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。     

粘贴钢板加固型钢梁受弯试验研究

通过对粘贴钢板加固受弯型钢梁的受力分析,推导出粘贴钢板加固型钢梁在二次受力下的抗弯承载力计算公式。为验证该计算公式的准确性,进行了4根粘贴钢板加固工字型钢梁的静载试验,并设置对比梁为1根未加固型钢梁,将理论计算结果、试验结果和数值模拟结果进行对比分析。研究表明,粘贴钢板加固型钢梁的抗弯承载力随着钢板厚度的增加而提高,随着初始应力的提高而减小,所推导的抗弯承载能力计算公式的理论结果、数值模拟结果和试验结果相互吻合较好,表明该计算公式精度较高。     

CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯承载力设计计算方法

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗弯加固设计理论,针对CFRP布加固钢筋混凝土梁的受力机理和破坏特点,结合我国现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)的设计理论,基于国内文献有关CFRP布加固梁的抗弯试验研究成果,建立了CFRP布加固桥梁的抗弯承载力计算公式,并提出了加固后梁承载力的提高程度、碳纤维布最大用量和最小用量的限制要求。公式计算值与试验值的对比结果表明,所建议公式具有较好的实用性和安全性,可用于公路钢筋混凝土桥梁的抗弯加固设计计算。     

几种钢筋网加固RC梁抗弯性能研究

钢筋网加固技术是近年来兴起的新型加固工艺,其受力材料为高强钢绞线、钢筋网、钢丝网等。本文通过ANSYS有限元程序,分析了不同材料加固钢筋混凝土矩形梁的抗弯受力机理。结果表明:不同材料加固的钢筋混凝土梁在屈服前的受力性能基本一致。在此基础上建立了不同受力材料的抗弯承载力统一计算公式,可用于实际工程。     

体外CFRP预应力筋混凝土梁的受力性能

对体外碳纤维增强复合材料(CFRP)预应力筋混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究,根据试验结果对其受力过程、承载力、延性性能和破坏模式等进行了描述,同时编制了体外预应力混凝土梁的非线性全过程分析程序,对体外CFRP预应力筋混凝土梁进行了参数分析,进而推导了体外预应力混凝土梁的简化计算公式.结果表明:理论计算值与试验值吻合较好;张拉预应力筋时是否持荷以及持荷大小对梁的抗弯性能影响可以忽略;体外CFRP预应力筋可以大幅度提高钢筋混凝土梁的承载力,减小梁体变形和开裂程度;梁体内非预应力钢筋可以明显改善体外CFRP预应力筋混凝土梁的裂缝分布和延性;体外CFRP预应力筋混凝土梁的延性指标可达到2.5左右.     

桥梁加固薄弱受弯构件承载力极限状态计算

桥梁结构一般采用带载加固,其承载力应按两阶段受力构件计算。首先分析加筋和加混凝土两类受弯构件正截面承载力计算方法和计算公式。另外在试验研究的基础上建立考虑两阶段受力影响的桥梁加固钢筋混凝土受弯构件斜截面承载力计算公式和实用条件,分析两阶段受力对箍筋、弯起钢筋、混凝土和后加补强斜钢板抗剪承载力的影响。最后给出桥梁加固薄弱受弯构件设计实用计算方法。     

预应力高强软钢丝加聚合物砂浆抗弯加固性能试验与理论分析

为了给预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固方法的设计计算与施工张拉控制提供依据,首先通过5根钢丝束张拉试验提出了考虑张拉力损失、由施工扭力换算得到的钢丝束初张力设计计算公式;然后完成了2根预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固矩形梁和1根对比梁的抗弯性能试验,研究了加固梁的抗裂性、抗弯承载力、刚度等性能的提升效果,并探明加固梁的破坏模式;同时定义了加固梁的开裂、屈服和抗弯极限等特征状态,利用理论分析推导出加固梁的开裂、屈服、极限弯矩和开裂、屈服刚度等设计计算公式,并将理论计算结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:混凝土梁采用预应力高强软钢丝加复合砂浆加固后,钢丝束越多、相同荷载等级下的裂缝宽度越小,说明预应力软钢丝束能较好地抑制原混凝土结构裂缝的产生和发展;与未加固梁相比,加固梁的抗裂性能提升了60.3%~101%,抗弯承载力提高了17.3%~35.8%,跨中挠度减小了10.4%~27.4%,构件的抗裂性、抗弯承载力和刚度均明显提高;钢丝束初张力设计公式、加固梁在开裂、屈服和极限状态时的特征弯矩以及开裂和钢筋屈服时跨中挠度的理论计算方法均与试验结果吻合较好,且偏于保守,能够满足工程应用的精度要求。     

