无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁试验与分析

用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）筋替代高强钢筋作预应力筋，用普通钢筋作非预应力筋，可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。为解决CFRP筋锚固问题，在XM夹片锚具与CFRP筋间设置2个一定长度的半圆钢管，通过填充于2个半圆钢管与CFRP筋间的环氧树脂，将张拉及锚固时锚具的夹持力较均匀地分布给夹持区的CFRP筋。根据综合配筋指标的不同，设计和完成了4根以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通Ⅱ级钢筋作非预应力筋的无粘结部分预应力混凝土简支梁试验。试验表明：试验梁的平均裂缝间距仅与非预应力筋直径、有效配筋率及混凝土保护层厚度有关，与无粘结CFRP筋的配置无关。使用阶段按应力增量类比，将无粘结CFRP筋等效为有粘结非预应力筋的换算系数，取为0．35；裂缝分布不均匀系数为1．31；给出计算结果与试验结果吻合良好的裂缝宽度及刚度计算公式；获得了这类梁中无粘结CFRP筋极限应力增量随综合配筋指标增大而线性减小的变化规律，进而基于力的平衡提出了这类梁正截面承载力计算公式。     

连续道床板温度应力计算方法研究

基于不完全裂缝的假设推导了连续道床板开裂后的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距的计算方法。研究表明,当裂缝为不稳定裂缝形式时,混凝土收缩和降温作用下的裂缝最大宽度相同,与混凝土抗拉强度、钢筋直径成正比,配筋率越高,裂缝宽度越小,与降温幅度或收缩值无关。降温情况下的钢筋最大应力与混凝土抗拉强度成正比,混凝土收缩情况下的钢筋最大应力较等效降温情况下低Esεsh。在降温和混凝土收缩等效降温情况下的最大裂缝间距相同。该计算方法可作为我国客运专线连续式无碴轨道的设计参考。采用高强度等级混凝土的情况下应适当提高配筋率以保证必要的安全性。     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

鉴于现在广泛应用的拉拔式试验结果不能反映实际受弯构件中钢筋与混凝土的粘结性能,设计了梁式试件来研究钢筋与混凝土之间粘结性能.采用半干法的钢筋通电快速锈蚀法对钢筋进行锈蚀.在此基础上,对锈蚀钢筋的混凝土梁受力各阶段特征点的粘结应力及滑移值进行试验测定,拟合出粘结滑移曲线及锈蚀对粘结性能影响曲线.基于试验数据,提出了锈蚀率及锈胀裂缝宽度对钢筋与混凝土粘结强度影响系数的建议表达式.     

变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验研究

通过不同直径和不同埋长的普通热轧变形钢筋活性粉末混凝土的钢筋拔出试验,研究变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能及粘结—滑移的本构关系。研究表明:活性粉末混凝土与钢筋的极限粘结应力随着钢筋直径的增加而下降,钢筋直径相同时随着锚固长度的增加而降低。提出普通热轧变形钢筋与活性粉末混凝土的极限粘结强度与锚固长度的计算公式。运用该计算公式得出,直径为14和16 mm钢筋的锚固长度适宜取3倍钢筋直径,直径为18 mm钢筋的锚固长度适宜取4倍钢筋直径。根据试验数据回归出基于相对保护层厚度和相对有效粘结长度的极限粘结应力计算公式和粘结应力与滑移的本构关系式。     

