复合腔体隧道加固技术研究试验取得圆满成功

<正>2014年3月14日,由上海城建隧道股份承担的市科委科研项目"复合腔体隧道加固技术研究"第2次整环极限承载力试验在同济大学取得圆满成功。复合腔体隧道加固技术是一个全新的结构加固创意,采用现代航空复合材料制造工艺,包裹树脂、高强纤维复合层。整个施工过程被高度模块化,现场工序少、内容单一,方便质量控制和高效施工。腔体内压注的超高强度自密实混凝土与原构件紧密叠合、     

波纹钢板加固盾构隧道衬砌管片抗弯性能试验研究

为提高既有隧道结构承载力及刚度,对盾构隧道衬砌管片进行波纹钢板加固,并采用足尺试验方法,对2块加固管片与1块未加固管片进行2点抗弯加载,分析加固管片的受力过程、破坏模式以及加固机制,并对其加固效果进行总体评价。试验结果表明： 1）波纹钢板加固是一种有效的加固方法,可以有效提高管片极限抗弯承载力及刚度; 2）加固后管片破坏模式为斜截面受剪破坏; 3）加固钢板与管片界面间存在较大剪切应力与径向剥离应力,应设置有效的抗剪及抗剥离构造措施。     

螺栓锈蚀对盾构隧道接头抗弯性能的影响研究

为研究螺栓锈蚀对隧道服役性能的影响,通过考虑不同荷载类型和偏心距的情况,采用数值模拟的方法对连接螺栓锈蚀后盾构隧道接头极限承载力和抗弯刚度的变化进行分析,并与模型试验数据进行对比。通过对比分析发现： 1）螺栓锈蚀后受压区混凝土和螺栓屈服时的接头弯矩有所降低,结构弹性极限降低。2）在结构弹性阶段,螺栓锈蚀基本不会影响管片的接头抗弯性能; 在塑性阶段,螺栓锈蚀会使接头的变形增大,接头抗弯刚度降低。3）螺栓锈蚀会降低接头的极限承载力,极限承载力的退化程度与螺栓锈蚀率有关,与螺栓锈蚀范围的大小无关; 在负弯矩工况中,螺栓锈蚀还会改变接头的破坏状态。     

外贴纤维布加固超载后钢筋混凝土桥梁构件抗弯性能试验

结合24根钢筋混凝土(RC)梁的超载试验,对不同的超载幅值、加载次数以及配筋率的钢筋混凝土桥梁构件的受弯承载力加固效果进行了比较分析。对12根外贴纤维布加固超载后裂损的钢筋混凝土梁与12根超载后未加固的钢筋混凝土梁进行对比试验研究,分析了超载对钢筋混凝土构件使用性能的影响规律,比较了外贴纤维布加固不同超载幅值超载损伤后的钢筋混凝土构件的加固效果。试验结果表明:外贴纤维布加固超载后裂损的钢筋混凝土梁加固效果的主要影响因素是预加荷载幅值和配筋率。     

局部无压浆PC构件抗弯性能试验及计算方法

为了解决既有预应力混凝土(PC)桥梁压浆不密实和漏压浆问题,开展了不同压浆状态的PC梁静载试验,揭示了局部无压浆长度、位置等对构件抗弯性能的影响,进而考虑无压浆段预应力筋与混凝土间的变形不协调以及材料非线性,给出了局部无压浆构件极限承载力和受弯全过程荷载-挠度变形的计算方法。研究结果表明：局部无压浆引起的预应力筋与混凝土间的粘结性能退化对构件裂缝分布和扩展影响较大,导致裂缝数量减少、平均间距增大、极限状态时最大裂缝宽度变大;局部无压浆仅影响构件开裂后的荷载-挠度行为,且受其所处位置和长度共同制约,纯弯段无压浆对荷载-挠度行为影响较小,而弯剪段无压浆造成的影响较大,弯剪段无压浆长度越长构件刚度和承载力退化越明显;所提出的计算方法计算结果与试验结果较为吻合,精度较高。     