高强不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆加固的T型梁桥试验

以采用高强不锈钢绞线网-渗透性聚合砂浆加固技术加固的某大桥为工程背景,采用大比例模型试验,分析加固T型梁抗弯承载力的影响因素及其破坏特征。在试验研究的基础上,给出采用此法进行抗弯加固的T型梁承载力、刚度以及最大裂缝宽度的计算公式。同时对试验桥梁在加固前后进行了静力荷载试验。结果表明：该加固措施有效提高了梁的抗弯承载力和刚度,显著减小了桥梁裂缝宽度,并延迟了裂缝的出现;该加固技术可在不影响桥梁通行的情况下进行,具有良好的经济与社会效益。     

波形钢腹板组合T梁静力性能试验

为探索新型结构波形钢腹板组合T梁的受力性能,制作了下翼板布置直线型体内纵向预应力筋的缩尺试验梁,采用两点对称加载的方式开展了静载破坏性试验,对试验梁的截面正应变分布、荷载-位移曲线、开裂弯矩、剪应力分布、破坏形态、裂缝发展规律等进行测试。使用ABAQUS软件建立了试验梁的有限元模型,采用混凝土的损伤塑性模型和钢材的理想弹塑性本构对加载全过程进行非线性分析。基于钢-混组合梁的收缩、徐变理论和钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算方法,对试验梁的开裂荷载和抗弯承载力进行理论计算。结果表明：只布置下翼板纵向预应力筋的波形钢腹板组合T梁的荷载-位移全过程曲线表现出较明显的弹性、弹塑性和塑性变形阶段,具有较大的抗弯刚度和良好的抗裂性和延性;抗弯承载力与开裂荷载的比值为1.79,具有较合理的承载受力特点;整个加载过程中,钢腹板与混凝土翼板变形协调,表现为典型的受弯破坏形态;剪应力在波形钢腹板组合T梁的腹板中分布均匀,可不设置弯起筋提供抗剪承载力;忽略波形钢腹板的轴向变形刚度和抗弯承载力,能准确计算开裂荷载和抗弯承载力;波形钢腹板组合T梁的力学机理明确,静力性能良好,具有工程应用前景。     

钢板-混凝土组合加固矩形梁的抗弯性能试验

为了研究不同设计参数与加固构造对钢板-混凝土组合加固梁抗弯性能的影响,对4根钢板-混凝土组合加固矩形钢筋混凝土梁进行了试验研究及数值与理论分析。试件测量内容主要有荷载、挠度、应变、滑移、裂缝的发生以及发展状况等;然后采用有限元软件ANSYS对试验梁加固后的抗弯性能进行了数值模拟,并依据试验梁达到极限抗弯承载能力时的塑性破坏特征,建立了承载力理论简化计算公式。试验结果表明:钢板-混凝土组合加固可显著提高原梁的极限承载力;植筋间距对加固梁的承载力、新老混凝土界面纵向相对滑移具有显著影响,植筋间距越大则承载力越小,且界面出现纵向相对滑移的荷载值越小;剪跨比对试验梁的破坏形态、极限承载力、界面纵向相对滑移、结构延性均具有显著影响。数值与理论分析结果表明:数值模型能较好模拟试验梁发生弯曲破坏时的受力性能,而对界面滑移与剥离破坏的模拟尚存在不足;理论计算值与试验值在塑性弯曲破坏时吻合较好,脆性剥离破坏时相差较大。     

PHSW-PM加固RC桥梁受弯疲劳性能试验

提出一种新的预应力高强钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固RC桥梁技术（PHSW-PM加固技术）,通过1根受弯加固梁的静力试验和4根受弯加固梁的疲劳试验,重点研究加固层界面状况、预应力水平及锚固方式等参数对加固试件受弯疲劳性能的影响。试验结果表明：所提加固技术可有效提高RC梁的抗弯承载力,在0.2P_u1~0.35P_u1（P_u1为试件SWB-S-1的极限承载力）疲劳荷载幅值下,所有加固件均能承受200万次疲劳荷载作用,未出现明显疲劳破坏特征;与采用端部锚固方式相比,采用分布式锚固方式可有效提高加固层与原构件界面的黏结性能,显著增强加固层与被加固件共同工作性能,采用分布式锚固方式加固构件在疲劳后静载试验发生弯曲破坏,钢丝绳高强特性得到充分发挥,延性也得到有效提高;采用端部锚固方式的加固构件,加固层界面黏结性能缺乏稳定性,易发生黏结锚固破坏,降低加固效果,有界面缺陷的加固件性能与对比件相当;同时预应力可有效提高加固试件的抗弯刚度和抗裂性能;基于平截面假定,提出PHSW-PM加固RC梁受弯承载力计算公式。研究成果可为既有桥梁抗弯加固提供一种高效可行的加固技术。     

