疲劳荷载后钢管混凝土界面黏结性能试验研究

对7根圆钢管混凝土试件先后进行疲劳试验和推出试验,得到荷载-滑移曲线和黏结破坏荷载,研究疲劳循环次数和应力比对钢管混凝土界面黏结性能的影响。用黏结强度和割线模量定义了黏结界面损伤变量,探讨疲劳荷载与损伤变量的关系。研究结果表明,疲劳循环次数和应力比对界面黏结性能有显著影响,导致承载力大幅度下降,且出现异常变化,对结构安全造成危害;通过黏结强度-滑移曲线的割线模量定义黏结界面的损伤变量,可以很好地描述疲劳荷载与损伤变量的关系。     

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。     

自密实混凝土浇筑成型方向对 新老混凝土界面黏结抗剪强度的影响

针对自密实混凝土加固既有混凝土结构时存在不同方位的黏结界面,为研究其对新老混凝土界面剪切强度的影响,设计具有不同混凝土浇筑成型方向的Z型黏结试件进行直剪试验,探究自密实混凝土浇筑成型方向、混凝土强度和界面处理方式等对黏结试件破坏形式和抗剪强度的影响,并探讨不同浇筑成型方向影响下新老混凝土黏结界面抗剪强度计算方法。研究结果表明:混凝土浇筑成型方向对界面抗剪强度影响显著,新混凝土从老混凝土顶面浇筑的效果最好,侧面浇筑次之,底面浇筑最差,差值最大多达到顶面浇筑试件抗剪强度的50%。一定范围内增大新混凝土强度能有效提高黏结界面抗剪强度,底面浇筑时效果尤为明显;当新老混凝土强度相差较大时,继续提高新混凝土强度作用不大。基于本试验结果,建议新老混凝土强度差宜控制在2个标号以内。界面处理方式对其抗剪强度的影响依赖于新老混凝土强度和新混凝土浇筑成型方向。本试验中,II类界面对于强度相同的新老混凝土界面抗剪强度影响不大,但能提高不同强度的新老混凝土界面抗剪强度,尤其是底面浇筑和侧面浇筑的界面。     

混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的细观数值研究

为从细观结构上研究混凝土的劈裂抗拉强度及其尺寸效应,采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者问的黏结带构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉,并对其劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究.结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土劈拉破坏的薄弱环节,混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,所采用的数值模拟计算方法基本可行.     

含黏结界面混凝土断裂特性研究

为研究板式无砟轨道结构蒸养混凝土(SC)与自密实混凝土(SCC)层间界面的断裂破坏特性,制备不同相对缺口高度的含黏结界面混凝土,并对其进行三点弯曲荷载下的断裂特性试验研究。研究结果表明：含黏结界面混凝土在三点弯曲荷载作用下均沿界面破坏,同时裂纹向强度较低的SCC内部拓展,并导致SCC在SC表面剥离;含黏结界面混凝土的荷载-挠度(P-f)曲线、应力-应变(σ-ε)曲线的演变和发展均经历了4个阶段：预压阶段、线性增长阶段、开裂拓展阶段和失效破坏阶段;相对缺口高度对含黏结界面混凝土的起裂韧度值和失稳韧度值的影响不大;缺口张开速率随相对缺口高度的增加而增加,随着荷载的施加,缺口张开速度依次经历迅速上升阶段、平稳拓展阶段、急剧增加阶段;DIC技术表明,含黏结界面混凝土达到起裂荷载后开始在缺口尖端进行裂纹的积累,达到峰值荷载后缺口尖端裂纹才会发生明显的拓展。     

UHPC⁃NC组合界面连接及抗剪性能研究

为了解超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)之间界面处理方式及组合界面受力性能,设计制作3组共6个UHPC?NC双面剪切试件进行抗剪性能试验.研究表明:当UHPC?NC界面不处理时,破坏方式为双侧剪切破坏,最大抗剪承载力仅为1.05～1.25 MPa;当UHPC?NC界面凿毛和涂缓凝剂时,破坏方式均为单侧剪切破...     

CRTSⅢ型板式无砟轨道复合板横向弯曲试验研究

为研究CRTSⅢ型板式轨道体系中轨道板与充填层形成复合板的复合受力性能,利用与实际工程相同的材料及工艺制作一个足尺CRTSⅢ型板式轨道体系模型,沿横向切割形成单承轨台和双承轨台的轨道板-自密实混凝土(SCC)充填层复合板试件,对试件开展复合板的横向三点弯曲静载试验研究,得到横向弯矩作用下轨道板与充填层的应力分布、变形发展规律及破坏形态。结果表明,横向弯矩作用下复合板试件的受力破坏表现出明显的两阶段特征:界面滑移之前轨道板与充填层能整体协同受力和变形;界面发生滑移后,轨道板与充填层表现出叠合受力的特征。轨道板板底粗糙度、门形筋数量是决定轨道板与充填层界面黏结滑移行为和复合受力性能的两个关键因素。     

