氯盐渗透下钢拱架锈蚀与喷射混凝土间锈胀力研究

为研究海底隧道初期支护中工字钢在氯离子渗透下严重锈蚀时对结构耐久性的影响，采用室内试验研究工字钢在不同混凝土保护层厚度下锈胀力与锈蚀率的关系以及锈胀的发展过程，再通过数值模拟研究锈胀力作用下的混凝土裂缝、混凝土应力、应变分布规律及胀裂应力变化情况。研究结果表明： 1）相同保护层厚度下，锈胀力随着锈蚀率的增加而增大；锈蚀率相同时，锈胀力随着保护层厚度的增加而增大； 2）工字钢混凝土构件锈胀开裂，裂缝集中于翼缘中部和2个角点区域，翼缘中部的裂缝由外向内发展，2角点区域的裂缝由内向外发展； 3）数值计算得出的混凝土胀裂应力大于试验得到的混凝土胀裂应力。     

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。     

初始应力状态对加固后混凝土梁力学性能的影响

加固后混凝土梁的力学行为与加固时的既有截面初始应力状态密切相关,为了解在不同的初始应力状态下加固混凝土梁的力学性能,通过模型试验,对3片结构参数相同的混凝土试验梁,分别在不同的初始应力状态下采用增大截面法加固,并进行正常使用极限状态与承载能力极限状态下的加载试验,对试验梁的承载力、钢筋与混凝土的应变及裂缝发展过程进行分析。结果表明:在不同的初始应力状态下,加固混凝土梁的正常使用极限状态的承载力存在明显差别;加固后混凝土梁的变形不满足平面假定,其承载力计算必须考虑分阶段受力的影响;初始应力状态对极限承载力影响不大。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁正截面抗弯承载力计算方法

结合48片钢筋混凝土梁的抗弯试验数据,探讨了不同锈蚀率的钢筋混凝土矩形梁极限抗弯承载力的变化规律,对平截面假定进行了验证,并给出了在平截面假定不成立的前提下,受弯梁处于极限状态时跨中截面处钢筋应变和钢筋对应处混凝土应变的关系.通过构造新的几何条件给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁受压区高度随锈蚀率变化的计算公式,进而推导出锈蚀钢筋混凝土正截面抗弯承载力计算公式,并通过试验数据进行验证.结果表明:钢筋锈蚀状态下,钢筋和混凝土的应变不再符合平截面假定;提出的抗弯承栽力计算公式计算结果准确可靠,可用于指导工程实践.     

基于分形理论的损伤RC梁裂纹开展研究

锈蚀会导致既有钢筋砼(RC)结构受力性能退化,进而降低其正常使用寿命。文中通过对6片锈蚀RC梁抗弯试验结果的分析,得到了锈蚀梁抗弯性能随锈蚀率变化的规律;依据分形理论,得到了锈蚀RC梁表面开裂过程中的分形特性,探讨了裂缝分维数随腐蚀程度及荷载作用等参数的变化规律,结果表明裂缝分维数随荷载值的增大而增大,极限强度下裂缝分维数随腐蚀程度的增大而减小。     

局部锈蚀下Q550E钢梁抗弯性能试验研究

侵蚀环境下高性能钢结构普遍存在局部锈蚀病害，这将削弱结构的整体承载能力。为了研究局部锈蚀对钢结构承载力的影响程度，设计制作了7片H形Q550E高性能钢梁，研究不同局部锈蚀对高性能钢梁抗弯性能的影响。首先对其中6片试验梁的弯剪段和纯弯段开展了不同锈蚀率的加速锈蚀，另1片为未锈蚀对比梁。接着，对试验梁开展四点弯曲分级加载试验，采集并对比分析了试验梁关键截面的应变和挠度数据。结果表明：锈蚀导致试验梁的承载力、屈服挠度、极限挠度和延性降低，相同锈蚀率下纯弯段性能降低程度大于弯剪段；右半截面承载力比下半截面降低程度更大；所有试验梁均为受压翼缘屈曲失稳破坏；SCR梁屈曲发生在弯剪段，其他试验梁屈曲位置位于纯弯段；弹性阶段腹板应变符合平截面假定，试验梁受拉翼缘一般先于受压翼缘屈服，因此随着荷载的增加，会出现截面中性轴上移现象；整体锈蚀比纯弯段下半截面锈蚀时的剩余承载力低，主要因为整体锈蚀时受压翼缘存在锈蚀削弱，导致试验梁屈曲提前，承载力降低；局部锈蚀的不均匀性会产生翼缘应力集中，导致PCR试验梁比整体锈蚀梁承载力低；与普通钢梁相比，锈蚀对于高性能钢梁承载力退化影响更大；对于顶板和底板锈蚀，梁的剩余承载力与其锈蚀程度为线性关系。     