CFRP筋钢骨混凝土组合梁受弯性能

为研究CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)筋钢骨混凝土组合梁的抗弯性能,试验设计了3片CFRP筋钢骨混凝土组合梁,其中对比参数包括不同弹性模量的受拉主筋和不同CFRP筋配筋率,通过静载试验得到了钢骨混凝土组合梁在应变、挠度、裂缝开展以及抗弯承载能力等方面随着荷载增加...     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固RC梁的端部剥离破坏研究

从高强钢绞线网-聚合物砂浆加固层与混凝土构件之间的粘结破坏层出发,分析了高强钢绞线网-聚合物砂浆加固的RC梁端部剥离破坏机理,结合已有的试验研究,考虑各种应力的综合作用效应,提出了集中荷载和均布荷载作用下端部剥离破坏正应力计算公式、剪应力计算公式;同时,基于粘结破坏层的剪切粘结强度和正拉粘结强度,提出了端部剥离破坏准则;最后建立了剥离承载力计算公式,并和试验数据进行了对比。结果表明：公式计算值与试验结果符合良好,可用于实际工程计算。     

锚贴U形钢板-混凝土组合加固RC梁的抗弯试验

为了研究锚贴U形钢板-混凝土组合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,设计5根加固梁和1根对比梁进行抗弯试验。试件的主要设计参数包括有无加载历史、钢板纵向加固长度、钢板厚度和螺杆间距。加载仪器采用1 000 kN梁柱加载系统,应变采集使用静态应变分析系统,挠度采用机电百分表测量。试验过程中,观测记录试验梁在荷载作用下截面应变、跨中挠度、加固部分与原混凝土之间的相对滑移、裂缝的产生与发展。基于平截面假定,推导试验梁的极限抗弯承载力计算公式,并对比模型试验与理论分析结果。试验结果表明：与未加固的对比梁相比,锚贴U形钢板-混凝土组合加固后的试验梁其开裂弯矩提高近50%,极限抗弯承载力提高约1倍;钢板纵向加固长度对梁的整体刚度有显著的影响,加固范围越大刚度提升越显著;加固范围应充分考虑加固部分截断处截面的抗剪能力,避免使试件从塑性弯曲破坏模式变成脆性剪切破坏模式;对比螺杆间距15 cm与30 cm试验梁的结果发现,只要符合构造要求的螺杆间距对试件的承载能力影响很小,但对裂缝开展有一定的影响,螺杆间距越密其裂缝开展明显变小;随着加固钢板面积增大,抗弯承载力也随之提高。针对加固后适筋破坏的RC梁,推导了极限抗弯承载力计算公式,利用公式计算出的极限抗弯承载力的理论值与试验值相对差值均在10%以内。     

纤维编织网-ECC加固RC梁受弯性能试验

为研究纤维编织网-ECC联合加固RC梁的受弯性能,对1根普通RC梁和9根加固梁进行了四点弯曲加载,分析了ECC高度和纤维编织网层数对加固梁破坏形态、裂缝分布和承载力等受弯性能的影响。试验结果表明：加固梁受弯破坏时裂缝细而密,且呈现ECC中多、混凝土中少的分布特点;和普通RC梁相比,加固梁纯弯段混凝土裂缝数量增加33.3%~66.7%;增加纤维编织网层数或ECC高度对提高加固梁裂缝数量影响较小;加固梁承载性能随纤维编织网层数和ECC高度增加而提高,当ECC高度与加固梁截面高度之比为0.5且布置3层纤维编织网时,加固梁开裂荷载、屈服荷载、极限荷载和普通钢筋混凝土梁相比分别提高111.11%、37.86%、36.13%;ECC高度和纤维编织网层数对加固梁抗弯刚度影响较小,但影响作用不同;加固梁抗弯刚度随纤维编织网层数增加略有增加,随ECC高度增加略有减小;增加纤维编织网层数或ECC高度可降低加固梁钢筋应变。受弯加载过程中加固梁截面仍保持平面,满足平截面假设。基于正截面受弯承载力计算理论,并考虑纤维编织网利用率,建立了加固梁受弯承载力计算公式。由该公式得到的计算结果与试验结果吻合较好。最后,基于该公式分析了加固梁极限弯矩对ECC高度和纤维编织网层数的敏感性,发现加固梁极限弯矩对纤维编织网层数变化敏感性较低。     

