有黏结预应力CFRP板加固RC梁抗弯疲劳试验与理论分析

为研究有黏结预应力CFRP板加固混凝土梁的疲劳性能,共设计了6根构件,其中疲劳试验构件3根,静载试验构件3根。通过200万次疲劳加载过程中疲劳构件的钢筋、CFRP板和混凝土的应变及荷载-挠度曲线分析,研究了预应力水平、锚固方式对加固混凝土梁的疲劳性能的影响,试验结果表明:有黏结预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的疲劳性能以及疲劳后静力性能良好;预应力水平的提高可以降低试件在疲劳荷载作用下钢筋和梁顶混凝土的应力水平,延缓试件刚度退化;试验采取的两种锚具工作性能良好且差别不明显。通过对试验值进行回归分析,得到了有黏结预应力CFRP加固混凝土梁的疲劳刚度退化规律,并修正了适合有黏结预应力CFRP板加固混凝土构件的疲劳损伤累积计算公式,计算结果表明:该计算公式能够通过疲劳损伤累积规律反算构件的剩余疲劳寿命;有黏结预应力CFRP加固混凝土梁与钢筋混凝土梁的疲劳损伤累积规律存在明显不同,其疲劳损伤累积第1阶段小于疲劳寿命的1%,第1阶段历时更短且第2阶段疲劳损伤累积速率更低;疲劳损伤累积的第1阶段和第2阶段的曲线斜率均为常数并与钢筋最大初始应力有关;提高CFRP板预应力水平能够降低疲劳损伤累积,延长加固构件疲劳寿命。     

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。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能试验研究

为研究以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳破坏机理及疲劳损伤过程,制作3根钢-混凝土组合梁试件进行疲劳试验,研究组合梁在疲劳荷载作用下的破坏过程、挠度以及混凝土和栓钉应变的变化规律。结果表明:钢-混凝土组合梁的疲劳寿命对疲劳荷载相当敏感,疲劳荷载幅及荷载峰值都会显著影响组合梁的疲劳寿命;以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳损伤可以分为3个阶段,第1阶段,部分剪力较大的栓钉发生疲劳损伤,但栓钉群的整体抗剪性能无显著变化,组合梁的挠度无显著变化,第2阶段,随着疲劳荷载持续作用,部分栓钉发生严重疲劳损伤甚至断裂,栓钉群的抗剪性能劣化,组合梁的挠度明显增加,第3阶段,大部分栓钉被剪断,钢梁与混凝土板退出协同工作模式。     

PHSW-PM加固RC桥梁受弯疲劳性能试验

提出一种新的预应力高强钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固RC桥梁技术（PHSW-PM加固技术）,通过1根受弯加固梁的静力试验和4根受弯加固梁的疲劳试验,重点研究加固层界面状况、预应力水平及锚固方式等参数对加固试件受弯疲劳性能的影响。试验结果表明：所提加固技术可有效提高RC梁的抗弯承载力,在0.2P_u1~0.35P_u1（P_u1为试件SWB-S-1的极限承载力）疲劳荷载幅值下,所有加固件均能承受200万次疲劳荷载作用,未出现明显疲劳破坏特征;与采用端部锚固方式相比,采用分布式锚固方式可有效提高加固层与原构件界面的黏结性能,显著增强加固层与被加固件共同工作性能,采用分布式锚固方式加固构件在疲劳后静载试验发生弯曲破坏,钢丝绳高强特性得到充分发挥,延性也得到有效提高;采用端部锚固方式的加固构件,加固层界面黏结性能缺乏稳定性,易发生黏结锚固破坏,降低加固效果,有界面缺陷的加固件性能与对比件相当;同时预应力可有效提高加固试件的抗弯刚度和抗裂性能;基于平截面假定,提出PHSW-PM加固RC梁受弯承载力计算公式。研究成果可为既有桥梁抗弯加固提供一种高效可行的加固技术。     

