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。     

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。     

隧道波纹钢板套衬接头抗弯性能有限元分析

为进一步探讨隧道波纹钢套衬结构纵向连接接头的安全性和适用性问题，对不同型号拼装式波纹钢板纵向接头抗弯力学性能进行研究，选取200 mm×55 mm、300 mm×110 mm和400 mm×150 mm 3种型号波纹钢板试件进行接头抗弯数值模拟。共设计12种工况，对比不同规格螺栓的应力分布规律、变形破坏形式及不同螺栓预紧力条件下的法兰板极限承载力及变形破坏特征，就螺栓应力、跨中挠度、极限承载力、法兰板接缝张开量及塑性破坏等方面进行深入分析。研究结果表明： 1）螺栓主要受拉弯变形，内侧螺栓较外侧螺栓受力更大，率先达到屈服状态； 2）接头薄弱点主要在于法兰板，其更容易发生变形破坏； 3）螺栓预紧力对波纹钢板的极限承载力、跨中挠度及接缝张开量均有一定的影响； 4）大波形波纹钢板极限抗弯承载能力约为深波形和中波形的1.36倍和1.67倍。     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

钢板-混凝土组合加固矩形梁的抗弯性能试验

为了研究不同设计参数与加固构造对钢板-混凝土组合加固梁抗弯性能的影响,对4根钢板-混凝土组合加固矩形钢筋混凝土梁进行了试验研究及数值与理论分析。试件测量内容主要有荷载、挠度、应变、滑移、裂缝的发生以及发展状况等;然后采用有限元软件ANSYS对试验梁加固后的抗弯性能进行了数值模拟,并依据试验梁达到极限抗弯承载能力时的塑性破坏特征,建立了承载力理论简化计算公式。试验结果表明:钢板-混凝土组合加固可显著提高原梁的极限承载力;植筋间距对加固梁的承载力、新老混凝土界面纵向相对滑移具有显著影响,植筋间距越大则承载力越小,且界面出现纵向相对滑移的荷载值越小;剪跨比对试验梁的破坏形态、极限承载力、界面纵向相对滑移、结构延性均具有显著影响。数值与理论分析结果表明:数值模型能较好模拟试验梁发生弯曲破坏时的受力性能,而对界面滑移与剥离破坏的模拟尚存在不足;理论计算值与试验值在塑性弯曲破坏时吻合较好,脆性剥离破坏时相差较大。     

高强钢绞线网加固RC梁抗剪剥离承载力计算

为研究高强钢绞线网加固的RC梁抗剪剥离承载力,对9根抗剪加固梁进行试验测试,并进行数值分析,研究了加固方式、原梁配箍率、混凝土强度、剪跨比、钢绞线用量、二次受力等因素对剥离破坏承载力的影响,并建立了抗剪加固剥离承载力计算公式.研究结果表明:持载加固构件的剥离承载力不一定低于完整加固构件,但持载程度增加,剥离承载力降低;随混凝土强度和原梁配箍率提高,剥离承载力提高,但提高幅度有限;不同加固方式的加固构件,其剥离承载力均随钢绞线直径的增大而提高,且提高幅度逐渐降低;随剪跨比增大,剥离承载力降低;所建抗剪加固剥离承载力公式计算值与试验值之比的平均值为1.006,计算结果与试验结果符合良好,公式可用于快速评估抗剪加固梁剥离承载力.     

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.     

沉管隧道管节接头剪切破坏试验

为了研究沉管隧道最薄弱的环节-接头的受力特点和破坏机制，根据实际沉管隧道接头形式开展了1：4大比例尺的沉管隧道接头低周往复加载拟静力试验。试验模型由2节钢筋混凝土管节组成，接头主要由钢筋混凝土剪力键和橡胶填塞垫构成，为贴近实际工程结构反应，试验模型采用与实际工程相同强度的钢筋和商品混凝土。利用顶杆位移计和拉线位移计等传感器得到了试验模型在循环剪切荷载作用下的接头破坏机理，并分别从沉管隧道试验模型的荷载-位移滞回曲线、接头抗剪承载力、接头与管段刚度比3个方面对试验结构进行了分析。试验结果表明：橡胶填充垫对沉管隧道接头具有缓冲保护作用；低周往复荷载下沉管隧道接头主要经历橡胶垫弹性变形、橡胶垫与剪力键协同作用及剪力键塑性变形3个阶段；接头总抗剪承载力为674 kN（3个单键的抗剪承载力分别为417，320，417 kN），接头抗剪能力并不是单个剪力键承载力的线性叠加，需考虑剪力键之间的协同作用；接头与管节的剪切刚度有效比为1/960~1/672，接头是抗震的薄弱环节，在受到地震荷载时，变形主要集中在接头部位，并主要由接头处剪力键承担；接头的破坏模式主要体现在剪力键凸榫的端部剪裂及其失效后接头的不可恢复性变形。     

