碳纤维板材加固桥梁受拉区混凝土界面性能研究

采用碳纤维材料加固桥梁、建筑等混凝土结构具有很好的加固效果和适用性。针对碳纤维板材与混凝土界面间的粘结性能进行了研究,设计了一种双剪试验模型,通过静载试验的方法分析了不同粘结胶层剪切刚度和不同粘结胶层厚度对界面极限承载能力的影响。试验结果表明:在计算碳纤维与混凝土界面间极限承载力时,需要考虑粘结胶层剪切刚度的影响;而随着粘结胶层厚度的增大,碳纤维材料与混凝土间的整体性能会有所降低,从而影响界面极限承载力。根据研究结果对我省国道上某钢筋混凝土空心板桥受拉区进行了加固设计优化,取得了良好的效果。     

集中力作用下预应力FRP增强RC梁的界面应力分析

对受集中荷载作用的预应力FRP片材增强钢筋混凝土梁的界面应力分布进行了理论分析.在弹性理论的基础上,对结构进行受力分析,推导出集中荷载作用下界面剪应力和正应力的计算公式.结果表明,界面正应力不但与荷载和初始预应力的大小、梁的尺寸、粘贴层的弹性模量、剪切模量及厚度有关,还受到FRP弹性模量、厚度及粘贴长度的影响.界面正应力和剪应力在FRP的端部绝对值最大,并且往跨中方向迅速减小.     

钢板加固持荷RC梁承载力数值分析方法

在钢筋混凝土梁粘贴钢板加固数值分析中,为了解决初始荷载及钢板-混凝土界面传力问题,以8片钢筋混凝土梁室内缩尺模型试验为基础,采用面-面接触分析方法及单元"生死"分析方法,对试验梁进行了全过程数值分析,提出了一种粘贴钢板加固具有初应力钢筋混凝土梁的数值分析方法。研究结果表明:钢筋混凝土梁预测挠度变化规律与实测值吻合较好,极限荷载偏差在11.5%以内。可见,运用数值分析方法能有效解决持荷情况下,待加固结构与钢板不同时参与工作及钢板-混凝土界面的传力难点。     

钢板-混凝土组合加固混凝土T梁的抗弯性能试验

设计了4根钢板-混凝土组合加固混凝土T梁进行抗弯承载力试验,试件的主要设计参数包括损伤程度和植筋间距。采用荷载传感器、位移计和应变计,分别测量了加载过程中试验梁的荷载、挠度、应变、裂缝的产生和发展、新老混凝土界面与钢板-加固混凝土界面的纵向滑移,采用有限元软件ANSYS分析了试件的受力性能,采用塑性方法研究了试件的极限抗弯承载力,并对比了模型试验、数值模拟与理论分析结果。分析结果表明:钢板-混凝土组合加固可使混凝土T梁极限抗弯承载力提高约2倍,植筋间距与原梁弯曲损伤程度对组合加固T梁的极限抗弯承载力影响约为4%,植筋间距越大,新老混凝土界面纵向相对滑移越大,极限抗弯承载力的数值计算值和理论计算值与试验值最大相对差值为9%,因此,模型试验、数值模拟与理论计算结果均表明钢板-混凝土组合加固可显著提高混凝土T梁的极限抗弯承载力。     

基于有限断裂力学的FRP-混凝土界面粘结强度研究

为了提供一种精准、高效预测外贴式纤维增强聚合物材料(FRP)粘贴于混凝表面强度的数学模型,本文设计了8个单剪试件,利用精密玻璃珠控制胶层厚度,同时采用真空辅助成型技术(VARI)制作FRP板条并外贴于混凝土试块表面。研究混凝土强度和胶层厚度2种变量参数对FRP-混凝土粘结界面强度的影响,依据试验结果分析了界面破坏能和峰值剪切应力与胶层厚度及混凝土强度之间的联系。采用有限断裂力学获取界面裂纹扩展失稳时的脱粘荷载,将理论值与试验结果对比表明FFM模型有良好的精度。     

碳纤维与混凝土界面粘结应力计算方法

为了确定碳纤维加固混凝土结构承载过程中胶层部位的剪应力分布规律,判别碳纤维与混凝土界面间是否发生剥离破坏,进行了碳纤维布加固混凝土构件的拉伸试验,基于弹性理论,推导了已知力作用下的任意点胶层界面剪应力与碳纤维正应力的计算方法。计算结果表明碳纤维与混凝土界面的剪应力、正应变的分布规律与试验结果相吻合,计算方法有较高的精度,计算得出胶层部位的极限剪切强度为3.96 MPa,在实际工程中,为防止剥离破坏的发生,应确保胶层剪切应力小于此值。     

基于粘弹性本构的CFRP加固RC梁数值仿真分析

为探讨胶黏剂粘弹性对碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁力学行为的影响,以Burger模型表征胶黏剂的应力-应变-时间关系,利用Laplace变换和逆变换推导了Burger模型Prony级数形式的松弛剪切模量;采用ABAQUS对粘贴CFRP加固RC梁进行数值模拟,分析了胶黏剂粘弹性对界面应力、CFRP轴力、RC梁弯矩和加固梁挠度的影响.研究结果表明:胶黏剂的粘弹性对加固梁的力学行为有一定的影响,随着持载时间的增加,界面峰值剪应力和峰值正应力均减小,CFRP轴力减小,RC梁弯矩增大,加固梁挠度增大;当胶层厚度为0.2 mm时,加载30 d后,界面峰值剪应力减小了40.1%,界面峰值正应力减小了33.0%,加固梁挠度增加了3.7‰,距离CFRP端部20 mm处截面上CFRP轴力减小了15.8%,RC梁弯矩增加了17.4%.     