轨道板与砂浆粘结试验及内聚力模型参数研究

研究目的:目前轨道板与CA砂浆层离缝损伤是我国CRTSⅡ型板式无砟轨道主要损伤形式,本文为研究砂浆层离缝损伤机理,制作混凝土和砂浆复合试件进行劈拉和剪切模型试验,采用数字图像相关(DIC)技术得到加载过程的层间应变场分布,分析得到内聚力模型参数,并采用有限元软件计算内聚力模型参数且与试验结果进行对比验证,得到轨道板与砂浆层间力学特性及其破坏模式。研究结论:(1)DIC技术能较好地描述复合试件的层间应变场分布,以及层间损伤、裂纹萌生、扩展及破坏的全过程;(2)轨道板与砂浆层间粘结破坏属脆性破坏,层间法向和切向张力-位移关系均表现为双线性关系;(3)轨道板与砂浆层间参数可取法向内聚强度1.792 MPa、界面刚度708.485 MPa/mm、临界断裂能0.025 2 mJ/mm~2,切向内聚强度0.956 MPa、界面刚度63.039 MPa/mm、临界断裂能0.018 mJ/mm~2;(4)本研究成果可用于分析轨道板与砂浆层间损伤开裂行为,可为Ⅱ型板式轨道结构的设计及维修提供理论依据。     

外贴碳纤维布加固大比例钢筋混凝土梁抗弯性能

以某类铁路桥梁为原型,通过5根粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁的1/3比例模型试验,研究了梁表面处理方式和加固前预载历史对加固梁抗弯能力和破坏形态的影响。试验结果表明,粘贴表面打磨的梁发生纤维布带面层剥离破坏,而凿毛处理时最终破坏均为混凝土压碎;若不出现剥离破坏,则碳纤维布具有良好的加固效果;加固时,梁上既有荷载越小,则加固效果越好。基于《规程》(CECS146:2003)的基本假定,考虑既有荷载的影响,对本文试件的屈服弯矩和极限弯矩进行理论分析,其结果与实测值较吻合,说明《规程》中计算屈服后压碎时的的正截面承载力公式对碳纤维布加固较大尺度、较高配筋混凝土梁也是适用的。     

预应力纤维条带加固震损混凝土圆墩抗震性能试验研究

通过12根钢筋混凝土圆墩柱(其中对比柱1根,震损柱3根)在低周反复荷载作用下的试验研究,分析预应力纤维条带加固钢筋混凝土圆墩柱的抗震性能。考虑的主要因素包括:预应力大小、预损程度、纤维种类、表面处理方式。根据试件的破坏形态和滞回曲线,分析各因素对承载力、位移延性、滞回性能、耗能能力等重要抗震性能指标的影响。试验结果表明:采用预应力碳纤维条带加固震损圆墩柱后,震损柱的承载力、延性性能、耗能能力均可在一定程度内得到恢复与提高。对柱体表面打磨、纤维布刷胶之后,再进行预应力0.2碳纤维条带加固的试件抗震性能得到最大程度改善。实际工程抗震加固时应优先选用预应力碳纤维条带,并尽量避免使用预应力玄武岩纤维条带。     

侧贴预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能的试验研究

采用自主研发的碳纤维增强(CFRP)片材锚具及张拉装置,对8根用CFRP板不同形式加固的钢筋混凝土梁模型试件进行抗弯性能试验,研究预应力碳纤维板侧面加固对被加固钢筋混凝土梁的承载能力、使用阶段变形和裂缝的影响,以及被加固钢筋混凝土梁使用阶段碳纤维板的应力分布和延性。试验结果表明:侧贴预应力碳纤维板加固可明显提高受弯构件开裂荷载及屈服荷载,减小构件使用阶段的变形及裂缝;两端可靠锚固能防止剥离破坏,充分利用材料强度,还能同时改善构件的延性性能。     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土梁抗剪性能

为了解决沿海城市和岛礁建设中河砂淡水资源短缺、建筑材料运输成本高以及钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用以及深入研究纤维复材筋增强构件的工作性能,开展玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土(BFRP-SSC)梁的抗剪性能研究。采用三点弯曲试验,通过对梁的破坏形式、荷载-挠度关系和抗剪承载力展开讨论,研究剪跨比(剪跨为400,500和600 mm)、养护环境(自然环境和海水浸泡环境)和混凝土碱度(普通SSC和低碱SSC)对梁抗剪性能的影响,并通过拟合试验数据修正了规范的抗剪承载力公式。研究结果表明：剪跨比对BFRP-SSC梁抗剪承载力有显著影响,剪跨比越小的试件其破坏程度越严重;随着剪跨比的增大,BFRP-SSC梁的开裂荷载、极限荷载逐渐减小,极限挠度逐渐增大。在55℃人工海水环境中浸泡60 d后,普通SSC试件的裂缝减少,抗剪承载力下降了33.13%,BFRP箍筋纤维-树脂界面分离;低碱SSC试件的抗剪承载力提高了21.65%,其BFRP箍筋几乎没有降解行为。由于FRP筋混凝土现有设计规范没有考虑剪跨比的影响,理论预测与试验结果相差60%以上;引入与剪跨比相关的参数修...     

