考虑多影响因素的配筋UHPC梁裂缝宽度计算方法

为建立适用于配筋超高性能混凝土(UHPC)梁的裂缝宽度计算方法，对8片UHPC-T形梁开展了四点抗弯试验，分析钢纤维体积分数、配筋率及保护层厚度对裂缝宽度的影响规律.基于钢筋-UHPC协同受力和变形协调机理，采用半理论半经验法构建了能综合反映多影响因素的最大裂缝宽度计算公式，并提出了适用于UHPC梁的钢筋应力、应变不均匀系数及平均裂缝间距计算方法.结果表明：在试验范围内，裂缝宽度随纤维体积分数、配筋率的提高而减小，随保护层厚度增加而增大；UHPC梁的钢筋应变不均匀程度大于普通混凝土梁；平均裂缝间距计算值与文献实测值最大相对误差为11.17%,最大裂缝宽度计算值与实测值、文献实测值之比的均值分别为1.02、1.01,变异系数分别为0.05、0.12,表明所提出公式可准确计算配筋UHPC梁的最大裂缝宽度.     

控制混凝土裂缝的温度收缩钢筋最小配筋量计算

精确的确定和控制混凝土裂缝是不可能的,现有的许多建议公式和方法,大多数是通过观测或试验得到的经验规定。裂缝宽度主要取决于钢筋的应力,其他影响裂缝宽度的因素包括：钢筋混凝土保护层厚度、钢筋直径、钢筋间距以及钢筋横截面中的布置方式、钢筋粘结性能、混凝土强度以及应变分布形状等。     

钢筋混凝土梁裂缝分布受保护层厚度影响试验研究

通过12根保护层厚度不同的钢筋混凝土梁试验,量测了正常使用各级荷载下受拉区内不同高度梁侧面处的裂缝间距与裂缝宽度.分析了混凝土保护层厚度变化对平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律.结果表明:底面至侧面1.5as范围内,平均裂缝间距和平均裂缝宽度随保护层厚度c的增加而增加.确定了裂缝宽度最大值的出现位置:c=60～70 mm时在粱底面;c=40～50 mm时在梁底面,但梁腹处裂缝也有一定宽度;c=20～30 mm时在梁腹.研究了保护层厚度不同的钢筋混凝土梁受拉区范围内不同高度处与钢筋重心水平对应的混凝土侧表面裂缝宽度之间的比值关系,通过理论分析与试验数据拟合,提出了该比值的计算方法,比较结果表明计算值与实测值吻合较好.     

基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计方法

采用裂缝实际调查和影响因素数值分析,研究基于可靠度的CRCP配筋率设计方法.通过实际调查CRCP路面裂缝间距与宽度分布情况,认为裂缝间距的分布符合对数正态分布模型,裂缝宽度的分布符合正态分布模型;分析了钢筋直径、配筋率、混凝土极限拉应力及钢筋与混凝土之间的黏结应力对裂缝间距和裂缝宽度的影响规律;通过CRCP路面失效概率分析,认为裂缝间距与裂缝宽度的可靠度主要与设计裂缝间距及参数的变异水平有关.给出了CRCP的横向裂缝最佳间距值,得出基于可靠度的连续配筋混凝土路面配筋率设计法.     

锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

钢筋锈蚀是在当今世界引起混凝土结构耐久性损伤或破坏的首要因素,研究发现锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的退化对其裂缝特征有着显著的影响,随着粘结强度的降低,钢筋混凝土构件的裂缝宽度和平均裂缝间距都会增大。本文从钢筋锈蚀对混凝土构件的裂缝的影响出发,介绍了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝特征、形成原因以及现有的计算方法。     

配置500 MPa钢筋的混凝土梁裂缝试验研究

为研究配置500 MPa纵向热轧带肋钢筋的混凝土梁的裂缝特征及评估相关规范裂缝计算公式的适用性,进行了22根钢筋混凝土梁受弯性能试验,得到22个平均裂缝间距和92组裂缝宽度数据,相应的钢筋应力范围在201~482MPa,这些试验数据可反映钢筋应力较高情况下受弯构件的裂缝开展特点.试验结果表明,按规范GB50010—2002公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度比试验值普遍偏大,二者之比的均值分别为1.127,1.557和1.535.根据试验结果,提出配置500 MPa带肋钢筋的混凝土梁的裂缝宽度计算公式修正建议,并给出梁侧面钢筋处和受拉边缘的平均裂缝宽度的换算关系式,建议公式的计算值和试验值符合较好.     

钢筋混凝土结构锈胀开裂及裂缝扩展试验研究

采用加速腐蚀试验,系统地研究了钢筋直径、混凝土强度、腐蚀电流密度、保护层厚度、钢筋位置和类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀开裂及裂缝扩展的规律.试验结果表明:腐蚀电流密度对锈胀开裂时间的影响最为显著,其他依次为钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度;锈胀裂缝随时间增长呈线性增大趋势;各种因素对锈胀裂缝扩展的影响程度依次为腐蚀电流密度、保护层厚度、混凝土强度和钢筋直径;腐蚀电流密度越大、保护层厚度越小,锈胀裂缝扩展越快;混凝土强度等级越高、钢筋直径越小,锈胀裂缝扩展越缓慢.对比分析发现,钢筋位于上部和相同腐蚀电流下采用变形钢筋时,锈胀开裂晚且裂缝扩展更缓慢;钢筋位于角部时开裂早且裂缝扩展快.分析了各种因素影响机理并提出了提高耐久寿命的措施.     