钢绞线网片-聚合物砂浆加固钢筋混凝土箱梁试验

为探讨钢绞线网片-聚合物砂浆加固技术在桥梁加固中的可行性,开展了钢筋混凝土箱梁的加固试验研究。通过3根薄壁箱梁缩尺试件的纯弯加载试验,检验了该技术的加固效果,并对试件的位移、应变、裂缝扩展及破坏特征进行了比较和分析;研究了桥梁箱梁加固和建筑结构矩形梁加固的差异,对钢绞线网片-聚合物砂浆用于混凝土箱梁桥的加固提出了建议。结果表明:加固措施显著增大了箱梁的刚度,起到了抑制裂缝开展、提高屈服荷载和极限荷载的作用;加载过程中,箱梁的应变分布存在明显的剪力滞效应,加固梁的破坏始自剪弯区U型箍内侧砂浆面层的拉裂,并受到腹板弯剪裂缝萌生、扩展的影响;加固梁的最终破坏形态为砂浆-混凝土界面的剥离破坏,而钢绞线未被拉断,受压区混凝土也未出现压溃现象。     

碳纤维布加固梁的疲劳性能试验研究

通过改变碳纤维布的粘贴长度、粘贴层数、多层碳纤维布的粘贴方式,进行了5根普通混凝土梁和碳纤维布加固完好混凝土梁的疲劳试验,并从材料的应变、梁的挠度、裂缝扩展情况3方面进行了分析。研究发现:经碳纤维布加固后,相同荷载作用下,混凝土梁疲劳性能有了明显改善。     

预应力AFRP加固混凝土梁的疲劳与静载特性

对带永久锚具的预应力芳纶纤维(AFRP)加固混凝土梁的疲劳、静载性能进行了试验研究,提出了预应力AFRP加固梁疲劳寿命的计算公式。5根梁的静载试验结果表明:预应力水平为55%~65%时,预应力AFRP加固梁的开裂、屈服比非预应力加固梁分别提高147%~165%和28%~50%,表明预应力加固能显著改善混凝土梁的抗弯性能。5根梁的疲劳试验结果表明:预应力加固能够显著提高梁的疲劳寿命,预应力与非预应力加固梁的疲劳寿命取决于纵筋应力幅值;预应力加固降低了梁中纵筋应力幅,疲劳寿命随着预应力水平的增大而提高。     

灌缝-锚钢加固箱梁抗弯疲劳性能试验研究

为研究某PC斜拉桥大面积断索后主梁复合受扭开裂加固的疲劳性能及长期加固效果,对节段模型梁进行灌缝-锚钢加固后的疲劳性能展开试验研究,探索混凝土箱梁加固段和未加固段在重复荷载作用下的应变、裂缝及挠度发展规律,最后基于疲劳试验结果提出灌缝-锚钢加固钢筋混凝土箱梁在重复荷载作用下的疲劳刚度分段计算公式。结果表明:加固模型梁在240万次重复荷载作用下刚度下降16.8%,试验全过程挠度呈线弹性变化且无新裂缝产生;此次试验加固段的受弯疲劳性能优于未损伤未加固段;依据试验得出的疲劳刚度分段公式计算结果与试验值吻合良好。     

部分预应力CFRP筋混凝土梁疲劳性能研究

通过4根梁的300万次高周疲劳试验,对疲劳荷栽下部分预应力碳纤维增强塑料(CFRP)筋混凝土梁的受力过程、破坏模式及荷栽一挠度特性等进行了研究.在综合考虑疲劳残余应变、疲劳弹性模量退化及疲劳强度退化等的基础上,基于ANSYS二次开发实现了部分预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳全过程分析.结果表明:部分预应力CFRP筋混凝土梁具有良好的疲劳性能,非预应力筋的应力幅对预应力CFRP筋混凝土梁的疲劳性能起控制作用,且软件计算值与试验结果吻合良好.     

CFRP布混合粘贴加固RC梁斜截面抗剪性能研究

为了研究CFRP布混合粘贴技术加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能,设计了4组钢筋混凝土T梁抗剪加固试验。分别对比了未加固的试验T梁、CFRP布普通外贴方式加固的试验T梁和CFRP布混合粘贴方式加固的试验T梁,同时对于加固的试验T梁考虑了分阶段加载二次受力性能。研究表明CFRP布混合粘贴加固的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力较未加固的试验T梁有显著提高,同时比CFRP布普通粘贴加固方式提高了9.34%。在挠度变形、混凝土裂缝的抑制、箍筋受力的改善以及碳纤维布材料强度利用率上均优于CFRP布普通外贴方式。二次受力的试验T梁因加固前腹板斜裂缝已经出现,因此整体刚度有所降低,导致挠度变形大于一次受力的试验T梁,二次受力的试验T梁其箍筋应力发展水平和一次受力梁差异不大,破坏时斜截面抗剪承载力降低了4.83%,降低程度较小。CFRP布混合粘贴加固形式中单根碳纤维布提供的抗剪贡献较大,钢板锚固件可以延缓CFRP布的剥离过程,阻止CFRP布向锚固件另一侧剥离发展。试验T梁最终破坏时,同一根CFRP布表面应变在两个钢板锚固件之间分布较为均匀且应变数值发展较大,CFRP混合粘贴加固形式充分利用了碳纤维布高强度和高弹性模量的特点,加固后CFRP布与箍筋受力协调关系较好。     

