铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯设计

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EN1992—2:2005中,铁路桥梁钢筋混凝土构件受弯的承载力计算方法进行了比较。分析表明,美国AREMA的使用荷载设计法,与我国铁路规范的容许应力法概念上是相同的,但规定的容许应力小于我国规范。AREMA荷载系数设计法与欧洲规范的设计表达式相近,不同点是荷载系数设计法采用统一的强度折减系数,而欧洲规范分别采用混凝土和钢筋的强度设计值。美国规范使用荷载法较荷载系数法保守。     

国内外钢筋混凝土铁路桥梁设计方法比较分析

在介绍了工程结构设计方法的演变历史之后,对我国铁路桥涵设计规范TB 10002.3—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,钢筋混凝土铁路桥的设计方法和荷载组合进行了比较。分析表明,各规范考虑的主要设计荷载相同,但采用的荷载组合方法有所不同。我国铁路桥梁设计规范采用的是容许应力法;美国铁路工程协会标准采用两种方法,其中的使用荷载法与我国规范的容许应力法概念上相同;欧洲规范采用以概率论为基础的极限状态设计法,该方法能更合理地反映结构和构件的安全水平。各规范对裂缝和变形的控制和计算方法不同,我国铁路规范TB10002.3—2005裂缝和变形计算均采用荷载的标准值,美国铁路规范AREMA通过限制纵筋应力实现裂缝控制,不具体计算裂缝的宽度,变形计算采用未乘系数的荷载,欧洲规范EN 1991-1-1:2004裂缝和变形计算采用荷载的准永久组合。     

页岩陶粒轻骨料混凝土梁受剪承载力试验研究

考虑混凝土强度、剪跨比、配箍率等因素的影响,对15根页岩陶粒轻骨料混凝土梁进行了斜截面的受剪承载力试验研究,分析了梁的破坏形态、变形特性以及梁剪力与箍筋应变的关系;基于139根轻骨料混凝土梁的受剪试验结果,以及分别按照中国规范、美国规范和欧洲规范的抗剪公式进行计算的结果,求出混凝土项受剪承载力试验值与3个规范计算值的比值。结果表明:随着轻骨料混凝土强度的提高,混凝土项受剪承载力提高的幅度逐渐有所降低;美国规范和欧洲规范计算公式的安全储备较高,而中国规范计算公式的安全储备较低,不满足受剪承载力计算公式95%保证率的要求。考虑到轻骨料混凝土的特性,对混凝土项受剪承载力予以折减,提出了轻骨料混凝土梁斜截面的受剪承载力计算公式。     

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。     

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...     

基于桁架-拱模型的钢筋UHPC矩形梁抗剪承载力计算方法

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)在铁路桥梁中有着广阔的应用前景，UHPC梁的抗剪承载力计算是UHPC结构设计的重要部分。针对钢筋UHPC矩形梁，利用数值分析方法，分析剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量等各因素对梁抗剪承载力的影响；在传统桁架-拱模型的基础上单独考虑钢纤维的增强作用，把钢纤维作为桁架模型中的受拉斜腹杆并根据厚壁圆筒原理推导钢纤维提供的抗剪承载力，结合UHPC的材料特征和UHPC矩形截面构件的抗剪设计特点，建议斜压腹杆倾角和软化系数等关键参数的取值，提出能考虑钢纤维掺量和几何特征的UHPC矩形梁抗剪承载力计算公式；以国内外147根UHPC矩形梁的抗剪试验结果验证计算方法的正确性和适用性。结果表明：建议的UHPC矩形梁抗剪承载力公式计算结果与实测值吻合较好，相比常用的国外UHPC结构设计规范建议方法，方法得到的结果与实测值更为接近；钢纤维对梁的抗剪承载力有显著贡献；纤维掺量和纤维几何特征对梁的抗剪承载力有明显影响。     