UHPC 加固钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

为研究普通钢筋混凝土梁不同受力区域加固超高性能混凝土（UHPC）后抗弯承载力的变化情况,设计、制作了3根试验梁[未加固钢筋混凝土梁（RC）、受压区UHPC加固梁（UC）和受拉区UHPC加固梁（UT）],采用四点加载法进行抗弯试验,分析加固前后试验梁的破坏模式、荷载-挠度曲线及承载力变化规律。结果表明：试验梁UC和UT相较于RC,刚度和承载力大幅提高,其中承载力分别提高61.2%和96.9%;提出了钢筋混凝土梁受压区、受拉区（考虑纤维贡献）加固UHPC后的抗弯承载力简化计算公式,计算值和试验值误差小于5%,具有较高的计算精度和适用性。     

火灾高温后盾构隧道管片-加固体界面粘结性能试验研究

用复合腔体加固体加固隧道结构是一种新型的加固方法,为了掌握火灾高温后复合腔体加固盾构隧道后界面的粘结性能,开展了50~400℃高温处理后粘结剂力学性能试验和混凝土立方体试件-复合腔体界面双面剪切试验。试验结果表明:1)在较低温度条件下,温度升高能优化粘结剂的力学性能;在较高温度下,粘结剂的力学性能随着温度的升高而降低,粘结剂的力学性能在150℃温度条件下最优,在超过300℃温度条件下,力学性能几乎失效。2)高温后混凝土-复合腔体界面破坏形式分为A,B,C3种类型,混凝土-复合腔体界面的剪切刚度随着温度的升高而降低;混凝土-复合腔体界面粘结性能的最佳工作温度TP在50℃左右,完全失效温度Tf为300~400℃,在较低温度(15℃和50℃)、较高温度(100℃和200℃)和高温(250℃~Tf)条件下,影响混凝土-复合腔体界面粘结性能的主要因素分别是混凝土的剪切强度、碳纤维布-钢管界面的粘结性能和混凝土-粘结剂界面的粘结性能。     

纯压弯受力下大断面盾构隧道管片接头抗弯足尺试验研究

针对管片接头抗弯试验中接头是否处于纯压弯受力状态影响试验结果准确性问题,设计一套可使接头具有较大转动角度、保证其处于纯压弯受力状态的抗弯加载装置,并开展一系列不同轴力和弯矩下接头抗弯性能试验,试验中采用差动式位移计和应变传感器等对接头变形和螺栓应变进行测量。基于试验结果得出： 1）接头处于纯压弯受力状态时,正负弯矩下管片接头竖向位移、张开量、闭合量、转角、螺栓应力随弯矩变化的曲线较为平顺; 2）正弯矩下接头张开高度随弯矩变化可分为2个变化阶段,而负弯矩下受接缝面复杂变形接触关系影响,在上述2阶段变化规律之间出现了明显的“平台段”; 3）接头采用斜螺栓连接时,[JP2]正弯矩下轴力对接头的抗弯性能影响大于负弯矩下轴力对接头的抗弯性能影响,且正负弯矩下抗弯性能的差异随着轴力的增大而减小。     

FRP加固病害混凝土受弯构件的抗弯性能研究

为了研究碳纤维加固梁体的机理，应用弹性力学理论，分析粘贴碳纤维加固钢筋混凝土梁前后以及考虑预栽作用下加固梁的受弯全过程，运用目前广泛接受的计算方法计算了梁体极限荷载承载力，并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明，采用FRP加固的钢筋混凝土梁的刚度较普通钢筋混凝土梁的刚度都有明显提高，纤维布同时对承受以抗弯为主的构件具有增强刚度、控制挠度的作用。另外，FRP加固对梁的刚度有较大影响，特别是对屈服阶段的刚度影响较大。     

