预应力AFRP筋混凝土构件抗弯性能研究

基于平截面假定和截面内力平衡条件,推导了预应力AFRP(一种纤维增强复合材料)筋混凝土构件正截面受弯承载力及截面开裂弯矩计算公式,并对5组具有相同整体配筋率、不同初始张拉控制应力的AFRP筋混凝土构件的抗弯性能进行了对比。研究结果表明:提出的预应力AFRP筋混凝土构件抗弯承载力及开裂弯矩计算公式可有效描述该构件的受力特征;AFRP筋的张拉控制应力对AFRP筋混凝土构件极限抗弯承载力影响较小;而张拉控制应力的增大可有效提高AFRP筋混凝土构件的抗裂承载能力;当张拉控制应力接近于预应力AFRP筋极限抗拉强度的25%时,构件抗裂承载力相应提升77.65%,有效地延迟了截面裂缝开裂的时间,提高了结构的抗弯刚度。     

GFRP—钢混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能研究

为了研究GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性及抗弯性能,以混凝土碳化深度到达钢筋表面为标志,结合钢筋表面去钝化时间最小均值计算公式,对比分析6组不同配筋布置的GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板的耐久性。推导GFRP筋—钢筋混合配筋混凝土板适筋破坏的正截面受弯承载力计算公式,利用推导的受弯承载力计算公式对7组具有相同整体配筋率、不同GFRP筋与钢筋面积比的混合配筋板的抗弯承载力进行计算。研究结果表明:GFRP筋与钢筋合理混合布置,可较大程度地提高混凝土结构的耐久性和抗弯承载力。将钢筋布置于远离迎风面、角区的中间位置时,构件耐久寿命比传统的截面单一钢筋配筋方式延长1.19倍,耐久性达到最佳效果;随GFRP筋与钢筋面积比的增加,构件抗弯承载力提高的百分比最大可达到52.7%,且抗弯承载力随面积比的增加而增大。     

钢筋混凝土箱形截面构件最小配筋计算

根据钢筋混凝土箱形截面构件受弯时其受拉翼缘底板混凝土在开裂前参与承受弯距的事实，由单筋矩形钢筋混凝土截面构件极限状态法的最小配筋率推导出单筋箱形截面构件极限状态法的最小配筋面积的计算方法。此方法也适用于其它带受拉翼缘的工字形截面构件的最小配筋计算。     

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。     

钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力分析

研究目的:通过引入经济配筋率,分析配筋率、梁截面尺寸与抗弯承载力之间的关系,推导出按正截面承载力要求进行梁高估算的直接公式,并提出综合考虑抗弯承载力及挠度验算的方法来进行单筋矩形梁正截面优化设计,从而町简便地确定合理的截面尺寸及纵向配筋量.并探讨纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响,以及配筋率与极限弯矩、荷载效应标准组合弯矩值之间的关系.研究结论:利用正截面承载力估算梁高的直接估算式,能在满足梁正截面承载力要求及经济配筋的同时,结合满足挠度控制要求的跨高比限值进行截面设计.又可对某些大截面尺寸受弯构件采用正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计.对常用的配筋率范围ρ∈[0.6%,1.5%],在梁截面尺寸、材料强度等级不变的情况下,当荷载增加时,按极限承载力设计的配筋率随之增加,此时尽管梁的刚度有所提高,但其跨中挠度值也增大.因此,在进行最大裂缝宽度计算时,虽由于荷载的增大会导致相关参数变化,但配筋率的增大能较好地控制裂缝宽度.     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

配箍率对高强钢筋RPC梁抗剪性能影响研究

为了研究HRB500级高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的抗剪性能,通过改变箍筋配筋率,对4根在集中荷载下的RPC简支梁进行受剪破坏试验,比对分析不同配箍率对试验梁的斜裂缝发展、受剪承载力及最大斜裂缝宽度的影响。试验结果表明:高强箍筋和活性粉末混凝土具有良好的协同工作性能,抗剪延性得到改善;高强钢筋活性粉末混凝土梁的临界斜裂缝一般由腹剪型斜裂缝发展而成;配箍率大小对试验梁的斜向开裂荷载并无明显影响,但是配箍率越高,斜裂缝宽度越小,抗剪承载力越高;桁架-拱理论模型公式比较适用于高强钢筋RPC有腹筋梁抗剪承载力的计算。     