大断面盾构隧道管片接头抗弯刚度取值研究

为找到一种便于工程应用的管片接头抗弯刚度取值方法，采用考虑管片接头复杂结构形式、混凝土非线性材料特性以及接缝面复杂接触传力特点的大断面管片接头抗弯分析力学模型，对广深港狮子洋隧道和南京长江隧道2座典型大断面隧道的管片接头抗弯刚度Kθ进行计算； 基于所得到的抗弯刚度Kθ的非线性变化规律和数据分析方法建立抗弯刚度取值经验公式，并开展接头抗弯足尺试验对取值结果进行验证。结果表明： 1）当接缝轴力不变时，抗弯刚度随弯矩的增大表现出明显的非线性变化规律，由接触上升段、线性下降段以及非线性下降段组成； 2）抗弯刚度与轴压比的作用关系曲线近似为线性； 3）抗弯刚度与偏心距的作用关系中分为正常使用状态下的小变形区以及伴有混凝土压碎、螺栓屈服特征的大变形区，其抗弯刚度-偏心距关系曲线可分别近似为直线和抛物线； 4）抗弯刚度经验公式的计算结果与接头抗弯足尺试验结果的相符度较高，表明该取值方法合理且计算准确度较高。     

螺栓锈蚀对盾构隧道接头抗弯性能的影响研究

为研究螺栓锈蚀对隧道服役性能的影响，通过考虑不同荷载类型和偏心距的情况，采用数值模拟的方法对连接螺栓锈蚀后盾构隧道接头极限承载力和抗弯刚度的变化进行分析，并与模型试验数据进行对比。通过对比分析发现： 1）螺栓锈蚀后受压区混凝土和螺栓屈服时的接头弯矩有所降低，结构弹性极限降低。2）在结构弹性阶段，螺栓锈蚀基本不会影响管片的接头抗弯性能； 在塑性阶段，螺栓锈蚀会使接头的变形增大，接头抗弯刚度降低。3）螺栓锈蚀会降低接头的极限承载力，极限承载力的退化程度与螺栓锈蚀率有关，与螺栓锈蚀范围的大小无关； 在负弯矩工况中，螺栓锈蚀还会改变接头的破坏状态。     

粘贴钢板补强钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究

粘贴钢板加固混凝土梁试验,是一项用来测试钢板加固后的梁的抗剪性能的试验。由试验可知,粘贴钢板加固后的钢筋混凝土梁能有效提高抗剪强度,同时也提高了抗弯强度和刚度。而且抗剪强度随着钢板宽度的增加而随之增长。在试验中,粘贴钢板的梁比未粘贴钢板梁的抗剪强度提高很多。本文探讨了粘钢板加固钢筋混凝土破坏机理,为研究钢筋混凝土粘钢板加固设计理论打下基础。     

强受扭损伤箱梁加固后的压弯性能研究

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范公式对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝特征进行验算,评估规范中相应计算公式的适用性,并对加固箱梁在压弯荷载作用下的破坏形态进行对比分析。结果表明:灌浆-锚钢加固能有效地提高弯扭剪复合受力下箱梁的压弯刚度及扭转刚度;在压弯荷载作用下,加固梁的最终破坏形态为箱梁底板拉裂至钢筋屈服破坏,顶板混凝土没有被压溃,腹板锚贴钢板基本无损坏,但顶板锚贴钢板与混凝土界面发生了剥离现象,钢绞线未被拉断;GB50010—2010、JTG D62—2012、ACI318M-05规范均能较为准确地计算箱梁的抗弯极限承载力,ACI318M-05规范计算试验梁在正常使用极限状态下的跨中挠度值与实测值较为接近,基本能反映预应力混凝土箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB50010—2010规范计算试验梁的最大裂缝宽度和裂缝间距与实测值均较为接近,基本能反映预应力混凝土大比例缩尺箱梁的裂缝特性。     

