钢筋锈蚀的配斜筋混凝土梁抗剪性能试验研究

为了解钢筋锈蚀对配斜筋混凝土梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,设计制作14片配斜筋混凝土梁,采用电化学方法对试验梁钢筋进行快速锈蚀,达到设计锈蚀率后进行抗剪试验,分别研究仅箍筋锈蚀和全部钢筋锈蚀对试验梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,并考虑钢筋截面减少、力学性能退化及混凝土截面损伤等因素提出配斜筋混凝土梁抗剪承载力的简化计算方法。结果表明:剪跨比相同的情况下,钢筋锈蚀对试验梁的抗剪破坏形态影响不大;箍筋轻微锈蚀在一定程度上能提高梁的抗剪承载力,严重锈蚀时抗剪承载力下降较为明显;全部钢筋锈蚀时,梁的抗剪承载力随锈蚀率的增加显著减小,其下降速率比仅箍筋锈蚀时更快;提出的混凝土梁抗剪承载力计算方法具有较高的精度。     

普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳试验研究

借助传统应变片和891拾振器的疲劳试验实时测试系统,通过9片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究了普通钢筋锈蚀后预应力混凝土桥梁疲劳破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随重复荷载次数的变化规律.研究表明:梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),只要钢筋没有发生锈蚀断裂破坏,混合配筋合适的预应力混凝土梁的静载承载力与普通没有锈蚀梁的承载力相差不大.锈蚀率超过一定界限后(20％),钢筋在坑蚀处断裂,梁的静载承载力会急剧降低,表现为少筋梁的脆性破坏特征.疲劳反复荷载作用下构件的中性轴位置基本保持不变,不像非锈蚀试件那样呈现出明显的3阶段变化过程;锈蚀率超过7％以后,容许疲劳疲劳寿命会急剧减少,达40％左右.     

锈蚀箍筋RC梁斜截面抗剪模型对比分析

针对钢筋混凝土梁在箍筋严重锈蚀和轻度锈蚀两种情况下,分别基于极限平衡理论、等效桁架理论和"梁-拱"作用理论,对锈蚀混凝土梁斜截面抗剪承载力进行计算,分析对比了现有锈蚀箍筋混凝土梁抗剪性能的实用性。依据箍筋锈蚀程度不同,提出了锈蚀箍筋混凝土梁抗剪强度计算公式,对建立的锈蚀箍筋混凝土梁的抗剪承载力理论进行了验证。     

基于EIC增长的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估

锈蚀和疲劳荷载共同影响下的材料复合损伤机理十分复杂,会显著降低既有钢筋混凝土桥梁的使用寿命。为了能够准确地预测锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命,通过从材料到钢筋混凝土构件的跨尺度分析,提出了一种基于材料失效机理的锈蚀钢筋混凝土梁疲劳寿命评估方法。该方法以断裂力学和等效初始裂纹理论为基础,并且可以同时考虑钢筋的不同锈蚀形态。结合锈蚀钢筋的疲劳拉伸试验结果,提出了不同锈蚀水平下的应力集中因子表达式,结果表明随锈蚀率的增长,应力集中因子先增大后减小。然后将局部锈蚀导致的应力集中的影响融入到应力强度因子计算模型中;通过对试验数据进行拟合得到了钢筋疲劳裂纹速率增长分析模型,对该模型从等效初始裂纹尺寸到临界裂纹长度进行积分来实现钢筋混凝土梁的疲劳寿命预测。为了验证本评估方法的有效性,开展了电化学快速锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能试验,试验梁失效形式均为受力主筋的疲劳断裂;采用扫描电子显微镜对疲劳失效后的锈蚀钢筋断口形貌进行了微观分析,对比了不同锈蚀程度下钢筋疲劳裂纹扩展形式的差异。将理论计算结果与本研究试验和已有文献中的试验值进行了比较,二者吻合较好,可为日后钢筋混凝土桥梁的腐蚀疲劳寿命评估提供科学依据。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

锈蚀RC梁加固抗剪试验研究

开展4根加固梁和4根对比梁的静载破坏试验,分析U形箍筋加固梁在固定剪跨比、不同箍筋锈蚀率情况下的受剪性能。结果表明,U形箍筋抗剪加固RC梁对承载力的提升效果较好,开裂荷载和极限荷载平均提高幅度分别为16%和27%左右;随锈蚀率的增大,梁内箍筋和加固箍筋参与抗剪和屈服的时间提前;加固梁的梁内箍筋应变发展速度均小于对比梁;U形箍筋加固可有效限制梁斜裂缝的发展和延伸,提高梁的最大挠度,优化梁的刚度和延性。     

腐蚀钢筋混凝土构件斜截面承载能力分析

钢筋混凝土构件中箍筋腐蚀对其承载力的影响不容忽视,针对目前开展斜截面受力性能研究较少的情况,以无腹筋梁的梁拱作用共同抗剪理论为基础,进一步扩展到有腹筋梁,研究了箍筋锈蚀对钢筋混凝土构件开裂荷载和斜截面承载能力的影响,综合考虑现有试验,发展了箍筋锈蚀后的构件抗剪承载力计算方法,并将理论值和试验值进行了对比。结果表明：箍筋腐蚀对钢筋混凝土构件开裂荷载的影响并不是简单的线性增长关系;由本文方法得出的计算值与试验结果较为接近,可为相关研究提供一定的参考。     

