腐蚀预应力混凝土梁开裂过程的分形特性

该文根据8根腐蚀PC梁的静载试验,研究了腐蚀对PC梁抗弯承载能力的影响。分析了腐蚀PC梁在各级荷载作用下裂缝的发展规律,证明了PC构件表面裂缝的分布具有分形特性。利用分形理论研究腐蚀PC梁开裂的全过程,讨论了裂缝分维数随荷载及腐蚀率的变化规律。裂缝分维数随荷载的增加而增大;极限荷载作用下的裂缝分维数随腐蚀率的增加而降低。研究表明:裂缝分维数可以作为既有PC构件腐蚀程度的度量指标,这为腐蚀PC构件的安全评估提供了一种新方法。     

持续荷载与氯离子共同作用下RC梁抗弯试验研究

开展了超载和氯离子侵蚀共同作用下RC梁的抗弯破坏试验,研究了荷载等级对RC梁钢筋锈蚀率、挠度以及剩余承载力的影响.首先,进行无氯离子侵蚀作用梁的抗弯极限承载能力试验,并基于规范对挠度的规定确定了RC梁超载状态与正常使用荷载状态之间的界限.在此基础上,采用电化学的方法实现钢筋的加速锈蚀,并进行了正常使用荷载状态及两级超载作用下RC梁受氯离子侵蚀后的抗弯试验.结果表明,超载对钢筋的腐蚀,挠度的增长有放大作用,对承载力的减小有着明显的影响.实际工程中的结构绝大多数都是承受荷载与腐蚀的共同作用,在对结构进行耐久性评估时,应同时考虑以上两种因素.     

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。     

钢拱架锈蚀作用下型钢混凝土梁抗弯承载力研究

针对海底隧道中的钢拱架锈蚀使初期支护承载力降低的问题,为从宏观角度体现锈蚀对于钢拱架承载力的影响,采用电加速腐蚀试验得到不同锈蚀率的钢拱架,并将不同锈蚀率的钢拱架混凝土梁进行抗弯承载力试验。 结合数值模拟分析,得到以下结论: 1)锈蚀后的工字钢混凝土梁承载力随锈蚀率增加而减小,锈蚀率每增高1%,承载力平均下降 5.1 kN; 2)锈蚀工字钢混凝土梁加载过程中,当锈蚀率小于或等于1.5%时混凝土梁主要出现横向裂缝,锈蚀率大于1.5%时则主要出现贯通的纵向裂缝; 3)随着锈蚀率的增大,混凝土与工字钢之间的黏结作用减弱,混凝土应力、应变增大,反之工字钢应力、应变减小。     

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。     

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。     

基于GBDT的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力预测研究

为准确地对锈蚀状态下钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁的抗弯承载能力进行预测，首先收集了锈蚀RC梁的抗弯试验数据，随后基于集成学习算法梯度提升树(Gradient Boosting Decision Tree, GBDT)建立了锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型，最后在测试集上进行了模型精度的测试，并与基于单一机器学习算法多层感知机(Multilayer Perceptron, MLP)和套索回归(Lasso Regression, LR)建立的锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型进行比对。结果表明，本研究建立的基于GBDT的锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型在训练集、测试集上的拟合优度分别达到0.999 9、0.925 5,可用于锈蚀RC梁的抗弯承载力预测；与基于单一机器学习算法MLP和LR建立的模型相比，基于GBDT的模型的均方根误差分别降低了97.27%、25.72%和98.50%、40.59%,平均绝对误差分别降低了98.84%、28.90%和99.47%、53.85%,优势明显。本研究结果证明了基于GBDT的预测模型具有优异的性能。     

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。     

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。     

基于分形的绢云母片岩路基填筑利用技术研究

谷竹高速存在大量绢云母片岩,强度低,易崩解破碎,难压实,矿物成分以绿泥石、云母为主。引入分形理论,计算发现绢云母片岩粒料的分形维数随干湿循环次数增大而增大,最后达到稳定值约2.68。采用分形维数作为填筑利用指标,研究了CBR和回弹模量随分形维数的变化规律,结果表明CBR和回弹模量都随分形维数的增大先增大后减小,在分维数为2.65时分别达到最大值6.3%和35.8 MPa,因此建议碾压时将分维数控制在2.65。由于稳定分维数对应的CBR为3.6%、回弹模量为30.8 MPa,建议绢云母片岩只能用于下路堤的填筑。进行了现场碾压试验,通过分形维数随碾压遍数的关系图确定了松铺厚度为40cm,振动碾压6遍、静压2遍的碾压工艺。     

