应力状态下混凝土的碳化试验研究

进行了碳化环境下预应力混凝土试件的耐久性试验研究，阐述了在应力和碳化共同作用下的混凝土结构破损机理及规律．试件为无应力、弯曲受拉和直接受压的应力状态，采用加速碳化的试验方案．分别引进kws和χσ反映碳化深度与混凝土质量、强度和应力水平的关系，建立了应力状态下的混凝土碳化深度的多因素预测模型．结果表明：拉、压应力分别加快和减缓了混凝土的碳化速率，且应力越大；碳化速率的改变越大；χσ可以反映碳化速率的变化趋势．施加预应力能够控制混凝土裂缝的发展、消除或限制裂缝的宽度，因此，预应力混凝土结构的耐久性比普通混凝土结构的耐久性更好．     

持载下预应力CTRC板加固RC梁的抗弯性能

采用四点弯曲试验研究持载下用预应力碳纤维织物增强混凝土板加固RC梁的抗弯性能。针对梁的持载水平进行2个加固工况试验及1个参考工况试验。对各工况梁的荷载-挠度变化、荷载-应变变化、承载力、延性、开裂模式及裂缝宽度进行分析。研究结果表明:预应力CTRC板能明显提高持载梁的正常使用极限状态荷载、极限承载力,并能有效抑制梁内裂缝宽度的发展;与未加固梁相比,加固梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力最大分别提高57.1%和75.4%。加固梁的破坏模式均为预应力CTRC板断裂,而其开裂模式因持载水平不同而不同;加固梁的延性均比未加固梁的延性低;随着持载水平提高,加固梁中的碳纤维织物在受荷初期发挥的作用逐渐增强。     

多破坏模式和二次受力影响下FRP加固RC梁抗弯承载力

针对实际工程应用中FRP加固RC梁存在多种破坏模式和二次受力影响等关键问题,提出采用能基本表征受压区混凝土实际应力-应变情况的Hognestad本构模型,以考虑受压区混凝土非线性应力变化。推导FRP加固RC梁受压混凝土等效应力和受压区高度各自对应的相关比值,并得出FRP拉断、钢筋屈服前、后受压区混凝土压碎这3种不同破坏模式下的梁正截面极限抗弯承载力计算公式,同时推导加固梁FRP最大、最小加固量的计算公式以定义各破坏模式间的临界状态,并考虑二次受力影响和滞后应变效应。研究结果表明:所推导的公式能有效表征加固梁的不同破坏模式及二次受力效应,所计算的承载力与试验值较吻合,可以用于RC梁加固设计和承载力分析。     

高应变强化超高性能混凝土T形梁抗弯承载力

为探究配筋高应变强化T形超高性能混凝土(UHPC)梁的抗弯承载力计算方法,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和配筋强度.绘制了钢筋与高应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段.与普通混凝土梁不同的是,在高应变强化UHPC梁体达到极限承载力时,受拉区UHPC对抗弯承载力有贡献作用;同时,受压区UHPC应力-应变依然为线性关系.在考虑受拉区UHPC开裂后抗拉强度的基础上,提出了受拉区UHPC等效矩形应力系数,在平截面假定基础上推导出了配筋高应变强化T形UHPC梁抗弯承载力计算公式,并与国外提出的计算方法进行对比,分析各计算方法的准确性.结果表明,所提出方法的计算值与试验值有较高的吻合度,可为配筋高应变强化T形UHPC梁理论分析和设计提供参考.     