锈蚀光圆钢筋混凝土受弯构件受力性能试验研究

进行了21根钢筋混凝土梁试件的试验,考察了钢筋锈蚀程度、钢筋直径等因素对配光圆钢筋混凝土梁力学性能的影响,分析了不同钢筋锈蚀率下混凝土梁破坏形态和承载能力的变化规律,讨论了钢筋-混凝土间黏结退化对构件承载性能的影响。试验结果表明:光圆钢筋的锈蚀致使钢筋截面积减小,拉伸强度降低,从而使锈蚀梁的承载能力下降;另一方面钢筋与混凝土之间的黏结退化也致使受弯结构的力学性能退化,但在钢筋达到屈服的条件下,钢筋与混凝土间黏结退化不是致使结构承载力降低的主要因素,对构件屈强比等性能也未产生显著影响。     

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。     

不锈钢筋的工程应用

为验证不锈钢筋混凝土结构与普通钢筋混凝土结构施工、养护、耐久性等的差异,在受海水侵蚀的园里溪桥、红树林大桥桥墩试验采用了不锈钢筋混凝土结构。园里溪桥桥墩受海水侵蚀,墩柱混凝土开裂、钢筋腐蚀严重。采用外包不锈钢筋混凝土套箍加固,同时预留不锈钢筋混凝土暴露试件,3年后回访检查,外包不锈钢筋混凝土套箍没有明显病害;解剖预留试块,不锈钢筋均未锈蚀,即使保护层厚度小于5mm的不锈钢筋也未锈蚀,说明不锈钢筋具有优异的耐腐蚀性能。红树林大桥引桥5号桥墩右幅盖梁、墩柱、系梁及桩基顶部1.5m采用不锈钢筋混凝土结构,不锈钢筋加工工艺、设备与普通钢筋相同,不需增加额外新设备及工艺改进。试验证明不锈钢筋混凝土构件具有优异的耐腐蚀性能、加工工艺与普通钢筋相同,用于桥梁受海水侵蚀的部位,可提高桥梁整体的耐久性。国内不锈钢筋产品质量达到国外同类产品水平,在按120年寿命设计的港珠澳跨海大桥获得了应用。     

超载情况下HPFL加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过2根对比梁和9根加固梁的静力对比和疲劳试验,研究了超载情况下高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（High Performance Ferroeement Laminate,简称HPFL）加固钢筋混凝土梁的疲劳性能。对超载情况下试件的破坏形式、疲劳寿命、挠度和材料应变进行了分析：结果表明,超载情况下试件的破坏模式均始于梁底纵筋的疲劳断裂,疲劳寿命只有32．7万～66．8万次,而未超载情况下加固试件的疲劳寿命均大于200万次。加固梁的疲劳寿命均明显高于对比梁,疲劳寿命随加固钢筋网用量的增加而增大。在经过相同次数的循环之后,加固试件的挠度和混凝土及钢筋的应变都低于未加固梁。由于加固梁端部植入了剪切销钉,未发生梁端部加固层与混凝土之间的界面剥离。     

玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的研究

通过GFRP筋混凝土梁和普通钢筋混凝土梁的破坏试验,对GFRP筋混凝土梁跨中荷载挠度等受力变形规律进行了试验研究.讨论了GFRP筋混凝土梁有限元建模计算的方法,参照普通钢筋混凝土梁的有限元模型,采用线弹性本构关系模型,对不同配筋率的GFRP筋混凝土抗弯性能进行了计算研究.结果表明,GFRP筋混凝土梁的跨中荷载挠度曲线在...     

锈蚀钢筋粘结性能对比试验研究

为研究钢筋锈蚀、钢筋类型和直径对钢筋与混凝土间粘结性能的影响,设计制作了变形钢筋和光圆钢筋混凝土粘结试件,并进行了实验室通电快速锈蚀。通过快速锈蚀两种粘结试件的拔出试验,得到了钢筋与混凝土间粘结应力-滑移曲线,分析了锈蚀率、钢筋直径以及钢筋类型对粘结应力-滑移曲线影响,探讨了不同锈蚀率下两种类型钢筋混凝土粘结试件破坏模式。试验研究表明:光圆钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋锈蚀更敏感,随锈蚀率变化,其最大粘结力及相应的滑移量变化幅度更大;变形钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋直径更敏感,锈蚀率接近的情况下,直径不同,其粘结应力-滑移曲线差异显著。     

重复荷载作用下无粘结部分预应力混凝土梁的抗剪强度

依据８片无粘结部分预应力混凝土梁的试验结果，分析了在重复荷载作用下斜向裂缝、箍筋应力的发展机理及试验梁的破坏现象，研究了抗剪强度随疲劳次数的误差规律，提出了箍筋强度折减系数的计算公式；并对影响箍筋应力主要因素进行了简要分析，在此基础上提出了箍筋应力的计算公式。     