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。     

螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究

为探究螺旋箍筋约束高强混凝土柱的轴心受压性能,开展了42根螺旋箍筋约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了混凝土标准立方体抗压强度(58.0~90.6 MPa)、箍筋屈服强度(480~1 219 MPa)、体积配箍率(1.00%~1.60%)与箍筋间距(45~80 mm)对螺旋箍筋约束混凝土柱受压承载力和变形能力的影响。试验结果表明:箍筋约束混凝土在达到峰值压应力时,约束箍筋可能达不到屈服;约束箍筋的强度和体积配箍率相同时,随着高强混凝土强度的增高,约束混凝土达到峰值压应力时箍筋的拉应变减小;混凝土轴心抗压强度、箍筋屈服强度相同时,随着体积配箍率的提高,约束混凝土峰值压应变增大,相应的横向应变也随之增大,箍筋拉应变也增大。基于试验结果,考察了峰值压应力下箍筋拉应变与体积配箍率、混凝土强度、箍筋屈服强度和箍筋间距之间的关系,建立了峰值压应力下约束箍筋拉应变计算公式。拟合得到了约束混凝土峰值压应力f_cc、峰值压应变ε_cc、下降段曲线的特征参数(峰值压应力后85%峰值应力下的轴向压应变ε_c85、50%峰值压应力的轴向压应变ε_c50)的计算公式。给出了考虑体积配箍率、混凝土轴心抗压强度、箍筋间距和箍筋屈服强度影响的箍筋约束高强混凝土的轴心受压应力-应变关系模型。     

基于灰色理论的锈蚀钢筋混凝土梁裂缝间距研究

在考虑影响裂缝间距的各主要因素的基础上,用正交设计法制作了37片混凝土梁试件,结合试验数据,详细阐述了试验室条件下钢筋混凝土矩形梁依锈蚀率变化的破坏过程、归纳了试验现象,探讨了锈蚀钢筋梁对裂缝间距分布的影响机理,以及试件在静载试验中的裂缝间距分布随锈蚀率变化的特点.采用灰色关联分析法分析了现行裂缝间距公式中各主要影响因素的重要程度,建立钢筋锈蚀率与平均裂缝间距的GM(1,2)灰色模型.研究表明,随着锈蚀率的增大,裂缝间距总体趋势也变大;锈蚀引起的粘结性能退化改变了受弯构件破坏机理;钢筋锈蚀是比混凝土抗拉强度对裂缝间距分布影响更为重要的因素.     

锈蚀预应力砼梁受荷裂缝宽度和间距计算

通过对8片不同锈蚀程度预应力钢筋砼梁进行静载试验,分析不同锈蚀率对预应力砼梁受荷裂缝分布、间距、宽度的影响;基于裂缝宽度的综合理论,建立了锈蚀预应力砼梁裂缝平均间距和宽度计算方法,并通过现有文献试验数据对公式进行了验证。结果表明,锈蚀率较低时,PC梁的受荷裂缝间距和宽度变化不明显;锈蚀率超过19.47%时,由于预应力筋截面积减少和粘结性能退化较大,裂缝间距和裂缝宽度变化显著,在计算锈蚀PC梁裂缝宽度和间距时应考虑预应力筋锈蚀的影响。     

结合梁桥面板混凝土收缩应力评定

灌河大桥为钢-混结合梁斜拉桥。为分析该桥桥面板混凝土收缩应力水平,分别通过试验测定和理论计算公式,得到混凝土前期收缩应变时程曲线和弹性模量时程曲线,根据收缩应变结果进行有限元模拟,得到混凝土前期和后期收缩应力,并对结合梁桥面板混凝土的收缩应力进行评定。结果表明:灌河大桥桥面板混凝土前期收缩量和收缩应力的试验结果大于JTG D62-2004规范公式计算结果;采用杆系模型得到桥面板混凝土顺桥向后期收缩应力最大值为1.5MPa,采用板壳模型得到桥面板混凝土应力最大值顺桥向为1.5MPa、横桥向为2.2MPa,需要采取有效措施以减小桥面板的收缩应力。     

栓钉锈蚀钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的力学性能研究

基于受弯性能试验和数值分析,研究栓钉锈蚀钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的力学性能。对5根梁进行试验,其中4根梁采用恒定电流通电加速锈蚀方法(CCAC)使其抗剪栓钉锈蚀,栓钉锈蚀率为0%~40%。加载结果表明:随着栓钉锈蚀率的增加,组合梁抗弯承载力轻微减小,但其抗剪承载力则明显减小。根据试验结果,建立一个新的计算分析模型,以研究负弯矩下栓钉锈蚀组合梁的力学性能。该数值分析模型能够相当准确地预测试验结果。     

钢筋锈蚀率对RC构件粘结性影响的试验研究

为获得钢筋锈蚀率不同的混凝土试件,对钢筋混凝土试件中的钢筋开展电化学快速锈蚀,通过钢筋开槽、内贴应变片的拔出试验,得到了不同位置处的钢筋应变实测值,由此计算出钢筋与混凝土间的粘结应力;探讨了钢筋锈蚀率与粘结应力的关系;绘制出混凝土试件的粘结应力-滑移曲线,并进一步分析了锈蚀率对滑移的影响。     