初始弯曲应力对冻融-碳化后钢筋混凝土梁承载力影响分析

为研究弯曲应力对冻融-碳化作用下在役钢筋混凝土梁桥承载力的影响,设计并制作了8片钢筋混凝土梁,采用自行设计的持荷装置对试验梁进行弯曲应力加载,并置于环境实验室中进行冻融-碳化耦合腐蚀,再对腐蚀后的试验梁进行荷载试验。对不同弯曲应力水平下的钢筋混凝土试验梁进行裂缝分析、应变特征分析和承载力的研究,并建立有限元数值模型,将其与试验结果进行对比分析。研究结果表明:随着初始弯曲应力水平的增加,2组试验梁破坏形态由1条主裂缝变为多条裂缝并存,并且延性明显降低;跨中压应变斜率及拉应变均逐渐增大,跨中应变分布已经不能完全符合平截面假定。根据试验梁的荷载位移曲线可知,混凝土强度等级的提高明显提升了试验梁抗冻融-碳化腐蚀的能力;弯曲应力水平增加会导致试验梁的承载力(屈服弯矩、极限弯矩)降低,且其大致呈线性关系。通过ANSYS有限元数值模拟与试验梁的承载力实测数据对比,归纳出冻融-碳化作用下不同弯曲应力水平对钢筋混凝土梁材料本构的修正系数φ,可为严寒区在役钢筋混凝土桥梁承载力衰减分析评估提供参考和简化分析方法。     

预应力钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固持荷RC梁数值分析及承载力计算

建立预应力钢丝绳-聚合物砂浆面层抗弯加固钢筋混凝土(RC)梁的有限元模型(FEM),并利用已有的试验数据验证模型的准确性.基于有限元模型,进行不同持荷比下加固梁的力学性能研究.结果表明:建立的有限元模型可较好地解决持荷条件下钢丝绳-聚合物砂浆面层与RC梁之间单元不协调变形等问题;随着持荷比的提高,加固梁的极限承载力提高幅度逐渐减小;当预加载低于未加固梁极限承载力的20%时,混凝土损伤较小,不考虑预加载的影响;当预加载高于未加固梁极限承载力的20%时,需考虑加固材料滞后应变对加固试件极限承载力的影响.基于平截面假定和钢丝绳滞后应变,提出抗弯加固持荷RC梁的极限承载力计算公式,其计算结果与数值分析结果吻合良好.     

弯拉应力作用下粉煤灰混凝土的1D和2D碳化

首先建立了弯拉应力作用下混凝土的1D和2D碳化测试方法,在此基础上系统研究了粉煤灰混凝土在弯拉应力水平分别为0.0,0.20,0.35,0.50,0.65,0.80作用下1D和2D碳化深度的依时变化规律,并探讨了粉煤灰掺量(0%,10%,20%,40%,60%,质量分数)、粉煤灰种类(Ⅰ,Ⅱ级)、水胶比(0.3,0.35,0.4,质量比)、胶凝材料用量(458,380 kg/m3)、养护龄期(28,90 d) 5个重要因素对处于弯曲应力状态下的粉煤灰混凝土1D和2D碳化深度的影响规律.另外,还将不同弯拉应力水平(σS)下的碳化试验结果与同条件下无应力状态下的碳化进行了定量比较,发现弯拉应力水平对碳化存在明显的加速作用,为量化该交互作用提出了应力加速因子(KσS)概念,研究表明KσS随σS的增加而变大,符合指数函数KσS=1 kσCS.     

压应力下混凝土结构碳化试验研究

进行了在碳化箱中加速腐蚀碳化环境状态下的混凝土结构碳化试验,试件为直接受压的应力状态,阐述了试验中采用休哈特控制图对碳化深度数据进行采集和动态统计控制原理,建立了压应力状态下碳化深度动态统计控制模型。试验结果表明,该方法能有效的对钢筋混凝土结构在压应力工作状态下的碳化深度进行动态监测、分析、评价和控制,避免对结构的耐久性及稳定性产生不利影响,造成安全隐患,从而确保在承载环境中钢筋混凝土结构的质量和安全。     