横向连接失效对空心板桥受力影响

针对空心板桥的横向连接失效对空心板桥受力性能的影响进行深入的分析。利用动载试验针对桥梁横向联系加固后、横向连接钢板失效、铰缝混凝土与横向连接钢板失效三个工况进行有限元计算与现场数据实测,对比分析竖向挠度曲线。结论是空心板横向连接处板间受力复杂,传统的横向铰接板(梁)理论不能很好的模拟现场空心板横向连接间受力情况,未能突出模拟空心板的"单板受力"情况;空心板加固后,横向钢板失效与压力注胶失效对桥梁的承载力有一定幅度的降低,同时使桥梁的整体受力性能得到大幅度降低。     

组合加固足尺预应力混凝土空心板梁抗弯性能

对3片足尺预应力混凝土空心板梁进行抗弯性能试验, 其中1片足尺梁不进行加固, 2片分别采用钢板-混凝土组合加固和钢板-预应力混凝土组合加固, 分析了试验梁主要部位的应变、滑移、裂缝分布、承载力、刚度和延性; 基于试验梁塑性破坏机理, 并考虑二次受力的影响, 推导了足尺试验梁的抗弯极限承载力计算公式。试验结果表明: 加固后试验梁的破坏形态表现为塑性弯曲破坏, 跨中横截面变形符合平截面假定; 组合加固钢板与新混凝土之间以及加固部分与原结构之间相对滑移小于0.05mm, 因此, 加固后试验梁各部分协同工作性能较好; 与未加固梁相比, 钢板-混凝土组合加固试验梁抗弯极限承载力提高了1.08倍, 钢板-预应力混凝土组合加固试验梁抗弯极限承载力提高了1.43倍, 因此, 组合加固能显著提高试验梁的极限承载力; 与未加固梁相比, 2片加固试验梁的延性系数均提高了21%, 当试验荷载为200kN时, 2片加固试验梁刚度分别提高了1.55、3.07倍, 因此, 组合加固能显著提高试验梁的刚度和延性; 与钢板-混凝土组合加固技术相比, 钢板-预应力混凝土组合加固技术对试验梁在使用阶段的承载性能和刚度的提高更加明显; 2片加固试验梁抗弯极限承载力的计算值与试验值的比值分别为0.94和0.96, 因此, 抗弯极限承载力计算公式计算精度较高, 可用于钢板-混凝土组合加固预应力混凝土空心板梁的抗弯承载性能计算与分析。      

水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装层的疲劳性能

为了提高水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装的使用寿命,以复合梁试验评价不同的桥面沥青铺装结构的疲劳性能,采用有限元法分析荷载作用下复合梁试件具有与实际梁体一致的应力响应,并采用复合梁疲劳试验测试不同桥面沥青铺装层组合的疲劳寿命。由试验结果可知,复合梁破坏模式与桥梁铺装实际破坏形式一致,相同的铺装结构在加入防水粘结层后寿命可增长8倍,铺装材料加入纤维可使疲劳寿命增长20%以上;SMA和纤维加筋的AC组合是本次试验中的最优结构。     

桥面铺装复合梁的有限元分析

采用三维有限元法,分析了复合梁试件模型和实体桥面铺装模型中沥青混凝土铺装层表面的受力特性及其变化趋势。计算结果表明,复合梁模型和实体桥面铺装模型中的沥青铺装层表面的受力状态相同,变化趋势一致,采用试验可控性较好的复合梁试验能够模拟不同结构组合的桥面铺装层受力特性,为大跨径桥梁桥面铺装层结构设计、材料选择提供依据。     

收缩徐变对锚喷混凝土加固结构产生的界面应力分析

锚喷混凝土加固板桥时,新增混凝土收缩徐变对主梁产生有利影响,但对锚喷混凝土自身产生不利影响。通过对收缩徐变产生的界面应力分析,得到界面应力的分布形式和界面应力的影响因素。结果表明：锚喷混凝土收缩徐变产生的纵向拉应力在跨中截面最大,两端为零,界面剪应力两端最大,跨中为零;混凝土收缩徐变所产生的界面应力随着时间增长而逐渐增大,且后期增长速度小于前期增长速度;收缩徐变产生的界面应力随着混凝土厚度增加而增大,随着年环境评价湿度增加而减小;新增混凝土强度与原主梁混凝土强度相差越大,产生的界面应力也越大。     

