混合配筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

为了研究FRP筋与普通钢筋（HRB筋）混合配筋混凝土梁在受弯过程中的裂缝开展机理及其计算方法，设计制作8根混合配筋混凝土梁和3根普通钢筋混凝土梁。通过改变FRP筋种类、FRP筋直径、钢筋强度、FRP筋和钢筋配筋面积比以及截面配筋率等参数，对比分析试验梁抗弯承载力、裂缝分布、平均裂缝间距和裂缝宽度的变化规律。给出FRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁抗弯承载力建议计算公式，并结合相关试验数据对其预测值和试验值进行分析，证明建议计算公式的精确性和合理性。根据传统的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算理论，结合现有试验结果，对21根混合配筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合分析，提出正常使用阶段平均裂缝间距l_m和受拉纵筋应变不均匀系数ψ的计算公式，修正裂缝宽度短期扩大系数τ_s，并在此基础上提出短期最大裂缝宽度的建议计算公式。结果表明：混合配筋混凝土梁正截面仍符合平截面假定；随截面配筋率的增大，混合配筋混凝土梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度均逐渐减小；单层配筋混合配筋混凝土梁的最大裂缝宽度比双层配筋大；平均裂缝间距建议计算公式精度较好；短期最大裂缝宽度建议公式的计算值与实测值吻合较好。相关研究成果可为混合配筋混凝土梁的设计提供一定的参考。     

预应力纤维聚合物筋混凝土梁力学性能的有限元分析

为了研究碳纤维筋在混凝土受弯构件中的工作状况以及配有预应力碳纤维筋的混凝土受弯构件在荷载作用下的受力性能,以碳纤维增强聚合物筋作无粘结预应力筋,以普通钢筋作非预应力筋,制作了4根无粘结部分预应力混凝土简支梁,对试验梁进行两点加载试验,获得了相关的试验数据,基于试验数据开展了受弯构件的力学性能分析。进而利用所获试验数据和有限元分析程序,进行了无粘结预应力纤维聚合物筋混凝土受弯构件的非线性研究。研究结果表明:试验结果与有限元分析结果吻合良好。根据试验与分析数据,提出了这类构件正截面承载力的计算公式和刚度的计算公式。     

配斜筋钢筋混凝土梁抗剪承载力分析及试验研究

针对剪压破坏时配有斜筋的钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力进行了研究。根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑腹筋和受压区混凝土共同承担剪力,基于极限平衡理论和对Rankine破坏准则进行简化后的混凝土强度破坏准则,建立配斜筋钢筋混凝土梁斜截面抗剪的平衡方程,提出极限承载力的计算公式。通过对2片配斜筋钢筋混凝土梁的试验数据进行对比,结果表明理论计算值与试验值较为吻合。     

纤维塑料筋混凝土梁长期性能研究进展

对国内外纤维塑料筋(FRP筋)混凝土梁长期性能试验、时随分析和设计计算方法的研究进展进行综述与分析:首先介绍不同种类FRP筋的应力松弛试验,研究表明AFRP筋的应力松弛较CFRP筋更为显著;总结预应力与非预应力FRP筋混凝土梁长期性能试验,研究表明采用AFRP筋或较低强度混凝土时,梁的长期变形相对较大;分别阐述基于截面时随曲率的非预应力FRP筋混凝土梁时随分析方法和基于龄期调整有效模量的预应力FRP筋混凝土梁截面时随分析方法;介绍非预应力FRP筋混凝土梁和预应力FRP筋混凝土梁长期变形的设计计算方法;最后对今后FRP筋混凝土梁长期性能研究的发展趋势进行展望。     

聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁受弯性能研究

为研究聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受弯性能,对6根矩形截面梁进行了集中荷载作用下试验研究。对比分析了聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受弯承载力、正常使用阶段的裂缝宽度。研究表明:聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受力性能与普通钢筋混凝土梁相同,其裂缝宽度、受弯承载力均可以按照现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中相关公式计算。掺入聚丙烯纤维可以减小裂缝间距和裂缝宽度,以满足裂缝宽度限值的要求;同时还可以提高试件的抗裂能力。     

