BFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的分形特征研究

为了通过表面裂缝的演化过程和分布形态研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)加固钢筋混凝土梁的抗弯性能,采用4点弯曲加载方法对6根不同加固方式下的钢筋混凝土梁开展抗弯试验,并运用分形理论对梁侧表面裂缝进行分形分析.验证了梁表面裂缝在加载过程中和极限状态下均具备分形特征,其分形维数在0. 90～1. 24;探讨了荷载等级、极限承载力、跨中挠度、延性系数与分形维数之间的关系.结果表明,荷载等级、跨中挠度与分形维数之间均呈对数关系,随着荷载的增大,对数曲线的曲率总体呈增大趋势;极限荷载、延性系数与分形维数在同种加固形式下呈线性关系,而在不同加固形式下,它们之间的关系具有明显差异.     

声发射和分形理论的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土受剪梁损伤模型

以新疆地区沙漠砂作为细骨料部分替代工程用砂,并在混凝土中掺入适量玄武岩纤维,制作了9根不同剪跨比、玄武岩纤维掺量和配箍率的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土梁,通过两点对称加载进行受剪破坏试验。基于声发射技术与分形理论对受剪梁损伤演化过程进行研究,定量分析了受剪梁损伤演化与不同变量因素间的规律。研究结果表明：声发射累计能量的增长随梁的破坏过程呈指数趋势,能量参数及梁表面裂缝分形维数随荷载水平的增大而增大,最大分形维数达到1.206 8。在相同荷载水平下,当剪跨比为1.5、纤维体积掺量为0.4%时,试验梁损伤最小。建立了基于声发射参数和试验梁表面裂缝分形维数的受剪损伤模型。     

钢筋混凝土受剪梁裂纹分形演化特征试验

通过5片不同剪跨比和箍筋配筋率钢筋混凝土梁受剪试验,应用计盒法研究了混凝土梁受剪裂纹扩展规律的分形特征。研究了剪跨比和箍筋配筋率对裂纹分形特征的影响,并分析了裂纹分形维数与荷载、挠度之间的关系。研究结果表明:混凝土梁受剪裂纹具有明显的分形特征,随荷载增大,裂纹分形维数线性增大,分形维数为0.976 9～1.276 7。随剪跨比增大,裂纹分形维数增长速率加快。随箍筋配筋率增大,裂纹分形维数增长速率降低。试验梁跨中挠度随裂纹分形维数增大而增大,两者成幂函数关系,且随箍筋配筋率和剪跨比增大,挠度随分形维数增长的速率降低。     

氯盐侵蚀作用下TRC加固梁的受弯性能分析

采用四点弯曲加载的方式,分析了氯盐干湿循环及弯曲应力耦合对纤维编织网增强混凝土(TRC)加固梁弯曲性能的影响.结果表明:随着干湿循环次数增加,梁的裂缝宽度和跨中挠度增大,承载力下降,当循环次数达到300次时,梁的开裂荷载降幅较大;在干湿循环和弯曲应力耦合作用下,随着弯曲应力水平增大,加固梁的极限承载力降低,加载后期梁的裂缝变化较快,当应力水平为0.5时,TRC的限裂性能降幅较大.受持载腐蚀时初始挠度的影响,在同级加载下梁的跨中挠度降低.基于实验结果建立了氯盐侵蚀作用下TRC加固梁的承载力计算公式,且计算值与试验值拟合较好.     

初始损伤钢筋混凝土梁分形损伤本构及受弯承载力研究

为明确初始孔隙在荷载作用下对混凝土结构的损伤及裂缝扩展路径的影响,设计并分别制作了初始孔隙为0%、2%、4%和6%的8根钢筋混凝土梁,开展单调静载受弯性能试验,分析其力学性能和表面裂缝分形维数变化情况。通过将裂缝分形维数引入混凝土本构关系中,提出了钢筋混凝土梁抗弯强度计算方法。研究结果表明:预制初始孔隙缺陷的钢筋混凝土梁仍满足平截面假定,预制孔隙一定程度削弱了混凝土的力学性能,同时跨中裂缝的产生、扩展和演化更迅速。裂缝扩展路径的分形维数可以反映钢筋混凝土梁的损伤程度及其破坏过程,本文建议的钢筋混凝土梁受弯承载力的理论值与试验值吻合较好。     

