体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究

为研究体外预应力CFRP筋混凝土结构的正截面抗弯特性,研制了CFRP后张预应力筋夹片式锚具,对1片体外CFRP筋直线布置体外预应力混凝土梁和2片体外CFRP筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验结果表明:体外预应力CFRP筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处;跨中设一转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁的开裂荷载和极限承载力均比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要大,而跨中极限挠度则比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要小.在跨中设置转向块,可有效提高体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载能力.按所推导的体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载力理论公式,计算值与试验实测值吻合良好.     

并筋混凝土板受力性能试验

针对并筋混凝土板破坏形态、位移延性、抗弯承载力、裂缝宽度与刚度等问题,开展了单调荷载下并筋混凝土板(包括两并筋配筋混凝土板、三并筋成束配筋混凝土板和三并筋成排配筋混凝土板)试验研究.结果表明:单调荷载下并筋混凝土板和普通配筋混凝土板均发生了受弯破坏;普通配筋混凝土板的抗弯承载力比两并筋配筋混凝土板的高2％,两并筋配筋混凝土板的抗弯承载力分别比2个三并筋配筋混凝土板高19％和17％;两并筋配筋混凝土板的最大裂缝宽度和跨中挠度与普通配筋混凝土板接近;三并筋配筋混凝土板的最大裂缝宽度和跨中挠度均大于相应的两并筋配筋混凝土板和普通配筋混凝土板.最后,对并筋混凝土板的设计计算方法进行了探讨.     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

大跨径体内外混合配束连续刚构桥有限元分析

为了准确模拟体外预应力筋的受力行为,以一座大跨径体内外混合配束连续刚构桥为例,分别采用带刚臂杆单元和考虑自由滑移的体外筋单元模拟体外预应力筋,进行了考虑混凝土收缩徐变效应和节段施工特点的有限元分析,其中,自由滑移的体外筋模型是基于体外预应力筋与转向块之间可自由滑动而导致体外预应力筋在全(换字)长范围内为常应变构件的受力特点而建立。从关键截面挠度、弯矩、体外筋轴力方面对比分析了各模型的计算结果。研究结果表明,三种不同计算方式下连续刚构桥的内力和挠度区别不大,但是体外筋应力的区别较大,在需精确考量体外筋轴力值的情况下,对同类桥梁进行计算时应慎重考虑。     

体外预应力加固混凝土简支梁的反拱挠度分析

为了在施加预应力阶段准确地计算混凝土梁的反拱挠度,在计算过程中将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度.试验采用6根体外预应力加固混凝土简支梁进行研究,先将混凝土梁加载至一定裂缝宽度,再进行体外预应力加固.在试验过程中发现,从张拉预应力初始阶段到张拉预应力结束,由于混凝土梁裂缝的逐渐闭合,混凝土梁的抗弯刚度是逐渐增大的.通过对混凝土梁的截面分析,将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度,提出了体外预应力加固混凝土简支梁反拱挠度的计算方法,并用试验结果与计算公式的计算值进行了对比分析,结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

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.     

体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验研究

为研究体外配置碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)预应力筋活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)梁的抗弯性能,以剪跨比、张拉控制应力及预应力度为试验参数,进行了4根体外配置CFRP预应力筋RPC梁抗弯性能试验.基于试验结果,明确了梁的受力破坏特征,推导了梁的开裂弯矩、极限弯矩计算公式并以试验结果验证了其适用性.结果表明:梁内未配置任何普通钢筋、预应力度为1.0的全预应力梁,均发生少筋特征的脆性断裂破坏,增大张拉控制应力可提高全预应力梁的开裂荷载,但不改变其破坏形态;梁内配置普通钢筋、预应力度为0.71的部分预应力梁,其承载能力及极限变形较预应力度为1.0的全预应力梁分别提高88.7％和18.1％,破坏模式为梁内非预应力钢筋屈服、受压区混凝土压碎的延性破坏.钢纤维的掺入对全预应力梁抗弯性能的提升作用有限,普通钢筋的配置对体外CFRP预应力RPC梁受弯性能的改善作用显著,因此实际工程中不宜过高估计钢纤维的作用而取消体内非预应力钢筋的配置.     

