大保护层钢筋混凝土受弯构件裂缝控制的试验研究

根据试验结果，建议了混凝土有效受拉面积的取值方法；分析了混凝土保护层厚度对钢筋混凝土梁抗裂度和裂缝宽度的影响规律，并提出了相应计算分析。用本文试验和其他单位的试验资料对建议公式作了验证。     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.     

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。     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

弹塑性材料裂纹扩展的动态J阻力曲线实验

为得到弹塑性材料裂纹扩展的阻力曲线，采用较大外径和较大韧带直径的周边切口在自行研制的间接杆-杆型冲击拉伸试验装置上进行了动态断裂和起裂止裂试验．采用数值分析提出的修正方法得到韧带面上的载荷，结合测得的裂纹嘴张开位移（CMOD），推广Rice远场J积分公式来计算动态J积分；依据柔度变化率法确定起裂点，从而获得动态起裂韧度JID．利用柔度标定法得到裂纹扩展轨迹；提出了周边切口拉伸试件裂纹扩展阻力的动态，JM（t）积分表征的修正形式，从而得到了弹塑性材料裂纹扩展至止裂前的阻力曲线，并对相关问题进行了讨论．试验结果表明：修正的JM（t）可以作为裂纹扩展阻力的表征参量，不仅适用小量稳态扩展过程，裂纹扩展较大时也适用；对弹塑性材料裂纹扩展阻力曲线是惟一的，与裂纹初始长度无关．     

等径离心成型钢纤维混凝土预应力电杆受力性能试验研究

通过试验研究了等径离心成型钢纤维混凝土预应力电杆的受力性能,主要包括抗裂度、裂缝的分布形态与裂缝宽度、跨中挠度和极限承载力等.试验证明:由于预应力和钢纤维的双重增强作用,电杆的抗裂度提高,在标准检验荷载作用下电杆截面混凝土处于抗裂的弹性工作状态;当荷载达到标准检验荷载的130%—160%后,截面混凝土出现初始裂缝,卸载后初始裂缝闭合,变形回复.在截面开裂荷载至承载力检验荷载范围内,裂缝延伸和裂缝宽度发展较慢,裂缝呈短细非贯通性分布形态,抗变形能力有所提高,截面极限承载破坏呈现出一定的延性性质.研究成果为此类电杆在河南省漯河—淮阳220kV线路工程建设中应用提供了科研依据.     

钢筋陶粒混凝土和普通混凝土断裂参数K_(IC)和CTOD_(IC)的试验分析

通过对加筋及无筋陶粒混凝土和普通混凝土带大、小缺口的三点弯曲梁进行试验和有限元分析,对其断裂性能进行研究,分析得到配筋大小、混凝土品种和强度、切口深度对混凝土断裂韧度K_(IC)及临界裂缝尖端张开位移CTOD_(IC)的影响。提出了断裂韧度K_(IC)与混凝土抗拉强度、切口深度的计算公式。试验和分析证实。裂缝开始失稳扩展时,CTOD_(IC)值的变化范围很小,有可能成为控制混凝土失稳断裂的材料参数。     

基于体积稳定性的混凝土综合抗裂模型

基于非荷载作用下混凝土的开裂现象，系统分析了混凝土体积稳定性的控制参数及其影响因素，根据变形限制状态下混凝土因环境温湿度变化而产生的内应力具有粘弹性特征，推导了应力松弛系数的数学表达式．在综合考虑混凝土的抗拉强度、徐变特征以及环境温湿度变化引起的总应变的基础上，建立了混凝土的抗裂模型．提高混凝土的抗拉强度傅性模量比、降低混凝土的线膨胀系数和干燥收缩系数是保证混凝土体积稳定性、增强混凝土抗裂性能的有效途径．工程应用的结果验证了混凝土综合抗裂模型的可行性和合理性．     

高温后混凝土双K断裂模型及其权函数计算法

基于双K(开裂韧度和失稳韧度)断裂模型,研究高温后混凝土断裂性能.使用最高温度为600 ℃的10组楔入劈拉试件测量荷载裂缝张开口位移曲线,计算混凝土的双K断裂韧度.根据权函数法,计算了基于Petersson黏聚应力软化曲线的黏聚断裂韧度值,并与黏聚断裂韧度的积分解析计算结果进行对比,两类计算结果吻合较好,论证了双K断裂模型对高温后混凝土的适用性.     