嵌入式波形钢板剪力键推出试验及数值分析

为探究波形钢板剪力键的抗剪性能和破坏机理，设计了开孔和无孔2类波形钢板剪力键试件，进行推出试验研究。测试了试件的抗剪刚度、抗剪承载力、加载过程及破坏模态，随后采用有限元软件对试验全过程进行模拟，并开展波形钢板剪力键构造参数分析，探讨了混凝土强度、钢板厚度和高度的影响。根据试验和有限元分析结果，提出了波形钢板剪力键承载力计算公式。研究结果表明：波形钢板剪力键具有较高的抗剪承载力和良好的延性，当荷载-滑移曲线进入水平段后，仍能承受较大的相对变形，同时保持承载力不降低。无孔类剪力键依靠倾斜钢板材料的屈服来传递剪力，抗剪承载能力较高；开孔类剪力键主要通过倾斜钢板传递剪力，贯通钢筋和混凝土榫也能发挥一定的抗剪作用。剪力键开孔及设置贯通钢筋能增强混凝土板的整体性，开孔类剪力键试件的裂缝分布范围更大。试件破坏时，波形钢板剪力键发生明显变形，钢材达到极限强度，材料的利用效率高；波形钢板厚度、波形钢板高度和混凝土强度均是影响波形钢板剪力键抗剪承载力的关键因素，设计时需综合考虑并进行合理匹配，以便充分发挥各材料的性能；提出的波形钢板剪力键承载力计算公式与试验测试结果吻合较好。     

侧面粘贴钢板加固RC梁抗剪性能试验研究

侧面粘贴钢板加固混凝土梁试验,是一项用来测试钢板加固后的梁的抗剪性能的试验。由试验可知,侧面粘贴钢板加固后的钢筋混凝土梁能有效提高抗剪强度,同时也提高了抗弯强度和刚度。而且抗剪强度随着钢板厚度和宽度的增加而随之增长。在试验中,粘贴钢板的梁比未粘贴钢板梁的抗剪强度提高很多,最高达到了84%。文章探讨了侧粘钢板加固钢筋混凝土破坏机理,为研究钢筋混凝土侧粘钢板加固设计理论打下基础。     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。     

粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究

为探究粘贴钢板(简称粘钢)加固盾构隧道衬砌的承载性能和破坏机理,基于上海实施的内张钢圈加固管片衬砌结构试验,建立三维实体精细有限元模型,讨论了通缝隧道衬砌粘钢加固后的力学行为、变形特性和破坏模式,验证了数值仿真手段的可靠性。在此基础上,对广州地铁1号线某区间错缝盾构隧道钢板加固案例展开模拟,评价加固效果。研究结果表明:精细有限元模型能较好地模拟钢板与管片衬砌的共同承载特性,真实反映接头等细部构造的变形及力学指标;粘贴钢板加固后衬砌结构破坏的直接原因是钢板与管片混凝土间环氧树脂黏结失效,呈现明显的脆性特征,常规变形监测难以起到预警作用,应着重关注钢圈与混凝土间黏结状态;某病害错缝盾构隧道进行粘贴钢板作业后承载力提升约59.0%,加固效果显著。研究成果可为相关隧道加固方案的设计与实施提供指导和参考。     

UHPC加固盾构隧道衬砌结构试验

为了研究超高性能混凝土（UHPC）加固盾构隧道衬砌结构性能,首先开展了UHPC材料抗压、抗拉试验研究,然后将其应用于加固盾构隧道衬砌结构,并开展了加固结构的极限承载力足尺试验研究。该加固方法包括以下步骤：在隧道管片内表面进行凿毛处理,在凿毛后的内弧面植入弯筋和化学锚栓,清理凿毛表面,最后在内弧面浇筑0.06 m厚UHPC。未加固衬砌结构整环外径6.2 m,环宽0.6 m,管片厚度0.35 m。加固结构通过外弧面上均匀分布的24个千斤顶进行加载,这些千斤顶分为3组,分别控制其荷载大小,以模拟地层的不均匀压力。标准养护条件下,UHPC18 d龄期（足尺试验龄期）的抗压和抗拉弹性极限强度分别达到138 MPa和12 MPa。加固整环结构的弹性极限由腰部外弧面的混凝土开裂控制,结构破坏是由于原管片接头位置出现4个塑性铰,致使结构变成可变机构。通过分析试验结果以及对比现有加固技术,得到如下主要结论：①UHPC材料的拉压力学性能对养护湿度的依赖性较小,材料存在明显的应变强化现象;②UHPC加固隧道衬砌结构极限承载力由管片接头部位性能控制;③UHPC自身的材料性能得到充分利用,但原隧道管片的材料性能尚未得到充分发挥;④相比未加固结构,初始结构刚度提高1个数量级,结构弹性极限提高了115%,UHPC加固结构承载力和传统的钢板加固相当。     