预应力 FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究

为研究预应力 FRP配筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法,以完全非金属试验桥-秭归松树坳大桥为依托工程,提出基于平截面假定的预应力 FRP筋梁正截面承载力的理论计算方法。利用该理论计算了完全非金属20 m预应力空心板梁的正截面受弯极限承载力,用有限元数值计算的结果验证了其准确性。FRP 筋材的应力-应变为完全线性,其承载能力的计算方式与普通混凝土构件有所不同。完全非金属梁进行超筋设计,以构件受压区混凝土压碎为破坏依据是合理的,此时的 FRP筋材应未达到设计强度,而且利用积分代替等效矩形应力图形简化的计算方式可得到更准确的结果。     

纤维编织网-ECC加固RC梁受弯性能试验

为研究纤维编织网-ECC联合加固RC梁的受弯性能,对1根普通RC梁和9根加固梁进行了四点弯曲加载,分析了ECC高度和纤维编织网层数对加固梁破坏形态、裂缝分布和承载力等受弯性能的影响。试验结果表明：加固梁受弯破坏时裂缝细而密,且呈现ECC中多、混凝土中少的分布特点;和普通RC梁相比,加固梁纯弯段混凝土裂缝数量增加33.3%~66.7%;增加纤维编织网层数或ECC高度对提高加固梁裂缝数量影响较小;加固梁承载性能随纤维编织网层数和ECC高度增加而提高,当ECC高度与加固梁截面高度之比为0.5且布置3层纤维编织网时,加固梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和普通钢筋混凝土梁相比分别提高111.11%、37.86%、36.13%;ECC高度和纤维编织网层数对加固梁抗弯刚度影响较小,但影响作用不同;加固梁抗弯刚度随纤维编织网层数增加略有增加,随ECC高度增加略有减小;增加纤维编织网层数或ECC高度可降低加固梁钢筋应变。受弯加载过程中加固梁截面仍保持平面,满足平截面假设。基于正截面受弯承载力计算理论,并考虑纤维编织网利用率,建立了加固梁受弯承载力计算公式。由该公式得到的计算结果与试验结果吻合较好。最后,基于该公式分析了加固梁极限弯矩对ECC高度和纤维编织网层数的敏感性,发现加固梁极限弯矩对纤维编织网层数变化敏感性较低。     

燃油火灾下预应力混凝土梁耐火试验

为研究预应力混凝土（PC）桥梁遭遇燃油火灾时的耐火性能，设计制作了3榀大比例PC简支缩尺模型试验薄腹梁，包括1榀箱形截面梁和2榀双T形截面梁，以荷载水平和截面类型为试验参数，开展了燃油火灾升温条件下PC梁局部受火试验。获取了梁截面混凝土温度和预应力钢束温度变化、跨中挠度变化、有效预应力衰变、裂缝开展、爆裂分布与深度以及耐火极限相关试验数据，深入探索了燃油火灾高温下PC梁的损伤演化规律和破坏模式。试验结果表明：梁截面各测点温度在受火期间随着受火时间的增加其整体趋势不断升高，由于水分的蒸发造成温度曲线在100 ℃~120 ℃之间有一明显的缓平段，箱形截面梁箱内温度在达到100 ℃后几乎保持不变。停火后，混凝土内部和预应力钢束温度持续升高，距受火面距离越远，在停火后升温持续时间越长，预应力钢束在停火后最高升温161 ℃。火灾下PC梁挠曲变形分为受火初期显著增长、受火中期缓慢增长和受火后期急速增长3个阶段，最终由于预应力钢束断裂表现出明显的脆性破坏特征。按常温下适筋梁设计的PC模型试验梁在火灾高温下呈现为少筋梁破坏特征；钢束的有效预应力在火灾高温下表现出先增加、后衰减，最后被拉断应力突然降低的三阶段变化特性。箱形闭口截面梁的混凝土温度和预应力钢束温度均低于双T形开口截面梁，其耐火性能明显优于双T形开口截面梁，破坏时预应力钢束临界温度分别为397 ℃和319 ℃。荷载水平由0.35增加至0.55时，火灾下PC梁耐火极限降低21%，破坏时预应力钢束临界温度由416 ℃降低至319 ℃。研究成果可为PC桥梁耐火试验提供方法指导，为其抗火设计和灾后应急提供理论依据。     

钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁受弯性能研究

磷酸镁水泥混凝土可应用于桥梁抢建工程中的受弯构件，为研究钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯性能，对5片不同钢纤维掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)的磷酸镁水泥混凝土梁进行了四点弯曲加载试验，分析了钢纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土梁破坏形态、裂缝分布、受弯承载力以及延性等受弯性能的影响。试验结果表明：试验梁的破坏模式均为典型的弯曲破坏；在同等荷载作用下，掺有钢纤维的试验梁裂缝数量更多，但裂缝宽度更小且分布更加密集，改善了梁体开裂状况；随着钢纤维掺量的增加，试验梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载以及延性系数均得到提高，其中延性系数的提高尤为显著。基于ABAQUS有限元分析，与试验结果进行对比，并以钢纤维掺量和纵筋配筋率为参数进行了有限元参数化分析，结果表明：纵筋配筋率增加可以显著提高磷酸镁水泥混凝土梁受弯承载力，但会降低梁的延性，而提高钢纤维掺量则能显著改善梁的延性。最后，通过探究钢纤维在混凝土中的作用机理，提出了钢纤维在载荷方向上贡献的抗拉强度，建立了钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯承载力计算公式，且计算结果与试验结果吻合良好。     

已有梁腹贯穿横缝斜截面承载能力试验

针对已有梁腹贯穿横缝的特殊性,提出了横缝斜向起裂剪力和横缝斜截面抗剪能力计算公式,并将计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:斜截面受剪破坏对梁横缝截面的剪切破坏起控制作用,斜截面抗弯对梁横缝截面的弯曲破坏起控制作用;出现斜裂缝后,受拉纵筋锚固不足或抗剪压混凝土面积过度削弱,都导致梁横缝截面抗弯能力降低;横缝斜向起裂剪力要低于完整梁截面。     

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。     

基于Matlab圆形支护桩正截面受弯承载力快速计算

为了能快速、准确地按规范要求完成配筋面积计算，通过分析局部均匀配筋的计算公式，分析《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012）中圆形截面支护桩正截面受弯承载力计算公式；运用Matlab绘制弯矩与混凝土受压区圆心角2πα的函数曲线，初步确定求解超越方程时α的分布范围，从而保证求解超越方程时迭代过程的收敛性。通过分析局部均匀配筋的计算公式，明确了适筋梁的判定条件，实际运用非常方便。     

碳纤维布抗剪加固钢筋混凝土梁设计计算方法

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗剪加固设计理论,针对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的要求,建立了基于Schnerch有效应变模型的抗剪加固梁斜截面受剪承载力计算方法,设计参数包括混凝土强度等级、斜截面内箍筋配筋率、碳纤维布加固率、粘贴形式及碳纤维布粘贴角度等。计算值与试验值的对比结果表明,所提抗剪加固计算公式具有较强的实用性和较高的可靠性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗剪加固设计。     

预应力UHPC局部增强混凝土梁抗弯性能研究

为研究后张法预应力UHPC局部增强混凝土梁的受弯性能,进行了1根预应力混凝土梁及2根不同UHPC厚度的预应力UHPC局部增强混凝土梁受弯性能试验,探讨了UHPC局部增强层厚度对预应力试件受力过程、破坏形态、裂缝开展以及承载特性等的影响.结果 表明:相对于传统的预应力混凝土梁,在UHPC局部替代受拉区普通混凝土后,可有效抑制受拉区裂缝发展,使原本宽而少的裂缝转变为细而密的微裂缝,且随着UHPC层厚度越大,受拉区主裂缝宽度逐渐越小,裂缝分布更密;增加UHPC厚度可显著提高试验梁的极限弯矩,UHPC层由0 mm分别增加到50 mm和100 mm,相应的极限承载力可分别提高约1.14倍和1.35倍.建立了预应力UHPC局部增强混凝土梁开裂弯矩和极限弯矩的计算公式,计算值与试验值吻合较好.     