Experimental Research on Fatigue Behavior of Reinforced Concrete Reams Strengthened with HPFL under Overloading Conditions

In　order　to　study　the　fatigue　behavior　of　RC　beams　strengthened　with　High　Performance　Ferrocement　Laminates　(HPFL)　under　overloading　conditions,static　and　fatigue　experiments　were　conducted　on　two　control　beams　and　nine　strengthened　beams　The　failure　mode,fatigue　life,deflection　and　material　strain　under　overloading　conditions　were　analyzed　The　result　shows　that　(1)　fatigue　failure　of　the　beams　subjected　to　overload　starts　with　steel　rupture　at　the　bottom　and　the　fatigue　life　is　only　between　327　000　and　668　000　while　fatigue　 life　of　strengthened　beams　is　greater　than　two　million　times　in　case　of　not　overload ing;　(2)　compared　with　the　control　specimen,the　fatigue　life　of　strengthened　beams　is　obvio usly　extended　and　increased　with　the　increase　of　steel　mesh　consumption;　(3)　after　the　same　number　of　cycles,the　deflections,the　strains　of　concrete　and　steels　of　four　strengthened　beams　are　lower　than　those　of　the　control　specimen　Debonding　at　the　interface　of　HPFL　and　concrete　is　not　observed　because　of　shear　pins　planted　at　the　end　of　the　beams     

疲劳荷载下碳纤维薄板加固RC梁变形计算

首先分析了碳纤维薄板（Carbon Fiber Laminates简称CFL）加固梁在静载作用下的变形,提出了静载下加固梁挠度的计算公式,该公式在表达方式上与普通钢筋混凝土梁的截面计算刚度相似,同时与试验结果比较具有较高精度。在疲劳载荷下加固梁的疲劳变形分为3个阶段：快速增长、平稳增加和失稳扩展。残余挠度也随循环次数的增加而增加,初期和后期增长快,而中间阶段发展较慢。通过考虑试验梁在疲劳荷载作用下的残余变形和瞬时变形,运用递推的方法,提出了在常幅和随机载荷下,碳纤维薄板加固梁挠度的计算公式。通过与试验结果的对比表明,计算结果能够很好地反映梁的挠度变化趋势。     

铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验

为研究铝合金/玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋近表面嵌入式加固混凝土梁的抗弯性能,以加固方式、加固筋类型和加固量为变量,设计了5根钢筋混凝土梁试件进行单调静载试验,重点分析了混凝土加固梁的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：采用铝合金筋或GFRP筋嵌入式加固后混凝土梁的受弯承载力均显著提高;加固量相同时,GFRP筋加固梁、铝合金/GFRP筋混合加固梁和铝合金筋加固梁的极限荷载比未加固梁分别提高了105.8%、45.7%和17.5%,但混凝土梁采用GFRP筋加固后延性降低、脆性突出,而采用铝合金/GFRP筋混合加固或铝合金加固后混凝土梁的延性则与对比梁相当;GFRP筋嵌入式加固梁和铝合金筋嵌入式加固梁分别发生了混凝土保护层剥落破坏和加固筋屈服后混凝土压溃破坏,而铝合金/GFRP筋混合加固梁则先是GFRP筋与混凝土保护层发生剥离,之后随着作用跨中位移的持续增大,受压区混凝土发生压溃,破坏过程有两重防线。在试验研究基础上,采用截面分析法给出了嵌入式加固梁抗弯强度的理论计算模型与工程实用模型,计算结果表明：加固梁极限弯矩的试验值与理论预测值之比及与实用模型计算值之比的平均值分别为1.081和1.063,方差分别为0.003和0.005,吻合较好。     

水温综合作用对沥青路面疲劳寿命的影响

为了确定水温综合作用对路面疲劳破坏的影响,采用单轴无反向应力轴向压缩疲劳试验,对比研究沥青路面经受水温综合作用后及常规条件下的疲劳寿命。根据试验结果分析了两种条件下的疲劳方程及疲劳特征系数,研究了水温作用下及常规条件下疲劳系数的变化规律及原因。     