重组竹梁抗弯性能试验

为研究重组竹的抗弯性能,本文制作了6根足尺矩形截面重组竹梁,采用4点弯曲加载方法,测量了不同荷载下重组竹梁的跨中挠度和横截面应变.试验结果表明:重组竹梁的跨中挠度和纵向应变均与荷载成线性关系,且与理论结果一致;指接位置接近支座时,重组竹梁的抗弯性能较好,试验所得最大压应变和最大拉应变分别为-7.855 62×10~(-3)和6.980 27×10~(-3),极限荷载为110kN,最大挠度为28.75mm;指接位置位于跨中时重组竹梁抗弯性能较差,此时重组竹梁的最大压应变和最大拉应变分别为-2.717 44×10~(-3)和3.584 94×10~(-3),极限荷载仅为65.34kN,最大挠度为14.44mm.因此,重组竹梁用作抗弯构件时应避免指接位置位于受拉侧弯矩较大处..     

预拉纤维复合板增强梁抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究了预拉纤维复合板板材加固钢筋混凝土梁的抗弯性能.设计了一个对比工况试验和两个加固工况试验,两个加固工况采用的预拉纤维复合板的纤维网格层数及其预拉力程度不同.试验过程中同步记录了荷载、挠度、跨中应变、纤维应变及裂缝的开展.结果表明:随着纤维网格层数的增加及纤维网格上预拉力的增大,梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显提高,加固梁的极限承载力最大提高达41.5%,但延性有一定程度的下降.最后,基于截面极限平衡理论提出了一种复合板加固梁受弯承载力的计算方法.     

无腹筋RUHTCC梁抗剪性能试验研究

为了探究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的抗剪性能,以配筋率和剪跨比为参数,对跨中荷载作用下的6根钢筋增强UHTCC(RUHTCC)梁和4根钢筋混凝土(RC)对比梁进行了受弯试验.对比研究了RUHTCC梁的抗剪性能,包括裂缝扩展形态、荷载-挠度曲线、剪切开裂荷载、极限剪切能力以及剪切强度等.试验结果表明,随着配筋率的增大和剪跨比的减小,RUHTCC梁的破坏模式由弯剪破坏转变为剪压破坏,极限剪切承载能力逐渐增大.RUHTCC梁的极限剪切能力约为RC梁的2倍,平均抗剪强度约为UHTCC抗拉强度的0.86倍;RUHTCC梁表现出稳态的多条细密斜裂缝扩展模式,在正常使用极限状态下,其最大裂缝宽度低于0.1 mm.基于RUHTCC梁良好的裂缝控制能力以及较高的富余剪切承载能力,不需设置最小配箍率.     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的研究

试验研究表明,纤维聚合物筋混凝土梁荷载挠度曲线以截面初裂为界限点分为两个线性阶段.正截面开裂前,荷载挠度曲线基本为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载挠度曲线出现转折点.随着荷载增加,纯弯段正裂缝发展,剪跨段斜裂缝产生并向梁的受压区加荷点扩展,梁的刚度较截面开裂前减少,荷载挠度曲线基本为线性直到梁破坏.在试验研究的基础上,探讨了纤维聚合物筋混凝土梁的非线性全过程数值分析方法,用计算机模拟了试验梁的跨中弯矩-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证.     

FRP筋超高性能海水海砂混凝土梁抗剪性能研究

为研究纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）筋超高性能海水海砂混凝土（Ultra-high Performance Seawater Sea-sand Concrete，UHPSSC）梁的抗剪性能，采用三点弯曲试验，探究剪跨比、箍筋间距和筋材类型（CFRP、BFRP、HFRP）对FRP-UHPSSC梁抗剪性能的影响规律. 试验结果表明：FRP-UHPSSC梁在加载时裂缝发展迅速，破坏时具有明显的脆性特征；跨中荷载-挠度曲线在首条裂缝出现前后均呈现出双线性变化，裂缝出现后梁的荷载-挠度关系曲线斜率变小，挠度增长加快；FRP-UHPSSC梁的抗剪承载力随剪跨比和箍筋间距的增大而减小，剪跨比相同的试验梁，其开裂荷载基本相同；筋材的弹性模量越大，梁的抗剪承载力越高，同时也越能抑制梁的竖向变形；最后采用4部规范中的抗剪公式对试验工况进行分析，规范公式对BFRP-UHPSSC梁和HFRP-UHPSSC梁抗剪承载力计算的最小误差分别超过40%和30%，筋材类型不同的试验工况抗剪承载力计算结果差异较大.     