超高程泵送钢纤维混凝土的抗裂性能

针对超高索塔锚固区的特点,按照抗裂最优,又能高空泵送的原则,制备了钢纤维混凝土,并对其构件的抗裂性能进行了研究.优选出的钢纤维混凝土1h内泵送性能良好,可以实现一次泵送到306m的目标.经过计算,纤维体积率为0.8%的钢纤维混凝土能使混凝土结构裂缝的最大宽度降低32%.通过对索塔锚固区的足尺模型试验研究得出:该钢纤维混凝土不仅能够显著提高索塔锚固区混凝土结构的抗裂度和极限载荷,而且能使混凝土结构正常使用极限状态下的载荷增大了将近40%.试验结果也表明其能显著抑制塑性收缩,并且能使干燥收缩值降低50%,同时又具有较高的抗拉强度和钢筋握裹力.     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

腹部开设圆孔钢筋混凝土梁的试验研究(Ⅲ)

本文为腹部开设圆孔钢筋混凝土梁的试验研究的第三部分，在试验结果的基础上，对腹部开设圆孔钢筋混凝土梁的变形性能及开裂情况作了进一步分析。分析结果表明，普通钢筋混凝土梁腹部开设圆孔后，会不同程度地出现变形增大，开裂提前，裂缝变宽等问题。     

旧水泥混凝土路面搭板罩面的应力

采用沥青罩面处理旧水泥混凝土路面时,沥青罩面层底对应旧路接裂缝的位置会因为应力集中而开裂.提出将旧板接裂缝顶部拓宽再采用水泥混凝土搭板来处理接裂缝,然后进行沥青罩面的方法,称为搭板罩面法.采用二维有限元方法分析了搭板罩面法处理旧水泥混凝土路面的影响因素,这些因素包括搭板厚度、搭板宽度、搭板强度以及搭板与旧水泥混凝土接头部位结合强弱.计算结果表明,接头顶端和裂缝顶端的应力随着搭板厚度的减小、搭板宽度的减小以及搭板的强度的减小而减小,而随着搭板与旧水泥混凝土板之间的接头处的结合由弱变强,接头顶端和裂缝顶端应力的变化趋势却相反.分析表明搭板设计需要综合考虑多方面的因素.     

砼断裂韧度尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂韧度的尺寸效应,将基于Weibull统计破坏的尺度律与基于Bazant能量释放的统一尺度律进行对比,进行了三种混凝土断裂韧度,即起裂韧度 、失稳韧度 及临界裂缝尖端张开位移CTODc的试验研究。采用在建桥梁所用高强混凝土材料制作了6组几何相似,最大尺寸为S×H×B=1280 mm×320 mm×160 mm,总共18根带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,应用MTS材料试验机、动态应变仪等测试手段获得了试件的载荷-加载点位移、载荷-裂缝口张开位移全过程曲线以及裂缝前沿应变等。计算结果发现考虑了裂缝前沿过程区影响后的混凝土断裂韧度仍然表现出一定程度的尺寸效应,而Bazant统一尺寸效应律较Weibull尺寸效应律更适合预测大尺寸混凝土材料的断裂韧度。     

断裂力学方法分析钢筋混凝土的抗裂度

采用断裂力学的方法,通过有限元分析,提出钢筋普通砼和钢筋陶粒砼受弯构件抗裂度计算公式。该方法全面考虑了砼强度等级、配筋率、受拉钢筋位置、试件尺寸效应对钢筋应力的影响,对大尺寸试件用Weibull尺寸效应反映,既考虑截面高度又考虑截面宽度的影响,计算更为合理。用此抗裂度计算公式对33根梁的计算结果与试验符合良好。本文公式不仅能解决一般受弯构件的抗裂度计算问题,同时可对带有较大显著裂缝(包括构造缝)的剩余截面进行抗裂度计算。     

碳纤维布加固含裂缝混凝土梁的裂缝扩展阻力性能

基于虚拟裂缝模型和试验测得的荷载与裂缝口张开位移曲线,计算得到碳纤维（CFRP）加固含裂缝混凝土梁的裂缝扩展阻力曲线,并讨论试件尺寸对CFRP加固试件阻力性能的影响．结果表明,CFRP加固试件中也存在断裂过程区长度减小的现象,纤维布的阻裂作用是影响CFRP加固试件裂缝扩展阻力性能的关键因素,并且试件高度和初始裂缝长度对CFRP加固试件的阻裂性能无明显影响．     

钢纤维混凝土梁的试验研究

在普通混凝土中加入钢纤维,能提高混凝土的抗压强度、抗拉强度,能改善混凝土的脆性性质等力学性能。在钢筋混凝土梁中,加入钢纤维后,使梁在斜裂缝截面上的抗剪承载力有明显的增长。实验证明,用梁内配置钢箍和加入钢纤维的方法,在钢箍和钢纤维的共同作用下,达到提高抗剪承载力和改善混凝土的脆性性质 目的是可行的,也是可取的。     

混凝土结构裂缝状态及其扩展的分形几何解析

应用分形（ｆｒａｃｔａｌ）理论研究混凝土结构几何损伤形态，分析了分维解析的适用条件，对混凝土结构损伤开裂形态、裂缝覆盖率、总延长和分歧延伸作了定量化解析；讨论了分形特征值和混凝土强度、裂缝宽度的关系；为混凝土结构损伤几何形态及耐久性的定量评价提供新的解析手段     

钢纤维混凝土设计强度的计算模式

根据复合材料强度理论和钢纤维混凝土强度试验规律，给出了钢纤维混凝土抗拉 强度和抗折强度的计算模式。用数理统计方法确定了计算模式中的待定参数，从而得 出适用于设计的与普通混凝土相衔接的钢纤维混凝土强度计算公式。