混凝土桥梁抗弯承载能力的退化分析

目的研究钢筋锈蚀对混凝土桥梁抗弯承载能力的影响,实现混凝土桥梁抗弯承载能力的时变分析,为混凝土桥梁的全寿命分析与设计奠定基础.方法在实桥设计分析中,将锈蚀率作为基本变量进行混凝土桥梁的抗弯承载能力的时变退化分析,分析过程考虑了普钢钢筋强度、预应力钢筋强度、钢筋与混凝土之间的粘结强度等随锈蚀率的特性变化,从而进一步分析不同锈蚀率、不同位置钢筋锈蚀工况下混凝土桥梁的时变抗弯承载能力.结果分析结果表明,对于预应力混凝土桥梁,预应力钢筋的锈蚀会引起桥梁承载能力的大幅下降,当预应力钢筋锈蚀率为4.2%时,算例T梁桥的抗弯承载能力下降高达16%.结论预应力混凝土桥梁中预应力钢筋的耐久性尤为重要,尤其是最外层预应力钢筋,必须采取措施避免预应力钢筋出现锈蚀情况,确保桥梁结构的安全性能.     

16m无筋预应力UHPC简支工字梁抗弯性能足尺模型试验研究

以国内首座无筋预应力体系UHPC桥梁——广州北环高速扩建F匝道桥16 m UHPC工字梁-普通混凝土桥面板组合梁为研究对象,进行四点弯曲下的足尺模型抗弯试验研究,测得各级荷载下梁的应变和挠度,以研究无筋预应力UHPC梁的抗弯承载能力,并与有限元计算值进行对比。结果表明:相对于普通钢筋混凝土梁,UHPC梁的开裂大大延迟;裂缝细而密; UHPC工字梁的跨中截面应变满足平截面假定;无筋预应力UHPC工字梁与普通混凝土桥面板之间界面滑移量极小,现浇板与UHPC梁之间连接良好。采用有限元模型对UHPC组合梁进行受力仿真分析,弹性模型在梁开裂前,荷载和变形与试验值吻合较好。结合试验研究和有限元分析,验证了该UHPC组合梁抗弯承载力满足设计要求。     

高强钢筋高强混凝土预应力梁抗弯性能试验研究

通过对12根高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗弯试验,观测试验梁的破坏现象和失效过程,研究混凝土强度等级、非预应力高强钢筋配筋率、预应力钢筋配筋率等因素对其抗弯性能的影响规律.试验结果表明,高强钢筋高强混凝土预应力适筋梁破坏过程包括开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效3个阶段,各阶段破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似,均为延性破坏.混凝土强度等级以影响钢筋屈服后的抗弯性能为主,高强度等级混凝土试验梁的后期承载力下降较小.非预应力筋配筋率显著影响试验梁开裂后的抗弯性能,即相同变形时,配筋率越高承载力越高.相同张拉控制应力条件下,预应力筋配筋率越高开裂弯矩越大;相同弯矩作用下,预应力配筋率越高变形越小,其极限承载力也越高.     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．     

FRP筋纤维混凝土受弯构件试验研究

现有采用FRP的受弯构件中, FRP作为主要纵向受拉材料,用量通常较大。这造成FRP筋混凝土构件成本较高,同时还因构件刚度不够导致其变形而非承载力成为设计的控制因素。为了充分发挥FRP材料良好的抗拉性能,建立了FRP筋纤维混凝土受弯构件。通过结构试验的方法研究纤维混凝土对FRP筋混凝土受弯构件延性及变形能力的影响。试验结果表明,纤维的增加能够有效提高FRP筋受弯构件的变形能力,解决了过去FRP筋受弯构件延性差导致配筋率过高的问题。基于FRP筋与钢筋材料上的差异,针对FRP筋混凝土构件建立了相应的延性设计指标。采用该指标对纤维混凝土构件进行分析后发现,随着纤维含量的增加, FRP筋混凝土受弯构件的延性有着明显提高。     

