侵蚀性环境下桥梁CFRP/BFRP加固后的长期性能试验

为了研究侵蚀性环境下服役桥梁构件采用纤维材料加固后的长期性能,对11根具有初始锈蚀损伤的钢筋混凝土梁式构件采用碳纤维布(CFRP)和玄武岩纤维布(BFRP)加固后继续退化的承载力及服役性能进行试验.通过对加固后构件进行电化学加速锈蚀和盐液浸润干湿循环模拟不同程度的后续服役性能退化,研究侵蚀性环境对CFRP和BFRP加固构件在不同后续服役期的承载力、刚度等性能影响规律,同时对比了2种加固材料的耐久性能和成本效益.结果表明:侵蚀性环境下加固后的桥梁构件承载能力评估需综合考虑钢筋锈蚀引起的承载力降低和侵蚀性环境对纤维利用效率的降低;CFRP对刚度提高显著,而BFRP加固具有更好的延性;考虑加固后长期服役性能,CFRP加固后具有较好的耐久性,而BFRP具有较高的成本效益.     

双重因素影响下CFRP加固混凝土梁的时变抗剪可靠度分析

为了计算在环境与疲劳荷载双重作用下CFRP加固混凝土梁的时变抗剪可靠度,以侧面内嵌CFRP加固混凝土梁为研究对象.首先,建立加固梁的抗力模型;其次,构建双重作用下加固梁斜截面承载力极限状态功能时变函数;最后,基于JC法计算不同荷载频率下混凝土梁加固前后的时变抗剪可靠度.结果 表明,双重作用下,在服役基准期的50％以内时,混凝土梁抗剪可靠度随服役时间呈现缓和线性下降,而后降低速率快速增大;混凝土梁抗剪可靠度随年交变荷载频率的增加而逐渐降低,年交变荷载频率对混凝土梁的可靠度变化的影响非常明显.另外,在服役基准期的58％之后,采用侧面内嵌CFRP对混凝土抗剪梁进行加固,可以继续服役基准期的12％左右.总地来看,采用侧面内嵌CFRP加固后,混凝土梁的服役寿命在一定程度上有所提高.但是,建议宜在服役前期对混凝土梁进行抗剪加固.     

在役混凝土梁桥时变可靠度评估技术研究综述

管理和养护桥梁需要准确把握线路上每座桥梁的现实状态,可靠度评估技术是达到这一目的的有效途径。总结在役混凝土梁桥研究中关于承载能力极限状态时变可靠度、正常使用极限状态时变可靠度、疲劳可靠度及系统可靠度等方面取得的成果,分析各项研究中存在的不足和可能进一步发展的研究方向,为在役混凝土梁桥时变可靠度评估技术的深入研究提供借鉴。     

碳化作用下在役混凝土桥梁时变可靠度评估

该文总结了基于碳化的钢筋混凝土退化模型,建立了一般大气环境下考虑碳化平均锈蚀的弯曲抗力退化模型,用Monte Carlo方法编制了退化钢筋混凝土构件及系统的时变可靠度计算程序。以一座公路简支板桥为算例,结果表明:在一般大气环境下考虑碳化引起的平均锈蚀,桥梁承载能力时变可靠度在45 a左右即下降到设计目标可靠度,从而需要补强,无法达到设计使用期;同时建议将混凝土保护层开裂时间作为桥梁检查或维修参考点。     

钢筋混凝土T梁桥正截面抗弯时不变可靠度分析

对桥梁时不变可靠度的分析是判别桥梁实际承载能力,以及运营状态的前提,也是桥梁时变可靠度计算的基础。文中以一座20m普通钢筋混凝土T梁桥为例,开展了普通钢筋混凝土T梁桥时不变可靠度分析,建立了普通钢筋混凝土T梁桥时不变可靠度计算的极限状态方程,分析了变量或参数的概率分布特征,得到了钢筋混凝土T梁桥正截面抗弯时不变可靠度,可为桥梁运营状态评估提供参考。     

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。     

CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青面层施工高温碾压作用后的刚度分析

为了研究沥青面层施工时的高温碾压对公铁两用CFRP板加固的箱梁桥顶板刚度性能的影响,在室内对粘贴CFRP板的钢筋混凝土梁进行高温碾压作用后的刚度模拟对比试验,从加固受拉区和受压区以及CFRP板弹性模量变化时试件刚度变化的角度,开展了高温碾压对粘贴CFRP板的钢筋混凝土试验梁极限承载能力、刚度影响的研究。研究表明,经过高温碾压阶段后粘贴弹性模量分别为150GPa、180GPa和200GPa的CFRP板的钢筋混凝土梁在极限承载力和刚度方面比未粘贴CFRP板前分别有提高:极限承载力分别提高158%、190%和211%、刚度分别提高79%、89%和96%。研究结果对沥青面层施工高温碾压作用后采用粘贴CFRP板的加固技术达到提升桥梁刚度具有指导意义。     