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。     

装配式隧道圆形和方形钢榫接头抗弯性能大尺寸试验

接头是装配式隧道建设和运营阶段最为薄弱和关键的部位,其设计及力学性能评估是一项必要的研究工作。为评估圆形和方形钢榫接头的抗弯性能,开展了大尺寸接头抗弯试验,研究了接头在荷载作用下的竖向挠度、接缝张开量及应变变化规律,探讨了其接头旋转角、延性、断裂韧性及破坏模式。研究结果表明:圆形钢榫接头的承载能力弱于方形钢榫接头,极限荷载及其对应的挠度分别比方形钢榫接头小77.71 kN和6.797 mm;同一荷载水平下,方形钢榫接头的张开量和旋转角更小,其抗变形能力强于圆形钢榫接头;2种钢榫接头的混凝土和钢筋应变响应规律在整体上相似,但方形钢榫接头的最大压应变仅为圆形钢榫接头的15%;圆形钢榫接头表现出渐进失效行为,其挠度延性指数和旋转延性指数分别是方形钢榫接头的2.28倍和1.98倍,且最终旋转角和单位荷载下旋转角增量均小于方形钢榫接头;2种钢榫接头受压弯曲时,圆形钢柱将荷载传递至接头底部,使混凝土受拉区破坏过大,主要表现出拉弯破坏模式,而方形钢柱联合更多承压区混凝土受荷,使承压区混凝土破损面积为圆形钢榫接头的3倍左右,主要表现出压弯破坏模式。研究结果可为装配式矩形隧道的接头设计提供参考。     

CFRP筋混凝土桥面板抗弯性能试验研究

为了提高桥梁的耐久性,本文研究了一种新型CFRP筋混凝土桥面板。通过抗弯性能试验,研究了不同配筋率的CFRP筋混凝土新型桥面板的荷载位移关系、抗弯承载力、CFRP筋应力分布、混凝土应变分布等。试验结果表明,FRP筋与混凝土粘结效使得CFRP筋桥面板具有部分塑性破坏特征,CFRP筋桥面板与钢筋混凝土桥面板相比,具有相似的截面变趋势和应力分布,符合平截面假定。CFRP筋混凝土板的弯曲破模式由CFRP筋与混凝土的粘结强度控制。     

局部锈蚀下Q550E钢梁抗弯性能试验研究

侵蚀环境下高性能钢结构普遍存在局部锈蚀病害,这将削弱结构的整体承载能力。为了研究局部锈蚀对钢结构承载力的影响程度,设计制作了7片H形Q550E高性能钢梁,研究不同局部锈蚀对高性能钢梁抗弯性能的影响。首先对其中6片试验梁的弯剪段和纯弯段开展了不同锈蚀率的加速锈蚀,另1片为未锈蚀对比梁。接着,对试验梁开展四点弯曲分级加载试验,采集并对比分析了试验梁关键截面的应变和挠度数据。结果表明：锈蚀导致试验梁的承载力、屈服挠度、极限挠度和延性降低,相同锈蚀率下纯弯段性能降低程度大于弯剪段;右半截面承载力比下半截面降低程度更大;所有试验梁均为受压翼缘屈曲失稳破坏;SCR梁屈曲发生在弯剪段,其他试验梁屈曲位置位于纯弯段;弹性阶段腹板应变符合平截面假定,试验梁受拉翼缘一般先于受压翼缘屈服,因此随着荷载的增加,会出现截面中性轴上移现象;整体锈蚀比纯弯段下半截面锈蚀时的剩余承载力低,主要因为整体锈蚀时受压翼缘存在锈蚀削弱,导致试验梁屈曲提前,承载力降低;局部锈蚀的不均匀性会产生翼缘应力集中,导致PCR试验梁比整体锈蚀梁承载力低;与普通钢梁相比,锈蚀对于高性能钢梁承载力退化影响更大;对于顶板和底板锈蚀,梁的剩余承载力与其锈蚀程度为线性关系。     

