预应力 FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法研究

为研究预应力 FRP配筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法,以完全非金属试验桥-秭归松树坳大桥为依托工程,提出基于平截面假定的预应力 FRP筋梁正截面承载力的理论计算方法。利用该理论计算了完全非金属20 m预应力空心板梁的正截面受弯极限承载力,用有限元数值计算的结果验证了其准确性。FRP 筋材的应力-应变为完全线性,其承载能力的计算方式与普通混凝土构件有所不同。完全非金属梁进行超筋设计,以构件受压区混凝土压碎为破坏依据是合理的,此时的 FRP筋材应未达到设计强度,而且利用积分代替等效矩形应力图形简化的计算方式可得到更准确的结果。     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。     

混合配筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

为了研究FRP筋与普通钢筋（HRB筋）混合配筋混凝土梁在受弯过程中的裂缝开展机理及其计算方法，设计制作8根混合配筋混凝土梁和3根普通钢筋混凝土梁。通过改变FRP筋种类、FRP筋直径、钢筋强度、FRP筋和钢筋配筋面积比以及截面配筋率等参数，对比分析试验梁抗弯承载力、裂缝分布、平均裂缝间距和裂缝宽度的变化规律。给出FRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁抗弯承载力建议计算公式，并结合相关试验数据对其预测值和试验值进行分析，证明建议计算公式的精确性和合理性。根据传统的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算理论，结合现有试验结果，对21根混合配筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合分析，提出正常使用阶段平均裂缝间距l_m和受拉纵筋应变不均匀系数ψ的计算公式，修正裂缝宽度短期扩大系数τ_s，并在此基础上提出短期最大裂缝宽度的建议计算公式。结果表明：混合配筋混凝土梁正截面仍符合平截面假定；随截面配筋率的增大，混合配筋混凝土梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度均逐渐减小；单层配筋混合配筋混凝土梁的最大裂缝宽度比双层配筋大；平均裂缝间距建议计算公式精度较好；短期最大裂缝宽度建议公式的计算值与实测值吻合较好。相关研究成果可为混合配筋混凝土梁的设计提供一定的参考。     

UHPC螺栓连接键齿接缝梁抗弯性能试验研究

为了研究预制UHPC螺栓连接键齿接缝梁的抗弯性能,进行了3根UHPC螺栓连接键齿接缝梁(简称接缝梁)和1根UHPC整体梁的抗弯试验,探讨接缝两侧设置钢垫板及接缝表面涂抹环氧树脂胶等因素对UHPC接缝梁的开裂荷载、抗弯承载力、跨中挠度、连接钢板上、下缘应变、接缝相对纵向位移的影响。试验及分析结果表明:UHPC接缝梁存在有一种受弯破坏模式,该破坏模式表现为UHPC键齿受剪产生楔形裂缝而引起的接缝破坏,接缝表面涂抹环氧树脂胶对接缝梁的抗弯及变形性能影响小,接缝两侧设置钢垫板对UHPC接缝梁的开裂荷载影响小,但可提高接缝的抗弯承载力,减小接缝梁的跨中挠度和接缝的上、下缘相对纵向位移,且对连接钢板的受弯变形也有一定的改善作用。     

斜裂纹对混凝土板抗弯承载力影响的试验研究

为了解斜裂纹对混凝土箱梁顶板抗弯承载能力的影响情况,采用局部结构缩尺模型试验方法,制作了长1 117mm、宽600mm、高140mm的箱梁顶板模型,通过弯剪加载实现混凝土箱梁顶板裂纹,对开裂试件进行化学灌浆,将试件分为完好、开裂、修补3种类型进行抗弯承载力试验。通过测试不同类型试件的加载力、位移和混凝土应变,分析斜裂纹对混凝土板的抗弯刚度及承载性能的影响,为该类病害处治提供试验依据。试验结果表明:3种试件竖向加载力与跨中位移、混凝土应变的变化关系基本一致,且极限承载力基本一致,斜裂纹对试件抗弯刚度、内力分布、抗弯极限承载力影响很小;3种试件的斜裂纹两侧未发现试件沿裂纹方向斜向错位现象,试件跨中底面横向开裂,斜裂纹对试件抗弯极限承载力的破坏形态影响很小。对此类病害,在桥面板承载能力验算满足规范要求的前提下,进行耐久性修复即可。     

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。     

锈蚀钢筋混凝土矩形梁正截面抗弯承载力计算方法

结合48片钢筋混凝土梁的抗弯试验数据,探讨了不同锈蚀率的钢筋混凝土矩形梁极限抗弯承载力的变化规律,对平截面假定进行了验证,并给出了在平截面假定不成立的前提下,受弯梁处于极限状态时跨中截面处钢筋应变和钢筋对应处混凝土应变的关系.通过构造新的几何条件给出了光圆钢筋和螺纹钢筋混凝土矩形梁受压区高度随锈蚀率变化的计算公式,进而推导出锈蚀钢筋混凝土正截面抗弯承载力计算公式,并通过试验数据进行验证.结果表明:钢筋锈蚀状态下,钢筋和混凝土的应变不再符合平截面假定;提出的抗弯承栽力计算公式计算结果准确可靠,可用于指导工程实践.     

