钢板不同加固方式加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究与有限元分析

针对桥梁工程中钢筋锈蚀引起RC结构承载性能退化现象,设计了5片试验梁,采用粘钢加固的方式对锈蚀RC梁进行抗弯加固、抗剪加固和抗弯-抗剪组合加固。通过抗弯性能试验研究分析了这3种加固方式对锈蚀RC梁承载性能的影响,并用ABAQUS有限元软件对试验梁进行了数值模拟分析。研究结果表明:3种加固方式均能提高锈蚀RC梁的极限承载力和抗变形能力;不同的加固方式将导致不同的破坏模式;抗弯加固的锈蚀RC梁,其延性和刚度相比于锈蚀梁都得到了提高;组合加固梁的延性对比锈蚀梁延性降低了30.94%;抗剪加固梁的延性最好;采用的有限元数值模拟的方法能合理地反映试验结果。     

锈蚀RC梁加固后时变可靠性分析

为分析锈蚀钢筋混凝土梁的耐久性,考虑钢筋与锚栓的锈蚀以及加固钢板的滞后效应影响,建立了锈蚀RC梁加固后的可靠性模型。基于服役40年的锈蚀损伤钢筋混凝土梁,采用Monte-Carlo法,讨论了分配荷载效应、汽车荷载等级、加固钢板厚度以及钢筋保护层厚度的对结构可靠性的影响。分析结果表明:汽车荷载等级对可靠性影响有较大的差异性;加固钢板厚度增大可以显著提高结构的可靠性指标,但钢板过厚结构易发生脆性破坏且钢板无法得到充分利用;保护层厚度对结构可靠性指标的提高并不明显。     

锈蚀钢筋混凝土梁疲劳后的刚度分析与计算

对锈蚀钢筋混凝土梁进行了在疲劳荷载作用下的试验研究,结果表明随着钢筋的锈蚀率和疲劳荷载增加,其截面刚度呈现下降趋势。同时进行了锈蚀钢筋混凝土梁疲劳后的刚度分析和计算。腐蚀试验采用电化学加速试验的方法,疲劳试验采用等幅疲劳加载试验。考虑疲劳荷载和钢筋锈蚀对构件粘结退化的双重影响,导致构件截面的刚度降低的因素后,基于试验研究结果,给出了疲劳荷载作用下的刚度降低系数θf,用以修正疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的截面弯曲刚度计算公式。研究结果可为混凝土结构的耐久性评估提供科学依据。     

用钢板贴合加固法提高混凝土梁的承载能力

随着通过量及载重量的不断迅速增长,对承载其运行的桥梁的破坏性愈加增大,加之桥梁设计、施工等方面的各种原因,梁体的刚度、承载能力愈加不足。钢板贴合加固法在不影响运营的同时,快速有效地对梁体进行加固处理,提高其承载能力,被广泛的应用到既有桥梁的加固补强之中。     

弯剪加固锈蚀梁抗弯性能试验

为探究锈蚀RC梁弯剪加固前后的力学行为,通过外加恒电流加速腐蚀的方法制作7根锈蚀梁,进行锚贴钢板弯剪加固后受弯试验,分析保护层厚度、二次锈蚀以及弯剪加固对试验梁的变形、应变以及承载力的影响。在此基础上,利用Combin39单元考虑钢筋与混凝土的黏结退化,对加固梁进行有限元数值模拟,并将变形、应力的计算值与试验值进行比较分析。结果表明:弯剪加固能有效提高锈蚀梁刚度以及承载力,二次锈蚀和保护层厚度对早期刚度的影响较小;各片试验梁加固前的承载力相差较大,经弯剪加固后,其承载力较为接近;二次锈蚀对加固梁的影响主要体现在锈蚀程度和不均匀性,锈蚀不均匀性会改变破坏形态并影响其使用性能;刚度的退化以及极限承载力的降低主要受锈蚀率影响,而保护层的作用较小;加固前后梁的应变基本表现为线性趋势,保护层厚度对中性轴高度的影响较弱;锈蚀严重时锚固作用较弱,导致梁底应变略有滞后,中性轴高度降低,而轻微锈蚀则能使钢板性能更好地发挥;基于黏结滑移降低系数所建立的有限元模型能够较好地模拟其试验值。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前,多数锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法均建立在试验基础上,部分理论计算方法尚未考虑锈蚀钢筋本构关系。为提出一种实用的理论计算方法,拟基于经典层合板理论推导锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算公式,得到锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度关系。经试验验证,在屈服荷载附近,理论值与试验结果吻合较好,平均误差为6.6%;构件进入屈服阶段前,采用理论方法所求跨中挠度值大于相同荷载条件下的试验结果,理论计算值相对可靠,对构件失效具有预警作用。     