混凝土箱梁开裂的剪力滞效应分析

为研究考虑截面配筋后的混凝土箱梁在开裂状态下的剪力滞效应,基于变分原理建立了考虑截面配筋率的箱梁剪力滞效应分析的控制微分方程,并推导出箱梁开裂前后的微分方程表达式。结合具体箱梁算例,分析了2种不同配筋率的箱梁在不同荷载作用下开裂前后的剪力滞效应。结果表明:集中荷载或均布荷载作用下,初始开裂截面及集中荷载作用截面剪力滞效应均发生突变;配筋率对开裂状态箱梁的剪力滞效应的影响大于其对于未开裂状态箱梁的影响;2种状态下最大影响位置均为初始开裂截面,剪力滞系数变化最大可达10.31%。     

玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土梁抗剪性能

为了解决沿海城市和岛礁建设中河砂淡水资源短缺、建筑材料运输成本高以及钢筋混凝土结构耐久性不足的问题,同时推动海水海砂资源的有效利用以及深入研究纤维复材筋增强构件的工作性能,开展玄武岩纤维复材筋海水海砂混凝土(BFRP-SSC)梁的抗剪性能研究。采用三点弯曲试验,通过对梁的破坏形式、荷载-挠度关系和抗剪承载力展开讨论,研究剪跨比(剪跨为400,500和600 mm)、养护环境(自然环境和海水浸泡环境)和混凝土碱度(普通SSC和低碱SSC)对梁抗剪性能的影响,并通过拟合试验数据修正了规范的抗剪承载力公式。研究结果表明：剪跨比对BFRP-SSC梁抗剪承载力有显著影响,剪跨比越小的试件其破坏程度越严重;随着剪跨比的增大,BFRP-SSC梁的开裂荷载、极限荷载逐渐减小,极限挠度逐渐增大。在55℃人工海水环境中浸泡60 d后,普通SSC试件的裂缝减少,抗剪承载力下降了33.13%,BFRP箍筋纤维-树脂界面分离;低碱SSC试件的抗剪承载力提高了21.65%,其BFRP箍筋几乎没有降解行为。由于FRP筋混凝土现有设计规范没有考虑剪跨比的影响,理论预测与试验结果相差60%以上;引入与剪跨比相关的参数修...     

FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法

基于FRP筋混凝土梁裂缝宽度计算公式研究了FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算方法,探讨了板与梁结构特征差异对裂缝宽度计算的影响机理。引入平均裂缝间距、截面内力臂系数、FRP筋应变不均匀系数等参数的修正方法,建议取消对有效配筋率下限值的规定。利用该方法对FRP筋混凝土板在不同的有效配筋率和受拉区FRP筋应力影响下的裂缝宽度进行了计算。结果表明:有效配筋率0.01,公式修正前后计算得到的裂缝宽度相对误差均10%。修正后的公式更能合理反映FRP筋混凝土板裂缝宽度的计算结果;公式中受拉区FRP筋应力修正前后得到的裂缝宽度相对误差均3%,其修正结果对构件裂缝宽度变化影响较小。     

FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度可靠度分析

FRP筋因其良好的抗腐蚀性能,可替代钢筋用于强腐蚀环境或有电磁绝缘要求的混凝土结构中,但它属于非金属材料且弹性模量较低,因此,FRP筋混凝土受弯构件将产生较大的裂缝宽度.目前,我国纤维增强复合材料建设工程应用技术规范中其最大裂缝宽度的计算公式是对混凝土设计规范中计算公式的简单套改,区别在于荷载组合形式采用标准组合和最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm,但并未对公式进行可靠性分析,其合理性有待考证.为此,本文选取荷载效应比、配筋率、FRP筋弹性模量、FRP筋直径、截面高度、保护层厚度以及混凝土强度等作为影响因素对FRP筋构件裂缝宽度可靠度水平进行评估,分析这些因素对可靠指标的影响规律,得到可靠指标的界限值.研究结果表明:按目前规范对FRP筋最大裂缝宽度的可靠指标控制较为保守,尤其是当荷载效应比较大时,可靠指标超过2.0,明显偏高,造成不必要的浪费.因此本文建议计算FRP筋受弯构件最大裂缝时,采用荷载准永久组合,这样其可靠度控制水平更为恰当.     

CFRP板侧面加固混凝土梁受弯性能的试验研究

采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维板这种新形式对受弯构件加固,研究该构件的受力性能。试验研究共设计9根适筋梁。试验重点研究加固梁的极限荷载、变形和碳纤维板粘贴形式对加固效果的影响。试验结果表明,使用碳纤维板侧面加固混凝土梁的破坏形态比较复杂,影响因素较多,变形仍然符合平截面假定;采用该加固方式可以显著提高梁的承载力,同时梁的刚度也较大幅度提高,仍保持良好的延性;加固梁的承载力和刚度随碳纤维板用量的增加而增大,但两者也不呈比例,碳纤维板的用量有一个限值。该结果可为实际工程应用,特别是当构件底面有障碍物无法加固底面时提供参考。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯可靠度研究