钢筋混凝土桥梁粘钢加固试验研究

结合川西大桥和福建省部分桥梁加固项目,对钢筋混凝土梁采用不同厚度、不同强度等级的钢板加固正截面受弯破坏性试验,分析研究了粘钢加固梁的破坏特征、承载能力和抗裂性.试验结果表明:采用压力注胶法粘贴钢板能够大幅度提高梁构件的抗弯承载力;采用钢板加固时,要特别注意避免发生剥离脆性破坏;梁底粘贴钢板可有效约束保护层混凝土,抑制裂缝的发展,并提高加固梁的刚度.     

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。     

玻璃纤维筋在地铁围护桩设计中的研究及应用

为解决当前地铁建设中玻璃纤维筋在盾构端头围护桩中大量应用而相应圆形截面玻璃纤维筋混凝土构件设计计算等研究不足这一矛盾,通过公式推导得到基于混凝土受压破坏的圆形玻璃纤维筋混凝土受弯构件的正截面承载力计算公式,并与现有行业标准《盾构可切削混凝土配筋技术规程》中关于圆形玻璃纤维筋混凝土受弯构件正截面承载力计算公式进行对比,从配筋及安全储备等角度进行分析。结果表明:相比《盾构可切削混凝土配筋技术规程》中关于玻璃纤维筋圆形混凝土构件正截面承载力的计算公式,本文所推导基于混凝土受压的玻璃纤维筋混凝土圆形截面构件计算公式在直径不大于1 m、设计承载弯矩小于1 000k N·m时,配筋量设计更为优化,有利于控制造价,进一步研究发现当直径大于1 m时,本文所推导公式在减少配筋、控制造价上更有优势。     

CFRP加固混凝土梁抗弯极限承载力计算方法

该文对碳纤维材料补强加固钢筋混凝土抗弯构件的破坏形态和极限状态进行了研究,提出了正截面受弯承载力的实用计算方法,可为实际工程设计提供参考。     

配斜筋钢筋混凝土梁抗剪承载力分析及试验研究

针对剪压破坏时配有斜筋的钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力进行了研究。根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑腹筋和受压区混凝土共同承担剪力,基于极限平衡理论和对Rankine破坏准则进行简化后的混凝土强度破坏准则,建立配斜筋钢筋混凝土梁斜截面抗剪的平衡方程,提出极限承载力的计算公式。通过对2片配斜筋钢筋混凝土梁的试验数据进行对比,结果表明理论计算值与试验值较为吻合。     

强受扭损伤箱梁加固后的压弯性能研究

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范公式对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝特征进行验算,评估规范中相应计算公式的适用性,并对加固箱梁在压弯荷载作用下的破坏形态进行对比分析。结果表明:灌浆-锚钢加固能有效地提高弯扭剪复合受力下箱梁的压弯刚度及扭转刚度;在压弯荷载作用下,加固梁的最终破坏形态为箱梁底板拉裂至钢筋屈服破坏,顶板混凝土没有被压溃,腹板锚贴钢板基本无损坏,但顶板锚贴钢板与混凝土界面发生了剥离现象,钢绞线未被拉断;GB50010—2010、JTG D62—2012、ACI318M-05规范均能较为准确地计算箱梁的抗弯极限承载力,ACI318M-05规范计算试验梁在正常使用极限状态下的跨中挠度值与实测值较为接近,基本能反映预应力混凝土箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB50010—2010规范计算试验梁的最大裂缝宽度和裂缝间距与实测值均较为接近,基本能反映预应力混凝土大比例缩尺箱梁的裂缝特性。     

基于混合设计的高性能钢梁抗弯性能及延性试验

基于混合设计的理念,采用中国产高性能钢HPS 485W和普通结构钢Q235,加工制造了6片混合设计工字形钢梁,在跨中单点加载,研究试验梁的抗弯承载能力、变形特征及最终的破坏形态。试验结果表明：腹板屈曲强度和试验梁侧向支撑刚度对试验梁的极限承载力、延性和失效形式有显著影响;试验梁的抗弯承载力主要由翼缘提供,但抗弯延性主要受腹板控制,承载力下降阶段受腹板屈曲强度影响显著;采用厚实截面设计的高性能钢梁可以达到全截面塑性,在有效的侧向限位下高性能钢梁具有很好的延性。试验结果与理论计算结果的对比表明,塑性弯矩理论计算结果与试验值吻合较好。     