碳纤维加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳抗弯性能

设计了2根未锈蚀和6根中度锈蚀程度的钢筋混凝土梁,其中4根锈蚀梁贴碳纤维布进行不同形式的加固,对碳纤维加固锈蚀混凝土梁的疲劳性能进行了研究。试验结果表明:碳纤维加固梁具有良好的疲劳抗弯性能,疲劳加载后发现加固梁不可恢复的残余变形相对较小,说明碳纤维加固可以提高锈蚀梁的恢复力,并且随着碳纤维布加固量的增加,梁的疲劳抗弯性能都有所提升。碳纤维U形箍对疲劳性能也有较大影响。     

高温损伤后粘钢板加固混凝土梁的抗弯性能

对粘钢板加固高温（250℃,350℃,450℃,550℃）损伤后钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了试验研究,得到了受热温度对加固梁抗弯性能的影响规律。结果表明,高温后粘钢板加固效果明显,梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载都有不同程度的提高,且粘钢板加固对减小高温损伤后梁的挠度也有明显作用。当采用必要的锚固措施后,粘钢加固法对于450℃以下高温梁的加固具有良好的适用性和可靠性,当温度达到550℃时,粘钢板法仍具有一定的适用性。     

梁侧锚固钢板加固火后混凝土梁受弯试验研究

按照ISO834国际标准升温曲线对6根钢筋混凝土梁进行受火试验,并用梁侧锚固钢板法对其中5根受损梁进行加固,然后进行四点弯曲试验.分析了锚栓间距、角钢加劲肋、梁侧钢板的高度与厚度等因素对加固梁受弯承载力、刚度及延性的影响.结果表明:火灾后受损梁采用梁侧锚固钢板加固后,峰值荷载和刚度均得到显著提高,但其延性变化各异;受弯性能的加固效果随钢板厚度增大及锚栓间距减小而增强,而角钢加劲肋可有效限制钢板屈曲.通过限制钢板与混凝土连接界面上的相对滑移以及梁侧钢板的屈曲,可显著提高钢板与混凝土梁之间协同工作的程度.     

均布荷载下锈蚀后预应力钢骨混凝土梁的滑移计算

利用弹性理论,结合预应力钢骨混凝土梁的受力特征,建立了同时考虑预应力增量和钢材锈蚀率影响的滑移微分方程,给出了均布荷载下梁滑移计算的理论公式.讨论了钢骨锈蚀率、荷载、钢筋锈蚀率及预应力增量对滑移的影响,并给出了计算滑移的简化公式.计算结果表明,均布荷载下交接面的滑移随着钢骨锈蚀率和荷载的增大而增大,钢筋锈蚀率和预应力增量对梁滑移的影响相对较小.     

粘贴钢板加固木梁试验研究

对8根木梁粘贴钢板加固进行对比试验研究,其中3根为对比试件,5根为粘贴钢板加固木梁试件,试验参数包括钢板厚度(3或5mm)、钢板层数(1或2)和是否采用螺栓锚固。研究结果表明:粘贴钢板加固木梁的极限承载力有明显提高,提高幅度为9%～141%(平均提高60%);其中采用螺栓锚固的粘贴钢板加固木梁的极限承载力提高幅度更大,平均提高88%。加固木梁的极限位移亦明显提高,提高幅度为16%～139%(平均提高61%)。粘贴钢板加固木梁试件的初始弯曲刚度亦有较大提高,提高幅度为32%～158%,其中粘贴一层5mm厚钢板的加固木梁提高最多。粘贴钢板加固木梁跨中截面仍基本符合平截面假定;在相同荷载作用下,加固木梁受拉边缘钢板拉应变和受压边缘压应变明显小于对比试件。粘贴钢板加固木梁并用螺栓锚固是一种有效的加固方法。     

粘钢加固混凝土梁抗剪承载力简化计算方法

在模型试验和有限元分析的基础上,分析了U型钢板箍加固混凝土梁的剪力传递机理.基于极限平衡法,分别推导了U型钢板箍加固普通钢筋混凝土梁以及部分预应力混凝土梁的抗剪承载力计算公式.计算结果与试验实测结果吻合较好,误差均在10%以内,好于现行规范的计算结果.     