波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵试验

为明确波纹钢管加固不同破损程度混凝土管涵的力学性能及机理，采用室内两点加载试验，对波纹钢管加固的未破坏、部分破坏和完全破坏的混凝土管涵进行研究，获得加固管的荷载-位移曲线、破坏特征和截面应变分布，基于破坏特征和截面应变分布假设加固系统为套管体系（Ⅱ类管），根据变形协调条件推导极限承载力的估算公式，并论述套管体系中各个管体的荷载分配机制。研究结果表明：波纹钢管不同程度地提高了混凝土管涵的承载能力和刚度；加固后的复合管为套管体系，荷载分配依据各个管体的环刚度大小，加固管极限承载力的计算值与实测值之间的误差小于10%；只要待加固的混凝土管涵未完全破坏，波纹钢管对钢筋混凝土管的加固效果相近，即部分破坏与未破坏的钢筋混凝土管涵采用波纹钢管加固后的承载能力相近，而完全破坏的钢筋混凝土管涵加固后的承载力较低；填充层不仅起到黏结作用，而且在荷载分配方面起着重要作用；当钢筋混凝土管涵从未破坏到完全破坏时，填充层所分担的荷载迅速增加（由30%增至80%），而波纹钢管分担的载荷仅略有增加（由7%增至18%）；当填充层的刚度从0增加到35 000 MPa时，填充层所分担的荷载从0增加到58%，钢筋混凝土管涵分担的荷载从69%下降到29%，波纹钢管分担的荷载由31%下降到13%。     

铝合金腔体复合构件抗弯性能试验研究

为安全经济地设计铝合金腔体复合构件，使其达到加固要求，以铝合金腔体复合构件在加固过程中的实际工况为背景，对其抗弯性能进行试验研究，并采用数值模型进行验证。通过描述试件的加载破坏过程，分析各类试件的破坏机制，得到试件的承载力、延性和抗弯刚度的增长规律。试验结果表明： 1）砂浆压碎或铝合金拉断是铝合金腔体复合构件丧失承载能力的标志； 2）砂浆材料能显著提升试件承载能力，并降低试件延性，对试件抗弯刚度贡献不大； 3）碳纤维材料能显著提升试件抗弯刚度，并有限地提升试件的延性和承载能力。     

UHPC中MCL形组合销的抗剪性能

改进螺旋线（Modified Clothoide，MCL）形组合销是抗剪性能优异的一类新型剪力连接件，在组合结构桥梁中具有广阔的应用前景。为探究MCL形组合销在超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）中的抗剪性能，依据新型波形组合桥面板结构中MCL形组合销的纵向和横向受力特征，设计并开展了纵向和横向2类推出试验；建立了考虑材料与界面接触等非线性因素的2类推出试验有限元模型，基于试验结果验证了有限元模型的适用性；采用有限元模型开展了结构的全过程受力分析，阐明了2类推出试验的荷载传递历程与破坏机理；依据受力特征和破坏模式，推导了适用于钢销失效破坏模式的MCL形组合销纵向极限抗剪承载力计算式；通过现有公式对比，确定了适用于UHPC压溃破坏模式的MCL形组合销横向极限抗剪承载力计算式。结果表明：UHPC中MCL形组合销的纵向和横向抗剪性能差异显著，纵向抗剪性能表现出良好的延性特性，而横向抗剪性能表现出较高的抗剪刚度和抗剪承载力；主要力学指标的有限元计算值与试验结果符合较好，验证了有限元模型的适用性；MCL形组合销的纵向破坏模式主要表现为钢销产生较大的塑性变形，其根部截面进入屈服状态，而横向破坏模式主要表现为钢销下侧UHPC压溃；纵向和横向极限抗剪承载力计算值与试验值之比的均值分别为1.18，1.06，标准差分别为0.13，0.01，计算值与试验值吻合良好。