复合纤维抗弯加固混凝土外伸梁试验研究

通过对T形截面外伸梁复合纤维抗弯加固的静力试验 ,分析了持荷加固和损坏加固对复合纤维抗弯加固钢筋混凝土梁强度、刚度及挠度的影响 ,探讨了外伸端支座区域复合纤维与混凝土之间粘结应力的分布规律 ,研究了不同加固方式对抗弯加固效果的作用 .试验结果表明 :复合纤维加固钢筋混凝土梁能有效提高梁的极限承载力 ;加固量较多时能提高梁的第二刚度 ;当发生剥离破坏时 ,持荷加固对梁的极限承载力影响不大 ;损坏后加固和不损坏加固极限承载力相近 ;不同加固方式对极限承载力和刚度有很大影响 ;负弯矩区复合纤维延伸长度很短     

受力状态下混凝土试件碳化试验研究

为了研究混凝土桥梁的碳化规律,采用加速碳化试验方法,进行了碳化环境下受力状态混凝土试件的耐久性试验,分析了碳化混凝土的退化机理和规律.结果表明:拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化的速率,且应力变化越大,碳化速率的改变就越大;桥梁常用C50强度混凝土的碳化深度远小于低强度混凝土,但C50强度混凝土受拉时的相对碳化深度大于低强度混凝土.根据试验结果修正了现有混凝土碳化深度预测模型中的工作应力影响系数.当混凝土桥梁的裂缝宽度满足规范要求时,裂缝对混凝土碳化的影响很小;预应力混凝土桥梁的耐久性能优于钢筋混凝土桥梁.     

锈蚀RC梁承载力退化试验

设计了12片3种不同保护层厚度的RC梁,在氯盐环境下对其进行通电加速腐蚀,进而对不同锈蚀程度的RC梁进行承载力试验。研究发现：1保护层厚度为25 mm的试验梁均呈现出了典型的脆性破坏,而保护层厚度较大的试验梁均有明显的屈服点,为延性破坏;2锈蚀率较大的试验梁侧面混凝土应变表现出很强的非线性,不再符合平截面假定;3试验梁有效截面尺寸及纵筋的锈蚀程度会随着保护层厚度的改变而发生变化,抗弯能力会随着纵筋锈蚀率的增大而逐渐减小,在两者的相互作用下试验梁出现了不同的破坏模式。最后,将理论极限承载力与试验结果对比分析,进一步讨论了锈蚀率对锈蚀RC梁承载力退化的影响规律。     

粘钢补强钢筋混凝土梁的正截面承载性能

对粘钢补强钢筋混凝土(RC)梁在荷载作用下的变形过程和破坏形式,进行了理论和试验研究,讨论粘钢位置和粘钢量对RC梁的短期刚度、挠度、开裂荷载、极限荷载和破坏形式等承载性能的影响.通过理论计算结果与试验结果的比较分析,得出粘钢板与RC梁协调工作系数主要随相对高度变化的结论.提出计算协调工作系数、抗弯承载能力和挠度的计算公式,给出工程设计建议和确定合适钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量的技术措施.     

玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁端部锚固试验研究

进行了6根玻璃纤维布(GFRP)加固的钢筋混凝土梁梁端锚固试验和3根对比梁的试验研究．试验中变化的参数为混凝土强度等级、配筋率、加固量、剪跨比．针对不同的加固层数采用了端部U型箍、剪跨区内U型箍、剪跨区内U型全包3种梁端锚固形式．分析了梁端锚固形式对玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁破坏形态及极限荷载的影响．试验结果表明,经玻璃纤维布加固的钢筋混凝土梁抗弯承载力提高较多,加固效果明显,梁端有无锚固条对加固梁的极限荷载及破坏形态有显著影响．对于剪跨比小的加固梁,梁端锚固条不仅可以防止发生剥离破坏,而且还改善了梁的延性．     

预应力CFRP加固RC梁承载力的神经网络预测

基于人工神经网络的原理,建立多因数智能分析模型,对已有的数据进行反向传播(BP)神经网络的训练.利用训练成熟的神经网络,对承载力进行预测,分析混凝土强度、截面高度、配筋率、配布率,以及预应力度等参数对承载力的影响.结果表明,用训练好的网络模型可以较好地预测预应力碳纤维布(CFRP)加固后钢筋混凝土(RC)梁的受弯承载力,预测精度较高,可以处理模糊的、非线性的问题.此外,混凝土强度、梁截面高度、受拉钢筋配筋率和碳纤维布的配布率的增加,受弯承载力也相应提高,但施加的预应力提高对极限承载力并没有多大帮助,只提高构件的开裂荷载和屈服荷载.     