碳纤维加固钢-混凝土组合梁承载力极限状态计算

碳纤维复合材料是进行桥梁维修和加固的理想材料,对采用碳纤维复合材料加固钢-混凝土组合梁桥的设计方法进行了分析。考虑桥梁结构带载加固分阶段受力的特点,与现行桥梁设计规范中承载能力极限状态计算方法相适应,首先基于平截面假设和碳纤维应变滞后的特点,确定承载能力极限状态下碳纤维片材的极限应变值,然后分别建立了碳纤维片材加固钢-混凝土组合梁在正弯矩区和负弯矩区抗弯承载力的计算图式和计算方法,可供桥梁加固工程设计参考。     

玄武岩纤维与碳纤维加固连续梁抗弯试验研究

为分析玄武岩纤维布与碳纤维布加固混凝土T形截面连续梁的抗弯性能和破坏模式,对7根由两种纤维加固的T形截面连续梁和1根对比梁进行了抗弯试验.试验设计考虑了混凝土连续梁负弯矩区纤维布绕过柱粘贴的情况.试验结果表明,同等工况下,玄武岩纤维布对连续梁的抗弯承载力提高程度较小,但玄武岩纤维布加固梁具有更好的延性.建议国产玄武岩纤维布加固混凝土受弯构件的允许拉应变,对于重要构件不超过0.007,对于一般构件不超过0.01.实际工程中,对混凝土受弯构件加固后的承载力提高幅度要求不高且要求较好延性、耐腐蚀性的情况下,可采用玄武岩纤维复合材料.     

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.     

钢板和碳纤维布加固不同损伤状态下受弯构件的荷载试验研究

基于钢板加固和碳纤维布加固完好状态下和正常使用极限损伤状态下的受弯构件的破坏荷载试验,研究钢筋混凝土受弯构件在采用粘贴钢板加固和粘贴碳纤维布加固措施后,其挠度、裂缝及应变等的发展变化规律.对比分析完好状态下和正常使用极限损伤状态下采用不同的加固方式,受弯构件极限承载力提高幅度的差异并将受弯构件的其他力学控制指标进行对比分析,综合检验评定其加固效果.试验结果表明:两种加固措施对提高在不同损伤状态下的钢筋混凝土受弯构件的抗弯承载力都具有显著效果,但完好情况下的加固效果优于受损情况,钢板加固措施优于碳纤维布加固.     

CFRP板加固箱梁桥顶板在沥青面层施工高温作用后的疲劳性能

为了研究沥青面层施工时的高温对公铁两用CFRP板加固的箱梁桥顶板疲劳性能的影响,在室内对粘贴CFRP板前后的钢筋混凝土梁进行了高温环境下的疲劳模拟对比试验.从钢筋、混凝土、CFRP应变的角度,开展了高温对粘贴CFRP板的钢筋混凝土试验梁疲劳裂缝发展、挠度增长规律、黏结胶层及界面应力影响的研究.结果表明:经过高温阶段后粘贴CFRP板的钢筋混凝土梁在疲劳强度、刚度、阻止裂缝发展、抗弯极限承载能力等方面都比未粘贴CFRP板前有所提高.极限承载能力提高了24.6%,刚度提高了23.0%,平均最大裂缝减小了15.2%.     

预应力碳纤维片材在结构加固中的应用研究——以其对钢筋混凝土梁力学性能的增强为例

文章通过大型商业有限元软件 ANSYS/Civil 对预应力碳纤维片材增强钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了数值模拟,分析了普通 RC 梁、碳纤维布增强 RC 梁、预应力碳纤维布增强 RC梁的抗弯承载力、受力钢筋应力历程、RC 梁挠度历程等力学性能.结果表明,粘贴预应力碳纤维布能够更好的改善钢筋混凝土梁的受力,提高增强 RC 梁的承载能力