高强钢筋活性粉末混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁在弯矩作用下的受力特性和其抗弯性能的影响因素,设计制作20根高强钢筋RPC矩形梁进行抗弯承载力试验,分析梁的破坏形态、荷载~挠度曲线、裂缝的发展和分布,研究配筋率和钢筋强度对抗弯性能的影响规律。结果表明:RPC适筋梁的正截面破坏过程与普通混凝土梁相似,表现出良好的延性,少筋梁和无筋梁具有一定的延性;相同钢筋强度RPC梁的开裂弯矩和极限承载力随配筋率增加而增大;相同配筋率时,RPC梁的极限承载力随钢筋强度增加而增大,但钢筋强度对开裂弯矩影响不大;试验过程中,梁的截面应变符合平截面假定;根据简化理论计算的RPC梁极限弯矩值和试验值吻合良好。     

基于可靠度的钢筋UHPC受弯梁材料分项系数研究

为确保规范的计算公式满足可靠度要求,对在编《公路桥涵超高性能混凝土应用规范》正截面抗弯承载力表达式中的UHPC材料分项系数进行分析与校准。基于现有文献,收集整理中国共648个UHPC抗压强度、210个抗拉强度和53根受弯梁的试验数据,得到相关变量的统计参数。随后建立4 158根UHPC受弯梁的计算空间,采用蒙特卡洛模拟对其进行可靠指标计算与敏感性分析,考察截面类型、材料强度、截面纵筋率及活恒载效应比等参数对钢筋UHPC受弯梁可靠指标的影响。基于分析,对计算空间进一步细分,以截面纵筋率为0.05、活恒载效应比为0.05~0.5的T形梁截面可靠指标均值达β_T=4.2为目标,校准钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数。研究结果表明：抗力统计参数中,UHPC抗压强度、抗拉强度以及梁抗弯承载力计算误差均不拒绝正态分布;受弯状态下UHPC梁截面可靠指标主要受活恒载效应比与截面纵筋率的影响,而材料强度影响较小;活恒载效应比越低,截面纵筋率越高,其可靠指标越低;当活恒载效应比从0.05升至1.0时,可靠指标提升幅度较大;且活恒载效应比大于0.5时,可靠指标均高于4.2。当截面纵筋率从0.005升至0.05时,可靠指标下降较为明显;而当截面纵筋率高于0.05后,可靠指标几乎保持不变;同等条件下,矩形截面梁的可靠指标要稍高于T形截面梁;建议钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数取值为1.3。     

露筋混凝土梁的抗剪强度

维修钢筋受氯化物腐蚀的混凝土梁，常常需要剔除钢筋周围的混凝土这样，暴露钢筋就不能和构件剩余部分共同作用，且改变了梁的承载特性，通常假定的截面特性，事实上已不适用，平常计算截面强度实施的工业规程标准，不能再直接应用，本文介绍了计算部分跨度上纵向露筋抗剪强度的研究结果，依据ＢＳ８１１０半经验标准提出这种分析方法，考虑了暴露钢筋的影响，这种分析认为，在极少数钢筋混凝土截面上有露筋的情况下，梁的抗剪强度提     

体外预应力混凝土梁挠度试验研究

该文介绍了一项体外预应力混凝土梁挠度的试验研究.通过8根T型截面简支梁静力加载试验,其中6根施加体外预应力和2根不加预应力.主要分析预应力筋、不同转向结构个数、张拉方式和力筋形式对T型截面简支梁挠度的影响.记录各梁受力过程、破坏形态和挠度变形的全部过程.试验结果表明体外预应力筋能提高梁的承载能力,有效阻止裂缝的开展,控制梁的变形,体外预应力能有效地减少梁的挠度,并且不同的转向结构个数、张拉方式和力筋形式都对梁挠度变形有影响.     

钢筋混凝土梁裂缝宽度试验与计算方法

为了建立混凝土结构裂缝验算的统一公式,对28根钢筋混凝土梁进行试验,分析了配筋、保护层厚度和截面高度变化对钢筋重心水平对应的梁侧面的裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;确定了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征;提出了以纵向受拉钢筋直径和间距为变量的纵向受拉钢筋有效影响区的计算方法;改进了平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算模式,并将计算值与实测值进行了比较。结果表明:建议的公式精度较好,使最大裂缝宽度的计算更为合理,适用于大保护层和高截面的钢筋混凝土梁。     

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。