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。     

预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁试验研究与非线性分析

通过4根梁试件的单调加载静力试验，对体外预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁和有粘结预应力CFRP筋高性能混凝土T型梁的受力过程、破坏形态、抗弯承载力、延性和变形等进行较为系统的研究。研究表明：体外预应力与有粘结预应力梁试件均具有较高的抗弯承载力、较大的位移延性和变形能力；体外预应力梁中体内预应力筋的应变增量比相应的体外预应力筋大得多；随着配筋率的增加，有粘结预应力梁试件的抗弯承载力有明显的提高，但其位移延性和变形能力有所降低。此外，应用商用软件ANSYS对4根梁试件进行非线性有限元分析，程序计算值与试验结果吻合良好。     

预应力型钢混凝土梁静载及疲劳试验研究

为了探究疲劳荷载对预应力型钢混凝土梁服役性能的影响,设计了2根预应力型钢混凝土梁,分别对其进行静载破坏试验以及实桥等效应力水平下疲劳200万次后的静载破坏试验。通过测试型钢截面应变、梁体变形等分析了疲劳荷载作用对梁体刚度、裂缝发展的影响。研究结果表明:预应力型钢混凝土梁的破坏由正常使用极限状态条件控制;疲劳作用后裂缝发展速度加快,裂缝宽度明显增大,用裂缝宽度作控制指标则疲劳作用使梁的承载力降低了33%。     

钢筋混凝土空心梁疲劳性能试验研究

对6根大比例钢筋混凝土空心梁进行静载和疲劳性能试验研究,每根梁取不同荷载幅度,研究不同疲劳次数下梁受压区混凝土和受拉区的钢筋的应变、梁的跨中挠度以及裂缝发展情况,得到不同的疲劳荷载应力幅作用下钢筋混凝土空心梁的疲劳寿命;根据试验结果拟合得到钢筋混凝土空心梁疲劳荷载作用下的S-N曲线,为由钢筋混凝土空心梁构成的桥梁结构寿命预测提供依据。对钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后的钢筋进行静力学性能试验研究,了解钢筋混凝土空心梁疲劳破坏后钢筋力学性能的退化情况。     

考虑耐久性损伤的钢筋混凝土梁疲劳寿命试验研究

为研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能,对1根钢筋未锈蚀静载对比梁、1根钢筋未锈蚀疲劳加载对比梁、4根钢筋锈蚀疲劳加载试验梁和4根混凝土碳化钢筋锈蚀疲劳加载试验梁进行了试验。试验梁钢筋平均锈蚀率均按6%、8%、10%、12%设计。结果表明:随着试验梁受力主筋锈蚀率增加,试验梁疲劳寿命显著降低,破坏形态由纵筋疲劳断裂演变为受压区混凝土沿梁纵向锈胀开裂,疲劳荷载作用后受压区出现纵、横、竖3个方向裂缝贯通混凝土崩裂并最终受压失效。试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化。通过理论分析和试验结果拟合,提出以分段线性函数描述试验梁疲劳寿命与锈蚀率之间的关系,即以临界锈蚀率为界建立基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。     

活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究

通过改变模型试验梁的剪跨比、配箍率和纵筋配筋率,对12根钢筋活性粉末混凝土(RPC)T形试验梁进行试验,研究活性粉末混凝土T形梁抗剪承载力和破坏形态及主要影响因素.结果表明:与普通混凝土梁相比,活性粉末混凝土T形试验梁具有较高的抗剪承载力和变形能力;剪跨比在1～4范围内时,试验梁的破坏形态表现为斜压和剪压破坏,且与普通混凝土梁的破坏形态有着明显差异;剪跨比、配箍率和纵筋配筋率对试验梁的抗剪承载力影响显著,抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,随配箍率的提高而提高,随纵筋配筋率的增大而增大.     

铁路先简支后连续梁疲劳性能与抗裂性能试验研究

研究带有湿接缝的先简支后连续梁桥结构的疲劳性能和抗裂性能,对3条模型梁的疲劳试验和抗裂试验进行了研究。介绍了铁路预应力混凝土先简支后连续梁模型梁的设计和试验方法,根据3条模型梁疲劳试验结果,分析了在正常使用状态下结构刚度、各典型截面特别是湿接缝段混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变随疲劳加栽次数的变化规律,指出重复加裁明显降低了梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变增大。根据开裂试验结果,分析了重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性的影响,得出重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响。给出了关于铁路预应力混凝土先简支后连续梁疲劳性能和湿接缝抗裂性的一些结论和建议。     

无粘结预应力混凝土梁计算分析研究

分析无粘结预应力混凝土梁的应力—应变关系、破坏判断和结构的可靠性。论述无粘结预应力混凝土梁荷载—位移关系的计算模拟与有粘结预应力混凝土梁、普通混凝土梁的计算模拟及数值模拟计算方法的差别,给出混凝土梁分析主程序示意图。通过对无粘结预应力混凝土梁中预应力筋与其周围混凝土的应变特征分析,结合工程施工特点,提出设计中应根据无粘结预应力混凝土梁的破坏形态和力学性能,充分考虑影响无粘结预应力混凝土梁中预应力筋极限应力增加的各个因素,体现近似概率设计法的优越性,为预应力混凝土梁施工提供可行的方法。     

跨坐式单轨25m直线预应力混凝土轨道梁试验分析

通过对重庆跨坐式单轨25m直线预应力混凝土轨道进行静载、疲劳、破坏试验分析,得出25m直线轨道梁可应用于工程实践的结论,为工程轨道梁设计选型提供了试验依据.     