预应力TRM加固混凝土梁最优预应力计算方法

为了扩大纤维织物网增强水泥聚合物砂浆加固技术(TRM)在钢筋混凝土梁加固上的应用范围,深入研究预应力TRM的力学机理,探索纤维预应力的合理取值范围,提高加固设计计算精度。基于预应力TRM加固混凝土梁模型试验与非线性损伤数值试验交互验证,对比分析了原结构和加固结构承载全过程力学机理,在参数影响规律研究的基础上,建立了分析模型,提出了计算方法,得到以下结论：预应力TRM可以有效改善被加固梁截面的受力状态,提高纤维材料强度的利用率;随着纤维预应力的增大,被加固梁承载力存在一个极值点,此极值点对应的纤维预应力即为最优预应力。最优预应力率并非定值,它随纤维加固量的增大而增大,随混凝土强度的增大而减小,初始荷载对其影响可以忽略。以受拉钢筋屈服、受压混凝土压溃、TRM达到设计强度,即3种材料强度均得到发挥,为最优破坏模式,给出的预应力TRM加固混凝土梁正截面承载力的计算方法及其参数优化后的简化计算公式,并进行了精确性验证,可直接应用于设计计算。研究揭示了TRM加固混凝土梁最优预应力的力学机理,提出了可直接应用预应力TRM加固混凝土梁的计算分析方法。     

铝合金/GFRP筋近表面嵌入式增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验

为研究铝合金/玻璃纤维增强复合材料（GFRP）筋近表面嵌入式加固混凝土梁的抗弯性能,以加固方式、加固筋类型和加固量为变量,设计了5根钢筋混凝土梁试件进行单调静载试验,重点分析了混凝土加固梁的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：采用铝合金筋或GFRP筋嵌入式加固后混凝土梁的受弯承载力均显著提高;加固量相同时,GFRP筋加固梁、铝合金/GFRP筋混合加固梁和铝合金筋加固梁的极限荷载比未加固梁分别提高了105.8%、45.7%和17.5%,但混凝土梁采用GFRP筋加固后延性降低、脆性突出,而采用铝合金/GFRP筋混合加固或铝合金加固后混凝土梁的延性则与对比梁相当;GFRP筋嵌入式加固梁和铝合金筋嵌入式加固梁分别发生了混凝土保护层剥落破坏和加固筋屈服后混凝土压溃破坏,而铝合金/GFRP筋混合加固梁则先是GFRP筋与混凝土保护层发生剥离,之后随着作用跨中位移的持续增大,受压区混凝土发生压溃,破坏过程有两重防线。在试验研究基础上,采用截面分析法给出了嵌入式加固梁抗弯强度的理论计算模型与工程实用模型,计算结果表明：加固梁极限弯矩的试验值与理论预测值之比及与实用模型计算值之比的平均值分别为1.081和1.063,方差分别为0.003和0.005,吻合较好。     

预应力钢板箍与CFRP复合加固RC墩柱轴压性能试验研究

提出一种新型的采用预应力钢板箍(PSJ)和碳纤维布(CFRP)复合加固钢筋混凝土(RC)墩柱加固方法(简称PSJ-CFRP)。为验证该新型加固技术的可行性和有效性,进行了8个足尺圆形墩柱轴压性能试验,研究参数包括不同加固方法(PSJ、CFRP和PSJ-CFRP)、钢板箍预应力水平、PSJ与CFRP加固配箍特征值等,比较分析采用不同加固方式加固试件的加固效果、破坏形态和承载力等,研究了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱的受压机理,钢板箍预应力度、PSJ与CFRP加固配箍特征值等关键参数对试件轴压性能的影响和规律。试验结果验证了PSJ-CFRP复合加固技术的有效性,CFRP与钢板箍协同工作、优势互补,既提高了试件的承载能力,又改善了试件的变形性能,加固试件呈现延性破坏特征。采用CFRP加固的试件,试件的承载能力得到提高,但变形能力降低,呈现脆性的破坏特征。在相同加固配箍特征值下,减小加固箍板净间距能取得更好的加固效果。在试验和理论分析的基础上,提出了PSJ-CFRP复合加固RC墩柱轴向受压承载力计算公式,能较好地预测加固墩柱的轴心受压承载力。     

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90 mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。