高强钢筋钢纤维RPC简支梁受剪承载力试验性能研究

为了探究RPC简支梁受剪承载力的影响性能,通过对6根2组剪跨比为2.25和3.0的矩形梁进行受剪性能试验,分析2组不同剪跨比的试验梁,其配箍率对受剪承载力的影响;将试验结果与普通钢筋混凝土修正压力场公式,以及我国规范公式的计算结果进行对比分析;考虑配箍率与钢纤维的影响,修正RPC主拉应力-应变本构关系,并编制程序进行迭代计算,得出钢纤维对承载力的贡献率。研究发现:配箍率和剪跨比对试验梁承载力的影响均比较明显。配箍率≤0.252%时,配箍率越大,试验梁的受剪承载力越大,但随着配箍率的继续增大,试验梁呈弯剪破坏趋势,配箍率-荷载曲线趋于平缓;钢纤维对RPC梁抗剪承载力的影响不容忽视,而且对无腹筋梁的影响大于有腹筋梁;基于修正压力场理论模型的改进计算程序用于计算高强钢筋RPC梁的抗剪承载力,其理论值与试验值吻合良好,具有一定的可信度和实用性。     

圆截面玄武岩纤维复合筋混凝土构件受弯性能试验研究

制作了不同配筋率的长1.5 m、直径0.2 m的圆截面玄武岩纤维复合筋(Basalt Fiber Reinforced Plastic,BFRP)混凝土受弯构件,监测构件在受弯过程中BFRP筋的力学特征,分析构件的破坏特征及承载能力。结果表明:圆截面BFRP筋混凝土构件的正截面应力沿高度呈较好的线性分布,满足平截面假定;构件开裂阶段较短,正常使用阶段开裂荷载为正常使用极限荷载的51%～67%;配筋率越高构件的承载力越高,当配筋率高于1.6%时单纯地提高配筋率对承载力的贡献不大; BFRP筋受到的力随外加荷载的增大而增大,受拉区的BFRP筋无突变,受压区有突变。此外,修正了圆截面BFRP筋混凝土结构承载力计算公式,根据试验确定待定系数β=2.60。     

活性粉末混凝土T形梁抗剪试验研究

通过改变模型试验梁的剪跨比、配箍率和纵筋配筋率,对12根钢筋活性粉末混凝土(RPC)T形试验梁进行试验,研究活性粉末混凝土T形梁抗剪承载力和破坏形态及主要影响因素.结果表明:与普通混凝土梁相比,活性粉末混凝土T形试验梁具有较高的抗剪承载力和变形能力;剪跨比在1～4范围内时,试验梁的破坏形态表现为斜压和剪压破坏,且与普通混凝土梁的破坏形态有着明显差异;剪跨比、配箍率和纵筋配筋率对试验梁的抗剪承载力影响显著,抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,随配箍率的提高而提高,随纵筋配筋率的增大而增大.     

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。     

小直径剪力钉抗剪性能试验研究

为研究小直径剪力钉的受力性能及破坏形式，按照某种组合结构的剪力钉内部参数（包括剪力钉间距、钢板厚度）设计并制作3组共6件小尺寸剪力钉进行推出试件试验，从而分析其破坏过程、抗剪承载力、滑移、剪力钉轴向应变等力学行为，并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行对比。结果表明：小直径推出试件破坏模式均为一侧剪力钉根部被剪断；剪力钉下侧混凝土出现细小裂纹；提高剪力钉焊接处钢板厚度会减小极限承载力时的滑移；试件平均单钉抗剪承载力为27.9 kN，欧洲规范计算值与试验值吻合较好。     

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.     

沙特南北铁路T梁设计

沙特南北铁路全线铁路桥梁均为20 m后张法预应力混凝土简支T梁。T梁设计采用AREMA规范、ASTM材料规范和UIC 71荷载规范等国际和美国规范,T梁设计计算采用德国SSF咨询公司的Ingenieure软件进行。详细叙述了T梁设计计算的过程。     

不同纵筋率高强钢筋RPC梁抗剪承载力及剪切延性试验研究

为研究纵筋率对高强钢筋活性粉末混凝土梁剪切性能的影响,进行集中荷载下5根RPC梁的受剪试验,分析纵筋率对梁的斜裂缝宽度、剪切延性及抗剪承载力的影响。结果表明:试验梁的抗剪承载力随着纵筋率的提高而提高,而剪切延性随着纵筋率的提高而降低;采用高强钢筋的活性粉末混凝土梁,正常使用极限状态下斜裂缝最大宽度不超过0.3 mm。建立考虑纵筋作用的高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力计算的经验公式,利用经验公式对搜集的27根梁进行计算,吻合较好且变异系数小。该公式具有一定的参考意义,可为高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力的研究提供参考。     