研究钢筋混凝土铁路桥梁受弯构件可靠指标,讨论可靠指标随配筋率以及恒荷载与活荷载标准值比值的变化;确定受弯构件可靠指标的范围。基于现行铁路混凝土桥梁规范的容许应力法,得到钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的统计参数,计算表明钢筋混凝土铁路桥梁的可靠指标为5.8～6.5。     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP-钢混合配筋混凝土构件的抗弯性能,分别研究水分、温度以及酸碱环境等多种因素长期作用下,GFRP筋与钢筋抗拉强度、有效受拉面积以及同混凝土黏结性能方面的变化。基于构件腐蚀后老化GFRP筋、锈蚀钢筋同混凝土协同工作关系发生的变化,通过构造新的几何条件,推导腐蚀GFRP-钢混合配筋混凝土构件正截面抗弯承载力的计算公式,利用推导的公式分析不同GFRP筋老化率及钢筋锈蚀率对构件抗弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP-钢混合配筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋与钢筋在抗拉强度、有效受拉面积以及黏结性能方面都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率、钢筋锈蚀率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当GFRP筋老化率达到27%时,钢筋锈蚀率达到35%,构件抗弯承载力也相应损失21.46%。     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,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。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁抗弯性能试验研究

通过对6根CFRP筋-低强度珊瑚混凝土试验梁进行抗弯试验,研究不同CFRP筋配筋率的珊瑚混凝土梁的受力性能,分析其破坏形态、裂缝发展情况与挠度变形。试验结果表明:CFRP筋-低强度珊瑚混凝土梁破坏前产生裂缝和大的弯曲变形,有较为明显的预兆,类似于适筋梁破坏,具有较好的延性;在一定范围内提高珊瑚混凝土梁CFRP筋的配筋率,可以提高其抗弯、抗裂性能;试验梁裂缝开展机理与CFRP筋-混凝土梁基本相同,裂缝条数较多且分布均匀;在剪跨区斜裂缝分布较为密集,卸荷后裂缝基本闭合,挠度恢复显著。使用时应注意珊瑚混凝土强度过低不利于CFRP筋强度的发挥,此外,对于CFRP筋珊瑚混凝土受弯构件,应当增加CFRP筋的锚固区长度,避免发生滑移破坏。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗剪设计方法分析比较

对我国铁路桥涵设计规范TB10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN 1992-2:2005中,铁路桥梁钢筋混凝土构件受剪承载力设计方法进行了比较。分析表明,我国规范和AREMA使用荷载法的设计方法与容许应力的规定基本相同。AREMA荷载系数法采用定角桁架模型,剪应力由混凝土和箍筋共同承担,欧洲规范采用变角桁架模型,受剪承载力由箍筋屈服时剪力和混凝土压杆压碎时剪力的较小值确定。按美国AREMA使用荷载设计法和荷载系数设计法计算的构件受剪承载力基本持平。     

超高性能混凝土预制板现浇湿接缝抗弯性能试验研究

为明确接缝及接缝内纵筋不同构造对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)预制板现浇湿接缝受弯性能的影响,以接缝设置及接缝内纵向钢筋连接方式为试验参数,对5块UHPC预制板试件的抗弯性能进行试验研究,获得UHPC板全过程的受力变形行为,推导了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力的统一计算公式。研究结果表明：接缝试件的破坏形态均为接缝截面受拉钢筋屈服后受压区UHPC压碎的正截面破坏。与纵筋连续的无缝整浇试件相比,接缝内纵筋采用直筋连续、直筋搭接、水平环形搭接和垂直环形搭接接缝试件的开裂荷载分别减少了54.6%,52.0%,51.0%和54.6%;屈服荷载分别减少了34.4%,35.7%,34.5%和33.3%;峰值荷载分别减少了29.7%,29.6%,34.7%和29.5%;延性分别提高了17.6%,2.9%,8.8%和5.9%。接缝试件的抗裂性能和抗弯性能是由接缝截面的性能所控制。当现浇接缝段内纵筋直筋部分的搭接长度满足规范要求时,接缝段内纵筋的不同构造形式对试件的抗弯性能影响较小,实际工程中,可采用较为简便的直筋搭接方式。提出了无缝和带...     

配筋钢丝网混凝土T形梁抗弯承载力试验研究

通过时配筋钢丝网混凝土T形梁的抗弯承栽力试验,研究钢丝网混凝土T形梁正截面抗弯承载力的计算,并对影响钢丝网混凝土受弯构件抗弯性能的因素进行了分析.试验结果及研究表明,钢丝网能有效地提高混凝土受弯构件的抗裂性能和抗弯承载力.