外贴纤维加固梁抗剪承载力计算方法分析

在综合分析国际上关于外贴纤维加固混凝土梁斜截面抗剪承载力计算方法现状的基础上，分析了斜截面外贴材料应变（应力）分布特征，外贴材料与混凝土的最大粘结传力长度和产生梁侧剥离破坏时的最大纤维应变的影响因素，采用与在钢筋混凝土梁中钢筋对抗剪承载力贡献计算模式相似的表达方法，建立了外贴脆性材料对斜截面抗剪承载力贡献的计算模式，在该模式中，分别对外贴封闭纤维箍加固件产生纤维拉断破坏和梁侧纤维剥离破坏时相应承载力进行了分析。     

粘钢加固预应力混凝土梁抗弯承载力及变形的简化计算方法

在模型试验和有限元分析的基础上,首先分析了粘贴钢板厚度和梁侧粘钢高度、有效预应力大小、初始损伤程度等参数对预应力混凝土梁粘钢抗弯性能的影响.在基本假设基础上,分别推导了U型粘钢加固预应力混凝土梁的抗弯极限承载力和变形的简化计算公式.结果表明:梁侧面粘贴钢板高度不超过梁高的1/3比较适宜,有效预应力和初始损伤不会改变明显其极限承载力,建立的简化公式计算结果与实测结果及有限元分析结果吻合较好.     

碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁抗弯性能研究

为研究碳纤维布加固不同锈蚀率钢筋混凝土梁的的抗弯性能,通过外加电流法获得锈蚀钢筋混凝土梁粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁整体上随着钢筋锈蚀率的提高,其承载力和抗弯刚度不断降低;锈蚀严重时,会发生脆性破坏;锈蚀混凝土梁粘贴碳纤维布加固可以明显提高其承载力和抗弯刚度;同时随着钢筋锈蚀率的提高,抗弯刚度的增加幅度也不断提高,而承载力的增幅影响不大。在试验及分析结果的基础上,引入锈蚀梁整体刚度退化系数以及考虑到碳纤维布拱作用模式的影响,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。     

FRP加固结构的高阶剪切-面内变形耦合模型

基于连续损伤理论。考虑胶层的剪切效应,建立FRP加固钢筋混凝土梁的高阶剪切弯曲及面内变形耦合模型,编制了有限元分析的软件．进行非线性有限元分析：通过与已有的试验结果进行对比,证明该模型的简单。有效性：利用该软件对未加固混凝土梁,初始进行加固的混凝土梁以及最大拉应变达到极限值时进行加固的混凝土梁等几种情况进行数值模拟。     

加筋板极限强度简化计算及其可靠性分析

针对船舶与海洋工程加筋板结构制造误差引起的可靠性问题,采用强度稳定综合理论(CTSS)公式研究加筋板结构的极限强度,改进CTSS公式在板格结构极限强度计算中的应用方式,改进后的CTSS公式计算结果相对保守、稳定.在此基础上,结合设计验算点法研究加筋板制造误差对结构可靠性的影响,分析参数制造误差带来的计算结果偏差,为船舶与海洋工程结构设计制造提供参考,从比较结果看这种偏差可以达到15%左右.     

预拉纤维复合板增强梁抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究了预拉纤维复合板板材加固钢筋混凝土梁的抗弯性能.设计了一个对比工况试验和两个加固工况试验,两个加固工况采用的预拉纤维复合板的纤维网格层数及其预拉力程度不同.试验过程中同步记录了荷载、挠度、跨中应变、纤维应变及裂缝的开展.结果表明:随着纤维网格层数的增加及纤维网格上预拉力的增大,梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显提高,加固梁的极限承载力最大提高达41.5%,但延性有一定程度的下降.最后,基于截面极限平衡理论提出了一种复合板加固梁受弯承载力的计算方法.     

求解结构可靠指标的线性可行方向算法

为克服当极限状态曲面方程非线性程度较高时应用一次二阶矩法求解可靠指标可能不收敛的问题,提出一种求解结构可靠指标的线性可行方向算法.该算法采用求解约束极值问题的可行方向策略,在迭代过程中综合考虑了目标函数和极限状态曲面方程的影响.算法在每步迭代中先计算极限状态曲面在前步迭代点处的切平面,然后在此切平面上选定一个点,使该点和原点的连线与极限状态曲面的交点满足可行方向和收敛的要求.数值算例表明,无论极限状态曲面方程非线性程度如何,该算法都具有较高的精度和效率.这为结构可靠指标的计算提供了新的方法.     

开裂对粘钢加固钢筋砼梁二次受力的影响

文章根据粘贴钢板加固钢筋砼梁的二次受力特点,引入系数δ,提出了构件加固后相对界限受压区高度ξb计算公式。根据被加固构件加固时未开裂和已开裂2种状态,运用材料力学理论及相关规范得出了一次受力后构件截面几个重要应变参数的计算公式,从而研究了加固时构件开裂与否对ξb的影响。研究结果表明:考虑二次受力影响,应根据被加固构件的现场持荷、开裂状况以及钢板类型来综合确定ξb,从而合理确定最大粘钢量,避免加固后梁出现超筋破坏。