钢筋混凝土结构锈蚀开裂模型研究

为揭示钢筋混凝土结构锈蚀开裂的机理和裂缝相关参数的发展规律，对钢筋锈蚀作用下混凝土的开裂全过程进行研究，并建立混凝土锈蚀开裂模型。模型采用混凝土材料受拉指数型软化形式和黏结裂缝理论，将锈蚀开裂过程分为保护层未开裂、部分开裂和完全开裂三个阶段。推导每一阶段对应的应力状态、径向位移和裂缝状态等力学参数的表达式，获得计算混凝土保护层裂缝宽度的控制方程，并且给出求解该方程的数值计算方法。基于所建立的模型，研究裂缝从钢筋黏结表面扩展到混凝土保护层表面的全过程行为，讨论裂缝宽度、环向应力等参数的变化规律，预测混凝土保护层表面开裂时间与相应的临界锈蚀率。研究结果表明：钢筋表面和保护层表面的裂缝宽度的差值随锈蚀时间逐渐减小并最后趋于零；混凝土裂缝宽度和锈蚀率之间表现为正线性相关关系；混凝土保护层厚度与钢筋直径之比、混凝土抗拉强度和锈蚀膨胀系数等因素直接影响着保护层锈蚀开裂时间；最后，基于黏结裂缝理论建立的混凝土结构锈蚀开裂模型能够有效地预测试验值，可为钢筋混凝土结构锈蚀开裂机理研究提供依据。     

连续道床板温度应力计算方法及参数分析

基于不完全裂缝的假设推导了降温时连续道床板的钢筋应力、裂缝宽度、裂缝间距计算公式,应用计算公式进行了参数分析。研究表明,为控制裂缝宽度在容许限度范围内应将裂缝控制为不稳定裂缝形式,采用变形钢筋;对于配筋率为0.8%、采用C40混凝土的道床板,钢筋直径宜为18~25 mm;当钢筋直径为20 mm时,配筋率应达到0.73%以上;采用高强度混凝土或滑模施工时应相应提高配筋率;由于涂层钢筋对裂缝宽度的影响较大,设计、施工中应尽量避免采用涂层钢筋。     

光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能研究

为了研究光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能,本文改变钢筋直径与锚固长度测定了粘结应力和滑移量。通过理论分析与数据拟合,研究了粘结应力的影响因素、计算公式及粘结-滑移本构关系。结果表明:粘结应力受钢筋埋长、钢筋直径等因素的影响,随着埋长与钢筋直径的增大而减小。提出的以相对保护层厚度(c/d)和相对埋长(l/d)为主要参数的极限粘结应力计算公式,与试验结果吻合良好。分析给出不同直径光圆钢筋的锚固长度,并按GB 50010-2002的模式提出相应的锚固长度计算公式。本文提出的粘结-滑移本构方程与实测结果相关性好,可为活性粉末混凝土结构理论分析提供依据。     

500MPa级细晶粒热轧带肋钢筋在混凝土中的锚固性能试验研究

对试验用500 MPa级细晶粒热轧带肋钢筋进行了材料力学性能试验,试验结果表明:钢筋的屈服强度实测值均500 MPa,极限抗拉强度实测值均680 MPa,抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值1.25;通过75个500 MPa级细晶粒钢筋的拉拔试验,分析了粘结滑移曲线的特点及粘结破坏形态;考虑混凝土强度、锚筋直径、锚固长度、保护层厚度和横向配箍率等锚固影响因素,拟合回归得出HRBF500钢筋极限粘结强度计算公式,并给出HRBF500钢筋在混凝土中的锚固长度设计建议。     

双块式无砟轨道与配筋混凝土路面结构设计研究

研究目的:双块式无砟轨道是在连续配筋混凝土路面工程的基础上发展而来的,深入分析配筋混凝土路面的结构设计,对比双块式无砟轨道的结构设计,从而为高速铁路双块式无砟轨道的结构设计提供参考。研究结论:连续配筋的混凝土路面结构纵横向没有伸缩接缝,但由于温度荷载会使在自由端部的75m范围内发生总量大约3～5cm的位移,故在端部通常采用锚固装置或多处设胀缝的设施,将端部位移逐步分散、消失。连续配筋的混凝土路面的裂缝宽度以不严重渗水为好,一般应小于0.6mm,低温下应不大于1.0mm;配筋率约为0.5%～0.8%,钢筋一般采用单层布置。路面板铺设在沥青处理的基层或整平层上对控制横向裂缝较好。德国双块式无砟轨道配筋率为0.8%～0.9%,裂缝设计控制宽度为0.5mm,裂缝间距为2m左右,钢筋采用单层配筋,设置在道床板的中下层。我国CRTSⅠ型双块式无砟轨道为使道床板能够承受更大的弯矩变形,道床板厚度设计为260mm,并采用双层配筋的方式。     