预应力CFRP板加固RC和PPC梁抗弯性能试验

为了掌握预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能,进行了6片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁的预应力CFRP板抗弯加固静载试验和非线性有限元分析,探讨不同损伤程度、CFRP板初始预应力大小、梁有效预应力大小等对RC和PPC加固梁的抗弯性能影响。结果表明:采用预应力CFRP板加固后能有效抑制裂缝产生和开展,减小裂缝宽度和构件挠度,显著提高RC和PPC梁的抗弯承载力;加固前的损伤程度越大,CFRP板也越早发生剥离,抗弯极限承载力降低也越大,破坏时CFRP板总是先发生剥离而后断裂;非线性有限元模型能够预测预应力CFRP板剥离前加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;建议CFRP板的初始预应力度控制在0.5左右比较合适。     

锈蚀对Q550E高性能钢梁抗弯承载力影响的试验研究

为研究Q550E高性能钢结构锈蚀后的力学性能,制作7片锈蚀H形高性能钢梁,利用通电加速腐蚀的方法对钢梁进行锈蚀,通过抗弯性能试验,分析锈蚀对高性能钢梁的应变、挠度、承载力以及刚度退化等的影响。试验研究表明：锈蚀显著降低了高性能H形钢梁的承载力,锈蚀率每增加1%其屈服荷载与极限荷载大约减少11 kN;随着锈蚀率的增加,钢梁延性系数均呈下降趋势;钢梁的锈蚀降低了梁的实际屈服强度,使局部屈曲提前发生;试件在达到极限荷载前应变基本符合平截面假定,表明锈蚀基本上不改变高性能钢结构的应变分布;在弹性阶段的钢梁抗弯刚度将会发生退化,其退化速度与锈蚀率呈线性关系。     

HTRCS对钢筋混凝土梁加固性能的分析

为了研究HTRCS对RC梁加固后的抗弯性能,通过对预制试验梁进行加载试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型对加固前后梁体的受力状态进行了数值模拟。试验结果表明:(1)HTRCS加固后开裂荷载和极限荷载分别提高了92.3%和44.0%,HTRCS能有效约束裂缝开展,改善梁体的抗弯性能和延性性能;(2)ABAQUS有限元分析的结果与试验实测值基本吻合,试验梁极限荷载误差值为3.62%和6.32%,误差相对较小。     

翼板局部腐蚀对钢板梁桥抗弯性能影响研究

钢板梁桥下翼缘由于受到雨水飞溅、水蒸气蒸发等影响极易发生腐蚀，严重威胁到结构的安全及构件的寿命。采用ANSYS有限元软件，考虑不同腐蚀率及腐蚀深度的翼板局部腐蚀损伤程度，建立7个带腐蚀翼板的钢板梁有限元模型，通过对结构进行屈曲分析及非线性计算，探究腐蚀对结构屈曲模态及抗弯过程应力分布的影响；并对模型进行参数化分析，探究腐蚀率及腐蚀深度对结构抗弯性能的影响。结果表明：梁的抗弯承载力随腐蚀损伤程度的增加而不断降低；翼板腐蚀率的增加会加快梁的屈服进程，腐蚀率较高时腐蚀深度对梁的抗弯承载力影响较为显著，腐蚀率较低时腐蚀深度对梁抗弯性能的影响并不显著。     

预应力钢丝绳-UHPC复合加固损伤RC梁抗弯性能试验研究

提出了一种利用预应力钢丝绳和超高性能混凝土(UHPC)复合抗弯加固损伤钢筋混凝土梁(RC梁)的新方法,制作了1根普通混凝土基准梁(CB)和2根相同的预应力钢丝绳-UHPC加固梁(SB1,SB2),通过四点弯曲试验,探究了加固梁的破坏模式、变形性能、抗裂性能、应变发展与界面滑移特点。试验结果表明加固梁的破坏模式为钢丝绳和UHPC断裂,普通钢筋屈服,之后顶部混凝土压溃的受弯破坏;加固层断裂失效后加固梁与基准梁的抗弯性能基本相同。该加固方法可有效提高构件的抗弯刚度和开裂荷载,延缓原梁裂缝和应变发展,从而使构件在正常使用阶段的受力性能得到了明显提升。     