基于长期性能的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力数值分析

在外部侵蚀介质及荷载的作用下,钢筋混凝土结构或构件内的钢筋会发生锈蚀,导致结构性能劣化、承载能力降低。对其承载力的衰减程度进行数值定量分析是混凝土结构长期性能中待解决的关键问题之一。研究影响锈蚀钢筋各项参数中混凝土结构物长期性能的主要指标,基于锈蚀钢筋的退化本构模型及混凝土的时变损伤本构模型,考虑钢筋与混凝土在不同锈蚀率下的粘结强度关系,进行了锈蚀钢筋混凝土构件承载力时变衰减数值模拟,并通过回归分析建立了锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力时变模型。分析模型可应用于已有混凝土梁式构造物的锈蚀后结构承载力计算与评定工作。     

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。     

基于可靠度理论的悬索桥预应力锚固系统时变计算方法研究

为定量评价悬索桥预应力锚固系统在长期腐蚀作用下的安全性,基于可靠度理论,利用既有试验成果,建立了腐蚀预应力钢绞线的极限强度、伸长率以及弹性模量的力学性能时变模型;分析了预应力锚固系统的失效模式,采用Monte-Carlo模拟方法建立了预应力锚固钢束的抗力时变模型;以某公路悬索桥为工程背景,基于MATLAB平台编制了随机车流程序,对桥梁有限元模型进行模拟加载,获得了活载效应分布模型;以承载能力极限状态为目标建立了预应力锚固系统的功能函数,构建了预应力锚固系统时变可靠度计算方法。以腐蚀电流密度为变量,分析了预应力锚固系统可靠度指标在不同腐蚀速率下的退化速度。研究表明:锚固系统的时变可靠性对预应力筋的腐蚀程度较为敏感,可靠度指标随预应力筋腐蚀率的增大而迅速降低;腐蚀电流密度的增加会导致腐蚀速率增大进而导致锚固系统可靠度指标降低,并且使得在服役的早期可靠度指标降低的速率增大;当腐蚀电流密度小于0.15μA/cm~2时,预应力锚固系统在设计基准期内能够满足目标可靠度指标,腐蚀电流密度增加将导致可靠服役的年限迅速缩短。     

基于验算点法的开裂RC桥梁时变可靠度计算

本文总结了桥梁结构可靠度的研究成果,综合考虑了桥梁运营期间,影响桥梁可靠度的各种因素:如荷载效应、碳化深度、钢筋锈蚀、粘结强度退化等。基于验算点法计算原理,编制MATLAB计算程序进行时变可靠度的求解。以福建省某在役开裂RC桥梁为依托工程,计算了该桥时变可靠度,并进行了剩余寿命的求解,根据相关计算结果得到了桥梁结构在运营初期以及结构失效期间时变可靠度下降最为迅速。相关结论也对养护时机的的合理选取提供了参考。     

碳纤维布加固严重损伤混凝土框架抗震性能试验研究

对1榀达到极限承载力的钢筋混凝土框架进行了CFRP加固,对加固后的框架结构进行了模拟地震作用的水平低周反复荷载试验,分析了被加固框架的受力性能及位移延性,研究了已严重损伤的混凝土框架结构经碳纤维加固后的抗震性能。试验结果表明,严重损伤框架结构经碳纤维加固震后,其极限承载能力、耗能能力及延性等抗震性能有明显提高。     

不中断交通的CFRP板加固空心板桥梁技术应用

随着城市桥梁交通量的日益增加,有必要探索不中断交通的桥梁加固方法。以重庆市交通最为繁忙的南干道桥为例,介绍在不中断交通的情况下,采用铰缝灌胶和在梁底张拉CFRP板的加固方法,达到增加空心板横向整体性以及提高结构承载能力的目的。同时,通过静力张拉试验测试不同厂家预应力锚具产品的性能以选定锚具产品,优化施工工艺,加强施工过程质量管理。加固后静载试验表明:桥梁承载能力恢复至设计既定目标,加固效果良好。     