结构混凝土裂缝原因分析与防治

结构混凝土裂缝一般由荷载、变形产生。在设计时通过调整温度伸缩缝间距、控制现浇混凝土板厚度、板的配筋等措施,在施工中通过控制原材料质量、配合比、提高混凝土密实度等措施,可以把裂缝控制到最少。     

高性能混凝土梁长期变形性能试验研究

以8根不同掺量的高性能粉煤灰混凝土梁的收缩、徐变试验为基础,研究了不同掺量高性能粉煤灰混凝土在荷载长期作用下的收缩、徐变性能及其上拱随时间的变化规律,探讨了温度、湿度等环境因素对不同掺量高性能粉煤灰混凝土收缩、徐变的影响。实验观测结果表明：高性能粉煤灰掺量20％～40％混凝土梁具有良好的工作性能和力学性能;与同强度的未掺高性能粉煤灰的梁相比,其后期强度和抗压弹性模量增大,收缩徐变减小,具有良好的社会和经济效益。     

钢-混凝土叠合板组合桥面的徐变和应力重分布研究

以某特大跨度拱桥的钢-混凝土叠合板组合桥面为工程背景进行有限元分析,探讨了活载和恒载作用下不同龄期混凝土弹性模量的取值;研究了预制板不同加载龄期、混凝土板是否采用叠合板等因素对大跨度钢-混凝土叠合板组合结构徐变的影响,以及钢-混凝土叠合板组合梁截面由于徐变引起的内力重分布效应。研究结果表明:钢-混凝土叠合板组合结构中,由于预制混凝土板和现浇混凝土龄期不同,从而收缩徐变和变形模量不同,在运营过程中,会引起现浇混凝土、预制混凝土板和钢梁三者之间发生应力重分布。与全部一次现浇混凝土组合梁相比,采用叠合板梁可以减少混凝土的收缩徐变。     

CRTSⅡ型板式轨道假缝开裂对轨道受力的影响分析

为分析CRTSⅡ型板式无砟轨道假缝开裂对轨道受力性能的影响,以桥上Ⅱ型板式无砟轨道为例建立模型,应用有限元法,计算分析不同数量和不同深度的假缝裂缝在不同荷载作用下对Ⅱ型板式轨道受力性能的影响。结果表明,对比列车荷载和温度梯度的影响,正温度梯度作用下,假缝开裂对轨道结构的受力影响最大,裂缝深度小于200 mm时,裂缝处混凝土会发生局部受压破坏;裂缝深度达到200 mm时,开裂会导致底座板和砂浆层的连带破坏;随着开裂数量的增加,砂浆层和底座板的应力峰值减小。不同荷载作用下,假缝开裂都会导致裂缝处纵连钢筋应力的突变,但不会导致纵连钢筋的屈服破坏。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

高速铁路CRTSⅢ型预制轨道板平面度关键影响参数

针对个别线路CRTSⅢ型轨道板脱模时已存在上拱的问题,建立了轨道板-模板一体化分析模型,研究预应力施加、混凝土收缩等因素对预制轨道板平面度的影响规律。结果表明:预应力及其偏心、轨道板顶面和底面弹性模量差异、养护过程中温度梯度对预制轨道板平面度影响较小,底模承轨槽约束条件下的混凝土收缩是影响预制轨道板平面度的关键因素。轨道板预制过程中混凝土收缩控制试验表明,在保证模板精度条件下,养护过程中补水可显著减小预制轨道板平面度上拱幅值。     

温度和列车荷载作用下弹性支承块式无砟轨道道床板配筋率计算

建立了道床板分别在温度力裂缝宽度控制及列车动荷载作用下的道床板有限元计算模型,计算了道床板在分别受温度力裂缝宽度控制及列车荷载作用下应力、弯矩,计算了混凝土道床板在不同裂缝宽度控制下的所需的配筋率,并根据计算结果绘制这二者双重作用下的道床板配筋布置图.     