合成纤维混凝土路面切割小梁弯曲疲劳试验

将室外自然条件下养护的合成纤维混凝土路面板切割成小梁试件进行弯曲疲劳试验。结果表明:在同应力比下纤维混凝土的疲劳寿命是普通混凝土的25~79倍,明显大于室内养护小梁试验的结果。说明掺入纤维可减少路面混凝土中的原生缺陷,对改善路面混凝土抗疲劳性能有很大帮助。     

超薄白色罩面超载的三维有限元分析

通过三维有限元分析,探讨了不同层间接触状况下超薄白色罩面(UTW)超载下的受力特性。采用ANSYS建立有限元模型,以正交各向异性接触模型模拟UTW层间接触状况。研究发现:超载使板底拉应力剧增,结构组合越弱,超载应力比就越大;板底拉应力对层间接触条件很敏感,因此层间界面处理必须严格要求,以保持层间界面连续,提高超薄白色罩面的使用寿命;超载使层间抗剪更为不利。因此,设计超薄白色罩面时需充分认识到超载的巨大影响,设计时增大安全系数,以免路面铺筑不久便破坏严重。     

加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能及承载力计算

为统一中国对加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能的认识,以中国学者所做95根加筋高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究为基础,分析加固粱的受力性能和破坏机理,在此基础上考虑一次受力、二次受力、持载程度、加固筋类型、加固筋数量、混凝土强度等级等因素影响,建立加固梁抗弯承载力计算公式、刚度计算公式和裂缝宽度计算公式,并与试验数据进行了对比。结果表明：该加固技术采用高强钢绞线、钢筋网、钢丝网作为受力材料,虽然三者受力性能存在显著差异,但加固构件力学性能和破坏机理相似,可按统一计算公式进行承载力设计;公式计算值与试验结果符合良好,可用于实际工程计算。     

碳纤维加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对2片钢筋混凝土梁、6片用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的模型试验研究,分析试验梁在循环荷载作用下梁体顶面应变、受拉区钢筋应变、碳纤维布的受力特点、跨中截面抗弯刚度、梁体裂缝等.研究结果表明,钢筋混凝土梁用碳纤维布加固后,在经过200万次循环荷载作用后,其强度与抗弯承载能力明显提高,且随粘贴层数的增加,其承载能力提高的幅度也增大.由此可知,碳纤维布与混凝土的共同工作性能良好,满足抗疲劳要求.     

基于虚拟迭代技术的中型货车驾驶室载荷谱的求取

某货车驾驶室疲劳载荷激励输入位置位于驾驶室与悬置连接处,在进行整车强化道路耐久试验时无法安装设备直接采集。为获取较为准确的驾驶室疲劳寿命分析载荷谱,对强化耐久路面下整车加速度响应信号进行虚拟迭代。虚拟迭代时需调用整车多体动力学模型,为提高整车模型精度,基于Craig-Bampton综合模态理论生成柔性体车架,建立刚柔耦合的整车多体动力学模型。将Femfat-lab与ADAMS/Car进行联合仿真计算,以白噪声为初始输入,求解刚柔耦合整车多体动力学模型的非线性传递函数,基于循环迭代原理,进行各种典型强化路况下驾驶室悬置附近加速度响应信号的虚拟迭代。利用时域信号对比法及损伤阈值法作为迭代收敛判据,获得满足精度需求的位移驱动信号。将位移驱动信号导入到ADAMS/Car中,对整车多体动力学模型进行驱动仿真,提取驾驶室疲劳分析所需激励载荷谱,将虚拟迭代求得的载荷谱用于疲劳寿命分析所得结果与驾驶室疲劳强化台架试验结果进行对比。研究结果表明：出现疲劳破坏的部位相同度达75%,疲劳寿命误差在20%左右,表明虚拟迭代过程中基于柔性体车架建立的刚柔耦合多体动力学模型的仿真计算,可获得较高精度的迭代结果;以位移谱驱动整车多体动力学模型进行仿真能够有效避免六分力直接驱动时模型翻转等不稳定现象,并且整车模型仿真加速度响应结果与实测相应位置加速度响应吻合度较高;相比于传统的疲劳分析载荷获取方法,虚拟迭代技术可以在较低试验成本的情况下获取较高精度的载荷谱,并能够提取由于连接位置导致的无法直接进行载荷测量部位的疲劳分析载荷。