锈蚀钢筋混凝土梁承载力计算方法及试验研究

为研究锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力和破坏形态,建立锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力计算公式,通过34根构件实测值验证计算公式准确性,开展14根锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力试验,研究锈蚀率和剪跨比对锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力的影响,结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力随剪跨比增加而减小,锈蚀率小于5%,锈蚀钢筋混凝土梁破坏状态与未锈蚀钢筋混凝土梁都呈现出剪切破坏状态,锈蚀率大于5%,锈蚀钢筋混凝土梁破坏形态由剪切破坏转化为弯曲破坏;锈蚀率10%是极限承载力变化临界点,每增加1%,小于临界点和大于临界点时极限承载力分别降低1.4%和5.6%。锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力计算值与试验值平均比值为1.05,计算公式具有较高精度。     

钢板加固锈蚀RC梁刚度分析

根据锈蚀会导致钢筋混凝土梁抗弯承载力及刚度下降的现象,该文采用底板锚贴钢板的方法对锈蚀梁进行加固。通过9根锈蚀RC梁的钢板加固试验,分析了不同钢板厚度和保护层厚度对加固后试验梁变形性能的影响。通过引入钢筋应变滞后系数m(ηs)、钢筋应变不均匀系数n(ηs)以及钢板与混凝土之间的协同工作系数β,提出了钢板加固锈蚀RC梁的短期抗弯刚度公式。研究结果表明:在保护层厚度相同且钢筋锈蚀率相近时,加固梁挠度随着钢板厚度的增大而减小,刚度增大,延性降低;保护层厚度的变化对加固梁变形能力的影响并不显著;挠度计算数据与实测数据差异较小。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度研究

钢筋与混凝土之间的粘结力退化是引起锈蚀钢筋混凝土矩形梁抗弯刚度退化的主要因素。研究发现光圆钢筋与混凝土的粘结机理和螺纹钢筋与混凝土的粘结机理有本质区别。在给出不同锈层厚度以及荷载等级下钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果的基础上,分析了37根钢筋混凝土矩形梁的抗弯刚度受锈层厚度影响的差异。详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁的制备过程、电化学加速锈蚀试验的设计依据、以及锈蚀梁静载试验方案。在对锈蚀钢筋混凝土矩形梁挠度试验结果以及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)计算结果的对比分析基础上,给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁随锈层厚度变化的刚度退化系数计算建议公式,进而提出了公路混凝土桥梁中锈蚀受弯构件抗弯刚度计算的建议方法,可为既有公路混凝土桥梁耐久性评估提供参考依据。     

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。     

考虑箍筋效应的PP-ECC梁抗剪试验研究

为了研究钢筋加强工程水泥基复合材料(ECC)梁中的箍筋抗剪加强效应,针对发生剪切破坏的普通钢筋混凝土(RC)构件,考虑箍筋率的影响,分别进行RC与ECC梁的四点加载试验研究。首先开展ECC材料试验,采用直接拉伸的加载方式,对聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的拉伸力学性能进行试验研究。在材料试验结果的基础上,通过考虑箍筋效应,分别设计5根不同箍筋率的钢筋增强PP-ECC梁和2根普通钢筋混凝土梁试件,对7根梁进行四点加载试验,并在加载过程中对5根PP-ECC梁的斜裂缝进行观测,分析箍筋率对ECC梁斜裂缝开展行为的影响。通过修正桁架模型,分析箍筋率对ECC梁抗剪承载力的影响。试验结果表明:PP-ECC具有拟应变硬化和微裂缝的多缝开裂特征,其屈服拉伸强度和拉伸极限强度分别不小于2,3MPa,极限拉应变大于2.5%;PP-ECC梁有较好的剪切延性,随着箍筋率的增长,PP-ECC梁的抗剪承载力也逐渐加大;在相同箍筋率下PP-ECC梁的抗剪承载力大于RC梁,而无箍筋PP-ECC梁的抗剪承载力2倍于无箍筋RC梁;由于箍筋限制了R/ECC梁斜裂缝的开展,加剧了斜裂缝的剪切滑移,从而削弱了斜裂缝间的纤维桥接作用,导致PP-ECC承担的剪力随着箍筋率的增大而减小;现有规范未考虑斜裂缝的剪切滑移对PP-ECC抗剪承载力的削弱作用,使得计算剪切承载力过大而导致偏危险。     

钢筋混凝土梁疲劳性能国内外研究综述

混凝土结构的疲劳问题已引起了许多土木工程师的关注,结构中最常见的钢筋混凝土梁,已有大量学者对其疲劳性能进行了研究。在研究国内外有关文献的基础上,总结了钢筋混凝土梁疲劳研究的进展情况,分析了影响钢筋混凝土梁疲劳破坏的影响因素,论述了钢筋混凝土梁发生疲劳破坏的判据和破坏形态,并在理论和试验对比分析基础上,提出钢筋混凝土梁疲劳设计的有关建议。