钢筋与混凝土间粘结应力—滑移关系的应力变分模型

在分析试验资料的基础上，应用应力变分法建立了钢筋混凝土梁在集中荷载作用下钢筋与混凝土间的粘结滑移模型。该模型既能圆满地满足边界条件，又综合考虑了材料特性、保护层厚度等因素的影响及粘结滑移关系沿钢筋位置的变化，且与试验结果符合较好，为研究钢筋混凝土构件的刚度、变形和裂缝宽度及应用有限单元法分析钢筋混凝土结构的非线性性能提供了一个较实用的模型。     

钢筋与混凝土间粘结应力－滑移关系的应力变分模型

在分析试验资料的基础上，应用应力变分法建立了钢筋混凝土梁在集中荷载作用下钢筋与混凝土间的粘结滑移模型．该模型既能圆满地满足边界条件，又综合考虑了材料特性、保护层厚度等因素的影响及粘结滑移关系沿钢筋位置的变化，且与试验结果符合较好，为研究钢筋混凝土构件的刚度、变形和裂缝宽度及应用有限单元法分析钢筋混凝土结构的非线性性能提供了一个较实用的模型．     

钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度的计算

本文在《钢筋混凝土结构设计规范》(TJ10—74)中采用的计算模式(本文第二作者提出的)的基础上,提出了钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算的一个新公式。公式中,对于平均裂缝间距的计算,考虑了钢筋保护层厚度的影响;对于受拉钢筋应变不均匀系数的计算,采用了以钢筋应力为参变量的表达式。此外,还根据裂缝宽度的概率分布规律,确定了裂缝宽度扩大系数,从而使其有着更为明确的保证率。提出的公式计算简便,计算值与试验结果符合较好。该公式将列入规范TJ10—85中。     

BFRP筋连续配筋混凝土路面的配筋设计

建立BFRP筋连续配筋混凝土路面的均匀温降模型,考虑混凝土材料的干燥收缩以及基层约束作用,推导出裂缝控制指标(裂缝间距、裂缝宽度和筋材应力)的解析解公式,采用有限元方法验证解析解公式的有效性.利用解析法分析BFRP筋的配筋方案及其材料特性对裂缝控制指标的影响,推荐BFRP筋连续配筋混凝土路面的配筋设计指标.研究结果表明:随着配筋率的增大,裂缝间距、裂缝宽度以及筋材应力逐渐减小,相同的配筋率下采用小直径、小间距的配筋方案对控制裂缝更为有利;增大BFRP筋弹性模量、BFRP筋与混凝土的粘结刚度系数可减小裂缝间距和裂缝宽度,但对筋材应力影响轻微;应采取有效的工程措施来提高BFRP筋的弹性模量及BFRP筋与混凝土的粘结刚度系数.在BFRP筋连续配筋水泥混凝土路面的配筋设计中,建议裂缝平均间距限值为2.0 m,裂缝宽度限值为1.0 mm,CRC层配筋率不小于0.6%.     

连续配筋混凝土路面早期横向开裂分析

结合高速公路连续配筋混凝土路面试验路的调查结果,分析了连续筋混凝土路面早期横向开裂的影响因素。结果表明,混凝土的温缩和干缩作用受到钢筋和地基的约束是造成开裂的主要原因。从而为了解高速公路连续配筋混凝土路面的裂缝成因及合理控制裂缝间距,其中为裂缝宽度和钢筋应力的研究提供了参考依据。     

临海滩涂环境下混凝土中氯离子侵蚀破坏试验研究

混凝土的材料组成、工作环境等因素对其耐久性有很大的影响。通过对不同配合比、不同保护层厚度长期暴露于临海滩涂环境的钢筋混凝土试件表面裂缝规律、钢筋锈蚀程度、力学性能等方面的试验研究,表明:直接暴露于临海环境中的钢筋锈蚀最为严重;钢筋锈蚀越明显,其强度下降趋势越显著,锈蚀率越大,延性越低;混凝土保护层的厚度、裂缝宽度跟钢筋锈蚀之间是相互影响的,保护层厚度越小,裂缝宽度越大,钢筋锈蚀率越高,当裂缝宽度为小于或等于0.2mm的细微裂缝时,钢筋锈蚀率≤2%,当裂缝宽度0.5 mm时,钢筋锈蚀率与裂缝之间可能存在线性正向关系。     

配置表层钢筋的混凝土梁裂缝宽度计算方法

为了研究配置表层钢筋的混凝土梁的开裂性能,对8根配置500 MPa钢筋的矩形混凝土梁进行了受弯性能试验.试验结果表明,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能使平均裂缝问距减小30%～50%,使短期最大裂缝宽度减小29%～70%.根据试验结果,分析了表层钢筋对混凝土梁平均裂缝间距和平均裂缝宽度的影响规律,并在我国规范GB 50010-2002裂缝宽度计算模式的基础上,提出了考虑表层钢筋的短期最大裂缝宽度计算公式.根据所提出公式计算的结果能够较好地与试验结果吻合.     

锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝研究

裂缝特征是反映钢筋混凝土构件正常使用极限状态的一个重要指标.制作了37片不同钢筋类型和配筋率的钢筋混凝土梁,通过外加电流的方法使其加速锈蚀,并通过电流强度、通电时间控制其锈蚀率.讨论了试件在静载试验中的裂缝开展过程及特点.通过与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)和《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)相关公式进行对比分析,建立了钢筋锈蚀率与平均裂缝间距、裂缝宽度的关系.试验研究结果表明,锈蚀率较小时,钢筋混凝土受弯构件的裂缝特征与普通钢筋混凝土构件相同;而锈蚀率较大时,裂缝间距变大,宽度增加.该结果可用于锈蚀钢筋混凝土受弯构件承载力的评估.     

钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土抗裂性能试验

为了研究钢纤维和聚丙烯纤维对于配筋混凝土裂缝生发的影响,设计并开展了钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土轴心拉伸试验.通过分析试件裂缝的形成过程、试件的初裂荷载以及平均裂缝宽度,得到不同应力水平下混杂纤维掺量对于基体混凝土抗裂性能的影响.试验结果表明:掺入混杂纤维可以明显改变有效配筋率在2%以下的混凝土的裂缝形态;混杂纤维能显著提高试件的初裂荷载并且减小试件的平均裂缝宽度;随着钢筋应力的增大,混杂纤维表现出了不同的阻裂效应;在同等纤维体积掺量下,配筋率越大则试件平均裂缝宽度越小.     

锈蚀钢筋混凝土粘结强度试验

通过对配筋混凝土试块的实验室快速锈蚀,研究了锈蚀钢筋混凝土粘结强度的变化规律,并采用ICT技术观测了混凝土锈蚀裂缝。研究表明,混凝土保护层锈蚀裂缝沿钢筋径向的发展具有明确的方向性,且随着锈蚀率的增大,锈蚀试块呈现显著的脆性劈裂破坏特征,粘结强度与极限滑移量的衰减受锈蚀量、混凝土保护层厚度以及混凝土抗拉强度等影响,建立了以锈蚀产物厚度、混凝土相对保护层厚度与抗拉强度为独立参数的锈蚀钢筋混凝土粘结强度经验公式,与国内外实验结果的对比验证了模型的合理性。     

钢筋-超高性能混凝土界面黏结性能试验

为研究轻薄UHPC构件内钢筋-UHPC界面间的黏结性能,以钢筋直径、黏结长度和保护层厚度为变量设计了多组配筋UHPC拉拔试验,并探讨各设计变量对钢筋-UHPC界面黏结性能的影响.基于试验结果,分析各设计参数对配筋UHPC试件破坏形式、黏结应力-滑移曲线、黏结锚固强度及其对应滑移量等因素的影响.研究表明：钢筋直径、黏结长度和保护层厚度的变化对配筋UHPC界面黏结性能影响较大;极限黏结强度及滑移量随黏结长度的减小而增加,随钢筋直径增加而先增加后降低;随保护层厚度变薄,极限黏结强度降低而滑移量增加.钢筋直径为12 mm和16 mm时,配筋保护层厚度和黏结锚固长度分别不宜小于1.5倍和4倍直径;直径为8 mm的钢筋黏结锚固长度不宜小于3.5倍直径.基于数理统计法归纳的配筋UHPC界面极限黏结强度及临界锚固长度计算式与试验结果误差较小.     

CFRP布加固混凝土梁的裂缝分析与计算

根据传统的钢筋混凝土裂缝宽度计算理论,对CFRP布加固混凝土梁的裂缝宽度计算方法进行了分析研究.提出了考虑CFRP布加固影响的正常使用阶段裂缝间距、钢筋应力和钢筋应力不均匀系数的计算公式,在此基础上按混凝土梁的裂缝宽度计算方法,给出了CFRP加固混凝土梁的裂缝宽度计算公式.计算与试验结果吻合较好,且与传统的钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式统一,可作为实际工程应用参考.     

高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的试验研究和分析

为了研究配置高强钢筋混凝土梁开裂后的使用性能,对14根配置500MPa钢筋的混凝土梁进行了受弯性能试验.给出了梁侧面裂缝宽度沿裂缝高度的分布规律;梁底面裂缝宽度沿梁宽变化规律;典型位置处平均裂缝宽度与弯矩关系等,并对裂缝宽度值进行了统计分析.由本次试验和其他相关试验的数据分析表明:在钢筋应力较高时产生的次生裂缝会明显抑制主裂缝的扩展速度;我国现行规范的裂缝宽度公式的计算值明显大于试验值,不适用于配置高强钢筋混凝土梁的情况.对钢筋高应力下的裂缝宽度主要影响因素进行了分析,并提出了配置高强钢筋混凝土梁裂缝宽度的2种计算模式.建议公式与试验结果吻合较好.