钢筋混凝土独立梁斜截面承载力的计算

《混凝土设计规范》(GB 50010-2002)中对多种荷载作用下钢筋混凝土独立梁,在计算斜截面承载力时根据集中力产生的剪力值占总剪力值的比例分别采用不同的计算公式。对规范给出的计算公式进行分析,并结合工程实例推导出建议的计算方法。     

装配式栓钉剪力连接件抗剪承载力试验研究

为探索装配式栓钉在荷载作用下的力学性能,设计了2个大比例尺的预制装配式栓钉剪力连接件,通过推出试验研究其破坏过程、荷载滑移曲线、抗剪性能和极限承载力。研究结果表明:当栓钉被剪断时,栓钉根部剪断位置处有颈缩现象且局部混凝土剥落,栓钉周边混凝土仅出现细小裂纹,没有明显贯穿式裂纹;由于桥道板板肋处混凝土受传力钢板的约束作用使得板肋处混凝土和钢结构间摩擦力增大,进而提高了装配式栓钉剪力连接件的抗剪承载能力;在考虑滑移沿试件高度不均匀分布系数对结构影响的基础上,推导了在考虑混凝土弹性模量、栓钉弹性模量、栓钉直径、栓钉数量等因素的装配式栓钉剪力连接件单钉极限承载力理论计算公式,且计算结果的安全富余度满足规范要求,与试验结果相比,误差在5%以内,吻合较好。     

往复荷载下钢筋增强ECC梁的抗剪性能研究

高延性水泥基复合材料(ECC)是一种具有假应变硬化特性和多裂缝开展机制的高性能纤维增强水泥基复合材料。将ECC替代混凝土用于建筑结构,能有效避免因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题。本文对3根不同配箍率的钢筋增强ECC短梁进行低周反复荷载试验。结果表明:钢筋增强ECC(R/ECC)短梁比钢筋混凝土(RC)短梁具有更高的承载力、耗能能力和损伤容限能力。承载力的差异与斜裂缝开展密切相关,ECC梁细密裂缝处纤维的桥连作用使ECC能够持续提供稳定的抗剪承载力。基于有限单元法对RC梁和R/ECC梁的抗剪性能进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。基于有限元法分析了剪跨比、箍筋直径和箍筋间距等参数对R/ECC梁抗剪性能的影响。     

国外关于预应力筋锚固长度的研究综述

准确确定预应力筋的锚固长度对于计算预应力构件的抗弯和抗剪承载力意义重大。对国外有关预应力筋锚固长度的研究作一文献综述,结合美国既有规范ACI318和AASHTO以及其它研究成果汇总了锚固长度的计算公式,探讨了预应力筋直径、混凝土强度等对锚固长度的影响。     

钢纤维混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

为了准确计算钢筋钢纤维混凝土梁斜截面抗剪承载能力,设计3组(共9根)不同钢纤维掺量的混凝土梁试验方案。通过对比分析试验结果、我国规范和欧洲规范设计理论,得到以下结论:2种规范进行构件抗剪承载力计算时侧重点有所不同,对于本次试验中的钢筋钢纤维混凝土梁,2种规范设计值相差不大,设计误差值均在-20%左右,具有充足的安全保证。根据本次试验结果分析,我国规范的设计误差主要是因为钢纤维增强系数取值偏小导致的,建议针对钢丝切断异形钢纤维的影响系数βv进行更为广泛深入的试验研究。     

PBL剪力连接件荷载-滑移关系试验研究

依据13组45个试件的静载破坏试验,分析了混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度对PBL剪力连接件在不同加载时期的荷载-滑移关系的影响。针对单排剪力连接件和双排剪力连接件,分别提出了加载全过程的荷载-滑移关系公式。公式呈幂函数形式,其幂常数与混凝土榫抗剪承载力、贯穿钢筋抗拉承载力以及钢板厚度有关。