UHPC模壳-RC叠合盖梁受力性能试验

由于整体预制RC盖梁对起重和运输设备要求高,而分段预制盖梁的拼接缝容易发生渗水且在节段分界面上纵筋不能连续传力,因此提出一种在UHPC模壳内部现浇混凝土的半预制叠合盖梁。开展带剪力键和不带剪力键的2个UHPC模壳-RC叠合盖梁和1个现浇RC盖梁对比试件的静力试验,并通过有限元模型分析了结合面黏结程度对叠合盖梁受力性能和破坏模式的影响规律。研究结果表明：UHPC模壳-RC叠合盖梁的破坏模式与现浇RC盖梁一致,均为剪压破坏;不带剪力键的叠合盖梁开裂荷载和极限承载力分别比现浇RC盖梁提高了42.1%和13.8%,同时可以有效降低裂缝宽度的扩展,但叠合盖梁存在界面脱开,核心混凝土拱起和UHPC模壳竖向开裂等现象;剪力键可以增大交界面黏结程度,有效减小最大裂缝宽度和交界面裂缝宽度的扩展速度,其交界面开裂荷载和极限承载力比不带剪力键的叠合盖梁提高50.0%和12.1%;理想界面黏结状态下,UHPC模壳可以达到极限压应变,材料性能得到充分发挥,说明UHPC模壳可以完全参与整体受力,但极限承载力仅比带剪力键叠合盖梁提高8.8%。以上结果说明,带剪力键的UHPC模壳-RC叠合盖梁具有良好的截面黏结强度和整体受力性能,可以推荐实际工程使用。     

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。     

碳/芳纶混杂纤维布加固混凝土梁抗弯试验研究

通过对9根钢筋混凝土梁的抗弯试验,分析了单层与双层、1.2 m和1.6 m粘贴长度的碳/芳纶纤维布对钢筋混凝土梁抗弯刚度、初裂荷载以及极限荷载的影响,建立了加固梁数值计算的有限元模型.试验与数值计算表明,碳/芳纶混杂纤维布双层加固不仅可以获得较高的极限荷载,而且能有效地抑制初始裂缝的出现,改善加固梁的裂缝分布形态,主裂缝宽度明显减小.从纤维应变计算结果看,混杂纤维布中的CFS高弹模和高强度的特点得到了充分的发挥.     

碳纤维加固钢筋混凝土梁疲劳性能试验研究

通过对2片钢筋混凝土梁、6片用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的模型试验研究,分析试验梁在循环荷载作用下梁体顶面应变、受拉区钢筋应变、碳纤维布的受力特点、跨中截面抗弯刚度、梁体裂缝等.研究结果表明,钢筋混凝土梁用碳纤维布加固后,在经过200万次循环荷载作用后,其强度与抗弯承载能力明显提高,且随粘贴层数的增加,其承载能力提高的幅度也增大.由此可知,碳纤维布与混凝土的共同工作性能良好,满足抗疲劳要求.     

基于扩展离散元法的钢筋混凝土梁裂缝分析方法

针对传统数值模拟方法难以准确模拟钢筋混凝土(RC)梁开裂的问题,提出一种改进的扩展离散元法(EDEM)。该方法引入拉伸-剪切破坏准则,建立六边形块体模型,块体接触处存在潜在裂缝,根据EDEM计算流程,将满足破坏准则的潜在裂缝转化真实裂缝,实现裂缝的模拟。采用该方法建立二维RC梁模型,开展RC梁四点弯曲试验,结合理论计算,对其开裂模式、跨中位移及固有频率变化规律进行对比。结果表明:随着荷载增大,RC梁底部产生裂缝,当裂缝穿过梁宽度方向3/4时,向加载点方向延伸;基于RC梁跨中位移变化和固有频率连续下降的特征,可确定裂缝扩展和纵向受拉钢筋屈服导致的结构刚度降低过程;EDEM数值模拟结果与理论、试验结果基本吻合,该方法可有效模拟RC梁开裂和扩展过程。