拱效应下GFRP筋对混凝土板力学性能的影响

受到外围约束的混凝土板会在内部产生拱效应,为了研究其中玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的作用,对10块板带进行了破坏性试验,发现:板带开裂后拱效应逐渐明显,受拉区GFRP筋的作用相当于拱脚间的弹簧,筋材等效弹簧刚度增加,拱效应减弱;反之,拱效应增强.筋材配置过少或配置在板厚中间均不利于挠度和裂缝宽度控制,配筋适当时GFRP筋与拱效应共同作用,可以缩小适筋板带与超筋板带之间正常使用性能的差距,配筋情况决定裂缝分布及板带破坏模式,对极限承载力影响较小.此外,文中还对GFRP筋的作用进行了量化分析,考虑了拱效应的设计方法所预测的筋材应变比规范计算值更接近试验结果.     

GFRP管外包GFRP筋混凝土梁工作性能试验研究

提出一种GFRP管外包GFRP筋混凝土受弯构件,并采用结构试验的方法研究GFRP外包管对GFRP筋混凝土受弯构件变形能力及承载性能的影响。试验结果表明,GFRP外包管能明显提高GFRP筋混凝土梁的极限承载能力,且较为有效地避免GFRP筋混凝土梁发生脆性破坏,但对提高GFRP筋混凝土受弯构件的变形能力的作用不明显。按我国纤维复合材料规范对该非金属混凝土结构进行承载力计算后发现,现行设计规范对于GFRP筋混凝土构件斜截面抗剪承载力的计算过于保守,导致配筋率过高。     

玻璃纤维增强塑料筋混杂纤维混凝土梁抗弯性能研究

本文利用静力加载试验及有限元模拟分析,研究了纤维掺入对钢筋及玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋混凝土梁抗弯性能的影响,并提出了适用于GFRP筋混杂纤维混凝土梁的平衡配筋率与极限承载力计算公式。结果表明,将钢纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维掺入普通钢筋混凝土梁中可小幅提高梁的开裂荷载;利用GFRP筋替代钢筋作为受力筋体,可明显提高钢-PVA混杂纤维混凝土梁的极限承载力,在一定范围内增大GFRP筋配筋率有助于提升梁的抗弯性能,混凝土强度等级对试验梁的抗弯性能也有一定的影响。     

基于UHPC华夫桥面板应用的桥梁性能提升方法

为了改善大跨度钢-混凝土组合梁桥动静力性能,提出采用超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)华夫桥面板替换普通混凝土桥面板的设计方法。首先推导出考虑UHPC抗拉强度的双筋截面矮肋宽翼缘T梁极限抗弯承载力计算公式,并提出桥梁结构整体建模时以等效材料异性板模拟华夫板的简化方法,最后,以某中承式系杆拱桥为例,设计UHPC华夫桥面板,并对比桥面板分别采用混凝土平板或华夫板时的桥梁结构动、静力性能差异。研究结果表明:双筋截面矮肋宽翼缘T梁抗弯极限承载力计算公式所得结果与试验值的比值平均值为1.04,变异系数为0.09,说明本文公式适用于抗弯极限承载力计算;等效材料异性板与UHPC华夫桥面板竖向位移的比值平均值为1.01,变异系数为0.039,可见等效材料异性板能较好地反映华夫板刚度;与混凝土平板相比,UHPC华夫桥面板可使桥面板质量减轻40%,有效减小成桥恒载下20%的吊杆索力,拱肋和钢梁关键截面最大应力减小13%～16%,并使结构自振频率增大9%～10%,桥梁结构安全性得到提高。     

体外预应力FRP筋加固混凝土单向板受弯性能及承载力计算方法

以FRP筋张拉应力和加固量为试验参数,制作了6块混凝土单向板,包括1块对比板和5块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板,分析了体外预应力筋对混凝土单向板受力性能的影响.结果表明,体外预应力FRP筋对混凝土单向板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显的提高.结合本文和已有文献的试验结果,分析了张拉控制应力、FRP筋加固量和加固长度、FRP筋有效高度对混凝土受弯构件性能的影响,提出了体外预应力FRP筋加固混凝土受弯构件承载力计算方法.该方法适用于体外预应力FRP筋加固混凝土梁和单向板受弯构件承载力的计算.     