钢管混凝土系杆拱桥叠合梁局部应力分析

采用ANSYS11.0,对某下承式单索面钢箱叠合梁钢管混凝土系杆拱桥的叠合梁进行了局部分析,重点关注混凝土桥面单向板和叠合梁钢板在车辆荷载作用下的应力大小和分布情况。通过实际计算分析,给出了桥面单向板在对称布载和偏载作用下产生的拉应力的范围和大小以及叠合梁钢板的最大mises应力,为相似结构的设计与施工提供参考。     

组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题, 采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能; 对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验, 并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比, 分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能, 研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律; 基于足尺试验结果, 建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明: 钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征; 与未加固梁相比, 钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上, 在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上, 因此, 组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能; 受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定; 组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6mm, 因此, 钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好; 足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01, 因此, 简化公式可靠, 可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。      

FRP加固钢筋混凝土梁非线性有限元分析

在GFRP布加固钢筋混凝土梁受弯试验的基础上,考虑钢筋、混凝土的材料非线性行为,采用有限元法对FRP加固钢筋混凝土梁的受弯力学性能进行了数值模拟和分析,并与试验结果进行了比较.根据计算结果,分析了FRP加固钢筋混凝土梁的极限荷载、剥离荷载、FRP的应变分布、FRP端部区应力分布情况及受力机理.分析结果表明,非线性有限元法可以很好地模拟FRP加固钢筋混凝土梁的受力性能,并能预测FRP加固钢筋混凝土梁发生剥离破坏的荷载.     

埋入式钢板-混凝土界面抗剪性能试验研究

钢板与混凝土界面抗剪强度和剪力-滑移关系是钢-混凝土组合结构全过程受力分析中的重要依据。在典型剪力键剪力-滑移本构模型的基础上,建立埋入式钢板-混凝土界面抗剪本构模型。通过一组21个试件的抗剪试验,得到了考虑混凝土强度和钢板表面粗糙度的埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度和典型黏结滑移曲线,建立了埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度计算公式,确定了钢板-混凝土剪力滑移本构方程。研究表明:埋入式钢板-混凝土界面抗剪强度弱于钢管混凝土及型钢混凝土结构。     

浅谈桥面沥青铺装层厚度变化对铺装层受力的影响分析

通过改变铺装层厚度的变化,分析不同铺装层厚度作用下结构的受力状态。对不同铺装层厚度作用下的铺装层内应力和铺装层表面变形以及水泥混凝土层的应力状态依次进行分析。     

混合梁斜拉桥结合段剪力钉受力机理研究

探讨了混合结构钢一混凝土界面的模拟以及剪力钉受力的计算方法.用接触来模拟钢一混凝土界面.利用罚函数法模拟钢与混凝土的脱开、滑移及摩擦等,采用梁单元模拟剪力钉,并对剪力钉进行分段建模.以剪力钉推出试验结果为依据.通过大型有限元软件,对舟山桃天门大桥钢-混凝土结合段进行分析,得出其底板、腹板和顶板的滑移量分布情况,以及滑移量随荷载的变化规律.     

连续配筋水泥混凝土路面裂缝传荷系数三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用梁单元模拟纵向钢筋,根据Timoshenko梁理论,确定支撑反力的作用长度。采用三向弹簧单元模拟钢筋和混凝土界面联结,竖向(z方向)弹簧单元模拟混凝土对钢筋的支撑;刚度分配按照"贡献面积"的原则,通过在相邻混凝土面层板侧面对应结点设置三向弹簧单元,模拟集料嵌锁的传荷作用;建立并验证考虑裂缝传荷系数的CRCP三维有限元模型。利用该模型分析标准轮载作用下路面结构参数对混凝土面层板在裂缝附近的力学响应和裂缝传荷系数的影响。结果表明,增大混凝土板厚度,板边应力和裂缝传荷系数均明显减小;增大基层厚度和土基强度,板边应力和裂缝传荷系数略有减小;增大裂缝刚度,可提高裂缝的传荷系数,减小裂缝处混凝土面层板的受力。     

薄层沥青混凝土在桥面铺装中的力学响应

采用ABAQUS有限元分析软件,建立水泥混凝土箱梁桥与工字梁桥三维整体有限元模型,分别研究了不同厚度薄层沥青混凝土铺装层在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应,以及铺装层自重对桥梁结构内力的影响。研究结果表明:在车辆荷载作用下,铺装层厚度由4cm增加至12cm时,箱梁桥与工字梁桥铺装层最大竖向剪应力分别增长了约72%与40%,因此,薄层铺装能够降低层内竖向剪应力水平,有利于缓解车辙病害的发展;在温度荷载作用下,铺装层厚度对层内拉应力及层底剪应力的影响并不明显,力学指标基本处于同一水平;在重力荷载作用下,厚度为4cm的薄层铺装相对于12cm的铺装层能够分别降低箱梁桥桥体内部最大Mises应力及最大主拉应力19.62%与17.70%,而对于工字梁桥而言,能够分别降低应力水平13.79%与10.16%,从而改善了桥梁结构受力状况。可见,薄层沥青混凝土应用于桥面铺装具有良好的力学可行性,在综合考虑环境与材料性能的基础上可在实际工程中推广应用。