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%。     

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。     

GFRP-钢混合配筋混凝土结构使用寿命预测方法研究

为了研究GFRP-钢混合配筋混凝土结构的使用寿命,由素混凝土以及混凝土环境下钢筋、GFRP筋三者使用寿命预测方法特点出发,探讨混合配筋结构中混凝土耐久性能、GFRP筋与钢筋面积比影响下结构使用寿命预测方法,提出混合配筋混凝土结构使用寿命预测优化模型。利用提出的预测模型对GFRP筋-钢混合配筋T梁结构使用寿命进行分析。研究结果表明:混合配筋混凝土结构的使用寿命由混凝土、钢筋以及GFRP筋3种材料共同决定,且随着混凝土的耐久性能及配筋面积比的差异,整体结构使用寿命也有所不同。混凝土的耐久性能较差时,整体使用寿命由混凝土决定;混凝土耐久性能较好时,整体使用寿命由GFRP筋与钢筋面积比以及混凝土环境中钢筋与GFRP筋使用寿命共同决定;该预测模型可用于混合配筋混凝土结构剩余使用寿命评估及其维修加固决策。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

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。     

钢筋混凝土箱形截面构件最小配筋计算

根据钢筋混凝土箱形截面构件受弯时其受拉翼缘底板混凝土在开裂前参与承受弯距的事实，由单筋矩形钢筋混凝土截面构件极限状态法的最小配筋率推导出单筋箱形截面构件极限状态法的最小配筋面积的计算方法。此方法也适用于其它带受拉翼缘的工字形截面构件的最小配筋计算。     

配筋钢丝网混凝土T形梁抗弯承载力试验研究

通过时配筋钢丝网混凝土T形梁的抗弯承栽力试验,研究钢丝网混凝土T形梁正截面抗弯承载力的计算,并对影响钢丝网混凝土受弯构件抗弯性能的因素进行了分析.试验结果及研究表明,钢丝网能有效地提高混凝土受弯构件的抗裂性能和抗弯承载力.     

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。     

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。     

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。     

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。     

玻璃纤维（GFRP）筋在深基坑支护中的应用与计算

介绍杭州站新增高架候车室工程局部深基坑支护采用玻璃纤维（GFRP）筋替换钢筋的工程实践。经计算,GFRP筋的正截面偏心受压承载力、斜截面受剪承载力均满足使用要求。此外,还介绍了GFRP筋的构造要求、施工要点等。     

预应力CFRP板加固钢梁的承载力及预应力损失分析

在CFRP板对钢梁的加固工程中,通常采用预应力FRP技术和梁反拱预应力技术来充分发挥CFRP板高强度的性能。文章通过对采用这两种预应力技术的CFRP板加固钢梁(或混凝土—钢组合梁)进行受力分析,推导了计算加固钢梁弹性抗弯承载力的方法,并给出了计算承载力及所需CFRP截面面积的计算公式,计算中考虑了加固前负载的作用;提出了两种预应力法的有效预应力和预应力损失的计算方法;通过算例,讨论了各项参数对抗弯承载力及预应力损失的影响。研究结果表明,采用预应力加固技术比无预应力加固技术更进一步地提高了梁的承载力;两种预应力方法的预应力损失率是相同的;并且预应力损失率不随预应力大小而改变,仅受截面尺寸和材料性能的影响。     

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。     

不锈钢钢筋混凝土在地铁设计中的应用

从钢筋腐蚀寿命的角度出发说明不锈钢钢筋应用于地铁混凝土结构所具有的优势;利用现有的8根不锈钢钢筋混凝土梁的正截面承载力试验数据进行计算对比,结果表明《混凝土结构设计规范》关于梁正截面承载力的计算公式同样也适用于不锈钢钢筋混凝土梁,且计算偏于安全,同时还给出不锈钢钢筋与普通钢筋的对换表,方便不锈钢钢筋混凝土构件的设计;比较分析纵向受拉钢筋在不同应力比下不锈钢筋与普通钢筋混凝土构件最大裂缝宽度,得出在钢筋应力水平小于0.6的情况下,可以按照普通钢筋混凝土构件进行裂缝计算;针对地铁顶纵梁设计的耐腐蚀和造价两个方面提出不锈钢钢筋与普通钢筋混合使用的经济型构造措施,同时给出不锈钢钢筋建议使用的地下环境标准,为不锈钢钢筋混凝土在地铁设计中的实际应用提供参考。     

超高性能混凝土预制板现浇湿接缝抗弯性能试验研究

为明确接缝及接缝内纵筋不同构造对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)预制板现浇湿接缝受弯性能的影响,以接缝设置及接缝内纵向钢筋连接方式为试验参数,对5块UHPC预制板试件的抗弯性能进行试验研究,获得UHPC板全过程的受力变形行为,推导了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力的统一计算公式。研究结果表明：接缝试件的破坏形态均为接缝截面受拉钢筋屈服后受压区UHPC压碎的正截面破坏。与纵筋连续的无缝整浇试件相比,接缝内纵筋采用直筋连续、直筋搭接、水平环形搭接和垂直环形搭接接缝试件的开裂荷载分别减少了54.6%,52.0%,51.0%和54.6%;屈服荷载分别减少了34.4%,35.7%,34.5%和33.3%;峰值荷载分别减少了29.7%,29.6%,34.7%和29.5%;延性分别提高了17.6%,2.9%,8.8%和5.9%。接缝试件的抗裂性能和抗弯性能是由接缝截面的性能所控制。当现浇接缝段内纵筋直筋部分的搭接长度满足规范要求时,接缝段内纵筋的不同构造形式对试件的抗弯性能影响较小,实际工程中,可采用较为简便的直筋搭接方式。提出了无缝和带...     

布置筒芯的现浇混凝土空心板受弯性能试验研究

通过一组纵、横向布置筒芯的现浇混凝土空心板荷载试验,研究了该空心板抗弯承载力、裂缝分布与发展、变形及破坏形态等。试验结果表明:纵、横向布置筒芯的现浇混凝土空心板的抗弯刚度、抗弯承载力和破坏形态非常相似,筒芯的布置方式对现浇混凝土空心板的受弯性能没有明显影响;利用现行规范计算其开裂弯矩和极限弯矩是偏于安全的。     

无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁试验与分析

用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）筋替代高强钢筋作预应力筋，用普通钢筋作非预应力筋，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。为解决CFRP筋锚固问题，在XM夹片锚具与CFRP筋间设置2个一定长度的半圆钢管，通过填充于2个半圆钢管与CFRP筋间的环氧树脂，将张拉及锚固时锚具的夹持力较均匀地分布给夹持区的CFRP筋。根据综合配筋指标的不同，设计和完成了4根以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通Ⅱ级钢筋作非预应力筋的无粘结部分预应力混凝土简支梁试验。试验表明：试验梁的平均裂缝间距仅与非预应力筋直径、有效配筋率及混凝土保护层厚度有关，与无粘结CFRP筋的配置无关。使用阶段按应力增量类比，将无粘结CFRP筋等效为有粘结非预应力筋的换算系数，取为0．35；裂缝分布不均匀系数为1．31；给出计算结果与试验结果吻合良好的裂缝宽度及刚度计算公式；获得了这类梁中无粘结CFRP筋极限应力增量随综合配筋指标增大而线性减小的变化规律，进而基于力的平衡提出了这类梁正截面承载力计算公式。     

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。     

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.