BFRP筋纤维混凝土梁抗弯试验

针对传统BFRP筋梁挠度、裂缝较大的特点,提出在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,并完成了3种纤维体积掺量和3种配筋率下的BFRP筋纤维混凝土梁的抗弯试验。在BFRP筋梁中掺入短切玄武岩纤维,可提高梁的开裂荷载,当纤维体积掺量为0.4%时,其开裂荷载提高了60%;掺入短切玄武岩纤维对梁的极限承载力影响不大,极限承载力只随配筋率的增大而增大;掺入短切玄武岩纤维不能有效改善BFRP筋梁的挠度。     

劲性钢筋轻骨料混凝土梁正截面受弯数值模拟

为研究劲性钢筋轻骨料混凝土构件的抗裂性能,采用跨中集中荷载的加载方式,通过数值模拟,分析劲性钢筋轻骨料混凝土梁受弯构件变形与荷载的关系。模拟结果表明:劲性钢筋轻骨料混凝土梁刚度较大,但破坏时挠度很大,有很好的延性。当受压区混凝土压碎破坏时,试验梁仍具有很大的承压能力。随着跨中荷载的增大,梁的位移变形也随之增多。跨中荷载增加到40 t时,梁的位移变形开始大幅度增大,导致混凝土开裂。混凝土开裂后,试件截面刚度退化,裂缝宽度增幅显著,裂缝宽度逐渐加宽。试件梁开裂后,裂缝宽度随荷载变化的增长趋于稳定,抗裂性能较好。模拟结果与试验值相符。     

重复超载嵌入式FRP加固混凝土T形梁的研究

采用重复超载模拟桥梁的带缝工作状态,通过6根T形梁试验,研究了嵌入式FRP加固梁的破坏形态、内力和变形特征等力学性能,讨论了超载程度和加载次数对加固梁性能的影响.结果表明,在超载条件下,嵌入式CFRP板加固可以提高钢筋混凝土T形梁的抗弯极限承载力和刚度,增大了延性系数.不同超载程度和重复加载次数对加固梁极限承载力无明显影响,加固梁跨中截面挠度随超载次数的增加而减小.当超载程度在一定范围内时,不会引起加固梁跨中截面挠度的改变;当超载程度超过一定限度时,超载程度加大将导致加固梁的跨中截面挠度明显减小.对于重复超载作用下的带裂缝适筋梁,按照现有FRP加固理论进行设计是偏于不安全的,需要进行承载力修正...     

CFRC复合梁力学性能试验研究

碳纤维混凝土(CFRC)复合梁是在普通混凝土梁中掺入短切碳纤维,以此改善混凝土的性能.碳纤维弹性模量高,将其掺入混凝土中能改善混凝土的韧性并起到增强阻裂的效果.通过四点加载试验,研究普通混凝土梁与不同纤维层厚度、不同纤维长度的复合梁的弯曲破坏机理、荷载挠度行为、裂缝形态等.试验结果表明,在混凝土梁的受拉区掺入短切碳纤维可以有效改善其变形能力;碳纤维对混凝土裂缝扩展的抑制、裂缝形态的改善效果较好;纤维层厚75mm、纤维长度10mm的复合梁性能最优.最后提出了CFRC弯曲构件极限承载力的计算公式.     

基于改进差分盒维数法的混凝土细观损伤定量研究

为了从细观角度定量研究混凝土材料的宏观力学特性,以单轴压缩条件下获得的混凝土CT图像作为研究对象,应用差分盒维数法(Differential Box Counting method,或DBC)对混凝土破损过程进行了定量描述.在分析传统差分盒维数法优缺点的基础上,提出了改进的差分盒维数法(Improved Differential Box Counting method,或IDBC),并分别用DBC和IDBC方法对混凝土破坏过程中4个断面不同应力阶段CT图像进行了对比分析.分析表明,IDBC方法计算所得分形维数的标准差、方差和拟合误差均较小.说明用IDBC方法算出的分形维数较DBC方法更为准确.因此用IDBC方法计算得到的分形维数建立了损伤变量表达式,并计算得到了4个断面各个应力阶段的损伤变量.结果表明加载初期试件完整,损伤变量为0,随着应力增大,由于混凝土内部孔洞经历了压密的过程,损伤变量稍有减小,随后一直增大直到混凝土完全破裂时损伤变量达到最大.损伤变量的变化能够较好地反映出混凝土材料损伤演化规律,可将其作为定量的损伤状态参数来描述混凝土在单轴压缩条件下裂缝的演化过程.     