基于时变可靠度理论的钢筋混凝土桥梁安全性评估

该文介绍了一种钢筋混凝土桥梁安全性评估的方法。在对既有桥梁安全性评估时,根据钢筋混凝土桥梁特有的性质,对其进行可靠度计算分析。考虑了钢筋混凝土桥梁在使用过程中混凝土碳化、钢筋锈蚀引起的结构抗力退化,建立结构抗力退化模型。再根据评估基准期的不同,建立了时变荷载效应模型。最后运用JC法计算结构可靠度指标,以评估既有桥梁的结构可靠度。     

基于随机性的混凝土碳化寿命预测

基于影响混凝土碳化深度的各类因素,提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态,建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型,并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例,进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。     

模糊失效准则下桥梁拉索锈蚀时变可靠性分析

针对桥梁缆索耐久性问题日益突出的现状,对锈蚀拉索的时变可靠性问题进行了研究。首先,基于不同气候条件下钢丝的腐蚀速率和拉索截面锈蚀扩展规律,由随机过程理论建立了锈蚀拉索的抗力退化模型。针对拉索运营期失效具有模糊性的特点,以安全系数为判据构造了拉索模糊失效的隶属函数,提出了模糊失效准则下拉索锈蚀可靠度分析模型,并采用将服役期离散化的方法简化了时变可靠度的计算问题。通过算例分析了不同腐蚀环境下服役拉索的时变可靠度,并与时不变可靠度以及清晰失效准则下的时变可靠度进行了比较。结果表明:本研究模型能够反映拉索在不同腐蚀环境、不同服役时间内可靠度的变化规律。与清晰失效准则相比,模糊失效准则下时变可靠指标的渐变规律更好,与工程实际更为相符,一定程度上避免了清晰失效准则下安全系数选取困难的情况。拉索服役期的时变可靠指标具有明显的时段区分,当护套完好时,可靠指标下降缓慢,一旦护套破损引发钢丝锈蚀,随着腐蚀环境的不同可靠指标将显著下降。对于护套发生局部破损的拉索,在较恶劣环境中服役寿命仅为8～10 a,由于钢丝锈蚀的不可逆性,避免护套的损伤并加强检测是保证拉索耐久性的关键。     

表层嵌贴CFRP板加固梁有限元分析

利用ANSYS有限元软件模拟加固梁,考虑砼材料的非线性行为,利用生死单元实现不同损伤下的碳纤维增强复合材料(CFRP)加固作用,通过Combin39单元模拟CFRP板与砼之间的胶层,研究不同参数下加固梁模型开裂、屈服、极限荷载值及跨中挠度,分析RC梁损伤程度、砼强度、粘结长度、槽边距离对加固梁抗弯性能的影响。结果表明,在钢筋屈服之前CFRP加固梁的刚度几乎不受这4个参数的影响,但在钢筋屈服之后CFRP加固梁的刚度随着粘结长度及砼强度的增加而增大,随着损伤程度的增加而降低,满足最小槽边距时对加固梁的刚度影响不大;损伤程度从预加极限荷载值的0提高到70%,加固梁的极限荷载值降低19.7%;CFRP板粘结长度增加38%,加固梁的极限荷载值提高23.7%;砼强度从C30提高到C50,极限荷载值提高28.1%;槽边距从20mm增加至40mm,极限荷载值提高16.9%。     

大气环境下钢筋混凝土T梁桥时变可靠性分析

综合考虑了大气环境下混凝土损伤和钢筋锈蚀等因素引起结构性能的退化,并结合服役梁桥时变可靠度分析的特点,建立了既有钢筋混凝土T梁桥的时变抗力计算模型,研究了其可靠度随时间的变化规律.结合一座在役T梁桥,基于Monte-Carlo模拟,计算得到了其可靠指标的时变曲线,结果与实际情况相符,验证了该模型的正确性与可靠性.最后,对影响结构性能的主要参数钢筋初锈时间、交通量与保护层厚度进行了敏感性分析,发现实桥超载是该桥维修加固的主要原因.     

UHPC加固钢筋混凝土简支梁后可靠度分析

为了研究超高性能混凝土（UHPC）加固后的可靠性,提出UHPC加固截面后的抗弯承载力计算模型,并结合现存试验结果验证模型的适用性。通过UHPC增大截面加固RC简支梁算例,结合误差传递公式,考虑各种因素的不确定性,最后运用JC验算点法获得加固前后的可靠度大小,深入分析UHPC加固对结构可靠度的提升效果以及相比于普通混凝土加固后可靠度的提升,并且考虑了加固厚度及配筋的影响。研究结果表明：UHPC加固可对结构可靠度有大幅的提升;相对于普通混凝土加固,可靠度性能也有明显的提升;加固层厚度在一定范围内对可靠度指标呈正相关提升,且UHPC层中添加适量的配筋可以有效地提升可靠度指标。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。