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。     

变截面波形钢腹板PC梁桥的设计与计算分析

结合一座实际工程的大跨波形钢腹板组合连续梁桥,阐述其箱梁截面结构设计、混凝土与波形钢腹板之间的剪力连接件、以及布束体系等,之后采用Midas建立了主梁的空间杆系有限元模型,对其混凝土顶、底板应力及抗弯承载力进行了验算,并对波形钢腹板剪应力及剪力连接件剪切承载力单独进行了验算,结果表明:混凝土顶板和底板的抗裂性能满足要求;波形钢腹板强度足够,不会出现剪切破坏和屈曲失稳;剪力连接件设计合理、抗剪能力满足要求。可为类似大跨波形钢腹板PC箱梁提供参考。     

螺栓对盾构隧道管片接头抗弯承载力的影响

抗弯承载力是管片接头的重要力学属性,可为评价管片接头或整环结构承载安全提供重要参考,而螺栓是管片接头的重要组成部分,由于实际工程中接头连接螺栓可能失效,因此研究螺栓对于管片接头抗弯承载力的影响十分必要。为此,首先基于经典钢筋混凝土构件抗弯理论和压弯荷载下管片接头受力特征,建立了考虑复杂接缝面构造的接头抗弯承载力理论模型,然后分别开展有螺栓接头和无螺栓接头抗弯破坏试验对理论模型进行验证,最后基于理论模型,针对厚度0.40~0.65 m的6种典型管片接头,分析有、无螺栓对接头抗弯承载力的影响。研究结果表明：高轴压下,有螺栓管片接头和无螺栓管片接头的破坏过程分别可分为3个阶段和2个阶段,接头受压区边缘混凝土接触后破坏现象开始密集产生;正负弯矩下,有螺栓和无螺栓接头抗弯承载力理论模型与足尺试验的最大相对误差分别为5.6%和6.1%,表明理论模型具有较高的计算精度;对于不同厚度管片接头,轴压比大于0.309~0.455（正弯,负弯为0.417~0.499）或偏心距小于0.101~0.166 m （正弯,负弯为0.071 1~0.099 2 m）时,螺栓对其抗弯承载力无影响,因此当管片接头处出现连接螺栓失效等情况时,可适当增大接头轴力或降低接头偏心距,以减小螺栓对接头抗弯承载安全的影响。     

退役预应力混凝土梁受弯全过程分析及试验研究

为了解在运营若干年后预应力混凝土空心板梁的材料退化和受力性能,探讨其在抗弯荷载作用下的承载能力及破坏模式,以汀塘圩大桥为背景,对该桥2片服役11年的PC空心板梁的材料强度、结构退化等进行详细检测,并采用2对加载装置进行三分点对称加荷,从弹性阶段、开裂荷载直至构件破坏,对试验梁的变形性能、破坏机理和抗弯极限承载能力等受弯特性进行全过程分析及试验研究。结果表明:试验梁跨中极限位移可达计算跨度的1/42,呈现出明显的延性破坏特征,在服役11年后仍具有很好的延性及足够的强度。对于试验梁的抗弯极限承载力,将试验结果与现行桥梁规范及非线性有限元进行对比,证明了桥梁规范设计给出的板梁极限荷载计算公式的合理性。     

波形钢腹板管翼缘组合梁抗弯性能试验研究

为研究波形钢腹板管翼缘组合梁的受弯破坏形态及弯曲受力性能,制作2根试验梁进行纯弯试验,研究波形钢腹板管翼缘组合梁施工阶段(试验梁C1)及使用阶段(试验梁C2)的破坏形态及跨中挠度、界面滑移、纵向应变的发展规律。结果表明:试验梁均发生塑性弯曲破坏,其受弯破坏过程可近似划分为弹性、弹塑性及破坏3个受力阶段;试验中各试验梁均未出现腹板剪切屈曲;试验梁C2的管翼缘与混凝土翼板间未出现界面滑移或破坏,二者协同工作性能良好;受薄板褶皱效应影响,波形钢腹板管翼缘组合梁的截面弯曲变形不再符合常规梁理论"平截面假定",但仍可近似按"拟平截面假定"分析。     

预应力碳纤维加固受弯构件的受力性能分析

该文在已有成果与试验研究基础上,基于平截面假定和变形协调对预应力碳纤维加固结构的截面性能进行了参数分析,考察了碳纤维面积与初始应变对结构承载力、延性等性能的影响,讨论了碳纤维加固量的新定义并分析绘制了其与受弯结构性能的关系曲线,在此基础上研究了加固结构承载力与延性的相关性.分析结果表明:加固构件的承载力与碳纤维面积及初始应变两个参数均呈正相关;构件延性、截面极限曲率与承载力的相关关系受构件破坏形式的影响.＃