用无机胶粘贴CFRP布加固损伤 RC连续梁受弯性能试验

用无机胶粘贴一层CFRP布对2根损伤配筋混凝土连续梁进行抗弯加固.采用跨中加载的方式来测试加固后梁的抗弯性能,获得加固后梁的抗弯承载力、跨中荷载-位移曲线等试验数据.试验梁出现了纵向受拉钢筋先屈服,然后CFRP布被拉断的破坏模式.基本满足平截面假定.试验结果显示,用无机胶粘贴CFRP布加固损伤配筋混凝土构件是可行的.提出了用无机胶粘贴CFRP布加固受损配筋混凝土连续梁的抗弯承载力计算公式.     

碳纤维布增强二次受力RC构件轴拉计算方法

结合在役钢筋混凝土受拉构件承载力不足的特点,推导了碳纤维布增强二次受力钢筋混凝土构件轴心受拉计算表达式,探讨了预加载程度、持载程度和构件开裂载荷、极限载荷之间的定量关系,并进行了8根碳纤维布增强二次受力钢筋混凝土构件轴心抗拉性能试验研究,分析预加载程度、持载程度对构件开裂载荷和极限载荷的影响.结果表明,粘贴碳纤维布可以有效地提高二次受力钢筋混凝土轴心受拉构件极限承载力.所提表达式与试验数据有较好的一致性,可供实际工程设计参考,并对二次受力钢筋混凝土轴心受拉加固具有理论指导意义和工程应用价值.     

碳纤维布增强钢筋混凝土构件轴心抗拉试验研究

针对钢筋混凝土受拉构件承载力不足的问题,在6根碳纤维布加固钢筋混凝土构件轴拉试验基础上,对配筋率、碳纤维布层数对构件开裂荷载、极限荷载的影响进行了分析,并提出了加固构件的抗拉承载力计算公式.研究表明.粘贴碳纤维布可以有效地提高钢筋混凝土轴拉构件极限承载力,限制裂缝宽度.所提计算公式与试验结果有较好的一致性,可供实际工程设计参考.该研究成果对钢筋混凝土轴心受拉加固具有理论指导意义和工程应用价值.     

基于分形研究的受腐蚀钢筋混凝土构件承载力预测模型

受腐蚀钢筋混凝土构件的承载力受多种影响因素综合作用,影响因素的随机性导致受腐蚀钢筋混凝土构件承载力难以确定.提出将分形维数作为钢筋混凝土构件受腐蚀程度的定量衡量指标,以反映构件中钢筋锈蚀率及混凝土劣化状态;将此腐蚀指标与构件基本信息(如构件几何尺寸、配筋情况、加载信息等)相结合,建立了受腐蚀钢筋混凝土构件极限承载力人工神经网络预测模型,模型预测结果与试验结果能够很好地吻合.较好地解决了目前尚无法建立腐蚀指标的难题,为实际受腐蚀钢筋混凝土构件极限承载力的确定提供了一个简便可行的新方法.     

纤维薄板厚度对增强RC梁承载能力的影响

通过进行普通钢筋混凝土(RC)梁与碳纤维薄板(CFL)增强RC梁的三点弯曲试验,研究粘贴不同厚度的CFL对增强RC梁的破坏模式和承载能力的影响规律,试验发现普通RC梁的破坏以混凝土开裂和主筋屈服为主,CFL增强RC梁的破坏模式与CFL的粘贴厚度有关,包括CFL拉断失效、CFL与混凝土界面剥离、混凝土压碎3种基本模式及其混合模式,弯曲载荷下的极限承载力随CFL的粘贴厚度而增加,与普通RC梁相比提高了12．6％-38．9％。