响规律,得到可靠指标的界限值.研究结果表明:按目前规范对FRP筋最大裂缝宽度的可靠指标控制较为保守,尤其是当荷载效应比较大时,可靠指标超过2.0,明显偏高,造成不必要的浪费.因此本文建议计算FRP筋受弯构件最大裂缝时,采用荷载准永久组合,这样其可靠度控制水平更为恰当.     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

钢—高配筋现浇混凝土结合梁裂缝宽度试验研究

随着结合梁的设计由拉应力限值由裂宽度限值的转变，如何计算结合梁混凝土板的裂缝宽度已成为一个日益重要的问题。对此，国内外目前尚无较成熟的公式，大多借用普通钢筋混凝土结构裂缝宽度的计算公式，本文结合芜湖公铁两用和长江大桥受拉区裂缝宽度控制的工程实际问题，对两根大型钢－高配现浇混凝土结合梁T1,T2分别进行了疲劳试验和极限承载力试验，研究了结合梁混凝土板裂缝宽度及其发展，研究结果表明：现有混凝土结构裂缝宽度计算公式对影响结合梁裂缝宽度因素的考虑并不全面，所得计算结果与实测结果不能很好地吻合。对于钢－高配筋现浇混凝土结合梁，除普通钢筋混凝土结构已考虑到的因素外，还有许多其他更为复杂的因素应加以考虑，其中栓钉数量及布置方式是影响结合梁混凝土板裂缝宽度的重要因素。     

配箍率对高强钢筋RPC梁抗剪性能影响研究

为了研究HRB500级高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变箍筋配筋率,对4根在集中荷载下的RPC简支梁进行受剪破坏试验,比对分析不同配箍率对试验梁的斜裂缝发展、受剪承载力及最大斜裂缝宽度的影响。试验结果表明:高强箍筋和活性粉末混凝土具有良好的协同工作性能,抗剪延性得到改善;高强钢筋活性粉末混凝土梁的临界斜裂缝一般由腹剪型斜裂缝发展而成;配箍率大小对试验梁的斜向开裂荷载并无明显影响,但是配箍率越高,斜裂缝宽度越小,抗剪承载力越高;桁架-拱理论模型公式比较适用于高强钢筋RPC有腹筋梁抗剪承载力的计算。     

活性粉末混凝土梁斜裂缝宽度影响参数探析

为了分析剪跨比、配箍率、钢纤维体积率和纵筋率等不同参数对试验梁斜裂缝宽度的影响,进行4组11根HRB500级钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪试验研究,并提出其最大斜裂缝宽度计算的建议公式。研究结果表明:剪跨比、钢纤维体积率、配箍率和纵筋率都对试验梁的斜裂缝宽度有一定的影响,剪跨比越小,试验梁的斜裂缝宽度越小;配箍率、钢纤维含量和纵筋率越大,试验梁的斜裂缝宽度越小;其中钢纤维体积率的影响最为明显。基于普通钢筋混凝土梁斜裂缝宽度计算公式构建的修正公式,可为HRB500级钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪计算提供些许参考。     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

圆截面玄武岩纤维复合筋混凝土构件受弯性能试验研究

制作了不同配筋率的长1.5 m、直径0.2 m的圆截面玄武岩纤维复合筋(Basalt Fiber Reinforced Plastic,BFRP)混凝土受弯构件,监测构件在受弯过程中BFRP筋的力学特征,分析构件的破坏特征及承载能力。结果表明:圆截面BFRP筋混凝土构件的正截面应力沿高度呈较好的线性分布,满足平截面假定;构件开裂阶段较短,正常使用阶段开裂荷载为正常使用极限荷载的51%～67%;配筋率越高构件的承载力越高,当配筋率高于1.6%时单纯地提高配筋率对承载力的贡献不大; BFRP筋受到的力随外加荷载的增大而增大,受拉区的BFRP筋无突变,受压区有突变。此外,修正了圆截面BFRP筋混凝土结构承载力计算公式,根据试验确定待定系数β=2.60。     