栓钉在斜拉桥索塔锚固区中的试验研究与非线性分析

金塘大桥索塔锚固区采用钢锚梁-钢牛腿新型结构,是该桥设计的关键技术之一.结合连岛工程跨海斜拉桥索塔锚固区的设计,对比介绍栓钉群国内外研究成果,在此基础上设计与实际结构类似的试件模型,对其进行试验研究和空间有限元仿真计算分析,重点研究栓钉的荷载-滑移量关系、抗剪刚度、抗剪承载力及破坏形态等,并将试验值与不同国家规范给出的极限承载力公式计算值进行比较.基于合理的黏结滑移本构关系,提出如何模拟栓钉连接件滑移效应的详细方法,给出栓钉和混凝土黏结的非线性弹簧单元有限元模型.试验结果表明:栓钉连接件满足新型结构的承载要求,试件以栓钉受弯剪破坏为主,具有良好的延性性能,在破坏前有明显的屈服过程.有限元模型具有良好的精度,与试验结果较为吻合.在承载力方面,群钉试验得到的单钉极限承载力比<钢结构设计规范>(GB 50017-2003)公式的计算值平均高32%左右.     

高性能砂浆-钢丝(筋)网加固砖砌体抗压强度试验研究

为了了解高性能砂浆-钢丝(筋)网加固砌体结构房屋这种新型加固技术对砖墙加固的受力机理、破坏形态以及承载力提高程度,制作了6个轴心抗压试件,采用分级加载的方法进行抗压强度试验,模拟完全卸荷状态下加固砖砌体的受力性能。试验结果表明,单面加固极限承载力提高14%,双面加固极限承载力提高26%。原砖砌体与加固层能较好的协同工作,在达到极限荷载的90%时,加固面层才与原砖砌体发生剥离,高性能砂浆具有较强的粘结力。高性能砂浆-钢丝网加固砖砌体是一种有效的加固方法,为加固工程设计时提供参考。     

二次受力下外包钢筋RPC加固钢梁抗剪性能研究

为研究二次受力下新型材料加固钢梁的抗剪性能,进行5根活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)四面包围加固足尺钢梁和1根对比钢梁抗剪试验.研究外包RPC对钢梁二次受力承载力和刚度的影响,分析剪跨比、初始荷载和含钢率对加固效果的影响,并运用有限元数值模拟进行对比验证.研究结果表明:各加固试件均发生剪压破坏,型钢与外包RPC界面未发生黏结滑移破坏,协同工作性能良好.加固钢梁抗剪承载力最大提高幅度达到2.8倍.外包RPC对含钢量较大的截面加固效果更好.较大的初始荷载和剪跨比(1.4～1.8范围内)对加固钢梁承载力提高幅度反而减小.考虑RPC抗压强度折减提出二次受力下钢筋RPC外包型钢梁抗剪承载力拟合公式,计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考.     

二次受力下外包钢筋RPC加固钢梁抗剪性能研究

为研究二次受力下新型材料加固钢梁的抗剪性能,进行5根活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)四面包围加固足尺钢梁和1根对比钢梁抗剪试验.研究外包RPC对钢梁二次受力承载力和刚度的影响,分析剪跨比、初始荷载和含钢率对加固效果的影响,并运用有限元数值模拟进行对比验证.研究结果表明:各加固试件均发生剪压破坏,型钢与外包RPC界面未发生黏结滑移破坏,协同工作性能良好.加固钢梁抗剪承载力最大提高幅度达到2.8倍.外包RPC对含钢量较大的截面加固效果更好.较大的初始荷载和剪跨比(1.4～1.8范围内)对加固钢梁承载力提高幅度反而减小.考虑RPC抗压强度折减提出二次受力下钢筋RPC外包型钢梁抗剪承载力拟合公式,计算值与试验值吻合较好,可供工程设计参考.     

新型组合桥墩承插式连接侧剪强度试验研究

研究目的:为适应桥梁下部结构绿色建造、快速建造需求,对7个新型承插式波纹钢-橡胶混凝土组合墩-基础连接试件进行竖向加载试验和有限元数值模拟,以探究连接方式、嵌入深度、栓钉和端承混凝土对装配连接节点侧剪强度的影响,在此基础上对连接节点的破坏机理和侧剪承载力展开研究。研究结论:(1)相同嵌入深度下,试件采用承插式连接较整体现浇侧剪承载力提高了36%,增加嵌入深度和增设端承混凝土有助于进一步增大侧剪承载力,增设栓钉能够增强环向抗剪区强度;(2)竖向荷载作用下装配区混凝土与波纹钢管形成“强机械咬合”使节点处于类三向受压状态,从而侧剪强度得到较大提升;(3)引入波纹增强系数K以考虑“强机械咬合”作用对节点侧剪强度的贡献,K值大小为0.12～0.18,波形是影响K值大小的关键指标,结合节点受力状态提出的侧剪承载力公式计算结果与试验值、模拟分析值吻合良好;(4)基于塑性应力分布法考虑水平荷载作用给出的端承混凝土最小厚度计算公式可为波纹钢组合墩承插式节点设计与应用提供技术支撑。