长期荷载作用卸载后的锈蚀钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为研究长期荷载卸载后锈蚀简支组合梁的抗弯性能,进行了6片钢-混凝土简支组合梁的抗弯性能试验,采用电化学腐蚀方法对组合梁进行加速腐蚀,使用5%浓度的NaCl溶液作为电解液。对钢梁和钢筋进行防腐处理,以达到仅使试件指定部位生锈的目的。腐蚀速率通过调节腐蚀电流来控制。在腐蚀和长期荷载作用200天后卸载,测试组合梁的抗弯性能。研究了腐蚀与长期荷载共同作用对组合梁挠度、滑移、应变及极限承载力的影响。试验结果表明:(1)在长期荷载作用下,组合梁的截面应变和界面相对滑移前期得到增长,但对试件的最大应变和最大滑移值影响甚微。(2)栓钉锈蚀导致组合梁整体刚度降低,延性变差;(3)经过栓钉锈蚀,组合梁的抗剪连接程度下降,混凝土板与钢梁工作协同性变差,组合梁抗剪连接程度降低导致滑移量增长,钢材塑性得不到充分发挥,试件的受弯承载力降低;(4)栓钉锈蚀导致栓钉与混凝土的有效接触面积减少,截面组合程度减弱,混凝土压应力提高,应变增大;(5)栓钉锈蚀导致栓钉抗剪切变形能力减弱,试件的滑移增长速率明显增大,相同荷载下,栓钉锈蚀率越高,组合梁相对滑移的最大值越大;(6)栓钉锈蚀更严重的组合梁在同一荷载等级下应变量更大。     

缓粘结预应力混凝土梁极限承载力试验

通过4根预应力混凝土梁的极限承载力试验,分别对其开裂荷载、破坏荷载、控制截面应力、裂缝与变形进行了测试,对比了缓粘结与普通预应力混凝土梁的受力性能差异。从试验结果来看,缓粘结预应力混凝土梁具有较好的受力性能,缓粘结与普通预应力混凝土梁的挠度、应变实测数据变化规律基本一致。跨中截面体内应变测试结果表明,缓粘结与普通预应力混凝土梁的体内应变变化规律吻合较好。跨中截面钢筋应变与混凝土应变测试结果表明,缓粘结与普通预应力混凝土梁的应变变化规律基本一致,缓粘结预应力混凝土梁的实测值相对较大。缓粘结预应力混凝土梁的实际开裂荷载、破坏荷载大于普通预应力混凝土梁,矩形、T形缓粘结预应力混凝土梁的开裂荷载实测值较普通预应力混凝土梁偏大6%、10%,矩形、T形缓粘结预应力混凝土梁的破坏荷载实测值较普通预应力混凝土梁偏大4%、3%。缓粘结预应力混凝土梁裂缝宽度实测值较普通混凝土梁相对较小,表明缓粘结预应力筋与混凝土之间具有足够的粘结力。     

体外预应力加固RC梁受力性能试验

为了确定合适的张拉控制应力和束高,为体外预应力加固提供合理的参数,制作了7根缩尺试验梁,分别开展了不同张拉控制应力和束高下的体外预应力加固RC梁受力性能、破坏模态和极限承载力的试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,依据承载力理论计算得到各试验梁的理论承载力,利用ANSYS软件将试验值与计算值进行对比分析。研究结果表明:被加固梁破坏模态与未加固梁类似,均呈现显著的塑性破坏特征,二者破坏前有明显的裂缝发生、发展过程,但持续时间较未加固梁大大增加;增大束高有利于提高梁的承载能力,但束高增大到一定程度后,由于挠度增加导致钢束对梁体二次效应显著,梁体承载能力的增大效应显著削弱;张拉控制应力越大,被加固梁开裂荷载与极限荷载越大,钢绞线应力增量越小,较大的张拉控制应力有利于充分发挥体外预应力加固效应,但当张拉控制应力小到一定程度时,改变张拉控制应力大小对被加固梁承载力几乎无影响;相比于变化张拉控制应力,束高的改变对梁体受力性能的影响更加显著;体外预应力加固在提高原梁承载能力的同时,显著改善了其延性,破坏时梁体塑性发展更加充分。     

腐蚀预应力混凝土梁性能对比试验研究

为研究预应力混凝土梁在预应力筋不同腐蚀程度下的力学性能,开展了5片T型模型梁加载破坏试验。采用电化学加速腐蚀方法,对梁体内预应力钢束进行腐蚀,得到腐蚀率为0、5%、8%、10%、12%五种模型试验梁,分别进行加载直至梁体破坏,测试加载过程中梁体挠度、应力、钢绞线及钢筋应力变化,观察梁体的破坏模式,并与有限元仿真分析结果进行对比。试验研究表明:1)腐蚀率为5%时,梁体承载力降低2. 9%,挠度降低27. 2%,梁体延性下降; 2)腐蚀率为8%、10%及12%时,加载过程中钢束出现断丝,承载力分别降低25. 7%、34. 1%和42. 9%,相应挠度分别降低63. 4%、69. 0%和74. 2%,即随着腐蚀率的增加,试验梁延性大大降低,呈现脆性破坏特征。