无黏结预应力混凝土连续梁承载力的研究

为研究无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载和双跨对称集中荷载下的承载力和预应力筋应力增量,基于通用有限元软件ANSYS建立了无黏结预应力混凝土连续梁的有限元计算模型,研究了不同加载方式下非预应力筋配筋率、预应力筋的张拉控制应力以及混凝土强度等参数对连续梁的承载力和无黏结筋极限应力增量的影响.结果标明,无黏结预应力混凝土连续梁在单跨集中荷载下的承载力小于双跨对称集中荷载下的承载力.将计算得到的无黏结筋极限应力增量与中国现行规范JGJ92-2004和美国ACI318-05规范进行对比后发现:对于承受双跨对称集中荷载的无黏结预应力混凝土连续梁,规范偏于安全;当无黏结预应力连续梁承受单跨集中荷载时,中国现行的JGJ92-2004规范和美国ACI318-05规范均过高估计了无黏结筋的极限应力增量.     

GFRP筋混凝土板在拱效应下的挠度计算

针对美国混凝土结构设计规范(ACI440.1-06)未考虑玻璃纤维复合增强塑料筋(GFRP筋)混凝土板中拱效应的作用,挠度往往被高估的问题,对17块端部受到约束的混凝土板带进行跨中集中荷载破坏性试验,以获得更准确的挠度计算方法.结果发现;试件开裂后,拱效应作用逐渐明显.挠度的变化可分为开裂前、开裂时突变和拱效应形成后3个阶段.根据17块混凝土板的试验结果和前人的试验,量化混凝土板中拱效应的影响,结合虚功原理推导出GFRP筋混凝土板的挠度计算方法.板带挠度为净跨的1/800和1/350时,根据ACI规范,按简支板计算的预测荷载为试验值的0.388和0.411倍;所推导方法预测荷载与试验值之比为0.969和1.044.推导方法的预测结果与现行规范计算值进行对比,与试验值吻合得更好.     

纵筋率对高强钢筋RPC简支梁受剪性能的影响

为了研究纵筋率对高强钢筋活性粉末混凝土梁的斜向开裂荷载、斜裂缝宽度及抗剪承载力的影响,通过对3根纵筋率不同的高强钢筋活性粉末混凝土梁抗剪试验,分析梁在集中荷载作用下的破坏形态,研究纵筋率对斜向开裂荷载、斜裂缝宽度及抗剪承载力的影响。运用桁架—拱模型公式对试验数据进行了分析,并将试验值与《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)公式计算值进行比对研究。结果表明:试验梁的抗剪承载力与纵筋率之间呈现一定的线性关系,随着纵筋率的提高而提高,纵筋率由4.43%提高到6.39%和8.04%时,极限荷载提高了18.6%和19.3%;纵筋率对开裂荷载的影响较小,纵筋处裂缝宽度明显减小;按现行规范公式计算的高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪承载力与试验实测值存在较大差异。     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

基于ABAQUS的钢板-混凝土组合桥面板非线性分析

在考虑材料非线性和接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS对钢板-混凝土组合桥面板进行了建模以及静力加载至破坏的受力全过程的非线性分析。与试验进行对比,表明ABAQUS计算值与试验结果吻合良好,此外通过与钢筋混凝土板的比较,表明组合桥面板具有较大的抗弯承载力和刚度。     

GFRP管钢骨混凝土组合柱偏压承载力计算

为研究GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压性能,对5根GFRP管钢骨混凝土构件进行了偏压试验.采用纤维模型法编制了非线性分析程序,分别以混凝土强度、长细比、偏心距、配骨率等为主要参数,计算并得到相应的荷载与挠度关系曲线.计算分析表明:组合柱的承载力随着混凝土强度、配骨率的增加而增大,随着长细比、偏心率的增加而降低.基于对计算结果和试验结果的分析,给出了GFRP管钢骨混凝土组合柱的偏压承载力计算公式,并通过试验进行验证,结果表明,理论计算与试验结果吻合良好.     

喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥试验研究

通过1座未加固石拱桥模型与1座带载喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥模型的破坏实验,研究了喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥的加固效果及加固计算方法.试验结果表明,在石拱桥模型达到破坏荷载70%时持载喷射60mm厚高性能水泥复合混凝土加固,石拱桥模型承载力提高幅度为25%.喷射高性能水泥复合混凝土加固石拱桥能有效提高其承载力,改善其脆性破坏的性质,是一种经济有效的石拱桥加固方法.文中所用的加固后石拱桥承载力计算方法的计算结果与实验结果吻合良好,可供工程加固设计参考使用.     

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．     

球扁钢肋组合桥面板局部与整体力学性能

为了检验所提出的球扁钢肋组合桥面板在桥梁中使用的受力性能,设计制作了2个带球扁钢肋组合桥面板试件和1个正交异性钢桥面板试件.通过静力试验,测试桥面板不同部位的结构应变和变形,考察了球扁钢肋组合桥面板在车轮荷载作用下的局部受力性能,以及在正、负弯矩作用下的整体受力性能.试验结果表明:在车轮荷载作用下球扁钢肋组合桥面板的疲劳细节处应力水平非常小,大大降低了桥面板钢结构发生疲劳破坏的可能性;试件截面应变沿高度的分布符合平截面假定,在受弯破坏极限状态下,混凝土与钢板之间无明显滑移和脱层,球扁钢组合桥面板的钢板与混凝土之间组合作用良好;该种组合板具有良好的延性,并有较高的承载能力.     

桥面单向板设计计算的研究

本文对混凝土桥梁结构行车道板中的单向板结构进行设计计算,并结合实际工程对桥面板设计计算的有效工作宽度,以及钢筋混凝土桥面板的极限承载能力与美国、澳大利亚的规范进行较为详细的对比,结果表明,按照中国现行公路桥梁设计规范(JTGD62-2004)计算的桥面单向板的有效工作分布宽度比较合理,并用有限元法对其内力的分布予以详细分析。在混凝土结构设计上,我国现行桥规计算承载能力极限状态下的抗弯、抗冲切承载力比美国规范更为保守,但混凝土的抗剪承载力国外规范偏保守一点。     

FRP-混凝土复合桥面板弯曲性能有限元分析

提出了一种新型的FRP-混凝土复合桥面板.新型桥面板下部由3个GFRP箱型构件共同组成,并构成桥面板的受拉层,上部浇筑混凝土作为桥面板的受压层,这种形式的截面设计可以充分发挥两种不同材料各自的优势,并可大大增加GFRP材料构件的刚度.采用有限元技术研究了新型桥面板在荷载作用下的受弯性能,结果表明有限元分析是进行新型桥面板在荷载作用下弯曲性能研究的有效途径.     

GFRP管钢骨混凝土轴压短柱承载力研究

GFRP管钢骨混凝土组合柱是一种新型组合构件,由GFRP外管、钢骨和混凝土三部分组成.为研究组合柱的力学性能,进行了5根GFRP管钢骨混凝土组合柱的轴压试验.通过编制程序,以配骨率、GFRP管壁厚度、混凝土强度为主要参数,计算了9个构件,得到其轴向荷载与应变关系曲线.结果表明:组合柱承载力随着配骨率的增加、GFRP管壁厚度的增加及混凝土强度的增加而提高,且变化幅度相对明显.分别采用简单叠加法和统一理论两种计算方法,建立组合柱轴心受压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.