不同纵筋率高强钢筋RPC梁抗剪承载力及剪切延性试验研究

为研究纵筋率对高强钢筋活性粉末混凝土梁剪切性能的影响,进行集中荷载下5根RPC梁的受剪试验,分析纵筋率对梁的斜裂缝宽度、剪切延性及抗剪承载力的影响。结果表明:试验梁的抗剪承载力随着纵筋率的提高而提高,而剪切延性随着纵筋率的提高而降低;采用高强钢筋的活性粉末混凝土梁,正常使用极限状态下斜裂缝最大宽度不超过0.3 mm。建立考虑纵筋作用的高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力计算的经验公式,利用经验公式对搜集的27根梁进行计算,吻合较好且变异系数小。该公式具有一定的参考意义,可为高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力的研究提供参考。     

无砟轨道轨道板配筋对控制温度裂缝影响的研究

建立板式轨道实体结构力学模型,计算了不同温度荷载和配筋形式下无砟轨道轨道板的应力分布,分析配筋率和混凝土应力对轨道板裂缝宽度的影响,并提出了轨道板合理配筋率,为无砟轨道设计和施工中轨道板温度裂缝的控制提供参考。     

对用名义拉应力控制预应力混凝土受弯构件裂缝宽度方法的2点改进

在名义拉应力裂缝宽度控制方法中,分别引入预应力度λ的影响和预应力筋第2工作阶段对裂缝宽度控制的有利影响,分别推导了考虑预应力度影响的预应力筋用量计算公式和考虑预应力筋第2阶段有利影响的预应力筋用量计算公式。对某工程实例进行计算分析,结果表明,使用名义拉应力控制裂缝方法计算预应力筋用量时考虑预应力度λ的影响,可以使预应力混凝土结构的设计更加经济、合理。对简支梁的试算分析结果表明,用2种名义拉应力控制裂缝方法算得的预应力筋用量均比用规范方法计算所得的大,而考虑Ap第2阶段贡献后,计算结果与用规范方法计算所得结果接近。     

FRP片材加固钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

采用纤维增强复合材料(FRP)片材加固钢筋混凝土梁可以大幅度提高其抗弯承载力,但其抗变形能力改善却并不显著。基于平截面假定,将FRP片材换算为受拉钢筋,推导换算后的截面有效高度增大系数表达式,通过有效惯性矩法分析得到FRP片材应变与实配受拉钢筋应变比值的变化规律。按照刚度解析法的思路,建立FRP片材加固的钢筋混凝土梁的抗弯挠度计算方法,得到的刚度计算公式在FRP加固量为零时可退化为GB50010—2010《混凝土结构设计规范》中普通钢筋混凝土受弯构件的抗弯刚度计算式。通过国内外相关试验梁数据验证表明,对于FRP加固的钢筋混凝土梁,采用本文计算方法得到的挠度计算值与试验值吻合较好,可供实际工程设计参考。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯性能试验,研究普通钢筋高强混凝土梁掺入钢纤维后的破坏特征和受力性能,分析纵筋配筋率和钢纤维体积率对钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯极限承载力、抗裂弯矩、最大裂缝宽度及截面刚度的影响。试验结果表明:与普通钢筋高强混凝土梁相比,钢纤维的掺入可以有效约束裂缝发展,显著提高梁的抗弯承载力、整体刚度和极限变形能力。结合本文试验结果以及现行规范计算方法,提出抗弯承载力计算公式和最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考。     

CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对6根CFRP筋-低强度珊瑚混凝土试验梁进行抗弯试验,研究不同CFRP筋配筋率的珊瑚混凝土梁的受力性能,分析其破坏形态、裂缝发展情况与挠度变形。试验结果表明:CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁破坏前产生裂缝和大的弯曲变形,有较为明显的预兆,类似于适筋梁破坏,具有较好的延性;在一定范围内提高珊瑚混凝土梁CFRP筋的配筋率,可以提高其抗弯、抗裂性能;试验梁裂缝开展机理与CFRP筋-混凝土梁基本相同,裂缝条数较多且分布均匀;在剪跨区斜裂缝分布较为密集,卸荷后裂缝基本闭合,挠度恢复显著。使用时应注意珊瑚混凝土强度过低不利于CFRP筋强度的发挥,此外,对于CFRP筋珊瑚混凝土受弯构件,应当增加CFRP筋的锚固区长度,避免发生滑移破坏。     

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。     

CFRP预应力筋混凝土梁在重复荷载作用下的受力性能

碳纤维增强聚合物(CFRP)筋的线弹性力学性能使采用CFRP配筋的混凝土结构延性较差,因而CFRP配筋混凝土结构的延性已成为其应用中最受关注的问题之一。通过对纤维增强聚合物(FRP)配筋混凝土结构延性指标的回顾,本文基于能量耗散的观点引入了反映FRP配筋混凝土梁延性特性的延性指标,并提出了梁荷载-挠度曲线下降段的修正公式,通过试验验证了其可靠性。在此基础上对T梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:翼缘宽度对提高梁的延性和极限变形的有效性要大于预应力筋无粘结长度对提高梁的延性和极限变形的有效性。     

预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

连续道床板温度应力计算方法及参数分析

基于不完全裂缝的假设推导了降温时连续道床板的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距计算公式,应用计算公式进行了参数分析。研究表明,为控制裂缝宽度在容许限度范围内应将裂缝控制为不稳定裂缝形式,采用变形钢筋;对于配筋率为0.8%、采用C40混凝土的道床板,钢筋直径宜为18~25 mm;当钢筋直径为20 mm时,配筋率应达到0.73%以上;采用高强度混凝土或滑模施工时应相应提高配筋率;由于涂层钢筋对裂缝宽度的影响较大,设计、施工中应尽量避免采用涂层钢筋。     

钢纤维混凝土裂缝宽度计算方法综述

为准确计算钢纤维混凝土梁的裂缝宽度,设计2组6根不同配筋率的混凝土梁试验方案。基于试验裂缝宽度数据以及对国标、德标和国际规范Model Code的理论研究,分析得出以下结论:Model Code计算的裂缝间距最大,不同配筋方案对国标裂缝间距的影响不明显,对德标的影响最大。对比钢筋混凝土应变差,国标计算结果最大,Model Code的计算结果最小。外荷载及不同配筋方案均对于国标应变差影响最大。比较3种规范的裂缝计算误差率,可知Model Code计算结果相对精确,国标与德标误差均比较大。另外,国标钢纤维折减系数明显偏大,对裂缝宽度计算比较保守,而德标系数偏小,导致裂缝宽度计算结果偏小。目前,针对国标裂缝宽度计算参数的研究不足,建议进行更深入的试验研究。     

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。     

钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力分析

研究目的:通过引入经济配筋率,分析配筋率、梁截面尺寸与抗弯承载力之间的关系,推导出按正截面承载力要求进行梁高估算的直接公式,并提出综合考虑抗弯承载力及挠度验算的方法来进行单筋矩形梁正截面优化设计,从而町简便地确定合理的截面尺寸及纵向配筋量.并探讨纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响,以及配筋率与极限弯矩、荷载效应标准组合弯矩值之间的关系.研究结论:利用正截面承载力估算梁高的直接估算式,能在满足梁正截面承载力要求及经济配筋的同时,结合满足挠度控制要求的跨高比限值进行截面设计.又可对某些大截面尺寸受弯构件采用正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计.对常用的配筋率范围ρ∈[0.6%,1.5%],在梁截面尺寸、材料强度等级不变的情况下,当荷载增加时,按极限承载力设计的配筋率随之增加,此时尽管梁的刚度有所提高,但其跨中挠度值也增大.因此,在进行最大裂缝宽度计算时,虽由于荷载的增大会导致相关参数变化,但配筋率的增大能较好地控制裂缝宽度.