地铁减振型无砟轨道CA砂浆应力匹配研究

地铁减振型无砟轨道结构中,CA砂浆层位于轨道板和隔振垫之间,起着支承、传载和调整的功能。由于隔振垫的存在,CA砂浆层极易发生破坏,因此需要全面地研究轨道结构参数对CA砂浆的应力影响规律。基于弹性地基梁体模型,研究轨道板的混凝土等级、CA砂浆弹性模量、隔振垫刚度及轨道板长度4个轨道结构参数对CA砂浆应力的影响规律,并通过应力匹配图得到合理的轨道结构参数匹配。得到的结论是CA砂浆弹性模量是对CA砂浆应力影响最敏感的参数;轨道板的混凝土等级、CA砂浆弹性模量、隔振垫刚度及轨道板长度4个轨道结构参数对CA砂浆最大拉应力的影响远大于对CA砂浆最大压应力的影响;通过应力匹配图,提出较为合理的轨道结构参数匹配:轨道板使用C80等级的混凝土、CA砂浆取中低弹模3 000 MPa、隔振垫刚度取0.04 N/mm~3、轨道板长度取4.097 m。     

基于可拓方法的连续配筋混凝土路面裂缝宽度评价

在简述可拓评判方法的基本原理和评价步骤的基础上,根据京珠高速湖南段耒宜高速公路CRCP 3个路段的裂缝宽度检测结果,进行了用可拓方法评价CRCP裂缝宽度的研究,确定了相应的评价步骤,并将其评价结果与统计方法进行了对比分析,从而提出了运用可拓方法评价CRCP裂缝宽度的方法。结果表明,可拓方法不仅能合理评价裂缝宽度的现时状况,而且其关联度可以反映裂缝宽度等级的动态发展趋势;而统计方法的评价结果受个别较宽裂缝的影响较大,且为静态结果,只能反映CRCP裂缝宽度的现时状况。因此,可拓方法比统计方法更可靠、更准确,更能满足CRCP裂缝宽度检测的要求,从而为CRCP路面养护维修提供参考依据。     

混凝土早期约束收缩开裂机理及试验研究

现浇混凝土结构早期开裂是工程中存在的普遍现象,裂缝对建筑物的正常使用、耐久性及结构安全都会产生不利影响。现有混凝土结构裂缝控制的失效准则是基于强度条件的失效准则,本文以断裂力学理论为基础,建立混凝土结构早期约束收缩开裂机理模型,提出早期约束收缩开裂的预测方法及具体步骤。在断裂模型中,应力强度因子及裂缝尖端张开位移试验室测定方法具有明显的尺寸效应,本文基于BP神经网络模型提出断裂参数的预测方法,采用改进型环形收缩试验验证模型的合理性,结果表明本文建立的混凝土早期约束收缩开裂理论模型对结构早期开裂时间的预测结果与试验结果有很好的一致性。     

桥塔用内养护高强度抗裂混凝土性能研究

对比了页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒、浮石粉3种内养护材料对高强度混凝土的工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响,并结合桥塔混凝土结构进行了抗裂性验算。结果表明:随着内养护材料掺量的增加,不同龄期混凝土的抗压强度有所降低,但降幅不大,水胶比0.24时,每种内养护材料体积掺量控制在20%以内可满足C60混凝土强度要求;掺入3种内养护材料均可显著提高混凝土的早期抗裂性能,其中浮石粉的抗裂效果最好。结合沪通长江大桥主塔(高330 m,壁厚大多超过1.5 m)混凝土结构,针对收缩与温度应力引起的开裂问题进行了有限元抗裂性能分析,结果表明,浮石粉掺量20%的低收缩混凝土拉应力在容许范围内,开裂风险小。