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。     

装配式预应力可变桁架体系加固RC短梁抗弯性能试验

针对混凝土箱梁腹板开裂、跨中下挠等问题,提出一种装配式预应力可变桁架加固体系.该体系由可变桁架、预应力筋和固定斜杆组成,可变桁架通过锚杆固定于加固梁两侧,张拉预应力使桁架上顶加固梁产生反拱,以此来消除或减小梁体开裂和下挠等病害,随后用斜杆固定桁架形成劲性骨架,进一步提高加固结构刚度和承载力.首先对该体系进行介绍,然后设...     

钢板-UHPC组合梁抗弯性能试验及有限元分析

为了研究钢板-UHPC组合梁的抗弯性能,首先开展1根钢板-UHPC组合梁抗弯性能静力试验;然后利用Abaqus有限元软件对试件静力加载全过程进行仿真计算,采用不同方式模拟组合梁中的栓钉,选定最恰当的模型;最后基于校准的有限元模型,对钢板-UHPC组合梁进行参数分析,主要参数包括：UHPC抗压强度、钢板强度、栓钉间距及布置方式。研究结果表明：有限元仿真分析中,采用面面接触的有限元模型,其仿真分析结果与实测值总体上吻合良好,能够较好地反映钢板-UHPC组合梁中挠度、应变以及滑移变化规律,可作为后续钢板-UHPC组合梁有限元仿真分析的参考;各参数对钢板-UHPC组合梁极限承载能力的影响大小为：钢板强度>UHPC抗压强度>栓钉间距;在结构设计中应当重视剪弯段栓钉的选择与布置,而纯弯段栓钉可以进行相对弱化处理。     

UHPC加固损伤RC梁抗弯性能有限元分析研究

配筋超高性能混凝土(UHPC)具有优异的抗拉韧性、拉伸应变硬化性能和超强的耐久性,已有研究表明,将其用于加固钢筋混凝土(RC)结构,可使RC受损部位得到高强、耐久、低渗透的保护,大幅度提高RC结构强度、延长其使用寿命.但目前在这方面的具体研究还较为缺乏,加固梁的抗弯性能研究也未考虑RC梁损伤的影响,因此在RC梁损伤严重...     

碳纤维布加固不同损伤混凝土梁抗弯性能研究

通过3根碳纤维(CFRP)布加固补强钢筋混凝土梁和1根对比梁的试验,研究了钢筋混凝土梁在不同损伤程度情况下,CFRP加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响与作用。     

加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能及承载力计算

为统一中国对加筋高性能砂浆加固RC梁抗弯性能的认识,以中国学者所做95根加筋高性能砂浆加固的钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究为基础,分析加固粱的受力性能和破坏机理,在此基础上考虑一次受力、二次受力、持载程度、加固筋类型、加固筋数量、混凝土强度等级等因素影响,建立加固梁抗弯承载力计算公式、刚度计算公式和裂缝宽度计算公式,并与试验数据进行了对比。结果表明：该加固技术采用高强钢绞线、钢筋网、钢丝网作为受力材料,虽然三者受力性能存在显著差异,但加固构件力学性能和破坏机理相似,可按统一计算公式进行承载力设计;公式计算值与试验结果符合良好,可用于实际工程计算。     

HB-FRP抗弯加固20m T梁的服役性能评估

HB-FRP加固带初始裂缝桥梁正常使用阶段的受力性能需开展评估.基于单元法和直接法生成带初始裂缝的多梁式T梁有限元模型,单元法用于评估FRP界面黏接性能,直接法引入弹性断裂力学基本理论,基于虚拟裂纹闭合法计算初始裂缝的裂尖能量释放率,探讨HB-FRP加固前后的裂缝扩展风险.研究结果表明:车辆荷载作用下,如果梁体无初始裂...