树脂基碳纤维智能层电测混凝土表面裂缝宽度

针对国内现行建筑和路桥规范对混凝土结构表面裂缝宽度的控制要求,根据碳纤维智能层的力电传感特性,采用单调三点弯拉静力加载制度,以试件梁的挠度进行加载控制,对带有预制裂缝的混凝土梁试件表面裂缝宽度变化进行检测试验.研究结果表明:树脂基碳纤维智能层传感器可感知混凝土粱裂缝宽度的变化;随着荷载的增大,裂缝宽度增大,碳纤维智能层的电阻也发生相应变化,而在混凝土裂缝宽度0～1.0 mm时,碳纤维智能层的电阻随裂缝宽度的增大呈线性增大趋势;树脂基碳纤维智能层对裂缝宽度变化的敏感性存在差异,但是,混凝土表面裂缝宽度在0～0.5 mm之间变化时,碳纤维智能层的电阻在2～4Ω之间变化,其离散性不大,且线性关系好,可满足国内现行规范允许混凝土表面无害裂缝宽度0～0.3 mm的检测要求.     

循环扰动荷载作用下花岗岩损伤及破裂特性研究

岩体的稳定性是深部岩、矿开采过程中重需关注的安全问题,而动力扰动是影响岩体稳定性的重要因素。以双江口水电站深部岩石(花岗岩)为研究对象,对花岗岩进行了室内动静组合加载下的单轴压缩试验,并对岩石破坏后的碎屑粒径、分形维数以及岩石加载过程中的损伤演化进行了分析。得到以下结论:1)随着扰动应力幅值的增大,岩石的碎屑分布越趋于均匀;2)岩石在扰动荷载作用下的碎屑粒径分布满足分形规律,可以用分形维数来表征岩石的破碎程度,且分形维数F与扰动幅值Δσ表现出良好的线性关系,即随着扰动幅值增加,分形维数增大,破碎程度加深;3)扰动荷载作用下,损伤变量呈增大-平稳-增大的变化趋势,且扰动幅值Δσ的大小对岩石平稳区段的循环次数和损伤变化速率存在显著影响。     

组合钢板梁负弯矩区疲劳损伤效应试验研究

为研究组合钢板梁负弯矩区的疲劳损伤效应,基于某常规跨径组合梁桥结构形式设计了2根不同配筋率组合梁试验模型,在倒置状态下开展了模型梁的初始开裂加载、疲劳加载及极限破坏加载试验,对试件的裂缝发展、挠度、应变等指标进行了观测和分析.试验结果表明,配筋率对组合梁混凝土开裂荷载影响较小,但对后期疲劳裂缝发展速率和裂缝宽度影响较大;疲劳荷载作用下,组合梁挠度和应变响应在达到稳定发展之前,会经历复杂的内力重分布过程,高配筋率试件相比于低配筋率试件有更长的内力调整期;2×106次疲劳试验后,组合梁整体刚度有轻微地退化,但钢梁未出现疲劳开裂.钢梁应变数据的观测以及损伤分析表明,钢梁中性轴指标能较好地反映组合梁负弯矩区的疲劳累计损伤作用.     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

基于盒维数的锚杆工作荷载无损检测研究

为研究锚杆工作荷载,应用了分形理论中的盒维数方法。根据一维杆波动理论,在锚杆外露端头安装一个自激式加速度传感器,利用锚杆无损检测加载试验台分级加载、检测标定测得锚杆-围岩相互作用体系在激发荷载作用下的速度响应,计算其加速度响应曲线的盒维数,拟合得出荷载-盒维数曲线,直观地判断锚杆工作荷载和锚固质量。