高强混凝土T型梁极限承载力计算与参数分析

高强混凝土的强度和变形特性与普通混凝土的相比有较大差别。考虑高强混凝土材料非线性影响,采用三维8节点的加筋混凝土实体单元模拟钢筋混凝土的结构,进行预应力高强混凝土T型梁的全受力过程仿真分析。分析结果表明:预应力高强混凝土T型梁的受力全过程可以划分为预加力反拱、混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土破坏4个阶段;T型梁达到极限承载力时的荷载—挠度曲线接近水平线。对影响预应力高强混凝土T型梁极限承载力的主要参数进行分析,给出不同标号高强混凝土T型梁的配筋率、高跨比及预应力度的建议值,并建议预应力高强混凝土T型梁设计成预应力钢筋少、张拉控制应力大、配置普通钢筋的“部分预应力混凝土”结构。     

端锚有粘结预应力纤维片材加固混凝土梁的受弯承载力

以现有的试验结果为基础,研究预张纤维片材在钢筋混凝土梁上的锚固方式及其加固梁的有效预应力取值。关于在片材两端进行机械锚固并沿其全长粘贴于梁底的纤维增强聚合材料与混凝土构成的复合截面,基于界面无滑移假定、平截面假定和材料应力—应变关系,分析了截面压区顶部混凝土纤维应变不同时对应的可能应变组合下的受弯极限状态。根据破坏时钢筋是否受拉屈服,分别给出了由片材拉断、混凝土压碎所引发的两大弯曲破坏类型的极限承载力表达式和界限破坏判别条件。通过分析19根矩形截面梁的试验数据及对这些试件进行的受弯承载力计算,得出承载力计算值与试验值之比的平均值为0.979,变异系数是0.064,说明承载力及破坏形态的计算值与试验结果吻合较好。只要考虑相应的材料参数,给出的公式还可用于预应力混合纤维片材加固的计算。     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。     

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明：局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%～14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%～21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷...     

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。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

跨座式单轨交通PC轨道梁静载及疲劳试验研究

在重庆市跨座式单轨交通系统PC轨道梁的静载及疲劳试验中,研究了混凝土应力、挠度、刚度以及梁体基频、阻尼系数等与疲劳循环次数的关系.静载试验结果表明,梁体抗裂性、有效预应力及强度安全系数均能满足设计要求.疲劳试验表明,受压区混凝土应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏.梁体基频等动力特性随疲劳次数增加有所降低,但在100万次疲劳加载后趋于稳定.     

等幅疲劳加载后锈蚀钢筋静力本构关系研究

锈蚀钢筋在承受疲劳荷载作用后,其应力-应变关系相较于静力荷载作用下的应力-应变关系出现了明显的区别。为探讨准确的锈蚀钢筋疲劳加载后应力-应变关系,开展不同锈蚀率钢筋的静力拉伸试验和疲劳加载后静力拉伸试验。试验结果表明:锈蚀钢筋静力拉伸断裂,断面不规则,有颈缩现象,屈服平台随锈蚀率的增加而缩短直至完全融入强化段。锈蚀钢筋承受疲劳荷载后会产生残余变形,残余变形按较快增长、稳定增长、快速增长3阶段规律发展。依据试验数据拟合锈蚀钢筋疲劳残余应变演化方程,定义以残余应变表述的锈蚀钢筋损伤变量。建立疲劳荷载作用后锈蚀钢筋静力拉伸本构关系模型,成果可为锈损结构耐久性、剩余承载力、疲劳性能评估提供试验参考。     

HPFL加固RC梁抗弯疲劳性能试验研究

为了研究用高性能水泥复合砂浆钢筋网(High performance ferrocement laminate,简称HPFL)加固钢筋混凝土梁的疲劳性能,对11根对比梁和加固梁进行了静力和疲劳性能试验。试验结果显示,与未加固梁相比,加固梁的疲劳性能有明显改善,疲劳寿命提高16%~104%。在经过相同的循环次数之后,加固梁跨中挠度减小30%以上,混凝土和钢筋应变有所降低,裂缝宽度和间距也显著减小。没有植剪切销钉的构件发生了加固层与构件混凝土之间的界面剥离破坏,但端部植入一定数量的剪切销钉后就能避免发生这种破坏模式。     

分离模型预应力混凝土梁数值模拟

运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分析,并将计算结果与试验结果相对比。结果表明,数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好,此外计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程中的变化,说明该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的力学性能,为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力变化提供了可靠有效的方法。     

锚固区钢绞线锈断PC梁黏结性能退化试验研究

为研究锚固区钢绞线锈断对后张预应力混凝土梁黏结性能的影响,对6根预应力混凝土构件进行静力拉拔试验.通过设计电化学快速锈断钢绞线、缓慢切割钢绞线和直接放张3种应力释放方式,研究应力释放方式、混凝土强度和箍筋直径对断后预应力钢绞线黏结性能的影响,揭示预应力钢绞线与混凝土黏结力沿纵向的分布规律,得到预应力钢绞线的黏结-滑移曲线以及试件达最大拉拔力时预应力混凝土梁的裂缝分布形态.试验结果表明:钢绞线与混凝土的黏结破坏由拉拔端逐渐向自由端发展,应力释放速度越缓,试件初始损伤越小,拉拔过程中黏结性能越稳定;提高混凝土强度等级和增大箍筋直径均可提高预应力钢绞线与混凝土间的黏结强度;试件破坏形式主要为黏结失效或预应力钢绞线断裂破坏.本研究为完善锈蚀钢绞线与混凝土间黏结性模型提供了试验基础.